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trada y salida de agua deben ser aislados entre s y tambi4n de la estructura de la bóveda, para evitar cortocircuitos. Marco de la puerta de carga.- Los hornos pequeños sólo tienen un marco y un orificio de de sangrado. Por lo general, ambos están en posiciones diametralmente opuestas. En hornos con una capacidad mayor de 40 toneladas, es muy coman que tengan un marco para una puerta adicional, con el objeto de acelerar la reparación del horno, para ayudar a derrumbar la carga adherida a las paredes y para la extracción de la escoria. Las dimensiones del marco deben ser tales que permitan la observación y reparación del piso y los bancos de todo el horno además que se pueda introducir libremente la caja ó canalón de la máquina cargadora, sin que se atore en los pilares y arcos del marco y también para que sea posible sacar los electrodos cuando se rompen. El claro del marco aproximadamente es el equivalente a 0.3 del diámetro interno del horno en los hornos que se cargan por arriba, dicha dimensión puede ser sólo el 0.25 de dicho diámetro. La altura del marco es aproximadamente 0.8 de su anchura. Sobre el corte del marco en la coraza para la puerta de carga, se coloca un marco exterior de acero vaciado que se sujeta a la coraza por medio de tornillos (figura20 a), en los laterales de la puerta de carga. Dentro de este marco se introduce una chaqueta enfriada por agua en forma de ti invertida la cual enfría los pilares y el arco de refractario que enmarcan la puerta del horno y los protege contra el maltrato con las herramientas. La parte frontal de la chaqueta es inclinada para que la puerta pueda deslizarse perfectamente por ella (figura 20 b) Para tener un metal de buena calidad es indispensable una buena hermeticidad del horno. Esto exige que se asegure un ajuste perfecto de la puerta sobre la armadura de la puerta de carga. Esto se logra inclinando las guías y su superficie de deslizamiento, en un ángulo de 10° con respecto a la vertical de esta manera la puerta se ajusta a la armadura por su propio peso. La puerta suele estar construida de placa de acero, soldada ó bien vaciada en acero, es hueca para ser enfriada con agua. El lado de la puerta que da al interior del horno se recubre con material refractario plástico ó tabiques que ayuda a disminuir las pérdidas de calor. En los hornos pequeños la puerta no suele estar enfriada por agua y por lo general es un marco revestido con tabiques sílico aluminosos. En los hornos hasta 5 y 6 toneladas, la puerta se levanta manualmente, esta se cuelga al extremo de una barra con un contrapeso en el extremo opuesto. La puerta de los hornos - grandes se levanta con elevadores neumáticos. Este diseño es - sencillo y cómodo durante la operación, ya que el aire, a pres ión se lleva a cada horno. Pueden también ser accionadas electromecánica e hidráulicamente Orificio y Canal de sangrado.- En los hornos modernos han desaparecido los orificios con puerta pequeña, actualmente el metal se sangra a través de un orificio circular, con un diámetro de 120 a 150 mm., ó bien rectangular de 150 x 250 mm. Durante la fusión el orificio está tapado con material refractario a gran el. El pico de vaciado está construido de ángulo y placa de acero, tiene una sección transversal como de canal y está fijo a la coraza del horno formando un ángulo de 10 a 12° con la horizontal. Se reviste con tabiques Sílicoaluminosos. La longitud del pico se determina de acuerdo

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Siderurgia

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  • trada y salida de agua deben ser aislados entre s y tambi4n de la estructura de la

    bveda, para evitar cortocircuitos.

    Marco de la puerta de carga.- Los hornos pequeos slo tienen un marco y un orificio

    de de sangrado. Por lo general, ambos estn en posiciones diametralmente opuestas.

    En hornos con una capacidad mayor de 40 toneladas, es muy coman que tengan un

    marco para una puerta adicional, con el objeto de acelerar la reparacin del horno,

    para ayudar a derrumbar la carga adherida a las paredes y para la extraccin de la

    escoria.

    Las dimensiones del marco deben ser tales que permitan la observacin y reparacin

    del piso y los bancos de todo el horno adems que se pueda introducir libremente la

    caja canaln de la mquina cargadora, sin que se atore en los pilares y arcos del

    marco y tambin para que sea posible sacar los electrodos cuando se rompen. El claro

    del marco aproximadamente es el equivalente a 0.3 del dimetro interno del horno en

    los hornos que se cargan por arriba, dicha dimensin puede ser slo el 0.25 de dicho

    dimetro. La altura del marco es aproximadamente 0.8 de su anchura.

    Sobre el corte del marco en la coraza para la puerta de carga, se coloca un marco

    exterior de acero vaciado que se sujeta a la coraza por medio de tornillos (figura20 a),

    en los laterales de la puerta de carga. Dentro de este marco se introduce una

    chaqueta enfriada por agua en forma de ti invertida la cual enfra los pilares y el arco

    de refractario que enmarcan la puerta del horno y los protege contra el maltrato con las

    herramientas. La parte frontal de la chaqueta es inclinada para que la puerta pueda

    deslizarse perfectamente por ella (figura 20 b)

    Para tener un metal de buena calidad es indispensable una buena hermeticidad del

    horno. Esto exige que se asegure un ajuste perfecto de la puerta sobre la armadura de

    la puerta de carga. Esto se logra inclinando las guas y su superficie de deslizamiento,

    en un ngulo de 10 con respecto a la vertical de esta manera la puerta se ajusta a la

    armadura por su propio peso. La puerta suele estar construida de placa de acero,

    soldada bien vaciada en acero, es hueca para ser enfriada con agua. El lado de la

    puerta que da al interior del horno se recubre con material refractario plstico

    tabiques que ayuda a disminuir las prdidas de calor.

