Papel de la formación temprana de escoria durante la etapa de fusión
La formación temprana de escoria durante la etapa de fusión juega un papel clave en la estabilización del arco, la transferencia de calor, la protección del baño y la creación de condiciones de oxidación favorables para las reacciones de refinación.
Estabilización del arco y eficiencia térmica
Una capa de escoria que cubre el acero fundido estabiliza el arco eléctrico y reduce la pérdida de calor por radiación. El aumento de la negrura de la escoria mejora la absorción de calor y la eficiencia general de la transferencia de calor.
Protección del baño fundido y absorción de inclusiones
La formación temprana de escoria aísla el acero fundido de la atmósfera del horno, lo que reduce la absorción de gas y captura las inclusiones introducidas con la chatarra.
Control de la oxidación y evaporación de elementos
La cobertura de escoria limita la volatilización de elementos y proporciona condiciones adecuadas para la oxidación y eliminación de fósforo, silicio y manganeso.
Solo para la estabilización del arco y la cobertura del baño, una cantidad de escoria de aproximadamente el 1,0-1,5 % del peso de la chatarra es suficiente. Un exceso de escoria aumenta el consumo de energía improductiva.
Práctica de desfosforación temprana durante la etapa de fusión
Para lograr la desfosforación en la etapa de fusión, la escoria debe poseer un potencial de oxidación, una basicidad y un volumen adecuados. La práctica moderna de los hornos de arco eléctrico suele trasladar la desfosforación de la etapa de oxidación a la de fusión, lo que permite que los niveles de fósforo alcancen el rango controlado una vez finalizada la fusión.
A temperaturas típicas de fusión de 1500–1540 °C, las escorias de baja temperatura, básicas, fluidas y oxidantes son termodinámicamente favorables para la eliminación de fósforo. Por lo tanto, los materiales de escoria se cargan con antelación, lo que eleva el volumen total de escoria a entre el 3% y el 5% del peso de la chatarra.
Durante la fusión asistida por oxígeno, la temperatura relativamente baja del baño y las débiles reacciones carbono-oxígeno permiten que el contenido de FeO en la escoria supere el 20 %. Con una basicidad de la escoria controlada entre 1,8 y 2,0, se puede eliminar aproximadamente entre el 50 % y el 70 % del fósforo de la carga. La eliminación oportuna de la escoria tras la fusión acorta significativamente la etapa de oxidación. Esta práctica se aplica ampliamente en la producción de acero al carbono y de baja aleación.
Operación de fusión asistida por oxígeno en la etapa de fusión del horno eléctrico de arco
La fusión asistida por oxígeno comienza cuando la chatarra cerca de la puerta del horno alcanza el rojo vivo y el acero fundido se hace visible al inclinar el horno. Algunas plantas inician la fusión asistida por oxígeno tempranamente calcinando la chatarra cerca de la puerta del horno con materiales carbonosos auxiliares.
Los principios operativos incluyen:
- Cortar y empujar chatarra simultáneamente;
- Evitar que el oxígeno concentrado se dirija a un único punto;
- Cortar inmediatamente la chatarra puenteada para permitir la inmersión en el baño fundido;
- Abrir el canal de la puerta del horno antes de aplicar la lanza de oxígeno completa.
Principales métodos de punción de oxígeno durante la fusión
Método de corte para chatarra puenteada
Se utiliza para romper puentes de chatarra y permitir la inmersión gradual en el baño. El consumo de oxígeno es relativamente bajo y la velocidad de fusión es menor.
Oxígeno soplando sobre la superficie de la escoria
Se aplica cuando no hay puentes de chatarra y el contenido de carbono es alto. Este método ofrece una alta eficiencia de oxígeno y un calentamiento rápido, pero produce llamas grandes y condiciones de operación rigurosas.
Establecimiento y ampliación del estanque de fusión central
Primero se inyecta oxígeno en el centro para conectar las tres zonas de fusión del electrodo, formando un baño de fusión que se expande gradualmente. Esto, combinado con la alta potencia de entrada y la formación de escoria espumosa, acelera la fusión.
Estrategia de punción de oxígeno para zonas frías
La estrategia de punción debe ajustarse según la etapa de la campaña del horno. Al inicio de la vida útil del horno, la chatarra de la zona del electrodo puede eliminarse primero. Al final de su vida útil, la chatarra cerca de las paredes debe eliminarse secuencialmente hacia el centro.
La experiencia práctica demuestra que la adición adecuada de carbono durante la etapa de fusión, combinada con la descarburación bajo suministro de energía y la agitación del baño a partir de reacciones de carbono-oxígeno, proporciona un mecanismo de fusión asistido por oxígeno eficiente.
Seguridad y condiciones anormales durante la etapa de fusión
Las lanzas de oxígeno no deben acercarse a la zona del arco, ya que la corriente eléctrica puede transmitirse a través de la lanza, lo que representa un grave riesgo de descarga eléctrica.
La mala conductividad eléctrica durante la fusión generalmente se debe a:
- Materiales no conductores mezclados en la chatarra;
- Huecos excesivos entre piezas de desecho;
- Falla mecánica del sistema de elevación de electrodos.
Las medidas correctivas incluyen agregar materiales conductores debajo del electrodo, como hierro fundido o pequeños trozos de electrodo, evitando al mismo tiempo la acumulación excesiva de carbono.
Fenómeno de puenteo de chatarra en la etapa de fusión
La formación de puentes de chatarra se produce por una carga inadecuada de chatarra y una fusión localizada. Estos puentes pueden causar el colapso repentino de la chatarra, la rotura del electrodo o una ebullición violenta del baño. La prevención se basa en una distribución adecuada de la chatarra y una fusión controlada asistida por oxígeno.
Control de potencia al final de la etapa de fusión
Cuando más de tres cuartas partes de la chatarra se ha fundido, el arco ya no está protegido. El funcionamiento continuo a máxima potencia puede dañar el techo y las paredes del horno, lo que hace necesario reducir la potencia.
Medidas para acortar el tiempo de fusión en la fabricación de acero con horno eléctrico de arco
Las medidas eficaces incluyen:
- Entrega rápida del horno y carga racional de chatarra;
- Fusión asistida por oxígeno;
- Quemadores de combustible y oxígeno;
- Precalentamiento de chatarra;
- Carga de metal caliente;
- Práctica de retención de acero y escoria;
- Estrategia racional de suministro de energía.
