December 7, 2025
Un horno de arco eléctrico opera utilizando una descarga de arco dentro de un medio gaseoso. Esta descarga de arco de gas se distingue por varias características clave: un bajo voltaje entre electrodos, una corriente sustancial que pasa a través del gas, una brillante emisión de luz blanca y una temperatura de arco extremadamente alta, que alcanza aproximadamente los 5000K. La inmensa densidad de corriente observada en tales descargas proviene de dos fuentes principales: la emisión termoiónica del cátodo y la emisión espontánea de electrones. Específicamente, la presencia de una capa de iones positivos adyacente al cátodo genera un potente campo eléctrico, lo que impulsa al cátodo a emitir activamente electrones.
A medida que estos electrones chocan con las moléculas de gas cerca del electrodo, las ionizan, lo que lleva a la generación de una cantidad significativa de iones positivos y electrones secundarios. Bajo la influencia del campo eléctrico, estas partículas cargadas chocan por separado con el cátodo y el ánodo, lo que resulta en la generación de altas temperaturas. Notablemente, debido a la energía gastada en la emisión de electrones, el cátodo típicamente mantiene una temperatura más baja en comparación con el ánodo. Además, pueden surgir altas temperaturas entre los electrodos debido a la liberación de calor combinada de iones positivos y electrones.
Los hornos de arco al vacío son hornos industriales que aprovechan este principio para la fundición de metales. Cuando un horno de arco eléctrico opera dentro de un entorno de vacío, se le conoce como horno de arco eléctrico al vacío. El proceso de fundición en un horno de arco al vacío implica altas corrientes y bajos voltajes, que generalmente operan con un arco corto. Generalmente, el voltaje del arco oscila entre 22 y 65V, con una longitud de arco correspondiente de 20 a 50 mm (este último es aplicable para lingotes grandes).
Desde la exitosa fusión del alambre de platino en 1839, los investigadores han dedicado el siglo siguiente a explorar la fusión de metales refractarios. En 1953, el horno de arco eléctrico al vacío se introdujo oficialmente en aplicaciones industriales. Hasta 1956, el titanio se fundía en hornos no consumibles en los Estados Unidos y gran parte de Europa, mientras que el acero se fundía en hornos consumibles a partir de 1955. Alrededor de 1960, el peso de los lingotes de acero producidos por hornos autoconsumibles había superado las 30 toneladas, lo que marcó un hito significativo en el desarrollo de esta tecnología.
Actualmente, para mejorar la eficiencia de la producción y la utilización del equipo, ambos tipos de hornos a menudo comparten una fuente de alimentación principal común, un sistema de vacío y un sistema de control activo. El tratamiento térmico al vacío de las piezas de trabajo (o materiales) ofrece numerosas ventajas, incluida una vida útil mejorada de los componentes y moldes, la ausencia de oxidación y descarburación, acabados superficiales suaves, deformación mínima, ahorro de energía, respeto al medio ambiente y la capacidad de modificar las propiedades mecánicas y metalúrgicas.
En resumen, el horno de arco eléctrico al vacío representa una sofisticada herramienta industrial que aprovecha los principios de la descarga de arco de gas dentro de un entorno de vacío para lograr procesos eficientes y de alta calidad de fundición de metales y tratamiento térmico.
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