En la producción de acero en hornos de arco eléctrico, el encendido del arco y la perforación (también conocida como penetración) durante la etapa de fusión son operaciones críticas que afectan directamente la eficiencia de la fusión, el consumo de electrodos y la estabilidad general del horno. Comprender a fondo los mecanismos físicos que subyacen a estos dos fenómenos, así como las prácticas de encendido correspondientes, es esencial para lograr una producción de acero segura, estable y de alta eficiencia.
1. ¿Qué es la «ignición de arco» en el proceso de fabricación de acero en horno de arco eléctrico?
Al inicio del proceso de fabricación de acero en horno de arco eléctrico, los electrodos se bajan bajo el control del sistema de regulación hasta que entran en contacto con la chatarra de acero en el horno. Cuando la punta del electrodo toca la chatarra, se produce un cortocircuito y se genera y mantiene un arco eléctrico de alta temperatura entre el electrodo y la chatarra. Este fenómeno se denomina ignición del arco.
El encendido del arco eléctrico marca el inicio formal del período de fusión en la producción de acero en hornos de arco eléctrico. En esta etapa, el horno aún está lleno de materiales de carga sólidos y el arco está relativamente expuesto. Como consecuencia, la estabilidad del arco es deficiente y la carga térmica sobre el techo del horno es relativamente alta, lo que convierte al encendido del arco en una fase que requiere un control cuidadoso tanto de la entrada de energía eléctrica como del movimiento de los electrodos.
2. Características de la etapa de ignición del arco y principios de encendido.
Durante la fase inicial de encendido y formación del arco, el horno está completamente cargado con chatarra y la distancia entre el arco y el techo del horno es pequeña. Si se aplica una potencia excesiva o un voltaje demasiado alto (es decir, un arco excesivamente largo) en este momento, el techo del horno, especialmente las cubiertas de hornos pequeños, puede sufrir daños graves. Por lo tanto, para garantizar un funcionamiento seguro y estable, normalmente se selecciona la toma de voltaje más baja durante el encendido y la formación del arco.
La etapa de ignición del arco suele ser corta, con una duración aproximada de 1 a 5 minutos. En los casos en que se carga una gran proporción de chatarra ligera y delgada en la capa superior, puede ser conveniente aplicar mayor potencia desde el principio para acelerar la fusión de la chatarra.
En el momento del encendido inicial, el metal debajo del electrodo se somete a un impacto repentino de alta temperatura, lo que puede provocar explosiones o desprendimientos localizados. Además, el arco es muy inestable en esta etapa y se producen interrupciones frecuentes. Asimismo, debido a los espacios entre los trozos de chatarra, puede haber emisión y bombardeo de electrones entre las superficies metálicas después de la energización. Todos estos factores, en conjunto, dan como resultado niveles de ruido extremadamente altos durante el período inicial de ignición del arco. Después de varios minutos de funcionamiento, a medida que el arco se introduce en la chatarra, su estabilidad mejora significativamente y el nivel de ruido disminuye gradualmente.
3. ¿Qué significa “perforación” en el proceso de fabricación de acero en horno de arco eléctrico?
Tras el encendido del arco, la chatarra que rodea el arco debajo del electrodo se funde rápidamente debido al intenso calor generado por el arco. Con la ayuda del sistema de regulación del electrodo, este mantiene una distancia adecuada con respecto a la carga y desciende continuamente a medida que la chatarra se funde.
A medida que avanza la fusión, se forma gradualmente un orificio de mayor diámetro que el del electrodo debajo de este. En los hornos de arco eléctrico de corriente alterna, suelen formarse tres orificios de este tipo, mientras que en los hornos de arco eléctrico de corriente continua se crea un solo orificio. Este proceso, en el que el arco eléctrico perfora la carga de chatarra, se conoce como
4. Características de encendido y consideraciones operativas durante la fase de penetración.
Una característica distintiva de la etapa de penetración es que el arco eléctrico está completamente rodeado de material de chatarra. En estas condiciones, casi toda la energía térmica del arco es absorbida por la carga, y el impacto térmico directo sobre el revestimiento refractario es mínimo. Como resultado, durante la etapa de penetración se suele aplicar la máxima potencia para aprovechar al máximo la alta densidad de potencia y la alta eficiencia de fusión de la producción de acero en hornos de arco eléctrico.
Cabe señalar que el colapso de la chatarra ocurre con frecuencia durante la penetración, lo que provoca cambios rápidos en la longitud del arco y en las condiciones eléctricas. En consecuencia, la corriente y la tensión se vuelven muy inestables, y la aguja del amperímetro en el panel de control suele fluctuar violentamente. Este comportamiento es característico de la etapa de penetración y requiere tanto sistemas de regulación automática de respuesta rápida como una operación atenta para mantener la estabilidad general del horno.
