En la fabricación de acero con horno de arco eléctrico, el período de oxidación es una de las etapas más críticas cuando se aplica el método de refinación por oxidación. Su calidad operativa influye decisivamente en la limpieza y el control de la composición del acero, especialmente cuando los materiales de carga contienen niveles relativamente altos de impurezas.
Cuando la calidad de la chatarra es mala o el contenido de impurezas es alto, el control adecuado del período de oxidación se vuelve esencial para garantizar una refinación estable posterior y lograr la calidad de acero requerida.
Principales tareas del período de oxidación en la fabricación de acero con horno eléctrico de arco
Desde un punto de vista metalúrgico, el período de oxidación en la fabricación de acero en horno de arco eléctrico cumple varias funciones clave:
- Desfosforación
- Desgasificación de acero fundido
- Eliminación de inclusiones no metálicas
- Calentamiento uniforme del acero fundido a una temperatura superior a la temperatura de estallido
Estos objetivos se logran principalmente mediante la ebullición generada por las reacciones de oxidación del carbono. Una ebullición estable y uniforme mejora la transferencia de masa entre el acero fundido y la escoria, lo cual es fundamental para la eliminación eficaz del fósforo, la eliminación de gases y la flotación de inclusiones.
Enfoque general de operación durante el período de oxidación
Para garantizar un refinado por oxidación exitoso, el control operativo generalmente comienza al final de la etapa de fusión:
- Las reacciones de oxidación se inician durante la etapa de fusión tardía para crear condiciones favorables para la desfosforación temprana;
- Una vez que se alcanza una temperatura suficiente del acero fundido, se intensifica la oxidación mediante la adición de mineral y/o la inyección de oxígeno para promover una ebullición uniforme y sostenida;
- En función del contenido de fósforo en el acero fundido, se permite que fluya parte de la escoria y se forma escoria nueva según sea necesario;
- Cuando la temperatura del acero y la composición química (como los niveles de carbono y fósforo) alcanzan los objetivos requeridos, la escoria se elimina por completo, lo que marca el final del período de oxidación y la transición a la etapa de reducción.
Principios de funcionamiento del período de oxidación
Aunque el período de oxidación incluye múltiples objetivos de refinación, estos están fundamentalmente vinculados a las reacciones de descarburación. Sin embargo, la desfosforación y la descarburación imponen diferentes requisitos de temperatura y condiciones de la escoria:
- La desfosforación requiere temperaturas moderadas a bajas, un gran volumen de escoria y una escoria altamente oxidante con buena fluidez;
- La descarburación requiere temperaturas más altas y condiciones de escoria más delgada.
Con base en estas características, los principios generales de funcionamiento del período de oxidación en la fabricación de acero mediante horno eléctrico de arco eléctrico se pueden resumir de la siguiente manera:
- Secuencia de oxidación: la eliminación de fósforo precede a la eliminación de carbono;
- Control de temperatura: aumento gradual de la temperatura, lento primero y más rápido después;
- Práctica de escoria: gran volumen de escoria para desfosforación primero, lavado controlado de escoria durante la eliminación de fósforo, seguido de descarburación de escoria fina.
Flujo básico del proceso del período de oxidación
Una vez que la carga del horno está completamente fundida y adecuadamente agitada, se toman muestras de acero fundido según los requisitos de composición del grado de acero. Se analizan elementos clave como el carbono, el manganeso, el azufre y el fósforo.
Posteriormente, se realizan la desfosforación, la descarburación y la elevación de temperatura de forma coordinada. Cuando tanto la composición química como la temperatura se encuentran dentro del rango especificado, se elimina la escoria para concluir el período de oxidación y el proceso pasa a la etapa de reducción.
Durante el refinado por oxidación, tanto la desfosforación como la descarburación requieren escoria con alto potencial oxidante y buena fluidez. En la práctica:
- La basicidad óptima de la escoria para la desfosforación es generalmente de 2,5 a 3,0;
- Durante la descarburación, la basicidad de la escoria suele ser de alrededor de 2,0.
Por lo tanto, es esencial un control estricto de la composición, cantidad y fluidez de la escoria. Si la fluidez de la escoria se deteriora debido al colapso de las paredes del horno o a la flotación de materiales refractarios, es necesario eliminarla rápidamente.
Métodos de oxidación comúnmente utilizados durante el período de oxidación
Durante el período de oxidación de la fabricación de acero en hornos de arco eléctrico, se aplican comúnmente varios métodos de oxidación, como la adición de agente oxidante, el soplado de oxígeno y los métodos de oxidación combinados. Cada método presenta características metalúrgicas y operativas específicas.
Oxidación por adición de agente oxidante
Oxidación por adición de agente oxidanteLa oxidación utilizando mineral de hierro o agentes oxidantes similares tiene las siguientes características:
- Produce una ebullición relativamente uniforme y de amplio rango, lo que es beneficioso para la eliminación de gases y la flotación de inclusiones;
- Es un proceso endotérmico, favorable para la desfosforación pero asociado a un mayor consumo de energía eléctrica;
- Los agentes oxidantes pueden introducir impurezas, afectando potencialmente la limpieza del acero;
- Las reacciones de oxidación ocurren a través de la difusión de escoria, lo que genera tiempos de equilibrio de reacción más largos y una mayor dificultad de control.
Oxidación por soplado de oxígeno
En la oxidación por soplado de oxígeno, el oxígeno reacciona directamente con los elementos del acero fundido:
- La reacción es exotérmica, lo que contribuye a un aumento rápido de la temperatura y a ciclos de refinación más cortos;
- La escoria contiene relativamente menos óxido de hierro, lo que limita la desfosforación cuando se utiliza únicamente el soplado de oxígeno;
- La eficiencia de la desfosforación se puede mejorar ajustando las prácticas de soplado o combinando el soplado de oxígeno con la adición de mineral;
- La alta pureza del oxígeno y la cinética de reacción rápida son beneficiosas para mejorar la limpieza del acero y reducir el consumo de energía.
La experiencia operativa muestra que la oxidación combinada que utiliza tanto el soplado de oxígeno como la adición de un agente oxidante ofrece claras ventajas en términos de calidad del acero, estabilidad operativa y eficiencia general de refinación en comparación con los métodos de oxidación simple.
