Carga y conducción de un alto hornoConstruído que sea un alto horno, es necesario desecarlo muy bien antes de proceder a utilizarlo, con el fin de evitar grietas que lo destruirían completamente. El revestimiento refractario debe caldearse de un modo sucesivo y gradual para evitar los inconvenientes mencionados.

Cuando el horno se construye de nuevo y tiene paredes de mucho grueso, deben secarse estas antes de revestirlo con materiales refractarios; pero si las paredes son metálicas o de poco grueso se procede al secado de una sola vez.

La carga y conducción de un alto horno varía según el modelo, costumbres y práctica de cada fundición. En la ferrería de Beasain (Guipúzcoa), se procede del modo siguiente: según La Metalurgia de D. Luis Barinaga.

"Concluida la construcción del horno alto, y después que se ha dejado secar durante el tiempo que lo permitan las necesidades de la fábrica, se procede a darle fuego. Para esto se cierra completamente la delantera con un muro de ladrillos, en el cual se deja un agujero de un decímetro cuadrado, y a fin de evitar que el crisol se deteriore por la acción brusca y muy directa del calor, se revisten la plaza y los costeros con ladrillos puestos de plano sobre ellos; se cierran herméticamente las aberturas de las toberas y se arrojan por el tragante unas cuantas brazadas de virutas y un poco de carbón que debe llenar la obra y los etalajes. Se introduce luego por el agujero del muro de la delantera un espetón hecho ascua que inflama las virutas, y en virtud del tiro natural determinado por la forma de la cuba, que sirve en estos momentos de chimenea, se enciende poco a poco el carbón. Enseguida se llena toda la cuba de combustible y se tapa el tragante con una chapa de hierro que tiene una pequeña abertura, reduciendo también la sección del orificio que existe en el muro provisional, de modo que no quede más que un agujero de 2 á 3 centímetros de diámetro. Se mantiene el horno en esta disposición durante el día, y cuando llega la noche, se cierran ambos orificios, volviéndolos a abrir la mañana siguiente, y reponiendo en el horno el carbón consumido, cuya cantidad viene a ser unos 8 hectólitros por veinticuatro horas. Estas operaciones se repiten del mismo modo durante quince días, al cabo de los cuales se destapa del todo el orificio inferior y se introduce por él una barra, que se enrojece más o menos, según la temperatura del aparato, dando a conocer por su aspecto si ésta es la bastante para comenzar lo que se llama el emparrillado.

"Llegado el momento oportuno para esta operación, se colocan sobre el bastidor de la delantera unos garfios, y en éstos se apoya una fuerte barra de hierro que queda a un nivel más bajo que la parte inferior de la timpa; entre ésta y la barra, apoyándose en la última, se colocan una serie de espetones o barras largas que cierran a la trasera y dejan en la parte anterior una porción de su longitud, bastante para poder colocar sobre ellas unos cuantos lingotes de hierro que sirven de contrapeso al carbón que descansa sobre la parte introducida en el horno. Se derriba después el muro que se había construido en la delantera y se limpia el crisol de las cenizas que se han acumulado en él por la combustión del carbón en los primeros quince días. En la colocación de la rejilla y la limpieza del crisol se emplea una media hora.

"Abierta ya la entrada del aire al interior de la cuba por el antecrisol, la combustión del carbón se aviva notablemente y las paredes del horno van adquiriendo la temperatura elevada que hace falta para las reacciones; así se mantiene el aparato durante dos horas, y transcurridas éstas se quita el emparrillado, se vuelve a fabricar la delantera y se hace la primera carga de mineral y fundente, que consiste en 150 libras de mena y 35 de castina, dejando el horno cerrado durante tres horas más.

"Al cabo de las tres horas se vuelve a destapar el crisol y a poner el emparrillado, y así se continúa haciendo la limpieza del crisol y volviendo a dejar que desciendan las materias cargadas cuatro veces al día, y reponiendo por el tragante el carbón que se consume y el mineral que desciende, cuya cantidad se va aumentando respecto a la de combustible, hasta llegar a la carga normal, sin más precaución que la de hacer que el lecho de fusión sea siempre básico al principio, a fin de que las primeras escorias sean bien líquidas y no produzcan obstrucciones en el crisol. A los seis días se presenta ya a la altura de las toberas la primera carga de mineral y hay que empezar a dar viento.

"Cuando llega el momento de empezar a soplar, se limpia por última vez el crisol de las cenizas que hay en él, se coloca la dama y la placa que la recubre, se echa en el antecrisol carbón encendido hasta el nivel de ésta, se destapan las toberas y se ponen en los agujeros unas buzas pequeñas por las que se introduce viento a la cuarta parte de la presión ordinaria. Cada dos o tres horas se quita el cisco que hay en el antecrisol, se remueven con rodillos las materias líquidas para que no se adhieran costras a la plaza ni a los costeros, y al cabo de doce o catorce horas se hace la primera sangría, que generalmente es de hierro colado blanco.

"A medida que va pasando tiempo, se van substituyendo las buzas por otras de mayor diámetro, y aumentando la presión del viento progresivamente, hasta que al cabo de ocho días, el horno recibe toda la cantidad de aire que debe recibir a la

presión normal que le pueden comunicar los fuelles, que es de cuatro centímetros de mercurio."

Modo de cargar los hornos

Los minerales y combustible se introducen por el tragante a intervalos regulares cuya constancia no se varía durante el trabajo, debiendo procurar que la cuba esté siempre llena hasta cerca del tragante sin llegar a un espacio mayor que 1 metro o 1,50, a cuyo fin un operario sonda de vez en cuando pasando una varilla por un agujero practicado al lado de la trapa del tragante.

Las cargas no deben ser demasiado grandes, pués enfriarían la cuba, ni demasiado pequeñas, pués serían atravesadas por los minerales de la carga siguiente. Las cargas de carbón oscilan entre 5 a 10 hectólitros cuando se utiliza el carbón vegetal y 10 a 20 cuando se aprovecha el cok.

Las cargas de mineral y fundente no son constantes para un mismo horno. Varían según la calidad del mineral y condiciones del hierro que se desea obtener y se determinan haciendo el análisis de los minerales que han de utilizarse. En general suelen ser de doble a triple peso que el de carbón que se carga.

El número diario de cargas varía con la capacidad del horno y con la cantidad que se carga cada vez, pero determinada esta última debe ser constante para siempre.

Las escorias se extraen con frecuencia o bien de un modo contínuo y el hierro fundido que se recoje en el crisol se saca cada cinco o seis horas por el orificio de colada. El hierro fundido corre por canales formados con arena a otros que afectan la forma que luego ha de tener el lingote; allí se enfría y solidifica, y cortado en pedazos de longitud conveniente, se amontona y transporta donde convenga. Existen aparatos modernos que vienen a ser un molde sin fin; estos reciben la fundición, enfrían los lingotes y los descargan automáticamente en las vagonetas de la fábrica.

Una vez que se tiene el horno en completa producción debe funcionar continuamente, día y noche, hasta que sea necesario apagarlo con objeto de reparar averías. Su manejo necesita, por lo tanto, dos cuadrillas de operarios que se relevan cada doce horas. Hay hornos que han funcionado cuatro y cinco años sin interrupción.

Un horno para cok, de regular tamaño, puede producir unas 300 toneladas de lingotes diarias y algunos de los mayores llegan a duplicar la producción.

Parada y apagado del horno

A veces es necesrio disminuir la producción del horno o apagarlo, bien por el excesivo abaratamiento del producto, bien por averías, o acaso por huelga de operarios. Cuando llega este caso es necesario sacar fuera el metal, cerrar las entradas de aire y luego cerrar el horno de modo que no haya tiro en la cuba. Las toberas deberán obstruirse con bloques de arcilla.

Si se prevée con tiempo la necesidad de disminuir la producción, se carga una gran cantidad de combustible y en las cargas sucesivas se va aumentantdo cada vez más la proporción de mineral; se cierran las entradas de aire cuando el combustible llega a las toberas, se cierra el tragante y se diminuye el agua de enfriamiento, con lo que queda el horno en disposición de no ser tocado en cuatro o cinco meses.

Para suspender el trabajo, con objeto de hacer reparaciones, se paralizan las cargas de mineral y se continua cargando combustible con poca cantidad de fundente hasta que cese de fluir el metal.

Un alto horno es un tipo de horno metalúrgico utilizado para la fundición para producir metales industriales, generalmente de hierro.

En un alto horno, el combustible, el mineral, y el flujo se suministran continuamente a través de la parte superior del horno, mientras que el aire es soplado en la sección inferior del horno, de manera que las reacciones

químicas que tienen lugar durante todo el horno como el material se mueve hacia abajo. Los productos finales son normalmente de metal fundido y escoria fases roscado de la parte inferior, y los gases de combustión que sale de la parte superior del horno. El flujo hacia abajo del mineral y fundente en contacto con un flujo ascendente de aire caliente, rica en monóxido de carbono, gases de combustión es un proceso de intercambio de contracorriente.

En contraste, hornos de aire son de aspiración natural, por lo general por la convección de los gases calientes de combustión en una chimenea. De acuerdo con esta definición amplia, bloomeries de hierro, casas de soplado para el estaño, y molinos para fundir el plomo se clasifican en los altos hornos. Sin embargo, el término por lo general se ha limitado a los utilizados para la fundición de mineral de hierro para producir arrabio, un material intermedio utilizado en la producción de hierro y acero comercial.

Historia

Altos hornos existían en China desde aproximadamente siglo 1 dC y en el Oeste desde la Alta Edad Media. Se extienden desde la región alrededor de Namur en Valonia a finales del siglo 15, se introdujo a Inglaterra en 1491 - El combustible utilizado en estas era invariablemente carbón. La sustitución con éxito de coque de carbón vegetal se atribuye a Abraham Darby en 1709 - La eficacia del proceso se ha mejorado aún más por la práctica de precalentar el aire de combustión, patentado por James Beaumont Neilson en 1828.

CHINA

Los altos hornos más antiguos existentes fueron construidos durante la Dinastía Han de China en el siglo primero antes de Cristo. Sin embargo, el elenco armas y herramientas agrícolas de hierro fueron generalizadas en China en el siglo quinto antes de Cristo, mientras que tercero aC hierro fundiciones emplea una plantilla media de más de doscientos hombres. Estos primeros hornos tenían paredes de barro y usados que contienen fósforo minerales como fundente. La eficacia del alto horno chino se ha mejorado durante este periodo por el ingeniero Du Shi, que aplica la potencia a las ruedas hidráulicas de pistón-fuelle en la forja de hierro fundido.

Aunque se pensó durante mucho tiempo que los chinos habían desarrollado el alto horno y de fundición como su primer método de producción de hierro, Donald Wagner ha publicado un documento más reciente que reemplaza algunas de las declaraciones en el trabajo anterior, el documento más reciente todavía pone la fecha de los primeros artefactos de hierro fundido en los siglos quinto y cuarto antes de Cristo, sino que también proporciona evidencia de la utilización del horno bloomery anterior, que emigró desde el oeste durante el comienzo de la Edad de Bronce china de finales cultura Longshan. Él sugiere que los altos hornos temprana y la producción de hierro fundido evolucionado de hornos utilizados para fundir bronce. Ciertamente,

sin embargo, el hierro era esencial para el éxito militar en el momento en el Estado de Qin tenía China unificada. Uso de la explosión y cubilote siendo generalizada durante la canción y las dinastías Tang. En el siglo 11 dC, la dinastía de la industria china de hierro canción hizo un cambio notable de los recursos de carbón de hulla bituminosa, en la fundición de hierro y acero, ahorrando miles de hectáreas de bosques de tala. Esto puede haber sucedido ya en el siglo cuarto AD.

El alto horno chino seguía siendo funcionando bien hasta el siglo 20. Los hornos del patio trasero favorecidos por Mao Zedong durante el Gran Salto Adelante eran de este tipo. En las regiones con fuertes tradiciones de la metalurgia, la producción de acero en realidad aumentó durante este período. En las regiones donde no había tradición de fabricación de acero o cuando los dueños de una herrería conociendo las técnicas tradicionales o los principios científicos del proceso de alto horno habían muerto, los resultados fueron menos que satisfactorios.

EN OTRAS PARTES DEL MUNDO ANTIGUO

En la mayoría de lugares del mundo que no sea en China, no hay evidencia de la utilización del alto horno. En cambio, el hierro fue hecha por reducción directa de bloomeries. Estos no se describen correctamente como altos hornos, aunque el término está mal utilizado de vez en cuando al referirse a ellos. Una excepción sería la Haya pueblo del noroeste de Tanzania, que son conocidos por la creación de acero utilizando un proceso de alto horno y el proceso de refinación muy similar al proceso de abrir fuego para, posiblemente, en tanto 2.000 años.

En Europa, los griegos, los celtas, los romanos y cartagineses todos utilizaron este proceso. Varios ejemplos se han encontrado en Francia, y los materiales que se encuentran en Túnez sugiere que fueron utilizados allí, así como en Antioquía durante el período helenístico. Aunque poco se sabe de ella durante la Edad Media, el proceso probablemente continuó en uso. Del mismo modo, la fundición en hornos de bloomery en el África occidental y el establecimiento de herramientas aparece en la cultura Nok en África en 500 antes de Cristo. Los primeros registros de hornos de bloomery en África oriental son descubrimientos de hierro fundido y de carbono en Nubia y Axum que datan entre 1,000-500 aC. Particularmente en Meroe, no se sabe que han sido bloomeries antiguos que producen herramientas de metal para los nubios y Kushites y producen excedentes para su economía.

Bloomeries también se han descubierto y registrado que se han creado en África occidental medieval con algunos de los metales bantúes civilizaciones como el Imperio Bunyoro y la gente Nyoro.

EUROPA MEDIEVAL

 Forja catalana

La forja simple conocido como el corso se utilizó antes de la cristiandad. Bloomeries mejoradas como el Stckofen o la forja catalán, que se mantuvo hasta principios del siglo 19. El catalán fragua fue inventado en Cataluña, España, en el siglo octavo. En lugar de utilizar tiro natural, se bombeó aire en un trompe, resultando en una mejor calidad de hierro y una mayor capacidad. Este bombeo de corriente de aire con fuelle se conoce como ráfaga fría, y aumenta la eficiencia del combustible de la bloomery y mejora el rendimiento. Las fraguas catalanas también se pueden construir más grande que bloomeries tiro natural.

Arqueología experimental moderna y la historia recreación han demostrado que sólo hay un paso muy corto de la forja catalán al alto horno verdadera, donde el hierro se obtiene como arrabio en fase líquida. Por lo general, la obtención del hierro en fase líquida es en realidad no deseado, y la temperatura se mantiene intencionalmente por debajo del punto de fusión del hierro, ya que mientras que la eliminación de la floración sólido mecánicamente es tedioso y significa proceso por lotes en lugar de proceso continuo, es hierro casi puro y puede ser trabajado inmediatamente. Por otro lado, arrabio es la mezcla eutéctica de carbono y hierro y necesita ser descarburada para producir acero o de hierro forjado, que era extremadamente tedioso en la Edad Media.

 Antiguos altos hornos europeos

Los antiguos altos hornos conocidos en Occidente se construyeron en Drstel en Suiza, el Mrkische Sauerland en Alemania, y al Lapphyttan en Suecia, donde el complejo era activo entre 1205 y 1300. En Noraskog en la parroquia sueca de Jrnbos, hay también han sido encontrados restos de altos hornos fechados incluso antes, posiblemente en 1100. Estos primeros altos hornos, como los ejemplos de China, eran muy ineficientes en comparación con los utilizados en la actualidad. El hierro del complejo Lapphyttan se utilizó para producir bolas de hierro forjado conocido como Osmond, las cuales fueron objeto de comercio internacional - una posible referencia se produce en un tratado con Novgorod desde 1203 y varias referencias en ciertos relatos de costumbres inglesas de los años 1250 y 1320. Otros hornos del 13 al siglos 15 han sido identificados en Westfalia.

La procedencia de la tecnología no es cierto. Una posibilidad consiste en la transferencia de tecnología de China. Al-Qazvini en el siglo 13, y posteriormente a otros viajeros en señalar una industria de hierro en las montañas de Elburz, al sur del Mar Caspio. Esto está cerca de la ruta de la seda, de modo que el uso de la tecnología derivada de China es concebible. Mucho más tarde descripciones récord hornos Hornos de unos tres metros de altura. Como la gente del Varangian Rus 'de Escandinavia negoció con Caspian dependiendo del diseño de la estufa y el estado. Las temperaturas que se ocupan de 2000 pueden ser C a 2300 C. aceite, alquitrán, gas natural, carbón en polvo y el oxígeno también se pueden inyectar en el horno a nivel de tobera para combinar con el coque para liberar energía adicional y

aumentar el porcentaje de reducción de los gases presentar la cual es necesaria para aumentar la productividad.

Ingeniería de procesos y la química

Los altos hornos funcionan según el principio de reducción química mediante el cual el monóxido de carbono, que tiene una afinidad más fuerte por el oxígeno en el mineral de hierro que el hierro no, reduce el hierro a su forma elemental. Los altos hornos difieren de bloomeries y hornos de reverbero en que en un alto horno, gas de combustión está en contacto íntimo con el mineral de hierro y, permitiendo que el monóxido de carbono se difunda en el mineral y reducir el óxido de hierro a hierro elemental mezclado con carbono. Los altos hornos opera como un proceso de intercambio de contracorriente mientras que un bloomery no lo hace. Otra diferencia es que bloomeries operan como un proceso por lotes, mientras que los altos hornos operan de forma continua durante largos períodos de tiempo, ya que son difíciles de poner en marcha y apagar. También, el carbono en arrabio disminuye el punto de fusión por debajo de la del acero o hierro puro; en contraste, el hierro no se funde en un bloomery.

El monóxido de carbono también reduce sílice que tiene que ser eliminado de la fundición en bruto. La sílice se hace reaccionar con óxido de calcio y forma una escoria que flota en la superficie de la fundición en bruto.

El contacto íntimo del gas de combustión con el hierro provoca contaminación con azufre si está presente en el combustible. Históricamente, para evitar la contaminación de azufre, el hierro de mejor calidad se produce con carbón vegetal.