    En los hornos pequeos la puerta no suele estar enfriada por agua y por lo general es

    un marco revestido con tabiques slico aluminosos. En los hornos hasta 5 y 6

    toneladas, la puerta se levanta manualmente, esta se cuelga al extremo de una barra

    con un contrapeso en el extremo opuesto. La puerta de los hornos - grandes se

    levanta con elevadores neumticos. Este diseo es - sencillo y cmodo durante la

    operacin, ya que el aire, a pres in se lleva a cada horno. Pueden tambin ser

    accionadas electromecnica e hidrulicamente

    Orificio y Canal de sangrado.- En los hornos modernos han desaparecido los orificios

    con puerta pequea, actualmente el metal se sangra a travs de un orificio circular,

    con un dimetro de 120 a 150 mm., bien rectangular de 150 x 250 mm. Durante la

    fusin el orificio est tapado con material refractario a gran el. El pico de vaciado est

    construido de ngulo y placa de acero, tiene una seccin transversal como de canal y

    est fijo a la coraza del horno formando un ngulo de 10 a 12 con la horizontal. Se

    reviste con tabiques Slicoaluminosos. La longitud del pico se determina de acuerdo

  • con la Construccj6n de la nave de fusin. Si la nave de fusin est unida con la de

    vaciado se utiliza un pico corto hasta de un metro, Si el vaciad o de las piezas

    lingotes se realiza en una nave diferente, el pico debe ser ms largo

    aproximadamente dos metros, para que sea posible acerear perfecta y libremente la

    olla tina receptora del metal. El ms apropiado es el corto, de otra manera, entre

    ms largo es el metal se enfra ms durante el sangrado y se oxida al quedar expuesto

    al aire.

    Mordazas de sujecin de electrodos.- Estas tienen dos funciones en los hornos de

    arco, a saber, conducir la corriente a los electrodos mantenerlos a una altura

    determinada. Las mordaz as de los electrodos trabajan en condiciones trmicas muy

    severas, debido a que son calentados por los gases calientes que salen del horno por

    los espacios que hay entre la bveda y los electrodos Y por el calor del horno

    conducido hacia arriba por el electrodo y por el calor de resistencia debido al efecto

    joule, el cual pasa del electrodo a la mordaza. Por esto mismo, las mordazas ceben

    ser suficientemente duraderas, muy resistentes mecnicamente; deben tener el

    mnimo de prdidas elctricas y adems deben apretar fuertemente y en forma segura

    el electro do para evitar que se deslice durante todo el tiempo que dure la colada.

    Las mordazas suelen ser de acero de bronce. Estas ltimas son ms conductoras

    que las primeras, tienen menores prdidas elctricas pero tienen una resistencia

    mecnica menor y por eso no pueden estar tan ajustadas como las de acero, adems

    las mor dazas de bronce tienen un mayor coeficiente de dilatacin trmica (bronce

    18.10-6 acero 11.10-6) y por ello, los electrodos pueden deslizarse de ellas, con mayor

    facilidad durante la operacin y por ltimo las mordazas de bronce son ms costosas.

    En los hornos de mediana y gran capacidad, las mordazas se enfran con agua. Para

    disminuir las prdidas elctricas entre las mordazas y los electrodos debe haber la

    mnima resistencia de contacto. Esta resistencia depende de la resistencia especfica

    (resistividad) de los materiales en contacto, de la presin en las reas de contacto y de

    su estado.

    La resistencia broncegrafito y bronce-carbn es considerablemente menor que la

    resistencia acero-grafito y acerocarbn.

    Entre ms apretado est el electrodo y entre menos oxidada se encuentre la superficie

    de contacto mordaza-electrodo, menor ser la resi5teflc de contacto.

    El enfriamiento con agua baja la temperatura de la mordaza, disminuye su oxidacin y

    la dilataci6n trmica, mantiene fuertemente sujeto al electrodo y disminuye la

    resistencia de contacto. Las mordazas de acero son huecas para poder ser enfriadas;

    duran te el vaciado de las mordazas de bronce se introduce al molde un serpentn

    hecho de tubo de acero sin costura.

    La superficie de contacto de las mordazas de los electrodos se deben limpiar

    regularmente, con cepillos de alambre, para aumentar su duracin. Figuras 25 a, b y c

    . En las figuras 26 a, b y c, se ilustra la zapata de la mordaza que sujeta el electrodo

    de un horno (para fusin de ferroaleaciones y el corte longitudinal de un electrodo de

    autococcin mostrando las tres zonas principales del proceso de grafitizacin continua.

  • Brazo portaelectrodo, deslizadera y mstil. - La mordaza se fija al brazo horizontal el

    cual se puede Construir de tubo con pared gruesa de dimetro grande, reforzado con

    Costillas bien tiene forma de ducto cuadrado construido de ngulo y placa de acero.

    El brazo est unido a la deslizadera, la cual se desplaza por una columna mstil fijo

    bien est unido a un soporte mvil formando un solo conjunto que se desplaza hacia

    arriba hacia abajo en el interior de un mstil fijo. Este diseo se denomina como

    soporte telescpico. Figura 27 c, 28 a, b.

    Las deslizaderas pueden ser vaciadas (figuras 27 a, b y 29) separadas bien

    soldadas de perfiles de acero y placa. Tienen ocho rodamientos gua, los cuales se

    mueven a lo largo de la columna fija. Estas columnas estn construidas de material

    con seccin circular rectangular las cules estn fijas a una placa base sobre la cual

    se encuentra colocado el cuerpo del horno. El extremo superior de las tres columnas

    estn unidos entre s.

