Principios de funcionamiento y características del horno de arco consumible al vacío (VAR)

Principios de funcionamiento y características del horno de arco consumible al vacío (VAR)

El mundo’primeroHorno de arco consumible al vacío (VAR)se introdujo en los Estados Unidos en 1950. Este tipo de horno eléctrico utiliza la energía del arco eléctrico para fundir metales dentro de una cámara de vacío. Se emplea principalmente para fundir metales reactivos y refractarios como el titanio, el circonio y el molibdeno, así como para producir aceros resistentes al calor, aceros inoxidables, aceros para herramientas y aceros para rodamientos. Desde su primera aplicación en la década de 1950 para refundir superaleaciones, el proceso VAR ha demostrado un rendimiento excepcional, estableciéndose como un método crítico para refundir aleaciones de alta temperatura y aceros especiales.

1. Principio de funcionamiento del horno VAR

Durante el funcionamiento, las gotas fundidas se forman en el extremo inferior de un electrodo consumible y caen en un baño fundido. A lo largo de este proceso de formación y transferencia de gotas, se producen reacciones físicas y químicas específicas, lo que permite la eliminación de ciertas impurezas gaseosas. Una característica clave de VAR es que la fusión se lleva a cabo dentro de un crisol de cobre refrigerado por agua (cristalizador). Este diseño elimina la contaminación que puede surgir de las interacciones entre el metal fundido y los revestimientos refractarios. Simultáneamente, el metal fundido se solidifica bajo una intensa refrigeración por agua, lo que da como resultado un lingote uniforme y denso, libre de porosidad por contracción.

El proceso VAR se lleva a cabo utilizando un arco de corriente continua (CC) que opera a bajo voltaje y alta corriente. Inicialmente, se establece un arco entre la punta del electrodo consumible y la base del crisol, creando una zona de plasma de arco de alta temperatura entre el electrodo y el baño fundido. Este calor extremo funde la punta del electrodo. Las inclusiones no metálicas dentro del electrodo, como óxidos y nitruros, se disocian o se reducen bajo el efecto combinado del vacío y la alta temperatura, logrando una mayor purificación.

Dado que el proceso VAR elimina eficazmente los gases, las inclusiones no metálicas y ciertas impurezas nocivas de bajo punto de fusión, los materiales resultantes exhiben una trabajabilidad en caliente y en frío, plasticidad, propiedades mecánicas y características físicas significativamente mejoradas. En particular, se reduce la anisotropía (diferencia entre las propiedades longitudinales y transversales), lo cual es crucial para garantizar la estabilidad, la consistencia y la fiabilidad del rendimiento del material.

2. Características clave del proceso VAR

En resumen, el horno de arco consumible al vacío ofrece las siguientes ventajas:

(1) Fusión de alta pureza: El proceso se lleva a cabo al vacío sin escoria ni materiales extraños entre el electrodo y el lingote en solidificación, lo que evita la contaminación durante la refundición.

(2) Desgasificación eficaz: El metal fundido está directamente expuesto al vacío, lo que permite una excelente eliminación de gases como el hidrógeno, el nitrógeno y el oxígeno.

(3) Control de inclusiones: Las inclusiones no metálicas, debido a su menor densidad, tienden a flotar hacia la parte superior del baño fundido, lo que contribuye a una estructura interna del lingote muy pura.

(4) Solidificación rápida: El uso de un crisol de cobre refrigerado por agua garantiza velocidades de enfriamiento muy rápidas, lo que conduce a una estructura de lingote uniforme con una segregación mínima.

(5) Flexibilidad de aleación: El entorno de vacío permite la adición de cantidades significativas de elementos de aleación, lo que facilita la producción de aceros aleados de alta calidad.

(6) Productividad mejorada: Los tiempos de colada cortos contribuyen a una mayor productividad del equipo y a la reducción de los costos de producción.

Actualmente, los hornos VAR están disponibles con capacidades que van de 15 a 200 toneladas. Procesos como el calentamiento, la desgasificación y el ajuste de la aleación se llevan a cabo continuamente al vacío. El diseño totalmente cerrado, a menudo combinado con bombas de vacío de eyector de vapor, proporciona una operación de fusión limpia sin contaminación ambiental. 

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