2015
Balance Energético de un horno de arco eléctrico en el proceso de Fusión.
Balance Energético de un Horno de Arco Eléctrico en el proceso de Fusión.
INTEGRANTES:
LUPERDI RAA, JOSE ABELINO MONCADA LUKASHEVICH, YURI MARK PICOY TAQUIRE, EDWARD ANTONIO MEDRANO SOLIS, RAUL PEÑA JIMENEZ, INGRYD JESARELA
PROFESOR:
Ing. Miriam Bravo Orellana
CURSO:
TERMODINÁMICA
CICLO:
TERMODINÁMICA
INDICE 5° ciclo W.A Página 1
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A nuestros padres, esposas, hijos (as) y profesores.
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AGRADECIMIENTOS A nuestras familias, por su compresión y entendimiento a nuestra dedicación y esfuerzo por superarnos día a día. A las empresas donde laboramos, por brindarnos la facilidades para estudiar y prepararnos para ser profesionales de éxito. A nuestra facultad de Ingeniería industrial de la Universidad Privada del Norte – UPN y en especial al programa Working Adult.
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INDICE Descripción general de la Empresa Misión y Visión Política de Calidad y Objetivos de la Calidad Principales equipos y organigrama Flujograma del proceso de producción Descripción General de los Procesos Introducción Marco de Referencia Diseño del proceso Resultados experimentales Conclusiones Recomendaciones Anexos
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DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA EMPRESA La empresa en estudio, Consorcio Metalúrgico S.A. fue fundada en 1957. Desde entonces en crecimiento ha sido Rápido y uniforme, Actualmente el Área de producción suma aproximadamente 36000 m 2. Desde sus inicios, La capacidad productiva de COMESA estuvo orientada a las maquinarias mineras y a sus partes gastables. Actualmente, atiende las necesidades de las industrias de construcción, pesca, agricultura y. en general, de todas aquellas que necesitan metal mecánica.
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MISIÓN Somos una industria integra dedicada a la fabricación de maquinarias para minería, industrias de construcción, pesca y agricultura. Orientados a la plena satisfacción de la demanda nacional e internacional a través del cumplimiento de nuestros compromisos con personal responsable, eficiente, experimentado y en permanente capacitación.
VISIÓN Ser una empresa líder en el mercado nacional e internacional en los sector minero ofreciendo productos de alta calidad que supere las necesidades y expectativas de nuestros clientes”.
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POLITICA DE LA CALIDAD “Lograr los más altos estándares de excelencia, asegurando a nuestros clientes una oportuna entrega de productos y de alta calidad”.
Para garantizar a nuestros Clientes servicios de calidad: Contamos con un excelente equipo de profesionales, infraestructura y máquinas herramientas que nos permite atender variadas y complejas necesidades de maquinaria, repuestos y servicios, sujetos a las más estrictas especificaciones técnicas. Esto es posible porque somos una industria integrada y especializada a satisfacer la demanda nacional e internacional. Promovemos en nuestros colaboradores una permanente actitud innovadora dirigida al mejoramiento continuo de los procesos Empleamos un Sistema de Gestión de la Calidad basado en la norma ISO 9001:2008
OBJETIVOS DE LA CALIDAD
Para el cumplimiento de nuestra Política de la Calidad se han definido los siguientes Objetivos: Cumplir con todos nuestros compromisos contractuales. Mantener y mejorar en forma continua el Sistema de Gestión de la Calidad. Mejorar en términos de plazo y costo. Mantener personal calificado en los diferentes niveles de la organización. Obtener cero accidentes incapacitantes. Obtener cero incidentes medio ambientales. Asegurar el margen previsto.
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PRINCIPALES EQUIPOS:
Hornos eléctricos de arco con capacidad de hasta 6 TM de aceros y hierros de diversas aleaciones.
Moldeo manual y semi-automático.
Sistemas de arena verde, resinas y silicato + CO 2.
Horno de tratamiento térmico.