El movimiento hacia abajo de la columna de mineral, flujo, coque o carbón vegetal y productos de reacción debe ser lo suficientemente poroso para el gas de combustión pase a través. Esto requiere que el coque o carbón para estar en partículas lo suficientemente grandes para ser permeable, lo que significa que no puede haber un exceso de multas. Por lo tanto, el coque debe ser lo suficientemente fuerte para que no pueda ser aplastado por el peso del material por encima. Además de la fuerza física del coque, también debe ser bajo en azufre, fósforo y cenizas. Para ello es necesario el uso de carbón metalúrgico, que es un grado superior debido a su escasez relativa.

La principal reacción química producir el hierro fundido es:

 Fe2O3 + 3CO? 2Fe + 3CO2

Esta reacción puede ser dividida en múltiples pasos, con la primera es que chorro de aire precalentado soplado en el horno reacciona con el carbono en forma de coque para producir monóxido de carbono y calor:

 2 C + O2? 2 CO

El monóxido de carbono caliente es el agente reductor para el mineral de hierro y reacciona con el óxido de hierro para producir hierro fundido y dióxido de carbono. Dependiendo de la temperatura en las diferentes partes del horno el hierro se reduce en varios pasos. En la parte superior, donde la temperatura es generalmente en el rango entre 200 C y 700 C, el óxido de hierro se reduce parcialmente a óxido de hierro, Fe3O4.

 3 Fe2O3 + CO? 2 Fe3O4 + CO2

A temperaturas alrededor de 850 C, más abajo en el horno, el hierro se reduce aún más a óxido de hierro:

 Fe3O4 + CO? 3 FeO + CO2

Dióxido de carbono caliente, monóxido de carbono que no ha reaccionado, y el nitrógeno del aire pasan a través del horno como material de alimentación de nueva aportación se desplaza hacia la zona de reacción. Como el material se desplaza hacia abajo, los gases de contra-corriente tanto precalentar la carga de alimentación y descomponer la piedra caliza en óxido de calcio y dióxido de carbono:

 CaCO3? CaO + CO2

Como el óxido de hierro se mueve hacia abajo a la zona con temperaturas más altas, que van hasta 1.200 grados C, que se reduce aún más a metal de hierro:

 FeO + CO? Fe + CO2

El dióxido de carbono formado en este proceso se vuelve a reducirse a monóxido de carbono por el coque:

 C + CO2? 2 CO

El equilibrio dependiente de la temperatura el control de la atmósfera de gas en el horno se llama la reacción de Boudouard:

 2CO CO2 + C

La descomposición de la piedra caliza en la zona media del horno procede de acuerdo con la siguiente reacción:

 CaCO3? CaO + CO2

El óxido de calcio formado por la descomposición reacciona con diversas impurezas ácidas en el hierro, para formar una escoria fayalitic que es esencialmente de silicato de calcio, CaSiO3:

 SiO2 + CaO? CaSiO3

El "arrabio" producido por el alto horno tiene un contenido relativamente alto de carbono de alrededor de 4-5%, por lo que es muy frágil, y de uso comercial inmediata limitada. Algunos de arrabio se utiliza para hacer hierro fundido. La mayoría de arrabio producido por altos hornos sufren un procesamiento para reducir el contenido de carbono y producir diversos grados de acero utilizados para materiales de construcción, automóviles, barcos y maquinaria.

Aunque la eficiencia de los altos hornos está en constante evolución, el proceso químico en el interior del alto horno sigue siendo el mismo. De acuerdo con el American Iron and Steel Institute: "Altos hornos sobrevivirán en el próximo milenio, porque los hornos eficientes, más grandes pueden producir arrabio a costos competitivos con otras tecnologías de fabricación de hierro." Uno de los mayores inconvenientes de los altos hornos es la producción de dióxido de carbono inevitable como el hierro se reduce a partir de óxidos de hierro con carbono y no hay sustituto económico - la fabricación de acero es uno de los contribuyentes industriales inevitables de las emisiones de CO2 en el mundo.

El reto planteado por las emisiones de gases de efecto invernadero de los altos hornos se está abordando en un programa europeo en curso llamado ULCOS. Varias nuevas rutas de proceso se han propuesto y estudiado en profundidad para disminuir las emisiones en al menos un 50%. Algunos dependen de la captura y posterior almacenamiento de CO2, mientras que otros optan por descarburación hierro y acero, convirtiendo el hidrógeno, la electricidad y la biomasa. En el más corto plazo, una tecnología que incorpora CCS en el propio proceso de alto horno y que se llama el Alto Horno Reciclaje Top-Gas se encuentra en desarrollo, con una ampliación de un alto horno de tamaño comercial en curso. La tecnología debe ser plenamente demostrado a finales de la década de 2010, en línea con el conjunto de la línea de tiempo, por ejemplo, por la UE de reducir las emisiones de manera significativa. Amplio despliegue podría tener lugar a partir de 2020.

Fabricación de lana de roca

La lana de roca o lana de roca es una fibra mineral hilado utilizado como un producto de aislamiento y en hidroponía. Se fabrica en un alto horno alimentado con la roca diabasa que contiene niveles muy bajos de óxidos metálicos. La escoria resultante se extrae y se hizo girar para formar el producto de lana de roca. También se producen cantidades muy pequeñas de metales que son un subproducto no deseado y ejecutar a los residuos.

Altos hornos dados de baja como sitios de museos

Durante mucho tiempo, era un procedimiento normal para un alto horno en desuso al ser demolida y, o bien ser sustituido por un nuevo, mejorado uno, o

tener todo el sitio demolido para dejar espacio para el uso de seguimiento de la zona. En las últimas décadas, varios países se han dado cuenta del valor de los altos hornos como parte de su historia industrial. En lugar de ser demolido, fábricas de acero abandonados se convirtieron en museos o integrados en los parques de usos múltiples. El mayor número de altos hornos conservados históricos existe en Alemania, existen otros sitios en España, Francia, la República Checa, Japón, Luxemburgo, Polonia, Rumania, México, Rusia y Estados Unidos.

Horno de arco eléctricoDe Wikipedia, la enciclopedia libre

Este artículo necesita referencias adicionales para su verificación . Por favor, ayudar a mejorar este artículo mediante la adición de citas de fuentes confiables . Material de referencias puede ser impugnado y eliminado. (Enero 2010)

Un horno de arco eléctrico (cilindro grande) está aprovechando

Prestación de exterior e interior de un horno de arco eléctrico.

Un horno de arco eléctrico ( EAF ) es un horno que calienta material cargado por medio de un arco

eléctrico .

Los hornos de arco varían en tamaño de pequeñas unidades de aproximadamente una tonelada de

capacidad (utilizado enfundiciones para producir hierro fundido productos) hasta aproximadamente 400

toneladas [ que? ] unidades utiliza para secundario de fabricación de acero . Los hornos de arco se utilizan

en los laboratorios de investigación y por los dentistas pueden tener una capacidad de sólo unas pocas

decenas de gramos. Temperaturas de hornos de arco eléctricos industriales pueden ser de hasta1.800 °

C (3.272 ° F) , mientras que las unidades de laboratorio pueden superar los 3.000 ° C (5.432 ° F) . Los

hornos de arco difieren de hornos de inducción en que el material de carga está directamente expuesto

a un arco eléctrico, y la corriente en los terminales del horno pasa a través del material cargado.

Contenido

  [ ocultar ] 

1   Historia

2   Construcción

3   Operación

4   Ventajas de horno de arco eléctrico para la fabricación de acero

5   Las cuestiones ambientales

6   Otros hornos de arco eléctrico

7   plasma horno de arco

8   Vacío refusión de arco

9   Véase también

10   Referencias

11   Lectura adicional

12   Enlaces externos

Historia [ editar   ]

En el siglo 19, un grupo de hombres había empleado un arco eléctrico para fundir el hierro . Sir Humphry

Davy realizó una demostración experimental en 1810; soldadura fue investigado por Pepys en 1815;

Pinchon intentó crear un horno electrotérmico en 1853, y, en 1878-1879, Sir William Siemens sacó las

patentes para los hornos eléctricos de tipo de arco.

Los primeros hornos de arco eléctrico han sido desarrolladas por Paul Héroult , de Francia , con una

planta comercial establecida en elEstados Unidos en 1907. Los hermanos formaron The Sanderson

Sanderson Brothers acero Co. en Syracuse, Nueva York, la instalación del primer horno de arco

eléctrico en los EE.UU. Este horno está ahora en exhibición en la estación de la Plaza, Pittsburgh,

Pensilvania. [ 1 ]

Una sección transversal schmatic a través de un horno de arco Heroult. E es un electrodo (sólo se muestra uno),

subir y bajar por la cremallera y piñón R y S. El interior está forrado con ladrillo refractario H y K denota el

revestimiento inferior. Una puerta en A permite el acceso al interior. La envoltura del horno, se apoya en los ejes de

balancín para permitir que se puede inclinar para el roscado.

Inicialmente "acero eléctrico" fue un producto de la especialidad para los usos tales como máquinas

herramientas y acero para muelles . Los hornos de arco también se utilizaron para preparar el carburo

de calcio para su uso en lámparas de carburo . El horno eléctrico Stassano es un tipo de arco horno que

por lo general gira para mezclar el baño. El horno Girod es similar al horno de Héroult .

Mientras HAE fueron ampliamente utilizados en la Segunda Guerra Mundial para la producción de

aleaciones de acero, fue sólo después de que la producción de acero eléctrico comenzó a

expandirse. El costo de capital bajo para un mini-molino -en torno a EE.UU. $ 140-200 por toneladade

capacidad instalada anual, en comparación con 1.000 dólares EE.UU. por tonelada de capacidad

instalada anual de un molino de acero integradas molinos permitido que se establezcan rápidamente en

Europa devastada por la guerra, y también les permitió competir con éxito con los grandes de los

Estados Unidos los fabricantes de acero, como Bethlehem Steel y EE.UU. Acero , De bajo costo, de

acero al carbono"productos largos" ( estructuras de acero , varillas y barras, alambres y sujetadores ) en

el mercado de EE.UU. .

Cuando Nucor -ahora uno de los mayores productores de acero en los EE.UU. [ 2 ] -decidió entrar en el

mercado de productos largos en el año 1969, se decidió poner en marcha un mini-molino, con un horno

eléctrico de arco como su horno de fabricación de acero, pronto seguido por otros fabricantes . Mientras

que Nucor se expandió rápidamente en los EE.UU. Este, las empresas que los siguieron en las

operaciones de mini-molino se concentraron en los mercados locales de los productos largos, en los que

el uso de un horno eléctrico de arco permitió que las plantas varían de producción de acuerdo a la

demanda local. Este patrón también se siguió en todo el mundo, con una producción de acero EAF

utilizado principalmente para productos largos, mientras que las fábricas integradas, utilizando altos

hornos y hornos de oxígeno básico , arrinconaron los mercados de "productos planos" - de chapa de

acero y placa de acero pesado. En 1987, Nucor tomó la decisión de expandirse en el mercado de

productos planos, sigue utilizando el método de producción del EEP. [ 3 ]

Construcción [ editar   ]

Una sección transversal esquemática a través de un horno eléctrico de arco. Tres electrodos (amarillo), baño fundido

(oro), la grabación del surtidor de la izquierda, refractario ladrillo techo móvil, cáscara de ladrillo, y una chimenea en

forma de cuenco refractario-alineada.

Un horno de arco eléctrico utilizado para la fabricación de acero consiste en un refractario recipiente

forrado, por lo general refrigerado por agua en tamaños más grandes, cubiertas con un techo retráctil, y

por medio de la cual uno o más de grafito   electrodos  entrar en el horno. [ 4 ] El horno se divide

principalmente en tres secciones:

la concha , que consiste en las paredes laterales y de acero inferior "bowl";

el hogar , que consiste en el material refractario que recubre el recipiente inferior;

el techo , que puede ser cubierto de material refractario o refrigerado por agua, y puede ser en

forma de una sección de una esfera , o como untronco de cono (sección cónica). El techo también

es compatible con el delta refractario en su centro, a través del cual uno o más de grafitoelectrodos

entran.

El hogar puede ser de forma semiesférica, o en una parte inferior excéntrica tocando horno (ver más

abajo), la chimenea tiene la forma de un huevo reducido a la mitad. En meltshops modernos, el horno se

plantea a menudo fuera de la planta baja, de modo que las cucharas y ollas de escoria fácilmente puede

maniobrar bajo cualquiera de los extremos del horno. Separada de la estructura del horno es el soporte

de electrodo y el sistema eléctrico, y la plataforma de basculamiento sobre la que descansa el

horno. Dos configuraciones son posibles: los soportes de electrodos y la inclinación del techo con el

horno, o se fijan a la plataforma elevada.

El techo de un horno de arco eliminado, mostrando los tres electrodos

Una típica corriente alterna horno tiene tres electrodos. Los electrodos son de sección redonda, y

típicamente en segmentos con acoplamientos roscados, de modo que a medida que se desgastan los

electrodos, se pueden añadir nuevos segmentos. Las formas de arco entre el material cargado y el

electrodo, la carga se calienta tanto por corriente que pasa a través de la carga y por la energía radiante

evolucionado por el arco.Los electrodos se levantan y se bajan por un sistema de posicionamiento, que

puede utilizar ya sea de forma automática eléctricos del cabrestante montacargas o cilindros

hidráulicos . El sistema de regulación mantiene aproximadamente constante entrada de corriente y

potencia durante la fusión de la carga, a pesar de que la chatarra se puede mover debajo de los

electrodos ya que se derrite. Los brazos del mástil que sostienen los electrodos pueden o bien llevan

pesadas barras de distribución (que pueden ser refrigerados por agua huecos de cobre tubos que llevan

la corriente a las pinzas de electrodos) o ser "brazos calientes", donde todo el brazo transporta la

corriente, aumentando la eficiencia.Brazos calientes pueden ser de acero revestido de cobre o de

aluminio . Dado que los electrodos se mueven hacia arriba y hacia abajo automáticamente para la

regulación del arco, y se elevan para permitir la retirada del techo del horno, se enfría el agua

pesada cables se conectan los tubos de autobús / brazos con el transformador situado adyacente al

horno. Para proteger el transformador de calor, que está instalado en una bóveda y es en sí misma

enfriado a través de aceite bombeado intercambio de calor con sistemas de refrigeración por agua de la

planta, como las condiciones eléctricas para la fabricación de acero del horno de arco son

extremadamente estresante en el transformador. [ 4 ]

El horno está construido sobre una plataforma basculante de forma que el acero líquido se puede verter

en otro recipiente para el transporte. La operación de la inclinación del horno para verter el acero

fundido se llama "golpeteo". Originalmente, todos los hornos de fabricación de acero tenía un canal de

colada se cerró con refractario que se lava cuando se inclina el horno, pero a menudo los hornos

modernos tienen un agujero de colada inferior excéntrica (EBT) para reducir la inclusión de nitrógeno y

de la escoria en el acero líquido. Estos hornos tienen una piquera que pasa verticalmente a través de la

chimenea y la cubierta, y se establece fuera del centro en el estrecho "nariz" de la chimenea en forma

de huevo.Se llena con arena refractaria, tales como olivino , cuando está cerrada. Las plantas modernas

pueden tener dos conchas con un solo conjunto de electrodos que se pueden transferir entre los dos,

una concha precalienta la chatarra, mientras que la otra cáscara se utiliza para la fusión. Otros hornos

basados en DC tienen una disposición similar, pero tienen electrodos para cada shell y un conjunto de

productos electrónicos.

Hornos AC suelen mostrar un patrón de agua caliente y fría-spots en todo el perímetro de solera, con los

fríos-spots situados entre los electrodos. Hornos modernos de montaje quemadores de oxígeno-

combustible en la pared lateral y los utilizan para proporcionar energía química a los fríos-spots,

haciendo que el calentamiento del acero más uniforme. Energía química adicional se proporciona

mediante la inyección de oxígeno y carbono en el horno; históricamente esto se hizo a través de lanzas

en la puerta de escoria, ahora esto se hace principalmente a través de múltiples unidades de inyección

de pared que combinan los quemadores de oxígeno-combustible y el oxígeno o la inyección de carbón

sistemas en una unidad.

Un tamaño medio moderno horno de fabricación de acero tendría un transformador tiene unos 60

millones voltios-amperios (60 MVA), con una tensión secundaria de 400 a 900 voltios y una corriente

secundaria en exceso de 44.000 amperios. En una tienda moderna se esperaría que un horno de este

tipo para producir una cantidad de 80 toneladas métricas de acero líquido en aproximadamente 50

minutos de carga con chatarra fría para aprovechar el horno. En comparación, los hornos de oxígeno

básico pueden tener una capacidad de 150 a 300 toneladas por lote, o "calor", y se puede producir un

calor en 30-40 minutos. Existen variaciones enormes en horno detalles de diseño y operación,

dependiendo del producto final y de las condiciones locales, así como la investigación en curso para

mejorar la eficiencia del horno. El horno de la chatarra sólo más grande (en términos de aprovechar el

peso y potencia del transformador) es un horno de CC operada por Tokyo Steel en Japón, con un peso

del grifo de 420 toneladas métricas y alimentado por ocho transformadores de 32MVA para 256MVA

potencia total.

Para producir una tonelada de acero en hornos de arco eléctrico requiere aproximadamente

400 kilovatios-hora por tonelada corta o unos 440 kWh por tonelada métrica , el importe teórico mínimo

de energía necesaria para fundir una tonelada de chatarra de acero es de 300 kWh (punto de fusión

1520 ° C/2768 ° F). Por lo tanto, una 300 toneladas, 300 MVA EAF requerirá aproximadamente 132

MWh de energía para fundir el acero, y un "tiempo de encendido" (el tiempo que el acero se funde con

un arco) de aproximadamente 37 minutos. Fabricación de acero de arco eléctrico es sólo económica

donde hay electricidad abundante, con una red eléctrica bien desarrollada. En muchos lugares, los

molinos de operar durante las horas de poca actividad, cuando los servicios públicos tienen exceso de

capacidad de generación de energía.

Funcionamiento [ editar   ]

Un horno de arco derramamiento de acero en un coche pequeño cucharón. La bóveda del transformador se puede

ver en el lado derecho de la imagen. Para la escala, tenga en cuenta que el operador de pie sobre la plataforma en

la parte superior izquierda. Esta es una fotografía de la época de 1941 y por lo tanto no tiene el amplio sistema de

recolección de polvo que una instalación moderna tendría, ni es el operador lleva un casco o máscara contra el

polvo.