    Los conductores de la energa elctrica se sujetan por ambos lados de las

    deslizaderas y del brazo, por medio de piezas de empaque aisladas tanto de la

    deslizadera como del brazo.

    La superficie de las columnas por donde se desplazan los rodamientos de la

    deslizadera debe ser perfectamente paralela y rectificada. La longitud de la carrera de

    la deslizadera (desde la posicin inferior a la superior), est dada por la distancia

    entre el piso y el contorno interno de la bveda.

    Mecanismo de desplazamiento de los electrodos.- El desplazamiento de la

    deslizadera a lo largo de la columna o mstil fijo o bien por el mstil telescpico,

    necesario para la regulacin del arco, lo procura un sistema motriz elctrico o

    hidrulico. El sistema hidrulico de desplazamiento permite una regulacin fluida de la

    velocidad de ascenso y descenso, tiene poca inercia y es de construccin sencilla.

    Uno de los sistemas ms ampliamente extendidos es el electromecnico que se

    muestra en las figuras (27 b,c).

    Los mecanismos de desplazamiento de los electrodos deben asegurar un

    levantamiento rpido de los electrodos si la carga se derrumba durante la fusin

    (producindose un corto-circuito), para evitar una interrupcin automtica, del

    interruptor en aceite, causada por la sobre carga. Adems, deben asegurar un

    descenso lento de los electrodos para que los electrodos no penetren al bao o bien

    apoyarse en la carga durante la fusin, como cuando se tiene un sistema de

    regulacin poco sensible. Los electrodos no deben descender debido a su propio

    peso. Debe asegurarse un frenado rpido de los electrodos para conseguir un rpido

    establecimiento del rgimen elctrico.

    La velocidad del desplazamiento de los electrodos depende del sistema de regulacin;

    en algunos es de 1.25 M/min., la velocidad de ascenso y de 0.8 a 1.0 M/min., la de

    descenso.

    Los motores elctricos normales por lo general, son muy revolucionarios (1600 a 1800

    r.p.m.). Para que los electrodos se desplacen en forma relativamente lenta, se deben

    utilizar dos reductores con un sinfn de bloqueo automtico.

  • Para mover los electrodos hacia arriba, se utilizan motores elctricos de corriente

    directa; los cuales permiten frenar elctricamente y una regulacin flexible del nmero

    de revoluciones.

    Algunos motores tienen el extremo libre de la flecha del rotor o reductor, una cabeza

    cuadrada que permite colocar ah un involante, para el caso de una falla en la

    conduccin de la corriente, los electrodos se pueden mover manualmente.

    Mecanismo de volteo (inclinacin) del horno.- este mecanismo debe cumplir con las

    siguientes exigencias bsicas:

    a) El volteo (inclinacin) del horno debe ser fluido sin interrupciones y el horno debe

    inclinarse en un ngulo de 40 a 45 hacia el lado del orificio de sangrado del metal

    a la olla o tina y en un ngulo de 10 a 15 hacia el lado de la puerta de trabajo o

    de carga para la extraccin de la escoria.

    b) La velocidad de volteo debe ser fcilmente regulable.

    c) La desviacin de la vertical del pico de sangrado debe ser mnima, para disminuir

    las maniobras de la gra con la olla durante el vaciado del metal; de tal manera

    que si el extremo del pico de sangrado describe una curva durante la operacin

    estando la olla inmvil, el chorro de metal golpea contra la pared de la olla,

    erosionndola y con ello, tambin se contamina el acero.

    d) Una colocacin segura del mecanismo de volteo, para el caso de que el metal

    fundido llegue a perforar el crisol.

    e) El mecanismo no debe quedar expuesto a las salpicaduras de la escoria que se

    extrae.

    Los mecanismos de volteo en general se pueden clasificar en dos tipos, los laterales y

    los colocados en la parte inferior.

    El mecanismo lateral es de construccin sencilla, ocupa poco espacio y seguro con

    respecto a ser daado por el metal fundido en caso de una perforacin y por

    salpicaduras de escoria.

    Sin embargo, tiene algunas desventajas: debido a que todo el peso del horno

    descansa sobre dos segmentos, la coraza del mismo, est sometida a una fuerza

    deformante que tiende a deformar su forma cilndrica a la de una elipsoide. Por esto

    mismo es necesario que la coraza sea reforzada con unos anillos resistentes,

    colocados en el borde superior y otras formas de refuerzo como bastidores vaciados y

    soldados a la coraza. Este mecanismo tiene tendencia a deformarse y es

    indispensable un montaje cuidadoso.

    En los mecanismos de volteo que se colocan debajo del horno, este descansa sobre

    dos apoyos deslizables, los cuales estn bajo el horno. De acuerdo con la lnea que

    describe cada punto del horno, durante el volteo, especialmente segn el extremo del

    pico de sangrado, es posible clasificar estos mecanismos en tres grupos.

    Grupo I. (Figura 31a).- las deslizaderas se desplazan sobre rodamientos y el pico de

    sangrado desciende hasta quedar bajo el horno, este diseo es apropiado para

    cuando el metal se funde y se vaca en la misma nave

  • Grupo II.- Los segmentos de apoyo se deslizan sobre guas horizontales.- el pico de

    sangrado se desplaza considerablemente, hacia adelante. Los hornos con este tipo de

    mecanismo de volteo pueden estar situados en naves diferentes a la de vaciado pero

    vecinas entre s. (Fig. 31a)

    Grupo III.- los segmentos de apoyo se deslizan sobre unas guas de superficie curva.