Laboratorio completo de control de calidad que incluye un espectrómetro de emisión óptica de última generación y equipo de detección de fallas por ultrasonido.
Completo sistema de grúas puente que facilita el traslado de piezas grandes.
Un gran almacén de modelos.
Un sistema mecanizado de clasificación y alimentación de chatarra.
Una planta de tratamiento de arenas.
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FLUJOGRAMA DEL ÁREA DE PRODUCCIÓN INICIO
FUNDICIÓN Recibe la Orden de Trabajo
Clasificanlos productos por aleación.
Comprueban la existencia de planos de las piezas.
SI Hay Plano
SI
Comprueban la existencia del modelo.
Comprobar que el modelo y el plano coincidan.
Hay Modelo
NO
NO
INGENIERIA
NO
MODELERIA Plano realizado en base al requerimiento.
Producto en espera hasta que se realice el plano.
Coinciden
MODELERIA Modificanel modelo acorde con el plano.
Realiza la fabricación del modelo.
SI FUNDICIÓN
Modelorealizado según el requerimiento.
Modelo modificado según el plano.
Verficar que lapieza tenga diseño de coladas.
NO
Tiene diseño
Realiza el diseño de coladas.
SI NO Orden de Trabajo en espera.
Comprobar la disponibilidad de las cajas.
Hay Cajas
Diseño de colada realizado.
SI FUSIÓN
MOLDEO Disponibilidad de cajas. FIN
NO
Pasa el Control
Se genera unProducto No Conforme (PNC) o Chatarra.
Molde fabricado según el plano.
Realiza la fabricación del molde.
CONTROL DE CALIDAD
DESPLOME
Verificar las dimensiones de la pieza.
Empieza el desmolde de la pieza fundida.
Ordenarlas piezas por tipo de aleación para TratamientoTérmico.
Verifican la capacidad de la carga.
Realiza el vaceado de la pieza.
Pieza fundida y enfriada.
SI PRE -ACABADOS
NO
Realiza el corte de los alimentadores y correción de las observaciones. CONTROL DE CALIDAD Pasa el Control
Verifica si la calidad de la pieza es buena.
TRATAMIENTO TÉRMICO Procede con el Tratamiento Térmico dependiendo del tipo de material.
SI
Hay Capacidad
NO
ACABADOFINAL
Disponibilidad de capacidad.
Realiza los últimos acabados de la pieza.
Lleva Mecanizado
SI
Pieza en e spera para Tratamiento Térmico.
DESPACHO
NO
Recepciona la pieza para la entregaal cliente.
FIN
SI MAESTRANZA Realizalas tareas de mecanizado para la pieza.
Pieza contodos los acabados de maestranza.
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DESCRIPCION GENERAL DE LOS PROCESOS Modeleria: Fabricación de toda clase de modelos en madera, resina, aluminio y placas, interpretación de planos o levantamiento de medidas a partir de una pieza muestra existente. Desarrollo del modelo a partir del plano otorgado por el cliente o por nosotros a partir de una pieza muestra existente. Moldeo: Construcción del molde de arena, si la pieza es hueca es preciso fabricar también los machos o noyos , que son unas piezas que recubren los huecos interiores. En todos estos pasos se debe tener en cuenta el material elegido para la fabricación de la pieza.
Fusión: Se realiza en los hornos eléctricos de arco eléctrico. El acero, dependiendo de las aleaciones a fabricar (aceros resistentes al desgaste, aceros resistentes al choque, aceros inoxidables, aceros refractarios, aceros al carbono) se funde a una temperatura entre 1.450º C y 1.650º C. Terminada la fusión, el acero pasa a la cuchara de colada, y finalmente se vierte el acero líquido en los moldes de arena, depositados en la zona de colada.