Chatarra de metal se entrega a una bahía de chatarra, que se encuentra junto a la acería. Scrap

generalmente viene en dos grandes grupos: fragmento ( línea blanca , automóviles y otros objetos

hechos de acero similares de calibre ligero) y el derretimiento pesados (grandes losas y vigas), junto con

un poco de hierro de reducción directa (DRI) o arrabio para el equilibrio químico. Algunos hornos funden

casi el 100% de DRI.

La chatarra se carga en grandes cubos llamados canastas, con las puertas de la "cubierta" por una

base. Hay que tener cuidado a la capa de la chatarra en la canasta para asegurar el buen

funcionamiento del horno; pesada masa fundida se coloca encima de una capa de luz de pizca de

protección, en cuya parte superior se coloca más jirón. Estas capas deben estar presentes en el horno

después de la carga. Después de la carga, la cesta puede pasar a un trozo precalentador, que utiliza

horno caliente los gases para calentar la chatarra y recuperar la energía, aumentando la eficiencia de la

planta.

La cesta de la chatarra se lleva luego a la acería, el techo se balancea fuera del horno y el horno se

carga con chatarra de la canasta. La carga es una de las operaciones más peligrosas para los

operadores de hornos de arco eléctrico. Una gran cantidad de energía potencial se libera por múltiples

toneladas de caída de metal; cualquier metal líquido en el horno se desplaza hacia arriba y hacia el

exterior a menudo por la chatarra sólida, y la grasa y el polvo en la chatarra se enciende si el horno está

caliente, dando por resultado una bola de fuego en erupción. En algunos hornos de doble concha, la

chatarra se carga en la segunda cáscara, mientras que la primera está siendo fundidas, y pre-calentado

con gas de escape de la shell activa. Otras operaciones son continuas carga de chatarra pre-

calentamiento en una cinta transportadora, que a continuación se descarga la chatarra en el horno

adecuado, o la carga de la chatarra de un eje situado por encima del horno, con los gases dirigidos a

través del eje. Otros hornos se pueden cargar con agua caliente (fundida) de metal de otras

operaciones.

Después de la carga, el techo se balanceaba hacia atrás sobre el horno y la crisis comienza. Los

electrodos se bajan a la chatarra, es golpeado de un arco y los electrodos se fijan a continuación, a la

perforación en la capa de la pizca de la parte superior del horno. Tensiones más bajas se seleccionan

para esta primera parte de la operación para proteger el techo y las paredes del calor excesivo y el daño

de los arcos. Una vez que los electrodos han alcanzado la pesada masa fundida en la base del horno y

los arcos están protegidos por la chatarra, la tensión se puede aumentar y los electrodos ligeramente

elevada, el alargamiento de los arcos y aumentar el poder de la masa fundida. Esto permite a un baño

de fusión para formar más rápidamente, reduciendo los tiempos-coladas. Oxígeno se sopla en la

chatarra, quemar o cortar el acero, y el calor químico adicional es proporcionada por los quemadores de

combustible y oxígeno en la pared. Ambos procesos se aceleran fusión de chatarra. Boquillas

supersónicos jets permiten que el oxígeno penetre escoria espumante y llegar al baño líquido.

Una parte importante de la fabricación de acero es la formación de escoria , que flota sobre la superficie

del acero fundido. Escoria lo general consiste de metales óxidos , y actúa como un destino para las

impurezas oxidadas, como una manta térmica (detener la pérdida de calor excesivo) y ayudando a

reducir la erosión del refractario del forro. Para un horno con básicosrefractarios, que incluye la

mayoría de acero de carbono hornos de producción, los formadores de escoria habituales son el óxido

de calcio (CaO, en forma de quemado de cal ) y óxido de magnesio (MgO, en forma

de dolomita y magnesita ). Estos formadores de escoria o bien se encargan de la chatarra o soplado en

el horno durante la crisis. Otro componente importante del EEP escoria es óxido de hierro a partir de

acero combustión con el oxígeno inyectado. Más tarde en el calor, de carbono (en forma

de coque o carbón ) se inyecta en esta capa de escoria, la reacción con el óxido de hierro para formar

hierro metálico y de monóxido de carbono de gas, lo que provoca que la escoria de espuma , lo que

permite una mayor eficiencia térmica , y mejor estabilidad del arco y la eficiencia eléctrica . La manta de

la escoria también cubre los arcos, evitando daños en el techo del horno y las paredes laterales del calor

radiante.

Una vez que la chatarra se haya derretido completamente y se alcanzó un baño plana, otro cubo de

chatarra se puede cargar en el horno y se fundió, aunque el desarrollo de EAF se está moviendo hacia

diseños y carga sola. Después de la segunda carga se derrita por completo, las operaciones de

refinación tienen lugar para comprobar y corregir la química del acero y el recalentamiento de la masa

fundida por encima de su temperatura de congelación en la preparación para el tapping. Más

formadores de escoria se introducen y más oxígeno es insuflado en el baño, la quema de las impurezas

tales como el silicio , azufre , fósforo , aluminio , manganeso , y calcio , y la eliminación de sus óxidos de

la escoria. La eliminación de carbono se lleva a cabo después de estos elementos han quemado

primero, ya que tienen una mayor afinidad por el oxígeno. Los metales que tienen una afinidad para el

oxígeno más pobre que el hierro, tales como el níquel y el cobre , no se pueden eliminar a través de la

oxidación y deben ser controlados a través de la química de chatarra solos, tales como la introducción

de la reducción de hierro de hierro y cerdo directa se mencionó anteriormente. Una escoria espumante

se mantiene a lo largo, y con frecuencia se desborda el horno para verter fuera de la puerta de la

escoria en el pozo de escoria. Temperatura de muestreo y toma de muestras químicas tienen lugar a

través de lanzas automáticas. El oxígeno y el carbono se pueden medir de forma automática a través de

sondas especiales que se sumergen en el acero, pero para todos los demás elementos, un

"enfriamiento" de la muestra-un pequeño, solidificar muestra del acero-se analizó sobre un arco de

emisiones espectrómetro .

Una vez que la temperatura y la química son correctos, el acero se cuele a cabo en una cuchara

precalentado a través de la inclinación del horno. Para hornos de acero liso-carbono, tan pronto como se

detecta la escoria durante el roscado del horno se inclina rápidamente hacia atrás hacia el lado de

eliminación de escoria, reduciendo al mínimo el arrastre de escoria en la cuchara de colada. Para

algunos tipos de acero especiales, incluyendo el acero inoxidable, la escoria se vierte en la cuchara, así,

a ser tratado en el horno cuchara para recuperar elementos de aleación valiosos. Durante tocando

algunas adiciones de aleación se introducen en la corriente de metal, y más cal se añade en la parte

superior de la cuchara para comenzar a construir una nueva capa de escoria. A menudo, un par de

toneladas de acero líquido y la escoria se deja en el horno con el fin de formar un "talón caliente", que

ayuda a precalentar la siguiente carga de chatarra y acelerar su colapso. Durante y después de la

grabación, el horno se "volteó": la puerta de escoria se limpia de la escoria solidificada, las reparaciones

pueden llevarse a cabo, y los electrodos son inspeccionados por los daños o alargar a través de la

incorporación de nuevos segmentos, la piquera se llena de arena en la finalización de tapping.Para una

de 90 toneladas, horno de potencia media, con todo el proceso tarda generalmente cerca de 60 a 70

minutos de la interceptación de una colada a la interceptación de la próxima (el tiempo de tap-to-tap).

Ventajas del horno de arco eléctrico para la fabricación de acero [ editar   ]

El uso de hornos eléctricos de acero permite que se hace de un material de alimentación de metal de

desecho 100%. Esto reduce en gran medida la energía necesaria para fabricar acero en comparación

con la fabricación de acero primaria a partir de minerales. Otra ventaja es la flexibilidad: mientras que los

altos hornos no pueden variar su producción en tanto y pueden permanecer en funcionamiento durante

años a la vez, los EAF se puede iniciar rápidamente y se detuvo, permitiendo que la acería para variar la

producción de acuerdo a la demanda.Durante el pico de la crisis financiera mundial en 2009, una

cantidad estimada de sólo 1 millón de toneladas fue producido en EE.UU. que emplea la técnica

EEP. Aunque los hornos de arco de fabricación de acero en general, utilizar los desechos de acero

como su principal materia prima, si el metal caliente de un horno alto o hierro de reducción directa está

disponible económicamente, estos pueden también ser usados como alimento para horno.

Un horno de arco típico de fabricación de acero es la fuente de acero para un mini-molino, que puede

hacer que las barras o producto de banda. Mini-fábricas pueden estar situados relativamente cerca de

los mercados de productos de acero, y las necesidades de transporte son menores que para una fábrica

integrada, lo que comúnmente se localiza cerca de un puerto de acceso al envío.

Las cuestiones ambientales [ edit   ]

Aunque el moderno horno de arco eléctrico es un reciclador altamente eficiente de acero de chatarra , el

funcionamiento de una tienda de horno de arco puede tener efectos ambientales adversos. Gran parte

del costo de capital de una nueva instalación estará dedicada a los sistemas destinados a reducir estos

efectos, que incluyen:

Cajas para reducir los altos niveles de sonido

Colector de polvo  de horno de gas de escape

La producción de escoria

La demanda de agua de refrigeración

El tráfico de camiones pesados para el desecho, manipulación de materiales, y el producto

Los efectos ambientales de la generación de electricidad

Debido a la calidad muy dinámica de la carga del horno de arco, los sistemas de energía pueden

requerir medidas técnicas para mantener la calidad de la energía para otros clientes; parpadeo y la

distorsión armónica son los efectos secundarios comunes de la operación del horno de arco en un

sistema de energía.

Otros hornos de arco eléctrico [ editar   ]

Representación de un horno de cuchara, una variación del horno de arco eléctrico utilizado para mantener el acero

fundido en caliente

Para la fabricación de acero, de corriente continua se utilizan (DC) los hornos de arco, con un solo

electrodo en el techo y el retorno de la corriente a través de un revestimiento inferior conductora o

patillas conductoras en la base. La ventaja de CC es menor consumo de electrodos por tonelada de

acero producido, ya que sólo se utiliza un electrodo, así como menos armónicos eléctricos y otros

problemas similares. El tamaño de los hornos de arco de corriente continua está limitada por la

capacidad de transporte de corriente de electrodos disponibles, y la tensión máxima

permitida. Mantenimiento del hogar del horno conductora es un cuello de botella en una operación

prolongada de un horno de arco de CC.

En una planta de acero, un horno cuchara (LF) se utiliza para mantener la temperatura del acero líquido

durante el procesamiento después de tocar de EAF o para cambiar la composición de la aleación. La

cuchara se utiliza para la primera propósito cuando hay un retraso más tarde en el proceso de

fabricación de acero. El horno de cuchara se compone de un techo refractario, un sistema de

calefacción, y, en su caso, una disposición para la inyección de gas argón en la parte inferior de la masa

fundida para agitar. A diferencia de un horno de fundición de chatarra, un horno cuchara no tiene una

inclinación o chatarra mecanismo de carga. [ cita requerida ]

Hornos de arco eléctrico también se utilizan para la producción de carburo de calcio , ferroaleaciones y

otros no ferrosos aleaciones , y para la producción de fósforo . Hornos para estos servicios son

físicamente diferentes de los hornos de fabricación de acero y pueden operar de forma continua, en

lugar de por lotes, base. Hornos de proceso continuo también pueden usar de tipo pasta, electrodos

Søderberg para evitar interrupciones debido al electrodo cambios. Tal horno es conocido como un horno

de arco sumergido , porque las puntas de los electrodos están enterrados en la escoria / carga, y se

produce la formación de arco a través de la escoria, entre el mate y el electrodo. Un horno de arco de

acero, en comparación, arcos en el abierto. La clave es la resistencia eléctrica , que es lo que genera el

calor necesario: la resistencia en un horno de fabricación de acero es la atmósfera, mientras que en

un arco sumergido furnace la escoria o carga forma la resistencia. El metal líquido formado, ya sea en

horno es demasiado conductor para formar una resistencia generadora de calor eficaz.

Aficionados han construido una serie de hornos de arco, a menudo basadas en kits de soldadura de

arco eléctrico contenidos por bloques de sílice o macetas. Aunque crudo, estos sencillos hornos pueden

fundir una amplia gama de materiales, crear carburo de calcio , etc

Horno de arco de plasma [ edit   ]

Esta sección no citar todas las referencias o fuentes . Por favor, ayudar a mejorar esta sección agregando citaciones a las fuentes confiables . Material de referencias puede ser impugnado y eliminado . (diciembre de 2010)

Un horno de arco de plasma (PAF) utiliza plasma antorchas en lugar de electrodos de grafito. Cada una

de estas antorchas consiste en una carcasa provista de una boquilla y un tubo axial para la alimentación

de un gas de formación de plasma (nitrógeno o argón), y un electrodo de grafito cilíndrica quemable

situado dentro de la tubería. Estos hornos pueden ser referidos como (por arco de plasma Melt) Hornos

"PAM". Se utilizan ampliamente en las industrias de titanio de la industria en estado fundido y metales

especiales similares.

Refusión de arco vacío [ edit   ]

Artículo principal: Vacío refusión de arco

Refusión por arco a vacío (VAR) es un proceso de refusión secundaria para el refinado de vacío y la

fabricación de lingotes con una mejor homogeneidad química y mecánica.

En militar crítico y aplicaciones aeroespaciales comerciales, ingenieros de materiales comúnmente

especifican aceros VIM-VAR. VIM significa Vacuum Induction derretida y VAR significa vacío Arco

vuelve a fundir. Aceros VIM-VAR convierten rodamientos para motores a reacción, el eje del rotor de

helicópteros militares, actuadores de flaps para aviones de combate, artes en chorro o transmisiones de

helicópteros, soportes o sujetadores para motores a reacción, ganchos cola jet y otras aplicaciones

exigentes.

La mayoría de los tipos de acero se funden una vez y luego se echan o hervían en una forma sólida

antes de la extensa forja o laminación a una forma metalúrgicamente sonido. Por el contrario, los aceros

VIM-VAR pasan por dos más altamente purificante derrite al vacío. Después de la fusión en un horno de

arco eléctrico y de aleación en un recipiente de oxígeno descarburación argón, aceros destinados a la

refundición de vacío se echan en lingoteras. Los lingotes solidificados y dirigirse luego al horno de fusión

por inducción en vacío. Este proceso de refusión de vacío libra el acero de las inclusiones y los gases

no deseados, mientras que la optimización de la composición química. La operación VIM devuelve estos

lingotes sólido al estado fundido en el vacío libre de contaminantes de un vacío. Esta masa fundida

estrechamente controlada a menudo requiere un máximo de 24 horas. Todavía envuelto por el vacío,

fluye el metal caliente del crisol del horno VIM en moldes electrodos gigantes. Un electrodo típico se

encuentra a unos 15 pies (5 m) de altura y estará en varios diámetros. Los electrodos se solidifican al

vacío.

Para aceros VIM-VAR, la superficie de los electrodos enfriados debe ser molido para eliminar

irregularidades de la superficie y las impurezas antes de la siguiente refusión de vacío. A continuación,

el electrodo de tierra se coloca en un horno de VAR. En un horno VAR el acero se derrite gradualmente

gota a gota en la cámara sellada al vacío. Refusión por arco a vacío elimina más persistentes

inclusiones para proporcionar la limpieza del acero superior y aún más eliminar los gases tales como

oxígeno, nitrógeno e hidrógeno. El control de la velocidad a la que estas gotitas se forman y solidifican

garantiza una consistencia de la química y la microestructura a través de todo el lingote VIM-VAR. Esto

a su vez hace que el acero más resistente a la fractura o fatiga. Este proceso de refinamiento es

esencial para satisfacer las características de funcionamiento de las partes como un eje de rotor de

helicóptero, un actuador de aleta en un avión militar o un rodamiento de un motor a reacción.

Para algunas aplicaciones comerciales o militares, aleaciones de acero pueden ir a través de un único

refusión de vacío, es decir, el VAR. Por ejemplo, los aceros para casos sólidos de cohetes, trenes de

aterrizaje o barras de torsión para vehículos de combate suelen incluir la refusión uno vacío.

Vacío refusión de arco también se utiliza en la producción de titanio y otros metales que son reactivos o

en los que se requiere una alta pureza.

Horno de Arco Eléctrico Steelmaking

Por Jeremy AT Jones, Nupro Corporación

 Cortesía de Mannesmann Demag Corp.

Operaciones de los hornos

El horno de arco eléctrico funciona como un proceso de fusión por lotes producir lotes de acero fundido conocido "calienta". El ciclo de funcionamiento del horno de arco eléctrico se denomina ciclo tap-to-tap y se compone de las siguientes operaciones:

Carga del horno Fusión Refinación De-escorificación Tapping Horno de vuelco

Operaciones modernas apuntan a un tiempo entre coladas de menos de 60 minutos. Algunas operaciones de los hornos de doble cuerpo están logrando-coladas tiempos de 35 a 40 minutos.

La carga del hornoEl primer paso en la producción de cualquier cantidad de calor es para seleccionar el grado de acero a realizar. Por lo general, un horario se desarrolla antes de cada turno de producción. Así, el fusor saber de antemano el horario de su turno. El operador de depósito de chatarra preparará cubos de desecho de acuerdo con las necesidades del fusor. Preparación de la cuchara de carga es una operación importante, no sólo para garantizar la química en estado fundido en adecuada, sino también para garantizar buenas condiciones de fusión.La chatarra se debe en capas en el cubo según el tamaño y la densidad de promover la rápida formación de un depósito de líquido de acero en el hogar mientras que proporciona la protección para las paredes laterales y el techo de la radiación del arco eléctrico. Otras consideraciones incluyen la minimización de los desechos derrumbes que pueden romper los electrodos y la garantía de que las grandes piezas pesadas de la chatarra no mienten directamente delante de los orificios del quemador que daría lugar a blow-back de la llama sobre los paneles de agua enfriada. El cargo puede incluir cal y de carbono o estos se pueden inyectar en el horno durante el calor. Muchas operaciones de añadir un poco de cal y carbón en el cubo de chatarra y complementar esto con la inyección.

