Introducción al proceso de fabricación de acero en hornos de arco eléctrico y operaciones clave

Introducción al proceso de fabricación de acero en horno de arco eléctrico y operaciones clave

1. Carga

La carga es la operación inicial en el proceso de fabricación de acero en horno de arco eléctrico (EAF), que implica la carga de materias primas, principalmente chatarra de acero y, a veces, metal caliente (hierro fundido), en el horno.

2. Formación de escoria

Esta operación implica ajustar la composición, basicidad, viscosidad y reactividad de la escoria. Por ejemplo, durante el soplado de oxígeno, el objetivo es generar una escoria con suficiente fluidez y basicidad para transferir oxígeno eficazmente a la superficie del metal. Esto facilita la reducción de azufre y fósforo a niveles por debajo de los límites especificados para el grado de acero objetivo, al tiempo que minimiza las salpicaduras y el derrame de escoria.

3. Eliminación de escoria

Dependiendo de las condiciones y objetivos específicos de la fundición, la eliminación o el reemplazo de la escoria se realiza en varias etapas. Por ejemplo:

   Cuando se utiliza una práctica de una sola escoria, la escoria oxidante debe eliminarse ("desnatarse") al final del período de oxidación.

   Cuando se utiliza una práctica de doble escoria para crear una escoria reductora, la escoria oxidante inicial debe eliminarse por completo para evitar la reversión del fósforo (el retorno del fósforo de la escoria al acero fundido).

4. Agitación del baño

Se suministra energía al baño fundido para inducir movimiento en el acero fundido y la escoria, mejorando así la cinética de las reacciones metalúrgicas. La agitación se puede lograr a través de varios métodos, incluyendo la inyección de gas (por ejemplo, gases inertes como Ar o N₂), medios mecánicos o inducción electromagnética.

5. Desfosforación

Esta es la reacción química destinada a reducir el contenido de fósforo en el acero fundido. El fósforo es una impureza perjudicial, ya que los altos niveles pueden causar fragilidad en el acero a bajas temperaturas, conocida como "fragilidad en frío". El efecto fragilizante empeora con el aumento del contenido de carbono. Las especificaciones estándar suelen limitar el fósforo a un máximo de 0,045% para los grados comunes, con límites aún más estrictos para los aceros de alta calidad.

6. Agitación inferior del EAF

Gases como N₂, Ar, CO₂, CO, CH₄ u O₂ se inyectan en el baño fundido a través de toberas (boquillas) instaladas en el fondo del horno. Esto sirve para acelerar la fusión y mejorar las reacciones metalúrgicas. Los beneficios de la agitación inferior incluyen:

   Reducción del tiempo de colada a colada y menor consumo de energía.

   Desfosforación y desulfuración más eficientes.

   Mayor recuperación de elementos de aleación como el manganeso.

   Mejora de la homogeneización de la composición y la temperatura del acero, lo que conduce a una mejor calidad, menores costos y mayor productividad.

7. Período de fusión

Específicamente para las operaciones de EAF, el período de fusión se extiende desde el encendido inicial hasta que la carga sólida se licúa por completo. Los objetivos principales son fundir la carga rápidamente, elevar su temperatura y formar una escoria preliminar.

8. Período de oxidación y descarburación

En la práctica convencional de EAF, el período de oxidación generalmente comienza después de la fusión de la carga y se extiende hasta la eliminación de la escoria oxidante. Una tarea clave es la descarburación, donde el oxígeno reacciona con el carbono para formar gas CO. Una descarburación suficiente (a menudo >0,2%) es crucial para refinar la pureza del acero eliminando gases e inclusiones. El período de oxidación también se encarga de la eliminación del fósforo y la homogeneización del baño. Con el auge de la metalurgia secundaria, gran parte de este refinado por oxidación ahora se traslada a la cuchara o a unidades de refinado separadas.

9. Período de refinado

Este término general se refiere a las etapas del proceso donde se eliminan del acero fundido elementos o compuestos nocivos específicos. Esto se logra a través de reacciones químicas que los transfieren a la fase gaseosa o los hacen flotar en una capa de escoria para su eliminación.

10. Período de reducción

En la práctica convencional de EAF, el período de reducción sigue al período de oxidación y precede a la colada. Su propósito principal es crear una atmósfera de escoria reductora para la desoxidación final, la desulfuración, el ajuste preciso de la composición y la homogeneización de la temperatura. Este período se elimina en gran medida en las operaciones modernas de EAF de alta potencia y ultra alta potencia, que se centran en la fusión rápida y la transferencia de tareas de refinado a unidades externas.

11. Metalurgia secundaria (Refinado en cuchara)

Esto implica transferir el acero fundido primario del EAF (u otro recipiente de fabricación de acero primario) a un recipiente separado para un refinado adicional. El proceso de fabricación de acero se divide así en dos pasos:

   Fusión primaria: Fusión, desfosforación inicial, descarburación y aleación aproximada en una atmósfera oxidante.

   Refinado: Desgasificación final, desoxidación, desulfuración, eliminación de inclusiones y ajuste fino de la composición, a menudo al vacío, con gas inerte o atmósferas reductoras.

Esta división mejora la calidad del acero, acorta el tiempo del horno primario y optimiza el costo y la flexibilidad del proceso. Los métodos de refinado en cuchara varían ampliamente, clasificados por presión (atmosférica o vacío) y enfoque de tratamiento (procesamiento en cuchara frente a refinado en horno de cuchara dedicado).

12. Agitación en cuchara

La agitación del acero fundido durante la metalurgia secundaria es fundamental. Homogeneiza la temperatura y la composición y acelera las reacciones de refinado al mejorar la transferencia de masa en las interfaces de fase. Las reacciones que podrían tardar entre 30 y 60 minutos estáticamente (por ejemplo, la desulfuración) se pueden completar en 3-5 minutos con agitación. La agitación también aumenta drásticamente la velocidad a la que las inclusiones no metálicas flotan fuera del baño de acero.

13. Alimentación de alambre en cuchara

Esta técnica implica alimentar alambres con núcleo o sólidos (por ejemplo, que contengan polvo de aleación Ca-Si, aluminio o carbono) en la cuchara de acero fundido utilizando un alimentador de alambre. Permite la desulfuración profunda, el tratamiento con calcio (para el control de la forma de las inclusiones) y la microaleación o ajuste fino de la composición precisos. También contribuye a la desoxidación final y mejora la limpieza del acero.

Somos un fabricante profesional de hornos eléctricos. Para más consultas, o si necesita hornos de arco sumergido, hornos de arco eléctrico, hornos de refinado en cuchara u otros equipos de fusión, no dude en contactarnos en  susan@aeaxa.com