    El pico de sangrado se desplaza hacia adelante, pero menos que en el caso anterior.

    (Fig. 31a y b)

    La mayora de los hornos grandes tienen el mecanismo de volteo de tipo de grupo II.

    (Figs. 31a,c y 32a,b)

    Todas las partes del mecanismo de volteo estn protegidos contra salpicaduras de

    metal y escoria, por medio de placas de hierro gris y tambin con cubiertas de acero.

    El sistema motriz del mecanismo de volteo lo constituye un motor elctrico asncrono,

    para corriente trifsica. Para variar, la velocidad y la direccin del volteo se utiliza un

    controlador del tipo grua, el cual debe estar situado en un lugar desde el que, quien

    est operando el dispositivo, pueda ver tanto el chorro del metal, como la olla

    receptora y pueda fcilmente, regular el flujo del metal inclinado el horno rpida o

    lentamente.

    De acuerdo con las disposiciones de seguridad industrial, el mecanismo de volteo del

    horno debe tener dos interruptores de corriente en la posicin extrema de inclinacin,

    los cuales interrumpen la corriente del motor, cuando el horno llega a dicha posicin.

    Adems, en los extremos de las deslizaderas horizontales se colocan topoes que

    evitan que el horno pueda seguir movindose. Tambin el motor del sistema de volteo

    debe ser bloqueado por el interruptor principal de aceite. Cuando el horno se inclina

    hacia el lado de la puerta de trabajo, en un ngulo de 10 a 15el interruptor en aceite

    debe interrumpir el horno automticamente.

    La velocidad de inclinacin es variable y en los hornos pequeos puede ser hasta de

    1.5 por segundo y en los hornos grandes desciende hasta 0.4 a 0.8/segundo. El

    sangrado de un horno de 30 toneladas de capacidad, dura de 1.5 a 2 minutos.

    Enfriamiento por agua.- como ya ha sido mencionado, las partes que deben enfriarse

    con agua, son las siguientes

    I. Las tres mordazas de los electrodos

    II. Los tres anillos selladores

    III. La tapa de la puerta de carga

    IV. El marco de la puerta de carga

    Adems de estas partes, en algunas empresas utilizan una chaqueta metlica enfriada

    por agua en lugar de los arcos construidos con tabique refractario.

    El agua se introduce hasta lo ms bajo de las partes enfriadas y la salida es por la

    parte superior de las mismas (figuras 21a, 22a, b). Con esto se asegura una salida

    efectiva del agua caliente y el enfriamiento de las partes ms calientes. El enfriador se

  • puede perforar si se llegan a tener partes no enfriadas. El tubo de salida de agua,

    siempre debe tener un dimetro mayor que el de entrada para en caso de que se

    llegara a formar vapor en el interior.

    Cada enfriador tiene su propia vlvula para regular la presin y el flujo de agua y su

    propia salida para poder controlar tanto la circulacin como la temperatura del agua

    Las mordazas de los electrodos y los anillos selladores estn conectados en las

    entradas y salidas de agua, por medio de mangueras de hule, las cuales en este caso

    actan como aislantes elctricos.

    Todos los enfriadores y tuberas de entrada y salida estn colocado arriba del nivel del

    metal fundido para que sean daados en el caso de perforacin lateral del horno, al

    nivel de la lnea de las escoria.

    Para el enfriamiento de un horno con capacidad para 30 toneladas se consumen

    alrededor de 20 M3/Hr. de agua. El agua debe circular a una presin mnima de 2 atm.

    Para disminuir la formacin de incrustaciones en el enfriador y en la tubera, debe

    hacerse circular tanta agua como sea necesario para evitar que la temperatura del

    agua de salida sea mayor de 45C. Con objeto de disminuir el consumo total de agua,

    es necesario enfriar, sucesivamente, dos o tres lugares diferentes con la misma agua.

    Mtodos de carga.- en general se pueden considerar cuatro mtodos de carga de los

    hornos elctricos de arco para la fusin de arco para la fusin de acero.

    Manual.- En algunos pases an se cargan los hornos pequeos (2 a 5 ton),

    manualmente. Los obreros pueden hacerlo manualmente o bien ayudndose con la

    gra y una pala con mango largo introducen la chatarra y distribuyndola muy bien.

    Con este mtodo de carga es posible conseguir una buena colocacin de la chatarra y

    facilitar su fusin.

    35 Kg/m3 Peso volumtrico de chatarra

    Sin embargo, este es un mtodo anticuado, fsicamente, bastante rudo y adems

    antieconmico, puesto que disminuye la productividad del horno y aumenta el

    consumo de energa elctrica.

    El rendimiento del mtodo manual de carga es de aproximadamente una tonelada en

    5 a 6 minutos. En este tiempo el revestimiento del horno se enfra considerablemente,

    se pierde una gran cantidad de calor que haba sido acumulado durante colada

    anterior. Por lo tanto para fundir la carga, en un horno as de frio se necesita un tiempo

    mayor, se aumenta el consumo de energa y de electrodos.

    Mtodo mecanizado de carga; utilizando mquina que por lo general

    ral son de tipo colgante o bien que se desplaza sobre sobre la plataforma de carga.

    Cuando el material de carga es compacto, permite cargar hasta 0.7 Toneladas por

  • minuto. Las dimensiones de la carga de carga esta determinadas por las dimensiones

    del marco de la puerta de trabajo del horno. Las dimensiones de los trozos de carga

    estn limitadas por las dimensiones de la caja. Cuando la chatarra es ligera no es

    posible introducir el peso total de la carga de una sola vez. En estos casos se recarga

    tantas veces como se a necesario hasta completar el peso. Esta operacin se realiza

    cuando la carga anterior ha sido fundida en un 70 a 80%. Esta operacin alarga el

    tiempo total de colada, aumenta el consumo de energa elctrica y disminuye la

    productividad del horno, cuando se carga con maquina no es posible una colocacin

    densa de la carga.