El primer paso en cualquier ciclo de tap-to-tap está "cargando" en la chatarra. El techo y los electrodos se elevan y se hacen oscilar hacia el lado del horno para permitir que la grúa de carga de chatarra para mover un cubo lleno de desechos en su lugar sobre el horno. La parte inferior del cubo es generalmente un diseño de concha de almeja - es decir, el cubo se abre mediante la retracción de dos segmentos de la parte inferior de la cubeta. La chatarra cae en el horno y la grúa de chatarra elimina el cubo de desecho. El techo y los electrodos balancearse hacia atrás en su lugar sobre el horno. El techo se baja y luego se bajan los electrodos a un arco voltaico en la chatarra. Esto comienza la parte de fusión del ciclo. El número de cubetas de carga de chatarra necesaria para producir un calor de acero es dependiente principalmente en el volumen del horno y la densidad de la chatarra. La mayoría de los hornos modernos están diseñados para funcionar con un mínimo de copias de cargos. Esto es ventajoso porque la carga es un tiempo muerto cuando el horno no tiene poder sobre y por lo tanto no se está derritiendo. Reducción al mínimo de estos tiempos muertos ayuda a maximizar la productividad del horno.Además, la energía se pierde cada vez que se abre el techo del horno. Esto puede ascender a 10 a 20 kWh / tonelada para cada aparición. La mayoría de las operaciones tienen como objetivo durante 2 ó 3 cubos de chatarra al calor y tratarán de combinar su chatarra para cumplir con este requisito. Algunas operaciones de lograr con una sola carga de cubo. Operaciones de carga continua como Consteel y Fuchs Eje Horno eliminar el ciclo de carga.

FusiónEl período de fusión es el corazón de las operaciones de EAF. La EAF se ha convertido en un aparato de fusión altamente eficiente y diseños modernos se centran en la maximización de la capacidad de fusión de la EAF. De fusión se lleva a cabo mediante el suministro de energía para el interior del horno. Esta energía puede ser eléctrica o química. La energía eléctrica se suministra a través de los electrodos de grafito y es generalmente el mayor contribuyente en las operaciones de fusión. Inicialmente, se selecciona una toma de tensión intermedia hasta que los electrodos se clavaron en la chatarra. Por lo general, la chatarra de luz se coloca en la parte superior de la carga para acelerar orificio de entrada. Aproximadamente el 15% de la chatarra se funde durante el período de diámetro-en inicial.Después de unos minutos, los electrodos se han penetrado la chatarra suficientemente de modo que un arco largo (alta tensión) del grifo se puede utilizar sin temor de daño de la radiación para el techo. El largo arco maximiza la transferencia de poder a la chatarra y un baño líquido de metal, se formarán en el hogar del horno Al inicio de la fusión del arco es errático e inestable. Se observan grandes oscilaciones en la corriente acompañado de movimiento rápido de los electrodos. Como la atmósfera del horno se calienta el arco se estabiliza

y una vez que se forma el baño de fusión, el arco se vuelve bastante estable y la entrada de energía promedio aumenta.

La energía química se puede suministrar a través de varias fuentes, incluyendo los quemadores oxi-combustible y las lanzas de oxígeno.Los quemadores de oxicombustible queman gas natural, utilizando oxígeno o una mezcla de oxígeno y aire. El calor se transfiere a la chatarra por la radiación de la llama y la convección por los productos calientes de la combustión. El calor se transfiere dentro de la chatarra por conducción. Grandes piezas de chatarra tardan más en derretirse en el baño de las piezas más pequeñas. En algunas operaciones, el oxígeno se inyecta a través de una lanza tubo consumible para "cortar" la chatarra. El oxígeno reacciona con el trozo de hierro caliente y se quema para producir calor intenso para el corte de la chatarra. Una vez que una piscina de masa fundida de acero se genera en el horno, el oxígeno puede ser lanced directamente en el baño. Este oxígeno reaccionará con varios componentes en el baño incluyendo, aluminio, silicio, manganeso, fósforo, carbono y hierro. Todas estas reacciones son exotérmicas (es decir, que generan calor) y el suministro de energía adicional para ayudar en la fusión de la chatarra. Los óxidos metálicos que se forman terminarán en la escoria.La reacción del oxígeno con el carbono en el baño produce monóxido de carbono, que, o bien se quema en el horno si hay suficiente oxígeno, y / o se expulsa a través del sistema de evacuación directa donde se quema y se transporta al sistema de control de la contaminación. Operaciones auxiliares de combustible se analizan con más detalle en la sección dedicada a las operaciones de EAF.

Una vez lo suficientemente chatarra se ha fundido para dar cabida a la segunda carga, se repite el proceso de carga. Una vez se funde la carga de chatarra final, las paredes laterales del horno están expuestos a una intensa radiación del arco. Como resultado, se debe reducir la tensión. Por otra parte, la creación de una escoria espumosa permitirá que el arco sea enterrado y protegerá la envoltura del horno.Además, una mayor cantidad de energía será retenido en la escoria y se transfiere al baño que resulta en una mayor eficiencia energética.

Una vez que la carga de chatarra final se derrite completamente, se alcancen las condiciones de baño planas. En este punto, se tomarán una temperatura del baño y de la muestra. El análisis de la química del baño permitirá que el fusor para determinar la cantidad de oxígeno para ser soplado durante el refinado. En este punto, el fusor también puede comenzar a arreglar para las adiciones de aleación del grifo a granel que se hagan. Estas cantidades se finalicen después del período de refinación.

RefinaciónOperaciones de refinación en el horno de arco eléctrico han implicado tradicionalmente la eliminación de fósforo, azufre, aluminio, silicio, manganeso y carbono de la de acero. En los últimos tiempos, los gases disueltos, especialmente hidrógeno y nitrógeno, ha reconocido como una preocupación. Tradicionalmente, las operaciones de refino se llevaron a cabo después de la fusión, es decir una vez que se logró un baño plana. Estas reacciones de refinación son todos dependen de la disponibilidad de oxígeno. El oxígeno se lanced al final de la fusión para reducir el contenido de carbono del baño hasta el nivel deseado para el roscado. La mayoría de los compuestos que se van a eliminar durante el refinado tienen una mayor afinidad por el oxígeno que el carbono. Así, el oxígeno será preferentemente reaccionar con estos elementos para formar óxidos que flotan fuera de la de acero y en la escoria. En las operaciones modernas EAF, especialmente aquellas que operan con un "talón caliente" de acero fundido y la escoria retenido por el calor antes, el oxígeno puede perder la cabeza en el baño durante casi todo el calor. Como resultado, algunas de las operaciones de fusión y refinado ocurren simultáneamente.

El fósforo y el azufre se producen normalmente en la carga del horno en concentraciones más altas de lo que generalmente se permiten en acero y debe ser eliminado. Desafortunadamente las condiciones favorables para la eliminación de fósforo son lo contrario de los que promueven la eliminación de azufre. Por lo tanto una vez que estos materiales son empujadas dentro de la fase de escoria que pueden volver de nuevo en el acero. La retención de fósforo en la escoria es una función de la temperatura del baño, la basicidad de la escoria y los niveles de FeO en la escoria. A temperatura más alta o bajos niveles de FeO, el fósforo se revertirá a partir de la escoria de nuevo en el baño. La eliminación del fósforo se lleva a cabo normalmente tan pronto como sea posible en el calor. Práctica talón caliente es muy beneficioso para la eliminación del fósforo porque el oxígeno se puede lanced en el baño, mientras que su temperatura es muy baja.Temprano en el calor de la escoria contiene altos niveles de FeO heredadas del calor anterior ayudando así a la eliminación de fósforo.Alta basicidad de la escoria (es decir, alto contenido de cal) también es beneficioso para la eliminación de fósforo, pero se debe tener cuidado de no saturar la escoria con cal. Esto conducirá a un aumento de la viscosidad de la escoria, lo que hará que la escoria menos eficaz. A veces se añade fluorita para ayudar a fluidificar la escoria. La agitación del baño con un gas inerte también es beneficioso porque renueva la interfaz de escoria / metal mejorando así la cinética de reacción.

En general, si los niveles bajos de fósforo son un requisito para un grado de acero en particular, se selecciona la chatarra para dar un nivel bajo en estado fundido en. La partición de fósforo en la escoria de fósforo en el baño varía de 5 a 15. Normalmente, el fósforo se reduce en 20 a 50% en el horno eléctrico de arco.

El azufre se elimina principalmente como un sulfuro disuelto en la escoria. La partición de azufre entre la escoria y el metal depende de la química de la escoria y se favorece a los niveles de oxidación de acero de baja. La eliminación de azufre en el EEP es difícil sobre todo teniendo en prácticas modernas en las que el nivel de oxidación del baño es bastante alto. Generalmente, la relación de partición es entre 3 y 5 para las operaciones de EAF. La mayoría de las operaciones resulta más eficaz para llevar a cabo la desulfuración durante la fase de reducción de la producción de acero. Esto significa que la desulfuración se lleva a cabo durante el roscado (donde se construye una escoria de aluminato de calcio) y durante las operaciones de horno de cuchara. Para la reducción de las condiciones en que el baño tiene una actividad mucho más baja de oxígeno, las proporciones de distribución de azufre de entre 20 y 100 se puede lograr.

El control de los componentes metálicos en el baño es importante ya que determina las propiedades del producto final. Por lo general, el fusor aspirar a unos niveles más bajos en el baño que se especifican para el producto final. El oxígeno reacciona con el aluminio, silicio y manganeso para formar óxidos metálicos, que son componentes de escoria. Estos metálicos tienden a reaccionar con el oxígeno antes de que el carbono. Ellos también reaccionarán con el FeO que resulta en una recuperación de unidades de hierro para el baño. Por ejemplo:Mn + FeO = MnO + Fe Manganeso típicamente se reducirá a aproximadamente el 0,06% en el baño.

La reacción del carbono con el oxígeno en el baño para producir CO es importante ya que suministra una forma menos costosa de energía para el baño, y lleva a cabo varias reacciones de refinación importantes. En las operaciones modernas EAF, la combinación del oxígeno con el carbono puede proporcionar entre 30 y 40% de la entrada neta de calor al horno. Evolución de monóxido de carbono es muy importante para la espumación de la escoria. Junto con una escoria básica, las burbujas de CO están intervenidos en la escoria haciendo que se "espuma" y ayudando a enterrar el arco. Esto da mejorado en gran medida la eficiencia térmica y permite que el horno funcione a altas tensiones de arco, incluso después de un baño plana se ha logrado. Enterrar el arco también ayuda a evitar que el nitrógeno de la exposición al arco, donde se puede disociar y entrar en el acero.

Si el CO se desarrolló dentro del baño de acero, ayuda a quitar el nitrógeno y el hidrógeno del acero. Los niveles de nitrógeno en el acero tan bajo como 50 ppm se puede lograr en el horno antes de tocar. Tapping fondo es beneficioso para mantener niveles bajos de nitrógeno debido tapping es rápido y una corriente del grifo se mantiene apretado. Un alto potencial de oxígeno en el acero es beneficioso para los niveles bajos de nitrógeno y el calor debe ser aprovechado abierta en oposición a bloquear el calor. En 1600 C, la solubilidad máxima del nitrógeno en el hierro puro es de 450 ppm. Normalmente, los niveles de nitrógeno en el acero siguiente tapping son 80 a 100 ppm.

Decarburación también es beneficioso para la eliminación de hidrógeno. Se ha demonstarted que descarburación a una tasa de 1% por hora puede reducir los niveles de hidrógeno en el acero de 8 ppm a 2 ppm en 10 minutos. Al final de la refinación, se toman una medición de temperatura del baño y una muestra del baño. Si la temperatura es demasiado baja, la energía puede ser aplicada a la bañera. Esto no es una gran preocupación en meltshops modernas donde el ajuste de temperatura se lleva a cabo en el horno de cuchara.

De-escorificaciónDe operaciones-escorificación se llevan a cabo para eliminar las impurezas desde el horno. Durante las operaciones de fusión y refinado, algunos de los materiales no deseados dentro de la bañera se oxidan y entrar en la fase de escoria. Es ventajoso para eliminar la mayor cantidad de fósforo en la escoria ya en el calor como sea posible (es decir, mientras la temperatura del baño es aún baja) . El horno se inclina hacia atrás y la escoria se vierte fuera del horno a través de la puerta de escoria. La eliminación de la escoria elimina la posibilidad de reversión de fósforo. Durante las operaciones de espumación de la escoria, el carbono puede ser inyectado en la escoria donde se reducirá de FeO a hierro metálico y en el monóxido de carbono productos proceso que ayuda a la espuma de la escoria. Si el alto de escoria de fósforo no se ha eliminado antes de esta operación, se producirá la reversión de fósforo. Durante la formación de espuma de escoria, escoria puede desbordar el nivel en el alféizar de la EEP y fluir fuera de la puerta de la escoria.

 La siguiente tabla muestra los componentes típicos de una escoria de horno eléctrico de arco:

Componente Fuente Rango Composición

CaO Cargado 40 - 60%

SiO2 Producto de oxidación 5-15%

FeO Producto de oxidación 10 - 30%

MgO Acusado como dolomita 3 - 8%

CaF2 Fluidificante escoria - Charged

MnO Producto de oxidación 2 - 5%

S Absorto en acero

P Producto de oxidación

TappingUna vez que la composición del acero y la temperatura deseada se consiguen en el horno, se abre el agujero de colada, el horno se inclina, y el acero se vierte en una cuchara de colada para la transferencia a la siguiente operación por lotes (por lo general un horno de cuchara o estación de cuchara). Durante el proceso de roscado adiciones de aleación a granel se realizan basándose en el análisis del baño y el grado de acero deseado. De-oxidantes pueden añadirse al acero para reducir el contenido de oxígeno antes del procesamiento adicional. Esto se conoce comúnmente como "bloquea el calor" o "matar el acero". Comunes de-oxidantes son de aluminio o de silicio en forma de ferrosilicio o silicomanganeso. La mayoría de las operaciones de acero de carbono apuntan a un mínimo de escoria remanente.Una nueva cubierta de escoria se "construye" durante el roscado. Para las operaciones de horno de cuchara, una escoria de aluminato de calcio es una buena opción para el control de azufre. Compuestos formadores de escoria se añaden en la cuchara en el grifo para que una cubierta de escoria se forma antes de la transferencia al horno cuchara. Los materiales adicionales de escoria se pueden añadir en el horno cuchara si la cubierta de escoria es insuficiente.

Horno de vuelcoHorno de turn-around es el período después de la finalización de tocar hasta que el horno se recarga para el siguiente calor. Durante este período, los electrodos y el techo se levantan y el revestimiento del horno se examinan para el daño refractario. Si es necesario, se hacen reparaciones en el hogar, de línea de escoria, agujero de colada y pico. En el caso de un horno de parte inferior de rosca cortante, el orificio de colada se llena con arena. Las reparaciones en el horno se realizan con materiales refractarios Limpieza doméstica o honderos de barro. En la mayoría de los hornos modernos, el aumento del uso de paneles refrigerados por agua se ha reducido la cantidad de parches o "desbarbado" necesario entre series. Muchas operaciones ahora cambian el fondo del horno de forma regular (2 a 6 semanas) y realizan el mantenimiento hogar fuera de línea. Esto reduce el tiempo de apagado para el EEP y maximiza la productividad del horno.Horno de tiempo de vuelta es generalmente el tiempo muerto más grande (es decir, apagado) período en el ciclo de tap-to-tap. Con los avances en las prácticas de este horno se ha reducido de 20 minutos a menos de 5 minutos en algunas operaciones nuevas.

1.-  CREACIÓN DE LAS MODERNAS SIDERURGIAS VASCAS

El primer intento de montar una moderna siderurgia surge de las manos de capital inglés con la

constitución de la sociedad “The Cantabrian”, en 1870, que proyectaba la construcción de una gran

planta siderúrgica en las marismas de Sestao. Los hornos altos comenzaban a construirse en 1871-73

y el ferrocarril encargado de abastecerlos de mineral en 1871, paralizándose ambas con el estallido de

la segunda guerra carlista.

Concluida la guerra de 1876, esta sociedad abandona el proyecto vendiendo la planta al Marqués de

Mudela, que la pone en explotación en octubre de 1880. La nueva fábrica se llamará “San Francisco de

Mudela”. AI año siguiente era la mayor siderurgia española.

Dos anos después, en 1882, se fundan dos nuevas sociedades siderúrgicas, que serán las mayores de

España: la “Sociedad Altos Hornos y Fábricas de Hierro y Acero de Bilbao” (AHB) y la “Sociedad

Anónima de Metalurgia y Construcciones Vizcaya” (La Vizcaya).

Constituidas estas nuevas sociedades siderúrgicas vizcaínas, se inicia la compra y adquisición de

nueva tecnología y los nuevos materiales y se contrata ingenieros, técnicos y casas en Sestao y

Barakaldo, con las que España entrará en la época de la siderurgia moderna. En estos anos, las

naciones más avanzadas en tecnología siderúrgica en Europa eran la inglesa y la belga. Por lo tanto no

es de extrañar que los promotores anteriores se inclinasen por la compra de dichas tecnologías.

1.1. AHB y la tecnología inglesa

Altos Hornos de Bilbao se constituye a partir de las fábricas siderometalúrgicas “Nuestra Señora del

Carmen” de Barakaldo y “Nuestra Señora de la Merced” de Guriezo que fueron adquiridas por la nueva

sociedad en la que participaron el grupo familiar Ibarra-Villalonga-Zubiria y capital extranjero

mayoritario.

Estas fábricas se renovaron con nuevas tecnologías a la vez que se inició la construcción de una nueva

planta siderúrgica en Barakaldo que se agrupó en tres sectores: Hornos altos, convertidores y trenes

de laminación. El primer sector estaba constituido por dos nuevos hornos altos con sus accesorios. La

entrada en funcionamiento de estos trabajos trajo pareja la transformación progresiva de los antiguos

hornos altos. El segundo factor estaba formado por los convertidores Bessemer que se encienden el 4

de Febrero de 1886 con los que se produce por vez primera en España acero por la vía directa y en

grandes cantidades pero también otros productos de acero hasta ese momento importados: carriles …

El tercer sector lo formaban los nuevos trenes de laminación que se construyeron para la producción

de distintos artículos. Estos tres sectores fueron complementados con la construcción de nuevos

talleres como el de forja, nuevos edificios como el laboratorio químico, oficinas de ingeniería o la

construcción de nuevos muelles en los que se instalaron nuevas grúas hidráulicas y de vapor.