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Control de Composición Química (Espectrómetro): Para el control de la composición química de los metales se utiliza un Espectrómetro estacionario que sirve para vaporizar materiales de prueba mediante descarga por chispas o descarga por arco voltaico. Los átomos e iones desprendidos durante este proceso son excitados y emiten luz. Esta se conduce a los sistemas ópticos, donde se miden mediante la técnica CCD (Detector electrónico fotosensible. Este detector convierte la luz en cargas eléctricas) Desplome: Consiste en la separación de las arenas de moldeo de la pieza fundida dentro del molde de arena, de esta manera, se separan la pieza fundida, que seguirá el resto de los procesos de fabricación y por otro lado las arenas que conformaban los moldes y que se destinarán a recuperación. Pre-acabado: Proceso de corte, para eliminar las entradas y canales de alimentación de la pieza mediante corte con soplete y/o electrodos de arco-aire. Tratamiento térmico: La pieza fundida en bruto de colada (as cast) es sometida a unos tratamientos térmicos especiales, con el fin de alcanzar las características mecánicas de resistencia, dureza y tenacidad. Se realizan tratamientos térmicos de normalizado, recocido, temples y revenidos.
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Acabado Final: El acabado final de las piezas, que consiste en el desbaste de las piezas fundidas hasta obtener las medidas y tolerancias solicitadas por el cliente.
Mecanizado: El proceso total de fabricación de las piezas de fundición termina con el acabado final de las piezas, que consiste en la mecanización de las piezas fundidas hasta obtener las medidas y tolerancias solicitadas por el cliente. Las principales operaciones de mecanizado que se realizan son: desbastes y torneados, fresados, taladrados, etc. Este proceso de Calderería: fabricación incluye productos de revolución, basados en el curvado y soldadura de planchas. Pueden ser semi-elaborados (virolas y conos sueltos) o bien productos terminados (molinos, hornos, aros de rodadura, piezas mecanizadas, etc.).
Soldadura y Ensamble: Realizar uniones soldadas o recargues de soldadura de forma manual y/o semiautomática en atmósfera natural o protegida (electrodos revestidos, oxigás, TIG, MIG/MAG, etc.), para fabricar o reparar a partir de planos constructivos.
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Objetivos Identificar las oportunidades en cuanto al ahorro energético en el Horno de Arco Eléctrico, para lo cual se plantea realizar un balance energético teórico y compararlo con los datos reales de operación en el proceso de fusión.
Objetivo General El objetivo principal del presente trabajo es el de proponer ideas para ser tomadas en cuenta en esfuerzos de optimización de los HAE; estas ideas consideran un enfoque de uso eficiente de energía y establecen que es posible controlar la potencia en punto de operación de mayor eficiencias energéticas tanto térmica como eléctrica.
Objetivo Específico El balance energético de un horno eléctrico de arco (HEA) representa la elaboración de una colada. Las entradas y salidas de energía se refieren a una tonelada de acero líquido, calculándose sus valores en kcal/t. El proceso de elaboración del acero en el HEA influye decisivamente sobre el balance energético. Por otra parte, este proceso de elaboración puede variar considerablemente de unas empresas a otras, entre diferentes hornos de una misma empresa e incluso entre diferentes coladas de un mismo HEA. En consecuencia, cada colada de un horno eléctrico tiene su propio balance energético. Todo esto da lugar a que el balance de energía del HEA deba calcularse de forma que represente al conjunto de su producción. En este sentido, deben emplearse los valores medios más representativos de la misma. El método a seguir para calcular el balance energético de un HEA dependerá de los datos disponibles sobre su instalación y su proceso productivo.
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MARCO TEORICO Alrededor de un cuarto del acero producido mundialmente se lleva a cabo en el horno de arco eléctrico tal como el indicado en la figura 10 y 11. Este método usa arcos de alta corriente eléctrica para fundir chatarra de acero y convertirlo en acero líquido de una composición química y temperatura específica. El calentamiento externo del arco permite un mejor control térmico que el proceso básico al oxígeno, en donde el calentamiento es acompañado por la oxidación exotérmica de los elementos contenidos en la carga. Esto permite fabricar aceros de calidad y aceros especiales a partir de chatarra porque es posible la adición de más aleantes que los posibles en la acería básica al oxígeno, tales como; Ni, Cr, Mn, V, Mo, W, Nb, Ti, que son agregados en forma de ferro-aleaciones. La mayoría de estos elementos son más oxidables que el hierro. Luego sería imposible hacer la mayoría de estos aceros de aleación bajo las condiciones oxidantes que existen en el convertidor o en el SiemensMartin ya que, por ejemplo el vanadio se oxidaría según: FeO + V → Fe + VO ΔGº1600ºC = -31.62 kcal = -156.9 kJ En este ambiente reductor pueden hacerse las adiciones de ferromanganeso, ferrocromo, ferro-vanadio, etc., para que no se pierdan por oxidación. Este proceso de doble escoria no sería posible en un horno del tamaño como el S.M. Para hacer aceros especiales o aleados, tenemos que reducir la actividad del oxígeno en el horno y trabajar a temperaturas más altas de modo que los elementos de aleación sean más reducibles en relación al carbono. El arco eléctrico permite ambas cosas. El arco caliente del electrodo de carbono provee una atmósfera ligeramente reductora. Las altas temperaturas (1800ºC) pueden ser alcanzadas en el baño sin que se dañe excesivamente el techo del horno, comparado con el horno S.M., ya que hay una llama muy pequeña en el horno eléctrico. Sin embargo, la acería eléctrica no es oxidante, y la mezcla escoria-metal no es intensa, por lo tanto, el contenido de carbono es mayor al 0.05 %. TERMODINÁMICA
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Además, generalmente existe un alto contenido de nitrógeno de 40 a 120 partes por millón, comparado con las 30 a 50 partes por millón de acería básica al oxígeno. El nitrógeno, el cual hace al acero quebradizo, es absorbido por el acero líquido desde el aire en la zona de alta temperatura del arco. El contenido de nitrógeno puede disminuirse soplando otros gases dentro del horno, o calentando con un arco pequeño y aplicando una vigorosa ebullición de monóxido de carbono o argón que agite el baño fundido. Estructura del horno eléctrico: El horno eléctrico consiste en un gran recipiente cilíndrico de chapa gruesa (15 a 30 mm de espesor) forrado de material refractario que forma la solera que alberga el baño de acero líquido y escoria. El resto del horno está formado por paneles refrigerados por agua. La bóveda es desplazable para permitir la carga de la chatarra a través de unas cestas adecuadas. La bóveda está dotada de una serie de orificios por los que se introducen los electrodos, generalmente tres, que son gruesas barras de grafito de hasta 700mm de diámetro. Los electrodos se desplazan de forma que se puede regular su distancia a la carga a medida que se van consumiendo. Otro orificio practicado en la bóveda permite la captación de humos, que son depurados convenientemente para evitar contaminar la atmósfera. El horno va montado sobre una estructura oscilante que le permite bascular para proceder al sangrado de la escoria y el vaciado del baño. Funcionamiento del horno eléctrico: Los hornos eléctricos son sobre todo útiles para producir acero inoxidable y aceros aleados que deben ser fabricados según unas especificaciones muy exigentes. La fabricación del acero en horno eléctrico se base en la fusión de las chatarras por medio de una corriente eléctrica, y al afino posterior del baño fundido.