    Otro mtodo anticuado de la carga lo constituye la utilizacin de canalones, los cuales

    se cargan previamente de forma manual (o con ayuda de la gra). En el canaln ya

    cargado se levanta con la gra (con cadenas), se introduce parcialmente al horno por

    la puerta y a continuacin ste se inclina parcialmente como si fuera a vaciar hasta

    que el canaln vaca con todo su contenido. Tambin es un mtodo lento de carga.

    Mtodo de carga por arriba (con cestas).-ste es el mtodo ms moderno, ms

    prctico y efectivo de cargar un horno elctrico de arco.

    Utilizando este mtodo de carga con cestase introduce la carga de una sola vez

    (siempre y cuando la chatarra tenga el peso volumtrico apropiado), por esto mismo,

    la bveda del horno ya no es fija y debe desplazarse hacia un lado para que quede

    descubierto el cuerpo del horno.

    Un estudio sobre las ventajas de este mtodo de carga en un horno de 35 Tons.,

    arroj los siguientes resultados: se aumenta su productividad en 30%, el consumo de

    la energa elctrica disminuy en 6 a 7%, el consumo de electrones disminuy en 15%

    (tiempo total de colada menor y menor tiempo de exposicin de los electrodos a la

    accin del aire atmosfrico).

    El consumo del material refractario disminuyo en 22%. El tiempo necesario para cargar

    era de 15 a 30 minutos.

    Hay tres tipos de horno que se cargan por la parte superior y s diferencian por la forma

    de tapar el horno durante la operacin de carga, a saber:

  • a) Hornos en los cuales la bveda se levanta unos 50 a 200 mm., y hace girar hacia un lado con un ngulo de 95 a 110, con lo cual queda descubierto el crisol del horno. (figuras 33 a, b y c y 36)

    b) Hornos en los cuales la bveda est colgada con cadenas, del puente, sta se levanta y el puente o portal, con la bveda con todo y columnas, hacia el lado del orificio de sangrado, para dejar por descubierto el espacio de trabajo del horno.

    c) Hornos en los cuales la bveda est colgado de un puente, esta se levanta y el cuerpo del horno se desplaza hacia el lado de la puerta de trabajo. (figuras 35 a y b)

    Las ventas del mtodo de carga por arriba, se pueden resumir como sigue:

    a) Debido a que el tiempo de carga es ms corto, el revestimiento se enfra menos, se acorta el tiempo total de carga, aumenta la productividad, disminuye el consumo de energa elctrica y de electrodos, los costos de operacin son menores y con esto disminuye el costo del acero.

    b) Hornos en los cuales la bveda est colgada con cadenas, del puente, sta se levanta y el puente o portal, con la bveda con todo y columnas, hacia el lado del orificio de sangrado, para dejar por descubierto el espacio de trabajo del horno.

    c) El volumen del horno se aprovecha mejor. d) El tiempo de preparacin del horno para una reparacin es ms corto y el

    ensamble del horno, despus del a reparacin, es ms rpido.

    Cestas de carga para chatarra.- Para un buen aprovechamiento de los hornos

    cargados por arriba, tienen una extraordinaria importancia los accesorios necesarios

    para dicha operacin, esto est relacionado con el tipo de cestas a utilizar y adems

    con el tipo y peso volumtrico de la chatarra, el cual en muchos casos determina el

    diseo de la cesta.

    Se ha llegado a la conclusin de que los hornos elctricos tienen dos capacidades

    diferentes, la primera es la capacidad del crisol, es decir el peso de metal fundido que

    puede contener en el rea abajo del nivel inferior de la puerta de carga y la segunda

    es la capacidad volumtrica de todo el horno revestido. Esta ltima resulta ser el factor

    determinante debido a las caractersticas de la chatarra

    Por lo0 general la casa de carga est compuesta de un cuerpo cilndrico de placa de

    acero, lo que vara mas es el tipo del fondo. Lo hay de malla de alambre como puede

    mostrarse en la figura 38, de segmentos (figura 39 a y b), de almeja (figura 41), etc.

    Tambin hay sestas de cuerpo semiesfrico, como puede verse en la figura 40 a y b.

    A continuacin se tiene las dimensione caractersticas de cestas de carga, con fondo

    segmentado y su correspondencia con el volumen del horno.

  • Dimetro de la coraza del horno

    (m) Volumen (m3)

    Dimetro de la cesta (m)

    Altura de la cesta (m)

    3.7 10.2 2.1 4.2

    3.4 9.0 2.1 3.5

    3.0 4.8 1.9 2.9

    2.7 3.8 1.4 3.2

    2.4 2.5 1.4 2.4

    2.1 1.5 1.2 1.9

    2.0 1.0 1.0 1.8

    1.5 0,5 0.7 1.7

    Este tipo de cestas se utilizan de preferencia para hornos no mayores de 20 toneladas.

    Para hornos de mayor capacidad se prefieren las cestas de fondo de almeja, que no

    necesitan de una plataforma cerrada, como en el caso de las celdas anteriores y

    pueden colocarse sobre el piso sin necesidad de soporte. El fondo est constituido de

    segmentos sujetos a dos muones que a la vez son los centros de giro. Los

    segmentos se cierran solos y bajo su propio peso y se mantienen cerrados por el peso

    de la carga. Para abrir los dos segmentos se utiliza un gancho adicional de la gra,

    que se atora a una argolla con cable 6 cadenas, cuyos extremos estn sujetos a cada

    uno de los segmentos. Esta operacin se realiza solo cuando la cesta se encuentra

    posicionada sobre el horno. A continuacin se tienen las dimensiones caractersticas

    de las estas con fondo de almeja; apropiada de las dimensiones de los hornos.