1.2. LA VIZCAYA v la tecnología cockerill belga

Esta fábrica se levantó en las marismas de Sestao con tecnología y técnicos belgas. En una  primera

fase se dedicó a la producción de lingote para la venta, exportándose la mayor parte a Europa. En

una segunda fase, a finales de la década de los ochenta, se preparó para producir acero y diversos

tipos de laminados eligiendo el sistema Martin-Siemens, colocándose en segunda posición, tras AHB, y

entre las mayores sociedades industriales españolas. En una tercera fase de expansión, la Vizcaya

buscaba producir un acero más barato que el Martin-Siemens y que no fuese el sistema Bessemer. Lo

consiguió adquiriendo el procedimiento Robert.

IMPACTO DE ESTAS EMPRESAS

Con la puesta en funcionamiento de estas empresas se generó una profunda reestructuración del

sector siderúrgico. Asturias perdió su hegemonía en favor de Vizcaya en la década de los ochenta;

aumentó de forma importante la producción nacional de hierro y acero; desaparecieron bastantes

fábricas de Ia época anterior (de 54 en 1880 se bajó a 15 en 1896).

Al mismo tiempo aparecieron problemas de competitividad y rentabilidad entre las modernas

siderurgias en un mercado limitado y estrecho como era el español a finales del s. XIX. Los problemas

de competitividad los resolvieron con acuerdos para repartirse el mercado siderúrgico español, pero

los de la rentabilidad tuvieron que solventarse mediante la fusión y la inversión. Las dos grandes

empresas, antes citadas, terminaron produciendo artículos similares para el mismo mercado. Esto

Ilevó a todo tipo de acuerdos y a una serie de negociaciones para la fusión.

El acuerdo de fusión de ambas sociedades Ilegó en el mes de mayo de 1901, después de diez anos

negociaciones. En los primeros días de Junio, la “Comisión mixta de fusión” integrada por Zubiria,

Benigno Chávarri, Conde de Villalonga y Alejandro de Gandarias propone la adquisición de La Iberia

(creada en 1887) y su incorporación a la fusión. El 26 de Junio de 1901 concluía el acuerdo. Así nacía

ALTOS HORNOS DE VIZCAYA.

2.- ALTOS HORNOS DE VIZCAYA

2.1. Etapa de rápido crecimiento

Desde el primer momento se advierte el éxito que representaba la fusión. Durante la primera década

dobla la producción de lingotes, barras de hierro y acero y de Ia mayoría de los demás productos.

Aprovechando la coyuntura favorable de principios de siglo, invirtió en la mejora de las instalaciones,

alcanzando en 1913 un récord de facturación que le permitirá disponer del capital necesario para la

adquisición de minas de hierro, carbón y flota mercante que asegurase los suministros de materias

primas y la distribución de los productos durante el tiempo de la contienda.

Altos Hornos de Vizcaya que era la mayor industria de España obtendrá substanciosos beneficios ya

que fabricaba las tres cuartas partes del hierro y del acero español entre 1900 y 1914, produciendo el

72% del hierro y el 80% del acero. En este período obtuvo más beneficios que toda la banca vizcaína y

el 43% del total de beneficios de toda la banca privada española. La concentración de poderes fue una

de Ias características de la sociedad y que giró en torno a los clanes familiares de los (barra-Zubiria-

Vilallonga, Chávarri y Durahona-Gandarias, y el núcleo madrileñocatalán de los Urquijo, Barat, Girona y

Angelotti, vinculados a la banca y al capital francés.

En resumen, AHV, como se ha resaltado, fue la empresa hegemónica y líder del sector siderúrgico,

produciendo alrededor de Ias dos terceras partes del hierro y del acero espahol, pero a su vez, una

empresa controlada y dirigida por un reducido grupo de empresarios estrechamente interconectados a

través de otros negocios y por enlaces familiares con el mundo de Ias finanzas, la industria y la

política.

Dos elementos importantes en esta primera fase serán la política de abastecimiento y la política de

inversiones. La unificación de la política de   abastecimiento  de materias primas constituyó una de Ias

primeras tareas a abordar tras la creación de AHV. La nueva empresa requería asegurarse el

suministro de mayor volumen de carbón y mineral necesarios, con unos medios de transporte que no

siempre eran seguros. La compra de estas grandes cantidades de materia prima permitía a los nuevos

gestores de Ia compañía beneficiarse del poder de compra y conseguir a bajo precio el mineral de

hierro y carbón. El mineral para el abastecimiento de los hornos de Barakaldo procedía de los montes

de Triano, mientras que los de Sestao se alimentaban con hierro procedente de Galdames. Una parte

importante de este abastecimiento estaba garantizado por contratos firmados con sociedades mineras

como la Orconera y la Franco Belga. La otra materia prima del proceso siderúrgico, el carbón, era

traída por vía marítima desde el Reino Unido en su mayor parte y una pequeña cantidad llegaba, por el

ferrocarril de La Robla, de Ias cuencas hulleras leonesas y asturianas. Este último se emplearía más

para la producción de vapor y gas que para la fabricación de coke. Entre 1902 y 1914, AHV siguió

una política de inversiones orientada a la renovación de utillaje y a la adquisición de nuevas

tecnologías con el fin de ampliar la producción y mejorar la ya existente. Estas inversiones se

concentraron, fundamentalmente, en los hornos altos y de acero, hornos de coke, motores eléctricos y

talleres de laminación. Los objetivos eran abaratar los costes de los productos manufacturados y

preparar a la empresa para competir en Ias mejores condiciones posibles en el mercado internacional.

En 1909 la empresa posee en gran parte el utillaje e instalaciones con que “La Vizcaya” y “AHB” se

habían dotado en Ias últimas décadas del siglo anterior. Además se montaron nuevas centrales

eléctricas en Barakaldo y Sestao, otra batería de coke, talleres de ajuste, calderería y fundición y se

van reemplazando Ias máquinas de vapor por electromotores. Disponía entonces de más de 50 Kms.

De vías de ferrocarril y 20 locomotoras. En 1913 se construyen nuevas oficinas en Barakaldo y se

proyecta la ampliación de los talleres de laminación con la incorporación de un tren Blooming más

potente.

2.2.  Etapa de máximo esplendor

Estas enormes inversiones traen consigo un avance tecnológico espectacular para la siderurgia

española. La producción aumenta de forma vertiginosa y los costes se reducen notablemente

permitiendo así la exportación a gran escala. En especial, de lingote de hierro y carriles. La industria

siderúrgica vizcaína artífice de este desarrollo va ganando peso en la economía nacional. La potencia

de Ias modernas máquinas permite que la productividad de los trabajadores se multiplique y al calor

de los altos hornos llegan nuevos sectores como la construcción naval y la metalurgia pesada. El

conjunto del país se beneficia se esa ola de modernización que se trunca de forma brusca con la I

Guerra Mundial.

Esta guerra trastocará Ia dinámica de la empresa afectando entre otras cosas a las exportaciones que

son frenadas por decisión gubernamental con el fin de mantener abastecido al mercado nacional y, en

especial, a la industria metalúrgica que había protestado por las exportaciones siderúrgicas y el

encarecimiento de los productos de hierro y acero en los primeros anos de la guerra. Sin embargo,

aquellos fueron los mejores anos para la siderurgia española pues se aumenta la producción

aprovechando el abandono del comercio de exportación por parte de los países beligerantes.

2.3. Etapa de recesión

Cuando acaba la guerra, el aparato productivo se ha quedado obsoleto y las políticas proteccionistas

van a dificultar la exportación. En esta época se Ileva a cabo una política de compra de terrenos tanto

en Barakaldo como en Sestao. La tendencia cambia con el gran crecimiento de las obras públicas que

tuvo lugar durante la Dictadura de Primo de Rivera. Será una etapa de prosperidad vinculada a la

demanda estatal que va a permitir (levar a cabo la modernización de las instalaciones.

Como consecuencia, en 1929 se llega al techo productivo (452.342 tm) que no se recuperará hasta los

anos cincuenta. La crisis internacional de los anos treinta coincide con el fin de la política estatal de

obras públicas y una apuesta por el equilibrio presupuestario que va a afectar negativamente a la

siderurgia, situación que se agrava con la Guerra Civil. A partir de entonces la intervención del Estado

va a ser decisiva, tanto por la política general de autarquía como por las imposiciones en el sector

siderúrgico.

A mediados de los anos cincuenta comienza una propuesta de modernización y en 1959 se llegará al

tope laboral (16.678 empleados)

2.4. Etapa de crisis

La década siguiente (anos 60) marca el inicio de las pérdidas y la “United States Steel Corp.”, principal

siderurgia privada del mundo, comienza a participar en un 27% del capital, aportando cooperación

financiera y tecnológica. Sin embargo, hasta mediados de los anos 70 son anos d estabilización y

bonanza económica.

A mediados de los 70, con la crisis internacional, empezó el declive que no se detuvo hasta el cierra el

2 de Julio de 1996. Así, en 1981 AHV se acogería al Plan de Reconversión siderúrgica y los 13.584

trabajadores de 1972, la mayor plantilla, menguaron hasta 5.986. El 2 de Julio de 1996, cuando se

apagó el último horno quedaban 1.830 empleados.

Alrededor de 240 empleados en nómina, dos locales de oficinas -uno en Sestao y, el principal, en

Barakaldo- y evidentemente el horno alto, otros dos pequeños y las obsoletas instalaciones a su

alrededor en la cabecera de Sestao, es el patrimonio actual de lo que a principios de siglo era la mayor

empresa industrial española con beneficios que en 1914 superaban a los de toda la banca vizcaína

junta.

3.- LA ACERÍA COMPACTA DE BIZKAIA (ACB)

Con el cierre de Altos Hornos, aprovechando parte de la superficie liberada, se construirá la Acería

Compacta de Bizkaia. Inaugurada en 1997. Con ella se pretende disminuir los costes de producción, el

consumo energético y los gastos de transformación. La nueva planta incorpora la nueva tecnología de

colada y laminación integradas. El proceso de fabricación está basado en una Acería Eléctrica de

corriente continua y una instalación Compacta formada por una línea de Colada Continua de planchón

de bajo espesar, un Horno Túnel de calentamiento y de mantenimiento de temperatura y un Tren de

Laminación en Caliente.

Las experiencias adquiridas con esta tecnología han demostrado claramente que constituye un

proceso de funcionalidad segura para producir económicamente banda ancha en caliente. Esta

tecnología acorta decisivamente la cadena de producción y da como resultado una notable

disminución de los costos de elaboración. La planta a instalar tendrá una capacidad de producción de

1.000.000 tm/año de bobina en caliente.

Esta nueva planta se ubicará en el término municipal de Sestao. Se compone de una serie de naves y

espacios abiertos que albergarán Ias instalaciones principales correspondientes al Parque de Materias

Primas, Acería Eléctrica, Unidad Compacta, Almacenamiento de bobinas, etc … y sus instalaciones

auxiliares.

En esta nueva planta el proceso siderúrgico estará basado en hornos eléctricos, hornos-cuchara y una

unidad compacta compuesta de una línea de colada continua de planchón fino, horno túnel de

calentamiento y mantenimiento de temperatura y tren de laminación en caliente. La obtención del

acero se realizará a partir de chatarra y prerreducidos en proporciones variables (con un mínimo de

70% de chatarra) en dos hornos eléctricos de corriente continua. El sistema de alimentación de

prerreducidos y aditivos permite su dosificación en los hornos y Ias cucharas. Los humos producidos

en los hornos eléctricos durante el proceso serán captados, enfriados y filtrados antes de su emisión a

la atmósfera. Asimismo se dispone de equipos de captación y depuración del polvo producido en la

instalación de aditivos, prerreducidos y ferroaleaciones. El acero líquido obtenido en los hornos

eléctricos se cuela sobre cucharas provistas de agitación por el fondo con gas inerte. Las cucharas con

el acero líquido colado de los hornos eléctricos se transfieren, en carros provistos de pesaje

electrónico, a los hornos cuchara donde se realiza un proceso de ajuste de composición y temperatura

del acero líquido. Posteriormente, Ias cucharas se trasladan a la torre de colada por medio de una grúa

puente. La cuchara depositada en la torre por la grúa puente realiza el vertido del acero líquido a un

depósito regulador llamado artesa. El molde es el elemento refrigerado que recibe el acero líquido de

la artesa y conforma el planchón de bajo espesar (53 cm). El planchón formado en posición vertical es

enderezado, extraído y cortado a medida. A continuación pasa a un horno túnel de calentamiento y

mantenimiento de temperatura que permite disponer del planchón a Ia temperatura adecuada de

laminación. El tren de laminación en caliente recibe el planchón en el descascarillado de agua a

presión. A continuación Ias cajas laminadoras, zona de enfriamiento y bobinadora. Las bobinas en

caliente así producidas son de 790 a 1560 mm. de ancho con un espesor mínimo de 1,3 mm. y con un

peso máximo de bobina de 28 Tm.

La planta dispone de un conjunto de instalaciones para el tratamiento de Ias aguas de refrigeración y

su posterior aprovechamiento, tratamiento de escorias así como captación y tratamiento de los gases

y polvo procedente del proceso de obtención del acero. El polvo recogido se transporta

neumáticamente a un silo para su posterior retirada. Las bobinas producidas pasan al almacén de

bobinas donde se realizarán las operaciones de preparación, embalaje y expedición.

ALTO HORNO  El alto horno es un elemento básico y fundamental en siderurgia, se emplea para transformar el mineral de hierro en arrabio o hierro de primera fusión que constituye la principal materia prima para la fabricación del acero. Una pequeña parte del arrabio se utiliza para fabricar piezas por segunda fusión en el cubilote o en el horno eléctrico. Al principio se utilizó carbón vegetal y al aumentar el consumo

de este se produjo un agotamiento en la riqueza forestal, y la hulla que si es abundante en la naturaleza no se podía utilizar debido a que por su gran altura estaba sometida a grandes presiones que la desmoronaban, obstruyendo el paso de los gases, el otro inconveniente de la hulla es el elevado contenido de azufre pues su eliminación es difícil y su presencia es perjudicial tanto para los aceros como en la fundición de hierro.  La producción de acero ordinario se basa en la obtención del arrabio por reducción y fusión del mineral y por afino del arrabio. Para la obtención del arrabio, se introduce en el alto horno una mezcla (lecho de fusión) del mineral de hierro (óxidos de hierro), de combustible (coque, que actúa a la vez de reductor) y de fundente. Se insufla una corriente de aire caliente (viento), originando con el coque, óxido de carbono que reduce al mineral. Por combinación con el fundente, la ganga pasa al estado de escoria, fusible hacia los 1300°C; a esta temperatura el hierro se combina con el carbono y se forma arrabio, aleación compleja, con un contenido máximo de 95% de hierro; el arrabio y la escoria es estado líquido, se separan por orden de densidades.  El acero se obtiene por afino del arrabio, en cuya operación se rebaja la proporción de carbono de 3.5% a menos de 1%. Esta concentración consiste esencialmente en un conjunto de oxidaciones parciales producidas

por: acción de una corriente de aire que atraviesa la masa de arrabio líquido (afino por aire), en los convertidores, acción de un óxido de hierro (mineral o chatarra) en un horno de solera (afino por solera), o en el horno eléctrico(afino eléctrico) Carga en el alto horno: Las materias primas necesarias para la siderurgia son: los minerales (y chatarra), los combustibles, los fundentes y el aire.  Los minerales de hierro más importantes son los óxidos: se emplean también los carbonatos y algunos sulfuros.   1. Óxidos de hierro: El óxido magnético (Fe3O4) en estado puro es el más rico de todos los minerales de hierro. La ganga, generalmente siliciosa, está exenta de fósforo. Entre los óxidos férricos anhídridos (Fe2 O3), los más importante son el hierro oligisto (cristalizado) y la hematites roja amorfa. Los óxidos férricos hidratados, tienen una composición Fe2O3nH2O, son fáciles de reducir, pero su ganga contiene combinaciones fosfatadas o sulfuradas.   2. Carbonatos de hierro: formados por carbonato ferroso (CO3Fe), asociado a una ganga compuesta de carbonatos isomorfos (CO3Ca). 

  3. A estos minerales, pueden añadirse: los óxidos férricos resultado de la tostación de piritas (S2Fe), virutas, residuos de fabricación, exceso de lingotes, chatarra, escorias del horno Martín, minerales de magnesio en estado de fusión, para facilitar la obtención de la fundición blanca y productos de la sinterización y peletización de los minerales de Fe.   4. El combustible en el alto horno debe presentar una buena resistencia a la compresión , a fin de poder descender en la cuba sin desmoronarse y una gran porosidad, condición necesaria para la regularidad de su combustión. La hulla en general no cumple con estas condiciones, en utiliza el coque metalúrgico obtenido por pirogenación (destilación en vacío) de la hulla grasa de llama corta. Características del coque metalúrgico: la resistencia a la compresión de 170 kg/cm2 ha permitido elevar la altura de los hornos a 60 m. el poder calorífico de 7500 Kcal/Kg, la mayor parte es carbono, 15% de cenizas, 1% de azufre. Al utilizar carbón de madera limita a unos 1 2m la altura de los hornos, restringiendo la capacidad de producción. La ganga del mineral, generalmente silícea o calcárea es infusible. Para transformarla en escoria fusible hacia 1300°C, es preciso combinar esta ganga con una sustancia, de manera que pueda formarse un silicato de fácil fusión. El viento o aire insuflado

a presión dentro del alto horno (60cm) de columna de mercurio de sobrepresión, se calienta a una temperatura previa de 1000 °C y contiene humedad de 15 g de agua por m3. Se consume alrededor de 5 toneladas de viento para obtener una tonelada de arrabio.

APUNTES ALTO HORNO

  Editar     0     9   …

El Horno AltoPara obtener hierro a partir de sus minerales, es necesario liberar el oxígeno que le acompaña en los minerales, mediante un proceso llamado reducción. Para realizarlo es necesario un elemento reductor que sea más ávido del oxígeno y que lo separe del hierro, combinándose con aquél.Hay varias materias que pueden ser reductoras pero es necesario que se encuentre en cantidades suficientes y que sea barato. El carbono es el elemento químico que cumple todos estos requisitos siendo el constituyente principal del carbón, por ello es el elemento reductor utilizado en siderurgia.El carbono, en su forma industrial de coque, se mezcla con el mineral, con cuyo oxígeno se combina, transformándose, primero en monóxido de carbono (CO) y luego en dióxido carbónico (CO2).FeO + C = Fe + COFeO + CO = Fe + CO2Las reacciones de reducción comienzan a desarrollarse a unas temperaturas de cientos de grados pero adquieren una velocidad económicamente alrededor de los 1000º C.En este proceso de reducción el mineral se va empobreciendo en oxígeno hasta transformarse en hierro esponjoso. Si el proceso continúa, elevándose la temperatura, el hierro esponjoso se carbure y funde, transformandose en arrabio.Este proceso de obtención de hierro en forma de arrabio en estado líquido a temperaturas superiores a 1500º C se desarrolla en el horno alto.Existen otros procesos industriales en los que la reducción se realizan a temperaturas inferiores a 1500º C y el producto que se obtiene es el hierro esponjoso o prerreducido. Estos procesos reciben el nombre de reducción directa ya que puede utilizarse como reductor el carbón o gases reductores, como el hidrógeno y el monóxido de carbono, obtenidos a partir del gas natural.Los procesos de reducción directa suponen u pequeño porcentaje del total, por lo que le horno alto sigue siendo de gran importancia.Es un horno especial en el que tiene lugar la fusión de los minerales de hierro y la transformación química en hierro metálico. Está constituido por dos troncos en forma de cono unidos por sus bases mayores. Mide de 20 a 30 metros de alto y de 4 a 9 metros de diámetro; su capacidad de producción puede variar entre 500 y 1.500 toneladas diarias. La estructura del horno es de acero, reforzada con cercos y revestida interiormente de material refractario con un sistema de enfriamiento.

Partes de un Alto HornoBásicamente consta de tres partes Fundamentales:

La Cuba.- De forma troncocónica, Constituye la parte superior del alto horno, por la zona más alta y estrecha, denominada boca, se introduce la carga compuesta por:El mineral de hierro, Que puede ser de diferentes composiciones: hematites y limonita (óxido férrico), magnetita (óxido ferroso férrico) y siderita (carbonato).El combustible, Que Generalmente es Coque, producto obtenido de la destilación del carbón de hulla de gran poder calorífico y pobre en cenizas. En los primeros Altos Hornos, instalados en Gran Bretaña, A mediados del siglo XVII, se utilizaba como combustible el carbón vegetal. En la actualidad cada vez se Utilizan más los altos hornos eléctricos.El fundente, Que Puede Ser roca calcárea o arcilla, según la ganga sea ácida o básica, respectivamente. El fundente se combinación químicamente con la ganga para Formar la escoria, que queda flotando en el hierro líquido y, entonces, se puede separar Fácilmente por decantación. La carga va Descendiendo poco a poco y temperatura y su volumen aumentan a medida que baja. Este aumento de volumen Exige que La Cuba se ensanche hasta llegar al vientre.El etalaje.- También de forma troncocónica. En esta parte del horno se produce una notable Disminución del

volumen de los materiales, como consecuencia de las transformaciones químicas Qué tienen lugar en él. La zona inferior es de diámetro menor, una causa de esta Disminución de volumen y, también, por el Hecho de que la fusión de la carga hace Que esta fluya sin dejar espacios libres.El Crisol.- Es un cilindro de Gran Capacidad, que Recoge la fundición líquida, Así como la escoria, que queda flotando en estado líquido. En la zona de unión del etalaje y el crisol, se insertan las Toberas, que son unos tubos Mediante los Cuales se inyecta una corriente de aire comprimido y calentado previamente en el Crisol.

Productos resultantes del alto hornoUna vez finalizado, el proceso, se extraen tres tipos de productos:

Humos y gases residuales.- Se producen como consecuencia de la combustión del coque y de los gases producidos en la reducción química del mineral de hierro que, en un elevado porcentaje, se recogen en un colector situado en la parte superior del alto horno. Esta mezcla de humos y gases, denominada gas de alto horno, está constituida por unos gases inertes, como son el vapor de agua, el anhídrido carbónico y nitrógeno y otros combustibles como hidrógeno, monóxido de carbono y óxidos de azufre. El gas de alto horno se hace pasar por unos recuperadores de calor, para aprovechar su energía calorífica en el calentamiento del aire que se tiene que inyectar por las toberas. Posteriormente, puede ser utilizado como combustible en la misma factoría.Escoria.- Es un residuo metalúrgico que a veces adquiere la categoría de subproducto, ya que se puede utilizar como material de construcción, bloques o como aislante de la humedad y en la fabricación de cemento y vidrio. Su composición es variable, aunque predominan los silicatos. Actualmente, es frecuente añadir parte de la escoria a la carga del horno para recuperar el hierro que contiene.Fundición o hierro colado.- Es el producto propiamente aprovechable del alto horno y está constituido por hierro con un contenido en carbono que varía entre el 2% y el 5%. Dentro de la masa de hierro, el carbono puede encontrarse en tres formas o estados diferentes: en estado libre, formando grafito; en estado combinado, formando carburo de hierro; o disuelto.

A partir de la primera fusión, se obtienen todos los productos ferrosos restantes: otras fundiciones, hierro dulce, acero...

Zonas del alto hornoSegún el proceso de transformación, se diferencian las zonas siguientes:

Zona I o de carga de materiales.- Es la parte más elevada y estrecha del horno, por la que se introducen las cargas sucesivas de mineral, carbón de coque y fundente.Zona II o de salida de gases residuales.- Está situada inmediatamente por debajo de la zona de carga y su función es recoger el gas del alto horno para su aprovechamiento posterior.Zona III o de deshidratación.- En esta zona se elimina el agua que acompaña las cargas, para poder proceder a su precalentamiento, hasta una temperatura de unos 400 ºC.Zona IV, o de reducción indirecta.- La reducción indirecta, denominada así porque no se hace directamente por el carbono, tiene lugar a una temperatura entre los 400 y 700 °C.

En primer lugar, el oxígeno del aire inyectado por las toberas se combina con el carbono y se produce anhídrido carbónico:C + O2 ¨ CO2Seguidamente, el anhídrido carbónico que se ha formado asciende por la cuba, va reaccionando

con el carbono que encuentra y se crea monóxido de carbono:CO2 + C ¨ 2COEste monóxido de carbono es el causante de la reducción indirecta del mineral, que tiene lugar en tres etapas. Las reacciones que se producen son:3Fe2O3 + CO ¨2Fe3O4+CO2FeO + CO ¨Fe+CO2

Zona V, o de reducción directa. En esta zona del horno, la temperatura oscila entre los 700 y 1.350 °C, y en ella tienen lugar tres procesos diferentes:

El carbono reduce directamente los óxidos de hierro según las reacciones siguientes:2Fe2O3 + 3C ¨4Fe+3CO2Fe3O4 + 2C ¨3Fe+2CO22FeO + C ¨2Fe+CO2

El fundente, supongamos que sea carbonato cálcico, se descompone:CaCO3 ¨CaO+CO2La ganga se combina con el óxido resultante de la descomposición del fundente y se forma la escoria:CaO+SiO2 ¨CaSiO3

Instalaciones auxiliares del horno altoLa inyección del vientoPara el funcionamiento del horno alto es necesario una corriente de gases cuya misión es:

Aportar el oxígeno necesario a la combustión del coqueTransportar el gas, que en contacto con la carga, producirá las reacciones de reducción de los óxidos.Ceder su calor a las cargas sólidas elevando su temperatura para propociar estas reacciones

La creación de esta corriente crea varios problemas:

El viento debe introducirse en el horno a una presión suficientes para que atraviese en pocos segundos (de 3 a 8) todo el horno. Esto se consigue mediante soplantes, cuya función es impulsar un gran caudal de aires (de 2500 m3 a mas de 4000 m3 por minuto) a la presión adecuada (entre 1,5 y 4 kg/cm2).Si esta masa se introduce a temperatura ambiente, una gran cantidad del calor producido por la combustión del coque se perdería en calentar el aire, por ello, para evitar esta pérdida, el aire se debe insuflar a la mayor temperatura posible que, según las instalaciones puede variar entre los 900º c y 1100ºC y en algunos se alcanzan los 1300ºC.

El precalentamiento del aire se realiza mediantes estufas, que estan constituidas por un gran conducto vertical o cámara de combustión y un emparrillado de ladrillos refractarios que sirven para almacenar y ceder el calor.Las estufas funcionan intermitentemente; durante un cierto tiempo, la estufa está en calentamiento quemando gases; cuando los ladrillos refractarios están a la temperatura adecuada, se corta la entrada de los gases de combustión y se hace circular en sentido inverso el viento hasta que los ladrillos ceden su calor y se enfrían; a continuación se vuelve al ciclo de calentamiento.Cada uno de estos ciclos puede durar 30 min. y un horno alto disponen normalmente de tres estufas. En las estufas convencionales se calienta el viento a temperaturas variables entre 900ºC y 1100ºC y en las mas modernas puede alcanzar hasta los 1300ºC.

La depuración de los gases de salidaPor la parte superior del horno (pantalón) escapan los gases a temperaturas que varían entre 120º C y 250º C.A los gases de salida le acompañan polvos de mineral y de coque ( de 10 a 50 g por metro cúbico) por lo que es necesario limpiar y purificar antes de almacenar el gas para su uso posterior como fuente de energía.Los gases se hacen circular por una serie de dispositivos que los hacen perder velocidad y temperatura y, por diversos sistemas (rociado con agua, sacos filtrantes, depuración electrostática) retienen las particula sólidas. Un gas que entre con 40 g/m3, al final de la depuración sale con un contenido entre 0,005 g/m3 y 0,015 g/m3 de particulas sólidas.

MATERIALES

En esta sección presentaremos distintos materiales de construcción de acero disponibles en el mercado, organizados y ordenados según su función específica para la que están diseñados y concebidos. La presentación en cada caso será genérica y se complementará con los enlaces (links) a los diferentes fabricantes y proveedores regionales, links que esperamos ir enriqueciendo con el tiempo. 

Asimismo, presentamos una breve descripción del proceso siderúrgico que permite tener una perspectiva de la gran cadena de producción que está asociada a los productos y materiales de uso frecuente en la arquitectura y la construcción.

PROCESO SIDERURGICO

El hierro es un metal que se encuentra en la corteza terrestre generalmente en forma de óxidos de hierro. La siderurgia es la metalurgia del hierro y básicamente consiste en el proceso de transformación de la materia prima del mineral de hierro en acero, o sea, en una aleación metálica constituida por Hierro y una proporción especialmente reducida de Carbono (entre 0,02 y2%) más algunos metales adicionados (Cromo, cobre, fósforo, manganeso, molibdeno, níquel, silicio, vanadio titanio, entre otros) que le otorgan a la aleación propiedades específicas.

El hierro colado (o cast iron) utilizado en las primeras estructuras era producido en fundición de altos hornos, pero no podía ser forjado y era extraordinariamente quebradizo. Se fundía rápidamente ante la acción del calor y, aunque trabajaba bien a la compresión, no tenía resistencia a la tracción. La primera construcción en este tipo de hierro corresponde al puente sobre el río Severn en 1775.  El hierro forjado que fue empleado por Eiffel en sus construcciones de fines del siglo XIX, también llamado hierro batido o hierro dulce, tiene   una mejor resistencia a la tracción, y se obtiene a partir del hierro colado al que se le oxidan las impurezas en hornos en los que se remueve la carga batiendo la mezcla fundida con barras de acero. Este tipo de hierro es posible de laminar en formas de pletinas y ángulos y otras secciones.

En la producción del acero se requiere la presencia de varias materias primas que cumplen distintas funciones en su proceso de producción. Ellas son:

MINERAL DE HIERRO:El mineral de hierro es un compuesto de hierro, oxígeno e impurezas como el azufre, sílice y fósforo. Los minerales de baja ley son triturados hasta convertirse en polvo. Las partículas de hierro se separan magnéticamente y luego se concentran y fusionan en pellets con un alto contenido de hierro.

COQUE: Sirve como combustible al quemarse rápidamente con un calor suficientemente intenso como para fundir el

mineral. La combustión genera los gases necesarios para desprender el oxígeno del mineral. También proporciona el carbono que se requerirá mas tarde para la fabricación del acero.

PIEDRA CALIZA: La piedra caliza triturada es una piedra gris compuesta principalmente por carbonato de calcio. Derretida purifica el hierro y actúa como fundente (empleado para remover materiales indeseados) absorbiendo el azufre, fósforo e impurezas. Esto forma una escoria, que flota sobre el hierro líquido.   

AIRE: Es la materia prima de mayor presencia en la producción de hierro: se ocupan aproximadamente tres y media toneladas de aire por cada tonelada de arrabio producida. El aire se emplea para mantener la combustión y para suministrar el oxígeno necesario para las reacciones químicas. Precalentado hasta 1.100ºC aproximadamente se inyecta a alta presión dentro de la base del horno.

En general, se habla de una siderurgia integrada cuando la producción del acero se realiza a partir del mineral de hierro. En este caso, existen básicamente dos procesos diferentes: a) alto horno – convertidor de oxígeno y b) horno de reducción directa –horno eléctrico de arco.

a) Altos Hornos: Como se observa en el diagrama siguiente la producción se inicia cargando las materias primas (mineral de hierro, carbón coque y piedra caliza) por la parte superior del  alto horno inyectando aire precalentado a aprox. 1.100ºC en la base del horno, lo que quema el coque generando  altísimas temperaturas que funden el mineral y liberan gases que permiten separar el hierro del mineral. La piedra caliza a esas temperaturas se convierte en cal y captura parte de las impurezas, especialmente azufre y forma una escoria que flota sobre el mineral fundido. El material resultante de este proceso se denomina arrabio y contiene aún importante proporción de carbono e impurezas que se reducen en las etapas subsiguientes.

El arrabio es transportado al horno convertidor de oxígeno donde se le adiciona una parte de material de chatarra (aprox. 25% de la carga) y, mediante una lanza enfriada por agua, se le inyecta oxígeno puro a presión, generando temperaturas de 1.650ºC. En estas condiciones, el oxigeno se combina con el exceso de carbono en forma de gas y quema rápidamente otras impurezas que terminan flotando como escoria. El ajuste fino de la composición del acero se realiza en el horno cuchara (también llamada metalurgia secundaria. En esta etapa se adicionan las ferro-aleaciones de acuerdo al tipo de acero que se requiere producir.El proceso se completa con la desgasificación removiendo los gases producidos durante el proceso (oxígeno, hidrógeno y nitrógeno), lo que se logra mediante dos procesos posibles (desgasificación por flujo o en la olla de colada). Finalmente, el acero fundido se vierte desde la olla de colada dentro de un depósito en forma de embudo desde el que fluye -a una velocidad regulada- dentro de un molde con superficie de cobre refrigerado por agua cuya forma hueca interior corresponde a la forma deseada de los llamados productos semi terminados: tochos, palanquillas y planchones. Los tochos y palanquillas son de sección cuadrada (comúnmente de 150mm por lado) y difieren en el largo en que se corta. Los planchones son de sección rectangular y varían entre 150 y 200mm de espesor por alrededor de 1.000mm de ancho. El acero, ahora sólido, se desplaza hacia una mesa de salida donde se corta al largo deseado mediante un soplete de corte. Desde allí se traslada mediante una correa transportadora hacia una planta de acabado para pasar al proceso de laminado.  

b) Reducción Directa: el horno de reducción directa es alimentado por la parte superior con mineral de hierro generalmente en forma de pellets inyectándole un gas reductor rico en monóxido de carbono e hidrógeno que reacciona con el óxido de hierro removiendo el oxígeno y convirtiéndolo en hierro metálico, que puede ser producido en forma de hierro esponja o en briquetas, las que posteriormente son procesadas en el horno eléctrico al arco.

Por su parte, las acerías, basan su producción en hornos eléctricos que, en vez de usar el oxígeno puro como combustible para generar las altas temperaturas requeridas,  funden chatarra (o proporciones de hierro de reducción directa) creando un arco eléctrico entre los electrodos y la carga metálica. 

La laminación del acero consiste en transformar los productos semi terminados reduciendo su sección hasta secciones deseadas, con el consiguiente alargamiento. En general, los tochos y palanquillas dan origen a la familia de los productos largos, en tanto los planchones dan origen a productos planos. El proceso de laminación en caliente se hace altas temperaturas y, tiene efectos no sólo sobre la dimensión de los elementos sino también sobre la estructura granular del acero, mejorando la dureza, resistencia y ductilidad. Entre otros efectos menos deseados de la laminación en caliente cabe mencionar la oxidación (cascarilla de laminación) y la consecuente imperfección de las tolerancias dimensionales. La laminación en frío se hace a temperatura ambiente y otorga a las planchas  y flejes un acabado liso de la superficie, alta precisión dimensional y propiedades mejoradas (aumenta la dureza y resistencia aunque reduce la ductilidad)

TIPOS DE ACERO

Los aceros al carbono son aquellos que contienen solamente carbono y hierro con pequeñas adiciones de manganeso y otras pequeñas cantidades de elementos impuros y representan cerca del 85% del total de la producción en acero.Los aceros de aleación contienen uno o más elementos de aleación distintos del hierro y del carbono que se agregan con el propósito de asegurar propiedades que no se obtienen mediante aceros al carbono. Algunos efectos buscados con los elementos de aleación son:

- Mayor resistencia y dureza.

- Mayor resistencia a los impactos.

- Aumento de la resistencia al desgaste.

- Aumento de la resistencia a la corrosión.

- Mejoramiento de la maquinabilidad.

- Dureza al rojo (Dureza a altas temperaturas).

- Aumento de la profundidad a la cual el acero puede ser endurecido (Penetración de temple).

Existen tres categorías de clasificación de estos aceros de aleación:

Aceros de Aleación Estructurales que son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de máquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Además se utilizan en las estructuras de edificios, construcción de chasis de automóviles, puentes, barcos y semejantes. El contenido de la  aleación varía desde 0,25% a un 6%.

Aceros de Aleación para Herramientas que son aceros de alta calidad y se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-metales. 

Aceros de Aleación Especiales son los aceros inoxidables y aquellos con un contenido de cromo generalmente con un contenido superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos.

Los elementos de aleación más comunes y su efecto sobre las propiedades del acero son: 

Aluminio: Se emplea en pequeñas cantidades actuando como desoxidante y produce un acero de grano fino.

Boro:  Aumenta la templabilidad (profundidad a la que el acero puede ser endurecido)

Cromo: Aumenta la profundidad de endurecimiento y mejora resistencia al desgaste y la corrosión.

Cobre: Mejora la resistencia  a la corrosión atmosférica.

Manganeso: Actúa como desoxidante y neutraliza los efectos nocivos del azufre. Facilita la laminación y moldeo. Aumenta la penetración del temple y mejora resistencia y dureza. Por sus propiedades constituye un elemento básico de todos los aceros comerciales.

