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HORNO DE ARCO ELECTRICO

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by

Pedro Enrique Menéndez E

on 21 February 2017

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Transcript of HORNO DE ARCO ELECTRICO

ACERÍA
ACE-011
OPERACIÓN BÁSICA DE FUSIÓN Y
REFINO EN HORNOS ELÉCTRICOS
CHATARRA Y GUSA SÓLIDA

FUNDAMENTOS TEORICOS
Objetivos del HEA
(Horno Eléctrico a Arco):
1. Transformar la carga sólida – chatarra y gusa, en acero líquido. Esta
pasada del estado sólido para el estado líquido se
llama Fusión.
2. Elevar la temperatura del acero líquido o ejecutar el refino primario. En
estas dos operaciones existe un punto en común, que es la
necesidad de proveer calor.


Energía en el Horno Eléctrico a Arco

El horno transmite calor para la carga metálica. Este calor tuvo origen en la
energía eléctrica generada, provista:
• Por la concesionaria (CEEE, CETESB,... ), a través de sistemas eléctricos
(generadores, transformadores, líneas de distribución).

Esta energía que genera un arco eléctrico, es transferida para la carga
metálica bajo la forma de calor, provocando la Fusión de la carga sólida y la
elevación de temperatura del acero líquido.
Observaciones en el
Horno Eléctrico a Arco

Capacidad Térmica
Suponiendo que estamos trabajando teóricamente con una carga de 20 t de
chatarra, digamos chatarra cizallada, a la temperatura ambiente y que recibe
de energía 6.000 kWh. La temperatura media subiría a un valor de T1 grados
(donde T1 es un valor simbólico de temperatura).
HORNO DE FUSION O ELECTRICO A ARCO
Los Hornos Eléctricos a Arco ( HEA ) usados desde 1899 para producir aceros,
viene aumentando su participación en la producción mundial de aceros gracias,
sobretodo:

• A los costos obtenidos en los aceros producidos con estos
equipamientos;
• A los avances en la tecnología de los mismos.



Formas de Transferencia de Calor
1. Transferencia de Calor por Conducción
Tome una barra de fierro y acerque a la punta de un soplete. ¿Usted tuvo que soltar la barra, pues ella estaba muy caliente, no? Calentó un poco la mano y aprendió la primera forma de transferencia de calor, llamada de conducción.
2. Transferencia de Calor por Convección
La llama calienta la parte inferior de la cuchara y ésta, por conducción, calienta el agua. Cuando el agua de la parte inferior esté más caliente, su densidad disminuye, haciendo que ella se traslade para la parte superior de la cuchara, y sea sustituida por agua más fría y densa, proveniente de las capas superiores. Este es el proceso llamado de convección.

Los HEA son utilizados para producir desde aceros destinados a la
construcción civil y perfiles comerciales hasta productos planos, pasando por los
aceros ligados. Por lo tanto, este equipamiento abarca la producción de aceros
para casi todas las grandes líneas de productos de acero.
ENERGIA
Calor – Fue lo que pasó de la barra A para la barra B. La barra A tenía,
entonces, algo mayor que la barra B.

Energía Interna – es la medida de esta energía, que es realizada por la
medición de temperatura
Energía Química
Esta otra fuente de calor utilizada en el HEA, que es la energía química, es proveniente:
- De las reacciones con elementos químicos constituyentes de la carga metálica, tales como el silicio ( Si ), manganeso ( Mn ), carbono ( C ), fierro ( Fe ),...

- De las reacciones con elementos adicionados en el horno, con el propósito de generar energía, como el carbono ( C ), metano ( CH4 );
- De las reacciones con gases provenientes de la quema de los dos primeros grupos, tales como el monóxido de carbono ( CO ) e hidrógeno ( H2 ) .


En electricidad, se utiliza el kilowatt-hora ( kWh ), debido a que gran parte de la energía utilizada provenir de energía eléctrica.
Es importante saber la equivalencia entre las dos unidades, pues las energías químicas son, en la mayoría de las veces, expresas en cal, o kilocaloría (kcal), mientras que las eléctricas son el kWh o megawatt-hora ( MWh ).
3. Transferencia de Calor por Radiación

Quédese cerca del horno y usted sentirá que, cuanto más cerca esté, se sentirá menos corfortable, debido al calor del horno. Esta forma de transferencia de calor se llama radiación. En otras palabras, podríamos decir que todos los materiales calentados emiten radiaciones de calor, que al ser absorbidas por otro material provocan en él una elevación de temperatura.
Conducción en el Horno

En el arco eléctrico es la misma cosa: como el es formado entre la punta del conductor, llamado de electrodo y la chatarra, el calor va directo para la carga metálica y, por conducción, va calentando la carga metálica hasta fundir.