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La carga del horno eléctrico está constituida de chatarra principalmente. En el baño se lleva a cabo una reacción de oxidación – reducción (proceso redox). Durante la fusión oxidante se elimina el fósforo y durante la reductora el óxido de hierro disuelto en el baño y el azufre. El control del tipo de atmósfera en el baño es fácil. El calor se encuentra en la parte superior de la carga, siendo necesario en general usar bobinas electromagnéticas a fin de inducir a una agitación en el recipiente para que el material más frío del fondo alcance la parte superior igualándose de esta forma la temperatura y la composición química. El refinado se produce en una cámara hermética, donde la temperatura y otras condiciones se controlan de forma rigurosa mediante dispositivos automáticos. En las primeras fases de este proceso de refinado se inyecta oxígeno de alta pureza a través de una lanza, lo que aumenta la temperatura del horno y disminuye el tiempo necesario para producir el acero. La cantidad de oxígeno que entra en el horno puede regularse con precisión en todo momento, lo que evita reacciones de oxidación no deseadas. Para la generación de escoria se añade cal, caliza, etc. El contenido en nitrógeno suele ser elevado debido a las altas temperaturas generadas inmediatamente por debajo de los electrodos (3500ºC) aunque se mantiene a un nivel aceptable para la mayoría de los aceros. Las ferroaleaciones se añaden tanto al horno eléctrico como en cuchara, siendo este proceso el más adecuado para la fabricación de los aceros especiales. Aunque a veces pueden surgir problemas con el carbono desprendido de los electrodos de alta pureza, cocidos al vacío y de alta conductividad. Según se van quemando se va añadiendo nuevo electrodo a su extremo opuesto. El arco opera de forma similar sobre una masa fría de chatarra o sobre la superficie del metal líquido. Este hecho y la facilidad de carga del recipiente le convierten en el sistema idóneo para fundir chatarra de baja densidad tales como carrocerías compactas de coches o virutas y desechos procedentes de tornos y talleres mecánicos.
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Ventajas del horno eléctrico:
Independencia del arrabio líquido Alta productividad: de 20 a 80 t/h Costes totales muy reducidos Fácil extracción de la escoria Fácil control de temperatura Mejor reducción del acero al operar en ausencia de aire Menor cantidad de humos Programación y automatización de las tareas
Inconvenientes del horno eléctrico:
Producción en menor escala que Alto horno Posibilidad de contaminar el acero con elementos residuales de la chatarra Elevado consumo eléctrico: en España la industria del acero la de mayor consumo de energía eléctrica con un 6 % del consumo
Aunque el costo de la fabricación de acero en el horno de arco eléctrico, es generalmente más alto que el de los demás métodos de fabricación de acero, se obtiene una calidad de acero superior con el horno eléctrico. Éste suministra el mejor método para controlar la temperatura y las adiciones de aleación. Además su costo puede justificarse para la fabricación de acero en localidades donde no se cuenta con altos hornos ni con hierros de primera fusión, o en lugares en donde las necesidades intermitentes de acero en cantidades pequeñas, no justifiquen una instalación de hogar abierto. Además es muy usado ya que no contamina la atmósfera como muchos otros. Actualmente, el horno eléctrico produce un 40 % de la producción mundial del acero.
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MARCO CONCEPTUAL LA CARGA La primera etapa de la fabricación de acero en el horno eléctrico es cargar la chatarra y fundirla con el arco. La chatarra de acero es la mejor carga de material a un horno eléctrico de fabricación de acero, y es fundamental su disponibilidad a bajo costo y apropiada calidad. La importancia de la calidad de la chatarra se manifiesta cuando se fabrica acero de alta ductilidad, el cual debe contener un máximo de impurezas residuales (es decir, cobre, cromo, níquel, molibdeno y estaño) del 0.2 %. La mayoría de estas impurezas están presentes en la chatarra, y en vez de ser oxidadas durante la fabricación de acero, estas se acumulan y aumentan durante el reciclaje del acero. En tales casos algunas acería aumentan sus cargas de chatarra con hierro reducido directamente o con hierro frío de alto horno, lo cual hace que no contengan residuos. Generalmente, los contenidos de carbono, nitrógeno y residuos más altos se alcanzan en el proceso en arco eléctrico que es menos atractivo para producir aceros de bajo carbono y aceros dúctiles. La mayoría de las canchas de chatarra mantienen grados de chatarra separadas. Las acerías de alta aleación, tales como, productores de acero inoxidable, acumulan, compran y cargan chatarra de composición similar para minimizar los costos de adición de aleantes. EL HORNO El horno de arco eléctrico es una nave cilíndrica acostada hecha de placas de acero. Contiene un crisol refractario con forma de plato y tres electrodos verticales que alcanzan el fondo a través de un techo removible con forma de domo. El diámetro de la coraza es de 2.5, 6 y 9 metros para hornos de 10, 100 y 300 t. La coraza está ubicada sobre un balanceador hidráulico que bascula el horno para la evacuación de la escoria. El fondo, es decir, el crisol, está compuesto por ladrillos de magnesita pegados entre sí por alquitrán. Y tiene en un lado un orificio ligeramente inclinado para vaciar la escoria, y un orificio de sangría vertical en el crisol ovalado. Con este último arreglo, el horno necesita ser volteado solo unos 10º para el sangrado produciendo un suave y corto flujo de sangría que disminuye TERMODINÁMICA