Molibdeno: Mediante el aumento de la penetración del temple, mejora las propiedades del tratamiento térmico aumentando, asimismo, la dureza y resistencia a altas temperaturas.

Níquel: Mejora las propiedades del tratamiento térmico reduciendo la temperatura de endurecimiento y distorsión al ser templado. En combinación con el cromo aumenta la dureza y la resistencia al desgaste.

Silicio: Se usa como desoxidante y endurecedor.

Azufre: Aunque se considera normalmente una impureza, aplicado en cantidades importantes (hasta un 3%) aumenta la maquinabilidad de los aceros al carbono y de aleación.

Titanio: Actúa como desoxidante e inhibe el crecimiento granular. Aumenta la resistencia a altas temperaturas.

Tungsteno: Aporta gran resistencia al desgaste y dureza a altas temperaturas, por lo que se utiliza en la producción de acero para herramientas.

Vanadio: Aumenta la dureza, la resistencia a los impactos y la resistencia a la fatiga. Contribuye a la formación de granos de tamaño fino.

Las proporciones  en que estos elementos participan de la aleación determinan las propiedades específicas del acero así producido.

Una mención especial de debe hacer de los  aceros inoxidables, un producto típico del siglo XX que  apareció casi simultáneamente en varios países del mundo poco antes de la Primera Guerra Mundial. Muchos estudios permitieron comprender que el alto contenido de carbono en las aleaciones de acero disminuye su resistencia a la corrosión, en tanto que un contenido de al menos un 12% de cromo otorga una resistencia a la corrosión que permite hablar de aceros inoxidables. Las innovaciones tecnológicas posteriores a la Segunda Guerra Mundial permitieron un desarrollo muy importante de la capacidad de producción y una consiguiente reducción de los costos de producción, por lo que estos aceros tuvieron una importante baja en el precio.  Inicialmente utilizados en la fabricación de cuchillos, las aplicaciones de estos aceros hoy son mucho más amplias y están presentes en diversas formas y productos de la construcción.

La acción del cromo se debe a la formación de una muy delgada capa de óxido sobre la superficie del metal que es impermeable e insoluble en el medio corrosivo, lo que sucede solamente en medios oxidantes.  El níquel que se agrega a estas aleaciones aumenta la resistencia en medios ligeramente oxidantes o no oxidantes y contribuye  a modificar la estructura del acero dotándolo de mejores características de ductilidad, resistencia mecánica en caliente y soldabilidad. Otras adiciones como el molibdeno y el cobre, mejoran la resistencia a la corrosión por vía húmeda en tanto que el aluminio mejora la resistencia a la corrosión a altas temperaturas.

Aceros Patinables o CorténEl acero cortén es un acero común al que no le afecta la corrosión. Su composición química (aleación de acero con níquel, cromo, cobre y fósforo) hace que su oxidación tenga unas características especiales que protegen la pieza frente a la corrosión atmosférica. De ahí que este material tenga un gran valor y la oxidación haya pasado a ser voluntaria y controlada. (ver http://www.arquitecturaenacero.org/attachments/article/61/OXID%20Tratamiento%20del%20acero%20COR-TEN.pdf )(ver http://www.arquitecturaenacero.org/attachments/article/61/78_ACERO.CORTEN.pdf)

LAMINACION

Todos los metales tienen una estructura cristalina,  conformados por pequeñas partículas irregulares llamadas  granos que, a su vez, están estructurados por átomos de acuerdo a un patrón tridimensional que es único. Estos granos que pueden tener diferentes formas y tamaños, están unidos entre sí y forman la masa del metal. La delgada capa de material entre los granos llamada “límite de granos”, está constituida por una densa capa de átomos espaciados irregularmente y es la parte más dura y resistente del metal. Esto explica que, a menor tamaño de los granos aumenta la proporción del “límite de granos” y, consecuentemente, aumenta la dureza, resistencia  y la resistencia a la corrosión. Los metales de granos más gruesos tendrán una menor dureza, pero una mayor formabilidad, ductilidad y maquinabilidad. En una condición estable y sin ser sometidos a ninguna carga, los átomos del metal están en sus posiciones normales con sus átomos asociados. En esta posición, el metal está en su condición más blanda.  La deformación elástica de un metal se produce cuando las cargas a las que se le somete dejan a los átomos ligeramente fuera de su posición normal, a la que pueden volver cuando se remueve la carga. Si la carga es superior, la unión entre los átomos asociados se rompe momentáneamente y  éstos se desplazan para asumir una nueva posición con otros átomos asociados. Esto es lo que se conoce como deformación  plástica y sucede durante el proceso de laminación. La rotura se produce cuando ante una carga aún más fuerte, se rompen permanentemente las uniones entre los átomos en capas adyacentes y el grano se separa en dos partes.

Recordemos las siguientes definiciones:

Plasticidad                          Capacidad de deformarse permanentemente sin fractura.Ductilidad                             Plasticidad bajo tensiónMaleabilidad                        Plasticidad bajo compresión

La laminación en caliente es un proceso de forja continua en la que los lingotes (tochos, palanquillas y planchones o las formas provenientes de la colada continua) son reducidos en caliente a un proceso de prensado por rodillos alterando su sección a las formas deseadas dentro del límite de la deformación plástica. En este proceso,  los granos son severamente deformados e iniciarán el proceso de recristalizado formando nuevos granos más pequeños que se asociarán eventualmente con otros no distorsionados, por lo que el acero queda libre de tensiones internas. Las ventajas de la laminación en caliente son varias:

Mejoramiento de la dureza, resistencia y ductilidad por la reducción del tamaño de los granos (refinamiento granular).

Quiebre de impurezas (inclusiones) y distribución uniforme en el metal.

Eliminación de la porosidad de lingote, desapareciendo bajo el efecto de la presión de laminación de sopladuras y bolsas de gases.

Entre las desventajas de este proceso se debe mencionar la oxidación o escamación superficial debido a las altas temperaturas a las que se realiza y la imposibilidad de mantener tolerancias debido a lo anterior.

La laminación en frío es un proceso que se realiza a temperatura ambiente en el que la deformación plástica se realiza bajo su temperatura de recristalización.  Muchas planchas y flejes laminados en caliente se laminan posteriormente en frío para mejorar el acabado superficial permitiendo lograr una superficie lisa de alta precisión dimensional. Durante el proceso de laminación en frío no se producen recristalizaciones, por lo que las estructura granular se mantiene junto con las tensiones internas, lo que la hace más fuerte y resistente pero reduce su ductilidad. Hay una proporción entre el aumento de la dureza y la pérdida de ductilidad que es controlada por la cantidad de la deformación.  

En resumen, el resultado de la laminación en frío sobre el metal se traduce en:

Alta distorsión de la estructura granular y tensiones internas en el metal.

Aumento de la dureza y reducción de la ductilidad.

Acabado liso y brillante y gran precisión dimensional.

En el estiramiento en frío, las barras previamente laminadas en caliente, descamadas por decapado y cubiertas de cal, son estiradas a temperatura ambiente a través de una matriz de sección ligeramente más pequeña que la sección de la barra, produciendo una gran distorsión de la estructura granular y altas tensiones internas, lo que aumenta la dureza y la resistencia. Entre sus ventajas podemos mencionar:

Acabado liso, brillante y libre de escamas abrasivas.

Aumento de resistencia y dureza

Mejoramiento de las tolerancias (de 0,23mm del laminado en caliente a 0,05mm para una barra de 25mm de diámetro)

Mayor rectitud

Aumento de la maquinabilidad.

El recocido es un proceso que incluye tratamientos térmicos que ablandan el metal y reducen las tensiones internas, lo que después de un enfriamiento controlado, permite lograr varios objetivos como reducir la dureza, aumentar la ductilidad y maquinabilidad o producir la micro estructura deseada. Se aplican varios procesos de recocido distintos de acuerdo al objetivo buscado. El recocido a planchas y flejes confiere una estructura sin distorsiones y de grano regular, pero lo deja demasiado blando para la mayoría de las aplicaciones, por lo que se debe aplicar un laminado de temple  que permite otorgar la dureza especificada y mejorar la superficie  hasta lograr una superficie altamente pulida. Durante este proceso la plancha reduce su espesor en proporciones variables entre un 0,5% y un 3%.

Laminación de PlanchonesLas planchas delgadas y los flejes se producen a partir de los planchones, los que calentados a 1200ºC pasan a un laminador continuo de flejes calientes luego del cual se le remueve la escamación abrasiva de la superficie para pasar a una serie de puestos de acabado en los que mediante el paso entre rodillos, se reduce progresivamente su espesor. Este proceso culmina en una mesa de enfriamiento por rocío de agua para luego ser enrollada como  producto final conocido como plancha delgada laminada en caliente. También es posible someterlo posteriormente a un proceso de laminado en frío que da origen a la plancha delgada laminada en frío.

Uno de los productos que más aplicación tiene en la construcción, industria y transporte son las planchas gruesas que se producen, generalmente a partir de planchones, en espesores que varían entre los 6,35 y los 300mm. Este proceso  se hace precalentando los planchones previamente en un horno de recalentamiento para luego someterlos a tres tipos de laminado en los laminadores de plancha gruesa por deslizamiento, el laminador de plancha gruesa universal o el laminador continuo. Si es necesario lograr propiedades especiales a las planchas se les dará un tratamiento térmico adecuado.

Otro producto común es la fabricación de planchas laminadas en caliente para tubos cuya producción es similar a la producción de flejes pero dejando los bordes ligeramente biselados y dándole el tratamiento apropiado para tolerar las severas operaciones de moldeo y soldadura. La Tubería Soldada Butt se usa con propósitos estructurales para postes y tuberías de gas, agua o deshechos y su proceso de fabricación se hace a partir de planchas recalentadas a su temperatura de moldeo que son alimentadas dentro de un Laminador Moldeador Soldador, Reductor. En este proceso, una serie de rodillos moldean progresivamente  la plancha hasta darle la forma de tubo para luego comprimir los bordes con una presión suficiente para prensarlos y soldarlos de tope. Posteriormente el Laminador Dimensionador la reduce al diámetro especificado, se corta al largo especificado y se enfría controladamente. La tubería soldada por Resistencia Eléctrica se hace a partir de un proceso de moldeo en frío para soldarla por resistencia eléctrica. Se emplea principalmente para transportar agua o productos petrolíferos y en aplicaciones mecánicas y/o estructurales.

Laminación de tochosLos principales perfiles estructurales son los ángulos, vigas, canaletas, columnas, barras en forma de Z, vigas en T y barras de refuerzo y generalmente se laminan a partir de tochos de acero. Al igual que en los casos anteriores, el tocho es recalentado a una temperatura uniforme para pasarlo a través de una serie de puestos de laminación que le dan progresivamente la geometría especificada. Luego de enfriarse los perfiles pasan por un enderezador rotatorio y se aserran en frío al largo deseado. La fabricación de rieles de acero sigue el mismo procedimiento de laminación en caliente que los perfiles. A partir de un tocho se pueden producir aproximadamente 37m lineales de riel, que luego se corta a un largo de 12m para su uso en los ferrocarriles.

Laminación de palanquillasLa producción de barras de cualquier sección (redonda, ovalada, cuadrada, hexagonal, octogonal y los perfiles de secciones especiales o más pequeñas como canaletas y barras en U) se hace en un Laminador de Barras a partir de palanquillas siguiendo el procedimiento del laminado en caliente. Las barras de menor tamaño se enrollan mientras las de diámetro mayor se enfrían en trozos rectos para ser cortadas al tamaño requerido. Algunas se procesan posteriormente mediante dimensionamiento, torneado, esmerilado o tratamiento térmico. Debido a que en el proceso de laminación en caliente las barras no pueden laminarse a tolerancias muy precisas y a que dejarán oxidación de superficie o escamación, muchas de ellas serán estiradas en frío para lograr mejoramiento de la calidad de la superficie, mayor precisión dimensional y aumento de la resistencia a la tensión, rigidez y dureza aunque una disminución de la ductilidad. Para lograr esto la barra laminada en caliente debe estirarse pasando a temperatura normal a través de una matriz de carburo de una sección ligeramente inferior a la sección de la barra. Por efecto de la compresión a la que se somete, la estructura granular de la barra se distorsiona y se estira.

 

En Resumen, la elaboración de los productos semi terminados da origen a los siguientes productos terminados que son, en muchos casos, a su vez materia prima para procesos de transformación subsiguiente:

Laminado de PlanchonesRollos Laminados en Caliente – RLCPlanchas Laminadas en Caliente – PLCRollos Laminados en Frío – RLFPlanchas Laminadas en Frío – PLFHojalata en Rollos y LáminasZincalum  (Aluzinc) en Rollos y Planchas

 

Laminado de TochosPerfiles laminados en caliente y rieles

Laminado de PalanquillasBarras para HormigónBarras para MoliendaAlambrón.

 

Producción Del Hierro Y El Acero     

El diagrama general de la fusión primaria del hierro integra a la mayoría de las actividades que se desarrollan en el proceso productivo. No se debe olvidar que los diagramas de flujo son una de las herramientas más utilizadas por los ingenieros industriales y que de manera automática los deben utilizar o elaborar.

El 90% de todos los metales fabricados a escala mundial son de hierro y acero. Los procesos para la obtención de hierro fueron conocidos desde el año 1200 ac.

Los principales minerales de los que se extrae el hierro son:

Hematita (mena roja) 70% de hierro

Magnetita (mena negra) 72.4% de hierro

Siderita (mena café pobre) 48.3% de hierro

Limonita (mena café) 60-65% de hierro

La mena café es la mejor para la producción de hierro, existen grandes yacimientos de este mineral en Estados Unidos y en Suecia. En todo el mundo se pueden encontrar grandes cantidades de pirita, pero no es utilizable por su gran contenido de azufre.

Para la producción de hierro y acero son necesarios cuatro elementos fundamentales:

1. Mineral de hierro2. Coque3. Piedra caliza4. Aire

Los tres primeros se extraen de minas y son transportados y prepararlos antes de que se introduzcan al sistema en el que se producirá el arrabio.

El arrabio es un hierro de poca calidad, su contenido de carbón no está controlado y la cantidad de azufre rebasa los mínimos permitidos en los hierros comerciales. Sin embargo es el producto de un proceso conocido como la fusión primaria del hierro y del cual todos los hierros y aceros comerciales proceden.

A la caliza, el coque y el mineral de hierro se les prepara antes de introducirse al alto horno para que tengan la calidad, el tamaño y la temperatura adecuada, esto se logra por medio del lavado, triturado y cribado de los tres materiales.

 

El Alto Horno     

En general los altos hornos tienen un diámetro mayor a 8 m y llegan a tener una altura superior de los 60 m. Están revestidos de refractario de alta calidad.

Los altos hornos pueden producir entre 800 y 1600 toneladas de arrabio cada 24 h. La caliza, el coque y el mineral de hierro se introducen por la parte superior del horno por medio de vagones que son volteados en una tolva. Para producir 1000 toneladas de arrabio, se necesitan 2000 toneladas de mineral de hierro, 800 toneladas de coque, 500 toneladas de piedra caliza y 4000 toneladas de aire caliente.

Con la inyección de aire caliente a 550°C, se reduce el consumo de coque en un 70%. Los sangrados del horno se hacen cada 5 o 6 horas, y por cada tonelada de hierro se produce 1/2 de escoria.

Alto horno

 

Reducción Directa Del Mineral De Hierro     

Para la producción del hierro también se puede utilizar el método de reducción directa, el que emplea agentes reactivos reductores como gas natural, coque, aceite combustible, monóxido de carbono, hidrógeno o grafito. El procedimiento consiste en triturar la mena de hierro y pasarla por un reactor con los agentes reductores, con lo que algunos elementos no convenientes para la fusión del hierro son eliminados. El producto del sistema de reducción directa es el hierro esponja que consiste en unos pelets de mineral de hierro los que pueden ser utilizados directamente para la producción de hierro con características controladas.

Diagrama de producción de hierro esponja

 

En el método de reducción directa para procesar 1000 toneladas de mineral de hierro, se requieren 491,000 metros cúbicos de metano y con ello se obtienen 630 toneladas de hierro esponja.

 

Diferentes Procesos De Producción De Hierro Y Acero     

Una vez obtenido el arrabio o el hierro esponja es necesario refinar al hierro para que se transforme en material útil para diferentes objetos o artefactos, o sea en hierro o acero comercial. A continuación se presentan los principales procesos de fabricación de los hierros y aceros comerciales.

 

Proceso De Pudelado     

El hierro dulce es un metal que contienen menos del 0.01% de carbono y no más de 0.003% de escoria. Para su obtención se requiere del proceso conocido como pudelado, el que consiste en fundir arrabio y chatarra en un horno de reverbero de 230 kg, este horno es calentado con carbón, aceite o gas. Se eleva la temperatura lo suficiente para eliminar por oxidación el carbón, el silicio, y el azufre. Para eliminar todos los elementos diferentes al hierro, el horno de pudelado debe estar recubierto con refractario de la línea básica (ladrillos refractarios con magnesita y aluminio). El material se retira del horno en grandes bolas en estado pastoso y el material producido se utiliza para la fabricación de aleaciones especiales de metales. Existen otros procedimientos modernos como el llamado proceso Aston, en donde en lugar del horno de reverbero se usa un convertidor Bessemer con lo que se obtienen mayor cantidad de material.

 

Hornos Bessemer     

Es un horno en forma de pera que está forrado con refractario de línea ácida o básica. El convertidor se carga con chatarra fría y se le vacía arrabio derretido, posteriormente se le inyecta aire a alta presión con lo que se eleva la temperatura por arriba del punto de fusión del hierro, haciendo que este hierva. Con lo anterior las impurezas son eliminadas y se obtiene acero de alta calidad. Este horno ha sido substituido por el BOF, el que a continuación se describe.

 

Horno Básico De Oxígeno (BOF)     

Es un horno muy parecido al Bessemer con la gran diferencia que a este horno en lugar de inyectar aire a presión se le inyecta oxígeno a presión, con lo que se eleva mucho más la temperatura que en el Bessemer y en un tiempo muy reducido. El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la línea básica y a la inyección del oxígeno. La carga del horno está constituida por 75% de arrabio procedente del alto horno y el resto es chatarra y cal. La temperatura de operación del horno es superior a los 1650°C y es considerado como el sistema más eficiente para la producción de acero de alta calidad. Este horno fue inventado por Sir Henrry Bessemer a mediados de 1800, sólo que como en esa época la producción del oxígeno era cara se inició con la inyección de aire, con lo que surgió el convertidor Bessemer, el que ya fue descrito.

