Horno de Hogar Abierto

El horno de hogar abierto, es uno de los más populares procesos de fabricación del acero, actualmente produce 35 Tg anuales. En la Fig. 3.8 se muestra un horno típico; cada horno contiene de 9.9 a 54 Mg de metal en un depósito poco profundo que es calentado por una flama de gas, brea o aceite que pasa sobre la carga. El horno mencionado es de reverbero porque la poca altitud del horno refleja el calor en toda la parte baja del crisol. Es regenerativo porque las cámaras de ambos lados del horno, son capaces de calentar gases por combustión en turno, permitiendo que el aire y combustible entren al horno para elevar la temperatura, asegurando un incremento en la eficiencia de combustión y en la temperatura. Las cámaras regenerativas a la derecha o izquierda, son calentadas alternativamente, así que, mientras un grupo se utiliza para elevar la temperatura del aire y combustible, el otro está siendo calentado en las cámaras. El horno de hogar abierto puede ser de material básico o ácido, aunque en la práctica el 9O% son hornos de hogar abierto básicos. En la unidad básica, se puede controlar o eliminar fósforo, azufre, silicio, manganeso y carbono, el hogar es forrado con magnesita. En el horno de hogar abierto ácido, se puede controlar o eliminar únicamente silicio, manganeso y carbono y tiene un recubrimiento ácido de ladrillo o arena cuyo principal ingrediente es la sílice.

Tipos de acero

Aceros no aleados:

Se consideran aceros no aleados cuando el porcentaje de los elementos químicos que intervienen en la aleación está por debajo del máximo indicado en la siguiente tabla.

Según el porcentaje de carbono, los aceros se clasifican en los tipos recogidos en la siguiente tabla.

Aceros aleados o especiales:

Son aquellos aceros que, además de los elementos hierro y carbono, contienen algún otro en proporciones superiores a las indicadas en la del contenido límite para aceros no aleados.

En la actualidad, casi la totalidad de los aceros que se utilizan son aceros aleados, pues los elementos de aleación mejoran considerablemente sus propiedades. Existen varias formas de clasificar los aceros aleados. Una de las más utilizadas es la denominada designación convencional numérica, en la que se clasifican los aceros según su aplicación. Según esta designación, cada acero se indica mediante la letra mayúscula F, seguida de un guión y de cuatro cifras:

• La primera cifra indica aplicaciones generales de los aceros, tal y como se indica en la
inferior.

• La segunda cifra señala características del acero. Así, por ejemplo, F-3200 es un acero
inoxidable para válvulas de motores de explosión.

Las dos últimas cifras tienen un valor clasificatorio y se van colocando a medida que se
van descubriendo los distintos aceros.

•

Productos ferrosos

Clasificación de los productos ferrosos:

Atendiendo a la proporción de carbono existente, los productos ferrosos se pueden clasificar en hierros, aceros, fundiciones y grafitos (imagen inferior).

• Hierros. Son aquellos productos ferrosos cuyo porcentaje de carbono está comprendido entre el 0,01 y 0,03%. Son muy blandos y difíciles de obtener, por lo que tienen pocas aplicaciones industriales.

• Aceros. Son aleaciones de hierro-carbono, pudiendo contener otros elementos químicos.
El porcentaje de carbono está comprendido entre el 0,03 y 1,76 %.

• Fundiciones. Son aleaciones de hierro-carbono, pudiendo tener otros elementos químicos.
El porcentaje de carbono oscila entre el 1,76 y 6,67 %.

• Grafitos. Se obtienen cuando el porcentaje de carbono es mayor del 6,67 %. En la práctica
no tienen aplicaciones, ya que son muy frágiles.Solo se utiliza en lápices y para electrodos.

Colada de acero

El acero líquido obtenido a través del horno eléctrico o utilizando el convertidor , se solidifica, empleando alguno de los siguientes métodos de colada: colada convencional (moldeo) , colada sobre lingoteras y colada continua.

Colada convencional: Consiste en verter el acero líquido sobre moldes con la forma de la pieza que se desea obtener. Posteriormente, se deja enfriar el metal y más tarde se extrae la pieza.

Colada contínua: Es el procedimiento de colada más moderno y económico que existe. Consiste en verter el acero líquido sobre un molde sin fondo ni tapadera, con forma curva y sección transversal con la forma geométrica del producto a obtener. El acero líquido, a medida que se va desplazando, se va enfriando.

Colada sobre lingoteras: Si en un momento determinado la demanda de productos ferrosos es baja y no tienen salida comercial (cosa que suele ocurrir muy pocas veces), lo que se hace es colarlo (solidificarlo) en el interior de lingoteras (moldes prismáticos de fundición, con forma troncocónica y sección transversal cuadrada) y dejarlo enfriar. Posteriormente, se extrae la lingotera y se almacenan los lingotes hasta que la demanda aumente.