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las pérdidas de calor y re - oxidación del acero líquido. Previo al carguío, los orificios de sangría verticales son cerrados exteriormente mediante un fondo móvil y llenados con arena refractaria. La mayoría de las paredes del horno son paneles refrigerados con agua, reemplazables, éstas son recubiertas interiormente con rociadores de refractario y escoria para proteger y disminuir las pérdidas de calor. El techo también está hecho de paneles refrigerados con agua y tiene tres aberturas circulares, igualmente espaciadas, para insertar los electrodos cilíndricos. Otra gran abertura, llamada cuarta abertura, se usa para la evacuación de los gases. Para la inyección de lanzas, muestreo, ensayos, inspección y reparaciones, se cuenta con aberturas adicionales en las paredes del horno, con puertas refrigeradas con agua. El techo y los electrodos pueden ser levantados y movidos para el carguío de la chatarra y mantenimiento del crisol. Los electrodos de grafito, son producidos con altos estándares por una industria especializada. Realmente son secciones de electrodos individuales atornillados entre sí por un hilo y un tornillo ubicado en el inicio de uno y al final de otro. Esto se hace debido a que los electrodos cortos son más fáciles de fabricar, transportar y manejar. El diámetro del electrodo depende del tamaño del horno; un horno de 100 t usa electrodos de 600 mm de diámetro. Los tres electrodos están atados con abrazaderas a armazones que se extienden sobre el techo del horno y que son atornillados a un mástil móvil ubicado al lado del horno. El mástil controla la distancia entre cada punta del electrodo y la chatarra o baño fundido, regulando así la longitud del arco y el flujo de corriente. El equipo de suministro de potencia es generalmente un transformador de baja, interruptores automáticos, un regulador de electrodo para control del voltaje, y un transformador del horno que es instalado en concreto a corta distancia del horno. Cables fuertes refrigerados con agua y brazos transportadores de potencia conectan el transformador del horno con los electrodos. Las plantas de horno de acería eléctrica son más pequeñas y más baratas que construir un acería integral, en donde además de acería al oxígeno se cuenta con alto horno, plantas de sinterización y fabricación de coque. El costo eficiencia es favorable a baja productividad, es decir, 150000 t por año, TERMODINÁMICA
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mientras que un horno al oxígeno básico con su alto horno asociado se puede pagar por sí mismo solo si producen más de 2000000 t de acero líquido por año. Además, el horno eléctrico se puede operar intermitentemente, mientras que el alto horno opera mejor en forma continua. Sin embargo, la potencia eléctrica usada es alta, 360 a 600 kWh por t de acero, y el sistema de potencia instalado es sustancial. Un horno de 100 t tiene frecuentemente un transformador de 70 MVA (70megavoltampere) o 70MW. EL PROCESO Después de remover el calor, se saca el techo, se inspecciona el crisol, y cuando sea necesario se repara. A continuación una grúa carga el horno con chatarra por un pote cilíndrico que está abierto en la parte superior para el carguío y cuenta con un fondo ajustable para carguío rápido. Los potes con chatarra son cargados de modo tal que aseguran un amortiguamiento cuando se carga la pesada chatarra sobre el crisol en orden de obtener una buena conductividad eléctrica de la carga, bajo riesgo de fractura del electrodo y una buena protección de las paredes del horno durante el proceso de fusión. Algunas veces se agrega carbón y formadores de escoria para prevenir la sobre oxidación del baño fundido. Después del carguío el techo se tapa, y se bajan los electrodos. La fusión empieza fijando la potencia a bajos niveles hasta que los electrodos se autocalientan dentro de la chatarra en el tope de la carga, protegiendo las paredes laterales de un sobre calentamiento durante la fusión con alta potencia. Se deja algo de chatarra sin fundir en las paredes para lograr esta protección, un segundo pote se carga y se repite el procedimiento de fusión. La fusión de chatarra fina requiere algunas veces del carguío de tres a cuatro potes. Después que ha concluido la fusión, el contenido de carbono en el acero está alrededor del 0.25 % sobre el nivel de vaciado final, lo cual previene la sobre oxidación del baño fundido. En este tiempo se ha formado una escoria básica consistente de 55% CaO, 15 de SiO2 y 15 a 20 % FeO. La frecuente espumación de la escoria es generada por la inyección de carbón o mezclas carbón-cal que reaccionan con el FeO produciendo gas CO. Esta espuma cubre las paredes laterales y permite un alto poder de sedimentación.
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Así el contenido de carbono del acero disminuye por soplado de oxígeno y aumenta por inyección de carbón. Se toman muestras, se chequea la temperatura, se agregan componentes, y cuando todas las condiciones están correctas, el horno se descarga rotando el horno hasta que el acero fluya en un chorro o a través de un orificio de sangría vertical a una cuchara. Cuando aparece la escoria, se aplica un volteo rápido y la escoria se descarga a través de la puerta trasera del horno a una olla de escoria. Algunas acerías dejan un 15% de acero líquido dentro del horno. La práctica de este “taco caliente” permite la completa separación de la escoria. En el horno eléctrico puede producirse un acero muy limpio, es decir, con bajo contenido de oxígeno y azufre, mediante la practicas de dos escoriadas. Algo del Si, P y C pueden ser eliminados por un chorro de oxígeno dirigido sobre el metal con una lanza. Esto tiene la ventaja de refinar el metal rápidamente lo que es importante ya que el proceso de horno eléctrico debe tener una alta productividad ya que la energía eléctrica es costosa. La escoria formada en esta etapa se extrae (escoria oxidante), y se forma una nueva escoria de carácter reductor que consiste principalmente de CaC2 por adición de cal y coque y aluminio como reductor. La nueva escoria reducida se compone de 65 % CaO, 20% SiO2, carburo de calcio o alúmina y prácticamente no hay óxido de hierro. Los aleantes que se oxidan fácilmente, se agregan en esta etapa para minimizar las pérdidas y mejorar el control metalúrgico. La refinación continúa bajo la escoria reductora hasta que el calor está listo para el vaciado. El tiempo total de calentamiento es de una a cuatro horas dependiendo del tipo de acero a hacer, esto es, sobre la cantidad de refinación aplicada y calentamiento auxiliar empleado. Muchas acerías no aplican la práctica de dos escorias, pero tratan el acero después de fundir la chatarra y descargarla, en estaciones de tratamiento en cuchara. Esas plantas metalúrgicas secundarias, permiten al horno eléctrico operar solo como un fundidor de chatarra altamente eficiente. De vez en cuando las erosionadas puntas de los electrodos por la acción del arco y las altas temperaturas del horno oxidan los electrodos, así se agregan nuevos electrodos al extremo con hilo. La tasa de consumo de electrodo alcanza los 3 a 6 kilos por t de acero, dependiendo del tipo de operación. TERMODINÁMICA
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DESCRIPCIÓN DEL PROCESO Realizar una revisión del horno antes de encender, si se detecta una falla comunicar al supervisor o área de mantenimiento. Encender la consola, girando la llave hasta la posición 1.
Encender bomba hidráulica de aceite presionando uno de los pulsadores 1 o 2 hasta que la presión sea de 200 PSI, luego cerrar válvula, ver figura 2
Encender bomba de agua para refrigeración presionando los botones desde el Nº 1 hasta el Nº 4, también encender el ventilador y el aire.