    Dimetro de la coraza del horno

    (m) Volumen (m3)

    Dimetro de la cesta (m)

    Altura de la cesta (m)

    7.3 8.2 6.0 6.1

    6.6 5.7 5.8 5.2

    5.9 4.3 5.4 4.7

    5.5 3.5 5.3 4.4

    5.0 3.1 4.6 4.0

    4.6 2.8 4.4 3.8

    4.3 1.8 4.0 3.4

    4.0 1.4 4.0 3.1

    3.7 1.0 3.5 2.8

    Las celdas deben cumplir con dos condiciones fundamentales, esto es, primero: que

    su dimetro total debe ser tan grande tanto como sea posible, refirindose esto a la

    facilidad para entrar y salir del horno sin daar las paredes del material refractario. En

    los hornos pequeos esto significa que la cesta debe tener un dimetro menor de 30

    cm que el dimetro interior del horno de revestimiento y de unos 60 cm menor para los

    hornos grandes. Segundo: que el volumen total de la cesta debe ser alrededor del

    80% del volumen total del horno.

    En algunos pases de Europa, hay instalados hornos que adems de cargarse por

    arriba tienen un mecanismo que hace girar el crisol alrededor de su eje vertical, cierto

    ngulo.

  • En los hornos comunes, durante la fusin, los electrodos forman tres crteres en la

    carga; la que est ms alejada de los electrodos s funde lentamente y con frecuencia

    debe acercarse y empujarse al metal ya fundido, con lo cual se larga el tiempo total de

    colada, se aumenta el consumo de energa elctrica y disminuye la productividad del

    horno.

    Sin embargo estos hornos han sido abandonados, porque presenta ms desventajas

    que las ventajas mencionadas antes. Las desventajas principales son:

    a) Para girar el cuerpo del horno, es necesario suspender la fusin, con lo cual desaparece la ventaja de la ampliacin de la zona de accin de los electrodos. Adems en los hornos modernos esta se ha subsanado, ajustando la posicin de los hornos, esto es el dimetro del crculo que circunscribe a los tres electrodos.

    b) Otra desventaja lo constituye el mecanismo necesario para hacer girar el horno; que es muy especial y necesita de un motor de mucha potencia (peso del horno con refractario con el peso de la chatarra).

    c) Es necesario tener un fondo del crisol de mayor espesor con objeto de tratar de evitar cualquier perforacin del mismo por el metal, que daara todo el mecanismo de giro, ya que se encuentra bajo del horno.

    En las (figuras a2 a. b) se ilustra el mecanismo de giro y las distintas posiciones de los

    electrodos en este tipo de hornos.

    Electrodo.- La corriente elctrica se conduce al espacio de fusin por medio de los

    electrodos. La calidad de estos y la forma en que e la corriente llegan a ellos, tiene

    una enorme importancia porque en los electrodos y en los contactos se puede llegar a

    perder hasta el 10% de toda la energa elctrica suministrada al horno. El precio de los

    electrodos es elevado y por eso mismo tiene una gran influencia sobre los costos de

    produccin del acero.

    Solamente los productos carbonosos soportan muy altas temperaturas y al mismo

    tiempo son suficientemente conductores de la electricidad.

    Para disminuir las perdidas elctricas, es necesario que el electrodo tenga la mnima

    resistencia elctrica o lo que es lo mismo, una alta conductividad. El electrodo debe

    tener una porosidad mnima para que durante el calentamiento se oxide menos con el

    oxgeno del aire. Adems debe ser suficientemente resistente para que no se fractures

    por su propio peso, ni se rompa durante el sangrado del metal, al inclinar el horno y

    para que soporte algunos golpes de la chatarra al caer durante la fusin.

  • La forma del electrodo debe ser geomtricamente regular, para que el contacto entre

    este y la mordaza sea lo ms perfecto posible.

    Los electrodos deben ser fabricados de tal manera que durante su uso no se genere

    desperdicio.

    Electrodos de Carbn.- La materia prima bsica para la fabricacin de este tipo de

    electrodos lo constituyen; la antracita natural o calcinada, el coque, grafito natural y el

    alquitrn

    PROPIEDADES DE ELECTRODOS DE CARBON Y DE GRAFITO

    ELECTRODOS DE CARBON

    ELECTRODOS DE GRAFITO

    Peso especfico real (g/cm3) 1.9 2.25

    Peso especfico aparente (g/cm3) 1.56 1.59

    Resistencia a la presin (Kg/cm2) 200-280 230-300

    Resistencia a la traccin (kg/cm2) 70-100 60-75

    Conductividad trmica a 20C (Kcal/m.C.h)

    20 30

    Temperatura de oxidacin al aire en C

    400-500 600

    Contenido de cenizas en % 5-7 0.2-1.3

    Resistencia elctrica en ohm-mm2/m

    40-55 8-14

    Consumo promedio para 1000 KW en hornos de aceracin Kg

    16-20 8-10

    Porosidad (%) 20-25 27-32

    De carbn de piedra. Estos materiales carbonosos se seleccionan cuidadosamente, se

    trituran, se calcina, se muelen a cierto tamao de partculas, se clasifican y se mezclan

    en caliente, con los aglutinantes. La forma de los electrodos se obtiene sometiendo a

    altas presiones. En prensas hidrulicas, los materiales preparados y colocados en una

    matriz o molde, hecha exprofeso. De esta manera se obtienen los electrodos verdes,

    los cuales son quemados a temperaturas de 1200 a 1300C. La ltima operacin del

    proceso productivo es el torneado de las roscas en ambos extremos del electrodo y la

    fabricacin de los niples de unin. Figura 43 a,b

    Los electrodos de carbn suelen utilizarse en hornos en los cuales el contenido de

    cenizas no afecta a la calidad del meta, por ejemplo; durante la produccin de aceros

  • al carbono (en cuales el contenido de cenizas no afecta a la calidad del metal, por

    ejemplo: durante la produccin de aceros al carbono (en hornos pequeos),

    ferroaleaciones, carburo, corundo, silumin, electrocemento, etc.