 

HORNO DE CUBILOTE

Los colados de hierro, se hacen volviendo a fundir chatarra junto con arrabio, en un horno llamado cubilote. La construcción de este horno es simple de operación económica y funde hierro continuamente con un mínimo de mantenimiento. De vez en cuando el metal se funde con el combustible, algunos elementos se aprovechan mientras otros son perdidos. Esto afecta el análisis final del metal y se hace necesario cerrar la regulación del cubilote.

El proceso de obtención del hierro fundido especial y aleado dificulta su control en el cubilote. También el ‘cierre de control de temperatura dificulta su mantenimiento. La construcción de este horno es simple, consiste en un tubo vertical recubierto con material refractario, con la disposición necesaria para introducirle una corriente de aire cerca del fondo. En la Fig. 3.9 se muestra un corte seccional con los nombres de las partes principales.

Todo el cubilote descansa sobre una placa circular que es soportada arriba del piso mediante cuatro columnas separadas convenientemente para que las puertas abisagradas puedan caer libremente. Estando en operación, estas puertas se giran hasta una posición horizontal y se mantienen en su lugar por medio de una estaca vertical. La puerta de carga está localizada más o menos a la mitad de la cubierta vertical y la parte superior del cubilote queda abierta, a excepción de una pantalla de metal o para chispas.

Obtención de acero a través de la chatarra

HORNO ELÉCTRICO

En la actualidad, prácticamente el único horno que se emplea para convertir la chatarra en acero es el horno eléctrico (imágen inferior).

Las partes más importantes de un horno eléctrico pueden verse en la imágen inferior y son
las siguientes:

• Transformador eléctrico. Convierte el voltaje a 900 V y transforma la corriente eléctrica alterna en corriente continua.

• Cables flexibles. Conducen la electricidad hasta los electrodos (14).

• Brazos de los electrodos. Permiten que los electrodos se acerquen o se alejen de la chatarra para que salte el arco eléctrico.

• Sujeción de electrodos.

• Pórtico con brazos hidráulicos . Permite quitar y poner la tapadera del horno eléctrico para introducir la chatarra, las ferroaleaciones y el fundente.

• Salida de humos refrigerada . Conduce los humos a un filtro (en muchos casos, cortina de agua), eliminando las partículas en suspensión.

• Estructura oscilante. Permite inclinar el horno para extraer el acero fundido. Para ello dispone de un dispositivo de volteo hidráulico.

Las materias primas que utiliza el horno eléctrico son:

• Chatarra seleccionada que, prácticamente, no lleve otros metales no ferrosos, como cobre, aluminio, plomo, etcétera.
• Fundente (cal).
• Ferroaleaciones, por ejemplo con Ni, Cr, Mo, etc., para fabricar aceros especiales.

Las características principales del horno eléctrico son:

• Interiormente está recubierto de ladrillo refractario.
• En el interior del horno se pueden llegar a alcanzar temperaturas de hasta 3 500 °C, con lo que es muy adecuado para fundir no solamente aleaciones ferrosas, sino cualquier otra cuyo punto de fusión sea alto, como wolframio, tántalo, molibdeno, etcétera.
• La carga del horno es de unas 100 toneladas.
• Cada hornada dura aproximadamente 50 minutos.

El funcionamiento del horno eléctrico es el siguiente:

1. Se quita la tapadera y se introduce la chatarra y el fundente.
2. Se cierra el horno y se acercan los electrodos a la chatarra, para que salte el arco eléctrico y comience a fundir la chatarra (imágen inferior, A).
3. Cuando la chatarra está fundida, se inyecta oxígeno para eliminar los elementos indeseables del baño, como silicio, magnesio, fósforo, etcétera.
4. Se inclina el horno y se extrae la escoria (imágen inferior,B). A continuación se le añade el carbono y ferroaleaciones y se sigue calentando hasta que las adiciones se disuelvan y se uniformice la composición del baño.
5. Se inclina el horno y se vierte el acero en la cuchara, que lo llevará al área de moldeo
(imágen inferior).

Transformación del arrabio en acero

Convertidor:

El arrabio posee un exceso de impurezas (azufre, fósforo, silicio, etc.) que lo hace demasiado frágil y poco adecuado para la fabricación de piezas industriales.

La solución consiste en eliminar la mayoría de esas impurezas en hornos adecuados, denominados hornos de afino.

El horno más empleado en el afino del acero se denomina convertidor o procedimiento LD.

El transporte del arrabio desde el horno alto hasta el convertidor se lleva a cabo mediante trenes con depósitos especiales, llamados torpedos (imagen inferior).

• Materia prima que emplea el convertidor LD:

– Arrabio líquido, pero también se le pueden añadir pequeñas cantidades de chatarra.

– Fundente (cal, que reacciona con las impurezas y forma la escoria que flota sobre el metal fundido).

– Ferroaleaciones, que mejoran las propiedades del acero.

• Características del horno convertidor:

– Interiormente está recubierto de ladrillo refractario.
– La producción por hornada suele ser de unas 300 toneladas de acero de gran calidad.
– Cada hornada suele durar aproximadamente una hora.

• Funcionamiento del horno convertidor. El proceso de funcionamiento se muestra en la imagen inferior: