La fabricación tradicional de acero en hornos de arco eléctrico se basa en el proceso clásico de tres etapas: fusión, oxidación y reducción, todo ello dentro de un solo horno. En esta unidad, los operadores deben fundir la carga de chatarra, lograr la desfosforación y la descarburación, elevar la temperatura, desoxidar, desulfurar, eliminar inclusiones y ajustar la composición química y las condiciones térmicas. Como resultado, el ciclo de refinación general suele ser largo.
Este artículo se basa en la experiencia práctica de ingenieros superiores de Shanghai Metallurgy Equipment Group (SME Group), combinada con literatura metalúrgica autorizada, para brindar una descripción general clara de las fortalezas, debilidades, tipos de configuración y métodos de refinación fundamentales de la fabricación de acero en hornos de arco eléctrico tradicionales.
1. Desventajas clave de la fabricación de acero con horno eléctrico de arco tradicional
A pesar de su larga historia y su lógica de control de procesos establecida, el método tradicional del horno de arco eléctrico presenta varias desventajas notables:
- Entorno operativo hostil
La radiación del arco eléctrico y el ruido siguen siendo intensos. Incluso con medidas de protección, la exposición prolongada puede afectar la salud de los trabajadores. - Mayor contenido de gas en el acero
Las limitaciones de la calidad de la chatarra, junto con la disolución de hidrógeno y nitrógeno causada por el arco eléctrico, resultan en niveles más altos de gas en comparación con la fabricación de acero mediante convertidor. - Acumulación de elementos residuales nocivos
El uso repetido de chatarra puede provocar un enriquecimiento de Cu, Sn y otros elementos residuales. - Mayores riesgos de seguridad y peligros operativos
Las altas temperaturas, los arcos eléctricos fuertes, los ciclos de carga frecuentes y las intervenciones manuales hacen que la gestión de la seguridad sea más exigente. - Menor mecanización y mayor consumo energético en hornos de arco eléctricos pequeños y medianos
La tradicional aplicación manual de oxígeno con lanza aumenta la intensidad de la mano de obra, disminuye la eficiencia y genera una alta contaminación. China ya ha prohibido la construcción de hornos de arco eléctricos de acero no especial de menos de 70 toneladas, lo que refleja la obsolescencia de las unidades de pequeña capacidad.
2. Dos configuraciones típicas de diseño de horno eléctrico de arco
Las instalaciones tradicionales de hornos de arco eléctrico suelen adoptar uno de dos diseños básicos:
1. Configuración elevada (más avanzada)
El horno está instalado sobre una plataforma de aproximadamente 5 metros de altura. La colada del acero se realiza mediante vagones cuchara o grúas puente, y la escoria se retira a través de la puerta del horno. Esta configuración facilita la manipulación de la escoria, reduce los cuellos de botella, mejora la seguridad y, en general, aumenta la productividad. Es la configuración preferida en la mayoría de las instalaciones modernas.
2. Configuración a nivel del suelo (menor inversión pero obsoleta)
El horno se ubica en la planta principal del taller, con un foso de escoria para la recepción de la escoria y un foso de colada para la colocación de la cuchara. Si bien la inversión inicial es menor, las limitaciones en el manejo de la escoria, la mayor frecuencia de accidentes y la menor productividad hacen que esta disposición sea menos favorable.
3. Principales métodos de fabricación de acero en la operación tradicional del horno eléctrico de arco
En la práctica tradicional del horno eléctrico de arco eléctrico se utilizan comúnmente tres métodos principales de refinación:
1. Método de oxidación
Un proceso completo de tres etapas que incluye fusión, oxidación y reducción. La etapa de oxidación realiza la desfosforación completa y la descarburación mayor, mientras que la etapa de reducción realiza la desoxidación, la desulfuración y el ajuste de la aleación.
2. Método de no oxidación
Un flujo simplificado sin etapa de oxidación y, por lo tanto, sin desfosforación. Los operadores confían en un control preciso de la materia prima, cargando los elementos de aleación a límites inferiores. Una vez fundidos y a temperatura ambiente, el calor se transfiere directamente a la reducción y al ajuste de la composición final.
3. Método de retorno de oxígeno
Un proceso híbrido. A medida que la chatarra se funde (alrededor del 80 % de su capacidad fundida), se inyecta una cantidad controlada de oxígeno para facilitar la fusión. Tras la fusión completa y alcanzar aproximadamente 1570 °C, se inyecta oxígeno de nuevo para la descarburación, la desgasificación y la eliminación de inclusiones. A continuación, se realiza la predesoxidación, la eliminación de escoria, la reducción, la aleación y el sangrado.
4. Comprensión de las tres etapas de la refinación tradicional con horno de arco eléctrico
El marco clásico de “tres etapas” refleja la evolución química y térmica del calor:
- Etapa de fusión
Los arcos eléctricos penetran la carga y funden la chatarra en acero líquido apto para reacciones químicas. - Etapa de oxidación
Una vez fundido el baño y a la temperatura requerida, se lleva a cabo la desfosforación y descarburación, seguida de la eliminación de la mayor parte de la escoria oxidante. - Etapa de reducción
Se añaden desoxidantes y elementos de aleación para refinar la calidad del acero, eliminar azufre e inclusiones, ajustar la composición y alcanzar la temperatura de colada.
Debido a que toda la fusión, la eliminación de impurezas, la reducción y el control químico final ocurren dentro de un horno y una secuencia, la ruta tradicional del horno de arco eléctrico se conoce como fabricación de acero de tres etapas y forma la base operativa de la práctica del horno de arco eléctrico, más antigua pero aún ampliamente entendida.
5. Ventajas e importancia práctica de la fabricación de acero con horno eléctrico de arco tradicional
Si bien la fabricación tradicional de acero con horno de arco eléctrico presenta limitaciones bien conocidas, su práctica clásica de refinación en tres etapas aún presenta ventajas únicas e irremplazables para ciertos grados de acero. En algunas regiones, la fabricación tradicional de acero con horno de arco eléctrico sigue teniendo aplicaciones prácticas y se mantiene en funcionamiento en condiciones de producción específicas. Además, muchos principios operativos utilizados en la fabricación moderna de acero con horno de arco eléctrico están estrechamente relacionados con las prácticas tradicionales de los hornos de arco eléctrico en tres etapas. Por esta razón, comprender la fabricación tradicional de acero con horno de arco eléctrico sigue siendo necesario y relevante para las operaciones de fabricación de acero modernas.