Convección en el Horno

En el horno también acontece eso, los gases generados en el proceso de fabricación suben, calentando todo lo que se encuentra en su camino de subida, y saliendo por la chimenea, o captación.
BREVE EXPLICACION MULTIMEDIA
Ahora se cargan las mismas 20 t, solo que de gusa a la temperatura ambiente, y
recibiendo la misma energía. La temperatura en este caso, no seria más T1 y si
T2, siendo T1 diferente de T2
OJO: Materiales diferentes que reciben la misma cantidad de energía,
presentan variaciones en sus temperaturas”.
La variación de temperatura que ocurrió es de la temperatura ambiente
(25°C) hasta las temperaturas T1 o T2.
Los dos materiales estaban con la misma temperatura, recibieron la misma
energía y quedaron con temperaturas finales diferentes
Este principio es enunciado de la siguiente forma: “Si un material recibe una
cantidad de calor Q y su temperatura varia (temperatura inicial – temperatura
final) de T grados, la capacidad térmica será:
En el ejemplo dado, suponiéndose que las temperaturas T1 y T2 fuesen, respectivamente, 825°C y 925°C, que la temperatura ambiente fuese de 25°C y la cantidad de calor 6.000 kWh. Las capacidades térmicas serian de:
Esto es la misma cosa que decir “que en el primer caso, con la cizallada,
necesito de 7,5 kWh para elevar de 1°C a su temperatura, y en la gusa, necesito
de 6,6 kWh para elevar el mismo grado”.
Al analizarse las cargas de un HEA, se puede decir:
- Cuanto mayor sea la capacidad térmica de un material, mayor la cantidad de calor que necesita ser provista para una determinada elevación de temperatura;
- De la misma forma, mayor la cantidad de calor que el cede, cuando
su temperatura sufre determinada reducción.
Calor Específico
Manteniendo el ejemplo anterior:
O sea, lo mismo que sean hechos de un mismo material, dos cuerpos pueden
tener capacidades térmicas diferentes, desde que sus masas sean diferentes.
Se verificó que, dividiéndose la capacidad térmica ( C ) de un material (en
nuestro caso, cizallada) por su peso (m ), se obtiene el mismo resultado.
Entonces, esta división C / m es constante para un mismo material. Esta
división o cuociente es llamada de calor específico, c del material.
El símbolo de calor específico es una c minúscula, mientras que el de la
capacidad térmica es una C mayúscula.
OJO: el calor específico tanto sirve para referirnos a energías para elevación de la temperatura de 1°C, cuanto para elevación de más grados, mas siempre referido a 1 t.
Sabiéndose, por ejemplo, que la temperatura de Fusión del acero es de 1450°C, y que la carga está en la temperatura ambiente,
Existen dos calores para fundir un material:
Lo que vimos hasta ahora en Fusión, nos permite decir que la energía gasta para
cada materia prima es la suma de tres energías:
• La energía recibida para llegar a la temperatura de Fusión;
• La energía necesaria para el cambio de estado ( sólido, líquido y gaseoso);
• La energía necesaria para la elevación de temperatura, en nuestro caso, 1650°C.
Otro punto necesario de entender es que 385 se refiere solamente a la energía necesaria para fundir y calentar el acero a 1650°C, no estando también incluidas las pérdidas metálicas, las cuales hacen parte del proceso de elaboración del acero.

Pérdidas Térmicas
Cuando usted usa el fogón de su casa para calentar la leche o agua, sea la que
sea, observe:
• Que la llama del fogón calienta primero el recipiente u olla, para después calentar el contenido del mismo. Usted, en verdad, quiere calentar el contenido y no la olla, por lo tanto, tuvo pérdidas;
• Aproxime la mano a la llama y verifique que parte del calor está yendo para la atmósfera, y no para el contenido de la cuchara;
• Aproxime la mano a la olla, y verifique que está disipando, también, calor para la atmósfera;
• Vea la olla, sin tapa, como también está perdiendo calor.
Estos dos ejemplos son para decir que existen pérdidas
- Independientes del tiempo, y
- Variables con el tiempo.

En el horno es la misma cosa:
• Pérdidas independientes del tiempo son:
Aquellas en que el calor es utilizado para fundir y elevar la temperatura de la escoria;
Pérdidas de los gases de combustión generados en el horno, y que no pudieran ser utilizados para transmitir calor para la carga.

• Pérdidas dependientes del tiempo son:

Pérdidas eléctricas;
Pérdidas en el agua de refrigeración;
Pérdidas por la chimenea (gases).
Pérdidas en el agua de refrigeración
- Esta agua, que entra en los paneles o bóveda a la temperatura de 25°C (ambiente) y sale a la temperatura de 32°C en media), roba calor que podría ser utilizado en la carga.
La cantidad de agua definida para refrigeración de los paneles no puede ser alterada, pues puede causar agujeros en los mismos, y hasta explosiones, debido a la vaporización del agua.
¡Con el horno es la misma cosa, dependiendo del tiempo de colada, estas pérdidas serán mayores o menores!
Inga. Adriana Sofía Menéndez
Control Calidad Acería
Aceros de Guatemala, S. A.
Tel. 7740-1247
Corto: 2547
MUCHAS GRACIAS...!!!!!!!
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