Realizar la nivelación o calibración de electrodos abriendo las llaves A, B y C respectivamente.
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Limpiar con aire las mordazas que sujetan los electrodos y se procede ajustar o cambiar los electrodos. Mover las válvulas para manipulación de tapas (1), abrir y girar bóveda (2 y 3), luego se procede a cargar la chatarra.
Una vez concluido toda esta operación se procede a levantar la llave de 10,000 voltios.
Presionar y girar la llave de encendido a la derecha y graduar en la consola lo siguiente: transformador 101, reactor 4/4, reóstato 6, MW 0.80. Ver figura 6, llenar en el formato CM-FORFU-08 Reporte de cabina.
Luego dejar el Horno en automático por 10 minutos, luego girar la llave de encendido a la izquierda (stop).
En la consola se gradúa lo siguiente: transformador 116, reactor. 4/4, Reóstato 6, MW 1080, esto durante1.5 horas.
Empujar carga adicionar los fundentes, ver temperatura según el material.
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Se procede a sacar una muestra para analizar en el Espectrómetro e ingresar los ferroaleantes.
Mantener la temperatura de fusión, según material a fundir, graduando lo siguiente: transformador 101, reactor 0, reóstato 8, MW 1450 y llenar en el formato CM-FORFU-08 Reporte de cabina.
Cuando el material llega a la temperatura de sangrado de acuerdo al tipo de material se procede a vascular el horno para realizar el escoreo y luego el sangrado, llenar en el formato CM-FORFU-08 Reporte de cabina.
Cuando se termina de realizar el sangrado se desconecta el automático y se pone en manual.
Elevar electrodos y poner seguro.
Se procede a bajar la palanca de los 10,000 voltios.
Apagar la bomba de aceite, luego se apaga la consola.
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PROCEDIMIENTO DE TRABAJO
Al inicio de cada día se revisa la línea de escoria y el tipo de cucharas para su respectiva reparación.
Se procede a cargar el horno con la chatarra seleccionada en función de sus características, así como su peso, de acuerdo al Programa de fusión a fin de homogenizar el metal fundido.
La chatarra tiene que verterse de una manera estratégica en el interior del horno, de manera que las partes más densas de chatarra estén en la parte inferior y en la parte superior las de menor densidad para que al introducir los electrodos se funda rápidamente la parte superior transmitiendo el calor a las superficies con mayor densidad.
Encender el horno de arco eléctrico, el principio en el que se basa el horno es transmitir al metal una gran cantidad de energía en forma de calor gracias al arco eléctrico que salta entre electrodo de grafito y chatarra, para generar unos 1600ºC.
Calentar la cuchara que se va usar para la colada.
Agregar los productos químicos, en el horno en las cantidades siguientes: a) Espato Flúor: Peso de carga (Kg) x 0.01 b) Modificador: Peso de carga (Kg) x 0.11 c) Carbonato: Peso de carga (Kg) x 1.30
Una vez fundida toda la chatarra, en el interior del horno tenemos metal fundido y escoria.
Cuando el metal esta liquido en su totalidad y su temperatura según el tipo de aleación, se procede a remover y sacar una muestra para análisis en el espectrómetro.
Con los resultados obtenidos y comparados según los parámetros requeridos de cada tipo de metal se procede a realizar el bloqueo
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con Fe Si y el ajuste con los ferroalealeantes, según el porcentaje que falta.
Se procederá a elevar la temperatura de sangrado según el tipo de metal requerido basándose en el programa de fusión.
Cuando se realizara el sangrado se agrega Grafidox y Aluminio en la cuchara y se procederá a escoriar repetidas veces hasta observar limpio el metal.
Se procede a remover y sacar una muestra final para un análisis en el espectrómetro, para verificar si está dentro de lo requerido.
Se procede a llevar el metal a la zona de tapado para realizar la colada respectiva.
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DIAGRAMA DE PROCESO
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