    Las propiedades fsicas de los electrodos de carbn y de grafito se encuentran

    resumidas en la tabla anterior. La resistencia especfica disminuye linealmente al

    aumentar la temperatura y aquella crece al aumentar el dimetro del electrodo. La

    conductividad trmica decrece considerablemente, ala aumentar la temperatura.

    El calor permitido de la densidad de corriente en A/cm2, es variable, en los electrodos

    de menor dimetro es mayor. Depende tambin del tipo de proceso de fusin. En

    general, la densidad de corriente permisible y aceptada en los electrodos de carbn,

    se encuentran en la tabla siguiente:

    DENSIDAD DE CORRIENTE PERMITIDA EN A/cm2PARA LOS ELECTRODOS DE

    CARBON

    Hasta 150 mm de dimetro 15-50

    De 150 a 220 mm de dimetro 9-12

    De 250 a 350 mm de dimetro Max. 8

    De 400 mm de dimetro Max. 7

    De 450 a 500 mm de dimetro Max 6

    De ms de 500 mm de dimetro Max 5

    Los electrodos de carbn se han fabricado no tan solo en distintos tamaos y

    calidades, sino que tambin en variadas formas. Mientras que en los hornos de

    aceracin se trabaja con electrodos redondos, en los hornos de reduccin para la

    produccin de ferroaleaciones y carburo, se utilizan electrodos de seccin cuadrada.

    Para que los electrodos de seccin circular puedan trabajar en forma continua, se

    unen entre s por medio de niples de forma cnica o cilndrica, que se atornillan en los

    extremo correspondientes de los electrodos, como se puede observar en las figuras

    A3 a,b; A5,46,47 a,b y 48.

    La cuerda tanto en los electrodos de carbn como en los niples es ms gruesa que en

    los electrodos y niples de grafito. Los niples y la cuerda de los electrodos de carbn se

    recubren con una pasta antes de colocarse para mejorar el contacto en la unin. La

    mezcla se prepara con grafito en polvo, dextrina y agua.

    Electrodos de grafito.- Estos electrodos se fabrican en forma semejante a los

    electrodos de carbn. La materia prima puede ser coque de petrleo o de alquitrn,

  • con bajos contenidos de cenizas y aglutinante. Primeramente se fabrican electrodos

    de carbn de composicin especial de acuerdo con el proceso anteriormente descrito

    y estos electrodos, posteriormente son sometidos a un proceso de grafitizacin a una

    temperatura de 2000 a 2700 C, en hornos de resistencia. Mediante una grafitizacin

    perfecta y homognea de la mezcla original de materiales, se obtiene el electrodo, el

    cual casi todo es de grafito.

    El tiempo necesario para la grafitizacin y extraccin del horno es de

    aproximadamente tres semanas; posteriormente a los electrodos se les tornea la rosca

    interior en ambos extremos y se les da el acabado necesario, como en el caso de los

    electrodos de carbn. Figura 44, 45, 47 a,b

    Consumo de electrodos 4 a 5 kg/Ton

    Consumo de refractario 15 kg/ Ton El grafito es un conductor elctrico muy bueno; su resistencia especfica en relacin

    con la temperatura se muestra en la grfica de la figura 47 C. En la grfica se observa

    que la resistencia, primero desciende y aumente despus, Esto conduce a otro

    aumento de las perdidas por el efecto Joule y a un segundo incremento de la

    temperatura. Debido a que los electrodos de grafito son buenos conductores, no existe

    el peligro de una excesiva combustin, (oxidacin), mientras no sean sobrecargados

    excesivamente (densidad de corriente). La resistencia de contacto, entre dos

    electrodos de grafito es pequea; tambin entre el grafito y el acero, as que no se

    tienen grandes prdidas en las mordazas.

    Para una buena duracin de los electrodos de grafito, es muy importante mantener su

    carga de corriente apropiada. En la tabla siguiente se muestran los lmites de cada

    carga de los electrodos en amperes y la densidad de corriente en amperes por cm2

    para cada dimetro de electrodos.

    CARGA NORMAL DE CORRIENTE DE LOS ELECTRODOS DE GRAFITO

    Dimetro (mm)

    Seccin (Cm2)

    Carga normal (A)

    Densidad Normal de corriente (A/cm2)

    75 44.2 800-1500 18-31

    80 50.3 800-1500 18-31

    100 78.5 1400-2100 18-25

    120 113.0 1700-2900 15-26

    150 176.6 2600-4200 15-22

    200 314.0 4400-6600 14-20

    225 397.4 5000-8500 13-20

    250 490.6 6000-10000 12-20

    300 706.5 8000-14000 11-19

    350 961.6 9500-19500 10-18

    400 1256.0 12500-22500 10-17

    450 1589.6 16000-25000 10-15

    500 1962.5 20000-30000 10-15

  • Tanto los electrodos de carbn como los de grafito se alargan con ayuda de un niple

    (Figura 45 y 46). Como el grafito tiene una buena maquinabilidad, la cuerda en los

    extremos de los electrodos y de los niples puede tener un paso menor, as que se

    consigue una baja resistencia de contacto aun sin la pasta para mejorarlo.

    En las figuras 47, b y 45, se muestra el niple de unin con for-

    Ms de doble como en la figura 1b se muestra el detalle de la cuerda del niple cilndrico. En la actualidad, ms del 90% de hornos elctricos de arco para aceracin, utilizan electrodos de grafito. Consumo de electrodos.- en los hornos elctricos de arco, este consumo depende de factores de operacin y del diseo del horno. En condiciones iguales, el consumo vara con el tamao del horno y la calidad de los electrodos. Abaja tensin y hacia el final de la colada es menor que durante la fusin de la chatarra, que cuando se trabaja con alta tensin y la longitud de arco est cambiando constantemente. Tambin depende del buen o mal apriete de los electrodos cuando se alargan; es menor cuando est bien o mal apretados y cuando en la unin hay poco desgaste por combustin (oxidacin). A groso modo se decir que la oxidacin (combustin). A groso modo se puede decir que la oxidacin (combustin) representa las dos terceras partes del consumo de electrodos. La oxidacin (combustin) en si depende de la temperatura alrededor del electrodo, del tiro que se forma entre la puerta de carga y los espacios entre electrodos y la bveda, adems del contenido de oxgeno, etc. Tambin, debe haber una distancia razonable (no demasiado grande) entre la zona de sujecin (mordaza) y la bveda. La eleccin de una buena densidad de corriente que no caliente demasiado el electrodo por efecto de su propia resistencia. Sin embargo, si la carga del electrodo es demasiado pequea, aumenta la parte de prdidas por oxidacin y con ello tambin el consumo por tonelada de acero. Tambin es posible limitar el consumo, manteniendo lo ms cerrado posible los espacios entre los anillos selladores y los electrodos. Cuando haya un paro prolongado de la operacin del horno, es recomendable desmontar los electrodos y colocarlos a cubierto para que no queden expuestos en el horno, a las corrientes de aire que se producen dentro de l. Algunas veces los electrodos se rompen principalmente durante la carga y la fusin y otras veces debido a fracturas producidas por un mal manejo y almacenamiento de ellos. En la frecuencia de la rotura de los electrodos tambin tiene una gran influencia la calidad del sistema de regulacin, el centrado correcto de los electrodos tambin tiene una gran influencia la calidad del sistema de regulacin, el centrado correcto de los electrodos en los orificios de la bveda del horno, el estado de las zapatas de las mordazas, adems la clasificacin y nivelacin de la chatarra. Cuando se tiene un buen almacenamiento de los electrodos y eliminando todos los factores negativos durante la operacin es posible disminuir considerablemente el consumo de electrodos. El consumo promedio se muestra en la tabla siguiente:

    CONSUMO PROMEDIO DE ELECTRODOS POR TONELADA DE ACERO

    PRODUCTO ELECTRODOS

    De carbn De Grafito

  • (Kg) (Kg)

    Acero (carga solida) 12 16 6 9 Acero (carga liquida) 6 10 3 5

    Ferrosilicio 90% 80 100 Ferromanganeso 80% 20 30 Ferrocromo 70% 70 90 Korundo 40 50

    Fig. 1 Representacin esquemtica de hornos de arco indirecto y directo

    a) Horno de arco indirecto

    diseado por Stassano

    b) Horno de arco indirecto diseado por Rennerfelt

    c) Horno de arco indirecto

    de Girod

  • d) Horno de arco directo

    de Heroult

    Fig. 2 Esquema de un horno

    de arco directo

  • Fig. 3 Horno elctrico de arco para aceracin de Paul Girod

    Fig. 4a Horno elctrico de arco

    Indirecto de W. Siemens.

    Fig. 4b Horno elctrico de arco Indirecto

  • Monofsico tipo DM

    Fig. 4c Esquema de un horno de

    Arco indirecto

    Fig. 5 Horno elctrico de arco

    Para minerales de Paul Heroult

  • Fig. 6 Horno elctrico de arco cubierto

    Fig. 6b Horno elctrico Trifsico para minerales (Tagliaferri)

    Fig. 7 Horno de arco con

    Crisol no conductor

  • Fig. 8 Horno de arco con crisol conductor

    Fig. 9 Esquema de distintos tipos de hornos

    Con electrodo en el piso

  • Fig. 10 Construccin de un horno de arco directo moderno

    1. Coraza del horno 2. Bveda 3. Arillo moderno 4. Puerta de carga 5. Canal de sangrado 6. Electrodos 7. Mordazas 8. Brazo porta electrodo 9. Columna gua 10. Mecanismo del movimiento de electrodos 11. Anillos ajustadores de los electrodos 12. Mecanismo de volteo 13. Cables flexibles 14. Red de baja tensin 15. Soporte de las columnas

  • Fig. 11 Horno elctrico de arco con capacidad para 80 100 T a. Vista general

    b. Columnas y mecanismo de levantamiento de la bveda y los electrodos

    c. Semiportal, bveda y portaelectrodos

    a

    .

    b

    .

    c

    .

  • Fig.

    12

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  • Fig. 18a forma de la coraza y fondo del horno de arco.

    Fig. 13b coraza de horno de arco

    a) Paredes verticales y fondo conico

    b) Paredes inclinadas y fondo esfrico

    Fig. 13c carcaza del horno dividida con fondo desmontable.