Horno básico de oxígeno

 

Horno De Hogar Abierto     

Es uno de los hornos más populares en los procesos de producción del acero. Un horno de este tipo puede contener entre 10 y 540 toneladas de metal en su interior. Tiene un fondo poco profundo y la flama da directamente sobre la carga, por lo que es considerado como un horno de reverbero. Su combustible puede ser gas, brea o petróleo, por lo regular estos hornos tienen chimeneas laterales las que además de expulsar los gases sirven para calentar al aire y al combustible, por lo que se consideran como hornos regenerativos.

Los recubrimientos de los hornos de hogar abrierto por lo regular son de línea básica sin embargo existen también los de línea ácida ((ladrillos con sílice y paredes de arcilla). Las ventajas de una línea básica de refractario, sobre una ácida son que con la primera se pueden controlar o eliminar el fósforo, el azufre, el silicio, el magnesio y el carbono y con la línea ácida sólo se puede controlar al carbono. El costo de la línea básica es mayor que el de la ácida.

Los hornos de hogar abierto son cargados con arrabio en su totalidad o con la combinación de arrabio y chatarra de acero. El arrabio puede estar fundido o en estado sólido. La primera carga del horno tarda 10 h en ser fundida y estar lista para la colada, pero si se agrega oxígeno se logra tener resultados en menos de 7 h, además de que se ahorra el 25% de combustible.

 

Horno De Arco Eléctrico     

Por lo regular son hornos que sólo se cargan con chatarra de acero de alta calidad. Son utilizados para la fusión de aceros para herramientas, de alta calidad, de resistencia a la temperatura o inoxidables. Considerando que estos hornos son

para la producción de aceros de alta calidad siempre están recubiertos con ladrillos de la línea básica.

Existen hornos de arco eléctrico que pueden contener hasta 270 toneladas de material fundido. Para fundir 115 toneladas se requieren aproximadamente tres horas y 50,000 kwh de potencia. También en estos hornos se inyecta oxígeno puro por medio de una lanza.

Los hornos de arco eléctrico funcionan con tres electrodos de grafito los que pueden llegar a tener 760mm de diámetro y longitud de hasta 12m. La mayoría de los hornos operan a 40v y la corriente eléctrica es de 12,000 A.

Estos equipos tienen un crisol o cuerpo de placa de acero forrado con refractario y su bóveda es de refractario también sostenida por un cincho de acero, por lo regular enfriado con agua. Para la carga del horno los electrodos y la bóveda se mueven dejando descubierto al crisol, en el que se deposita la carga por medio de una grúa viajera.

Estos equipos son los más utilizados en industrias de tamaño mediano y pequeño, en donde la producción del acero es para un fin determinado, como varilla corrugada, aleaciones especiales, etc.

Horno de arco eléctrico

 

Horno De Refinación     

Estos hornos pueden ser de varios tipos, en realidad puede ser cualquier horno al que por medio de aire u oxígeno se obtenga hierro con carbón controlado, sin embargo se pueden mencionar dos de los hornos más conocidos para este fin.

 

Horno De Inducción     

Utilizan una corriente inducida que circula por una bovina que rodea a un crisol en el cual se funde la carga. La corriente es de alta frecuencia y la bovina es enfriada por agua, la corriente es de aproximadamente 1000Hz, la cual es suministrada por un sistema de motogenerador. Estos hornos se cargan con piezas sólidas de metal, chatarra de alta calidad o virutas metálicas. El tiempo de fusión toma entre 50 y 90 min, fundiendo cargas de hasta 3.6 toneladas. Los productos son aceros de alta calidad o con aleaciones especiales.

 

Horno De Aire O Crisol     

Es el proceso más antiguo que existe en la fundición, también se le conoce como horno de aire. Este equipo se integra por un crisol de arcilla y grafito, los que son extremadamente frágiles, los crisoles se colocan dentro de un confinamiento que puede contener algún combustible sólido como carbón o los productos de la combustión.

Los crisoles son muy poco utilizados en la actualidad excepto para la fusión de metales no ferrosos, su capacidad fluctúa entre los 50 y 100 kg.

Hornos de crisol para metales no ferrosos

Horno De Cubilote     

Son equipos muy económicos y de poco mantenimiento, se utilizan para hacer fundición de hierros colados. Consisten en un tubo de más de 4 metros de longitud y pueden tener desde 0.8 a 1.4 m de diámetro, se cargan por la parte superior con camas de chatarra de hierro, coque y piedra caliza. Para la combustión del coque se inyecta aire con unos ventiladores de alta presión, este accede al interior por unas toberas ubicadas en la parte inferior del horno.

También estos hornos se pueden cargar con pelets de mineral de hierro o pedacería de arrabio sólido.

Por cada kilogramo de coque que se consume en el horno, se procesan de 8 a 10 kilogramos de hierro y por cada tonelada de hierro fundido se requieren 40kg de piedra caliza y 5.78 metros cúbicos de aire a 100 kPa a 15.5°C.

Los hornos de cubilote pueden producir colados de hasta 20 toneladas cada tres horas. Este tipo de equipo es muy parecido al alto horno, sólo sus dimensiones disminuyen notablememnte. El mayor problema de estos hornos es que sus equipos para el control de emisiones contaminantes es más costoso que el propio horno, por ello no se controlan sus emisiones de polvo y por lo tanto no se autoriza su operación.

 

Clasificación De Los Aceros     

Con el fin de estandarizar la composición de los diferentes tipos de aceros que hay en el mercado la Society of Automotive Engineers (SAE) y el American Iron and Steel Institute (AISI) han establecido métodos para identificar los diferentes tipos de acero que se fabrican. Ambos sistemas son similares para la clasificación.

En ambos sistemas se utilizan cuatro o cinco dígitos para designar al tipo de acero. En el sistema AISI también se indica el proceso de producción con una letra antes del número.

Primer dígito. Es un número con el que se indica el elemento predominante de aleación. 1= carbón, 2= níquel, 3=níquel cromo, 4=molibdeno, 5=cromo, 6=cromo vanadio, 8=triple aleación, 9 silicio magnesio.

El segundo dígito. Es un número que indica el porcentaje aproximado en peso del elemento de aleación, señalado en el primer dígito. Por ejemplo un acero 2540, indica que tiene aleación de níquel y que esta es del 5%.

Los dígitos 3 y 4. Indican el contenido promedio de carbono en centésimas, así en el ejemplo anterior se tendría que un acero 2540 es un acero con 5% de níquel y .4% de carbón.

Cuando en las clasificaciones se tiene una letra al principio esta indica el proceso que se utilizó para elaborar el acero, siendo los prefijo los siguientes:

A = Acero básico de hogar abierto

B = Acero ácido de Bessemer al carbono

C= Acero básico de convertidos de oxígeno

D = Acero ácido al carbono de hogar abierto

E = Acero de horno eléctrico

A10XXX

A= Proceso de fabricación

10 = Tipo de acero

X = % de la aleación del tipo de acero

X X= % de contenido de carbono en centésimas.

 

 

Lingotes Y Colada Continua     

Para fabricar los diferentes objetos útiles en la industria metal metálica, es necesario que el hierro se presente en barras, láminas, alambres, placas, tubos o perfiles estructurales, los que se obtienen de los procesos de rolado. El proceso de rolado consiste en pasar a un material por unos rodillos con una forma determinada, para que al aplicar presión el material metálico adquiera la forma que se necesita. El material metálico que se alimenta a los rodillos debe tener una forma determinada, esta forma se obtiene al colar en moldes el metal fundido que será procesado, a estos productos se les llama lingotes o lupias y pueden ser secciones rectangulares, cuadradas o redondas. Los lingotes (cilindros con un extremo menor que el otro) o lupias (lingotes de gran tamaño con secciones rectangulares) pueden tener desde 25 kg hasta varias toneladas, todo dependerá de para qué se van a utilizar y para con qué tipo de rodillos se van a procesar.

Colada continua

Cuando se requiere un material de sección constante y en grandes cantidades se puede utilizar el método de la colada continua, el cuan consiste en colocar un

molde con la forma que se requiere debajo de un crisol, el que con una válvula puede ir dosificando material fundido al molde. Por gravedad el material fundido pasa por el molde, el que está enfriado por un sistema de agua, al pasar el material fundido por le molde frío se convierte en pastoso y adquiere la forma del molde. Posteriormente el material es conformado con una serie de rodillos que al mismo tiempo lo arrastran hacia la parte exterior del sistema. Una vez conformado el material con la forma necesaria y con la longitud adecuada el material se corta y almacena. Por este medio se pueden fabricar perfiles, varillas y barras de diferentes secciones y láminas o placas de varios calibres y longitudes. La colada continua es un proceso muy eficaz y efectivo para la fabricación de varios tipos de materiales de uso comercial.

Colada continua

Ilustración de colada continua del libro Operación de Máquinas Herramientas de Krar.

Algunos Elementos Químicos En La Fundición Del Hierro     

Existen muchos elementos químicos que dan las características de ingeniería a las aleaciones ferrosas, sin embargo hay algunos que se destacan por sus efectos muy definidos, a continuación se presentan algunos de estos elementos.

Carbono. Arriba del 4% baja la calidad del hierro, sin embargo se puede decir que es el elemento que da la dureza al hierro y por medio de sus diferentes formas en las que se presenta, se pueden definir varias propiedades de las aleaciones y su grado de maquinabilidad. Con base a la cantidad de carbono en el

hierro las aleaciones se pueden definir o clasificar como se observó en los temas anteriores.

Silicio. Este elemento hasta un 3.25% es un ablandador del hierro y es el elemento predominante en la determinación de las cantidades de carbono en las aleaciones de hierro. El silicio arriba de 3.25% actúa como endurecedor. Las fundiciones con bajo contenido de silicio responden mejor a los tratamientos térmicos.

Manganeso. Es un elemento que cuando se agrega a la fundición arriba del 0.5% sirve para eliminar al azufre del hierro. Como la mezcla producto del azufre y el manganeso tiene baja densidad flota y se elimina en forma de escoria. También aumenta la fluidez, resistencia y dureza del hierro.

Azufre. No sirve de nada en el hierro, debe ser eliminado y controlado.

Fósforo. Es un elemento que aumenta la fluidez del metal fundido y reduce la temperatura de fusión.

__________________-

Diseño e construcción de fornos

INTRODUCCIÓN

Que el horno es una de las herramientas más importantes de un taller

de cerámica es algo evidente, ( esta evidencia se hace

desagradablemente palpable  cuando no funciona correctamente),

también es una de las mayores inversiones que tiene que realizar el/la

ceramista y encima no es algo de lo que se pueda prescindir. El precio

de compra de un horno es, a mi juicio, exageradamente alto, ya que

las materias primas empleadas en su fabricación no son precisamente

caras; sin embargo no son muchos los ceramistas que se lanzan a

construir su propio horno. Hay una especie de leyenda de taller que

recela de eso, planteándose el asunto como algo de gran dificultad y

con serias probabilidades de que el horno en cuestión no funcione

bien, si algo es temido en un taller es tener un horno que no suba

correctamente. La verdad es que hoy en dia hay cantidad de libros e

información sobre el tema, y también la masiva utilización de la fibra

ha simplificado la construcción; asi pués es más bién una cuestión de

tomar la decisión de hacerlo y ponerse manos a la obra.

La evolución de los diseños de hornos a lo largo de la historia es un

ejemplo de la forma de sacar conclusiones y la aplicación práctica de

esas conclusiones. Las primeras cocciones fueron las llamadas de

hoguera, que aún hoy se siguen haciendo en algunas partes del globo

(hay una versión moderna de ese  tipo de cocción : en serrín ). A partir

de aqui, oriente y occidente siguieron caminos diferentes; en occidente

el proceso fué cerrar esa hoguera naciendo asi el horno circular,

donde ya había una cámara para el fuego y otra para las piezas, el

siguiente paso fué estrechar la parte superior del horno hasta

convertirlo en un horno circular con una pequeña chimenea ( horno de

botella) y para de contar.

 En oriente, sin embargo, optaron por aprovechar las pendientes de las

colinas y los hornos se hicieron horadando esas pendientes, los

primitivos anagamas tienen ese deseno. La diferencia fundamental

está en el tipo de tiro empleado, en occidente siempre optaron por el

tiro ascendente mientras que en oriente la tendencia fué hacia el tiro

cruzado, dejando, asi, la puerta abierta al tiro invertido, siempre

aprovechando los desnivéles naturales. El punto álgido del diseño de

hornos en oriente se alcanzó con los naborigamas, o hornos de

cámaras, donde ya alcanzaban temperaturas de gres y porcelana. En

todos los casos estamos hablando de hornos gigantescos (con leña no

conviene hacer un horno pequeño), hoy en dia en los talleres de los

llamados ceramistas independientes no se ven hornos de tanto

cubicaje, ha cambiado el modelo de taller, de trabajo, de horno, de

combustible y de materiales.

 

 

COMBUSTIBLES Y MATERIALES

Hay tres elecciones básicas a la hora de construir un horno: el diseño,

el combustible empleado y el material de construcción. Vayamos por

partes.

Combustibles

La elección del combustible no es una decisión que siempre dependa

de nosotros, muchos talleres sólo pueden usar, por razones legales,

hornos eléctricos; y a dia de hoy resulta difícil construir un horno de

leña sin tener problemas con lo vecinos o con los permisos o con las

dos cosas al mismo tiempo. La mayoría de los talleres usan el gas

como combustible y la verdad es que resulta muy cómodo y limpio, en

mi opinión tiene dos inconvenientes: uno es que tiene cierta

peligrosidad y aúnque los quemadores vienen equipados con termopar

y válvula de seguridad la realidad es que esos termopares no duran

mucho y  los ceramistas acaban cociendo con esos sistemas de

seguridad puenteados, y hay algún susto por ahí que certifica esto; el

otro inconveniente es que para conseguir el contrato con la empresa

suministradora del gas primero deberemos pasar la visita de un

inspector, en algunos casos son reticentes a dar por bueno un horno

autoconstruido y sin homologación de industria, algunas veces incluso

se les nota que están seriamente alarmados, si es asi tenemos un

problema, ya que o bien convencemos al inspector de la seguridad del

horno en cuestión o bien tendremos que hacer los trámites para

homologarlo, con el consiguiente retraso y encarecimiento.

Curiosamente tienden a poner menos problemas cuando instalamos la

cisterna como fuente del suministro de gas en vez de las botellas

industriales. Si el suministro ya lo tenemos garantizado de un horno

anterior o por lo que sea entonces no tendremos problemas.

Yo uso gas-oil como combustible, no tiene problemas de inspectores

ni resulta peligroso pero tiene el inconveniente de que con una gota

por aqui y otra por allá acaba oliendo la zona del horno como una

gasolinera, también tiene la pega de los quemadores. Los habituales

quemadores de gas-oil empleados en las calefacciones son muy

eficientes y fiables pero tienen un defecto, su potencia calorífica sólo

es regulable intercambiando el chiclé; a diferencia de los de gas que

con un simple regulador manejamos la potencia como nos convenga,

los quemadores de gas-oil lanzan de principio a fin la misma potencia

y eso en cerámica es inviable. Hay recursos como el de tener

encendido el quemador un rato y luego apagarlo (algo parecido de

como hacen los eléctricos) para eso necesitamos un sistema eléctrico

mediante temporizadores, regulando el tiempo de encendido y el

tiempo de apagado. Hay ceramistas que usan este sistema combinado

con el intercambio de chiclé a media hornada y les va bien. Existen,

también, unos quemadores de gas-oil específicos para cerámica en

los que se puede regular la potencia sin problemas, cuando los

encontré, ya hace años, su precio rondaba los 900€ . La alternativa a

este sistema es hacer uno mismo los quemadores, antiguamente

llamados "mecheros". Encontré un plano de este tipo de quemador en

un libro, el diseño es del neozelandés Roy Cowan y lo llama Jet

Burner, son muy sencillos y la verdad es que funcionan muy bien, llevo

años con ellos cociendo a temperaturas de gres sin problemas.(Ver

plano)

Resumiendo, la elección del combustible dependerá de la ubicación

del horno, de la legislación local y de nuestras apetencias (sin olvidar

la opinión de los vecinos). Si tiene que ser eléctrico no hay más que

hablar y sólo nos queda mirar catálogos, cierto que hay gente que se

hace sus propios hornos eléctricos pero no es mi especialidad. La

mayor parte de las veces optaremos por el gas y sólo tendremos que

calcular la potencia necesaria del quemador, unos pocos optamos por

el gas-oil y más raro resulta quien se lanza a construir uno de leña.

Lástima que mi vecindario no aguante una hornada de leña (creo que

en la primera hornada llamarían urgentemente a los bomberos,

protección civil y policía, igual no por ese orden) porque es, por

mucho, la hornada más intensa y apasionante; no tendría un horno de

leña como único horno pero me encantaría hacer una hornada de leña

por año.

Materiales

En la actualidad pocos hornos son de los llamados de obra, más bien

la mayor parte de ellos son estructuras de hierro forradas de fibra en

su interior. Es una construcción sencilla, barata y que no requiere

conocimientos de albañilería ni de construcción en general, pero

repasemos los diferentes materiales que nos ofrece el mercado:

- Ladrillo refractário denso.- Es el ladrillo refractário de toda la vida y

no debemos confundirlo con el ladrillo aislante, yo sólo recomiendo su

uso para la base del horno, muros deflectores y parte de la chimenea.

Cada ladrillo pesa casi tres kilos y tienen muy buena resistencia

mecánica pero son escasamente aislantes y eso se traduce en que si

los usamos para muros de la cámara tendremos que calentar

toneladas de ladrillo en cada hornada y no está el precio del

combustible para tales alegrias. Con la misma composición que estos

ladrillos fabrican ahora unos bloques refractários de distintas formas,

tienen partes macizas y partes huecas que resultan más aislantes,

combinados con fibra pueden ser muy interesantes.

- Ladrillo refractario aislante .- También llamado ladrillo poroso, es

muy liviano y de poca resistencia mecánica pero una capacidad

aislante similar a la fibra, sólo tiene el problema del precio que es

sobre 4 o 5 veces superior al ladrillo denso; las paredes de un horno

llevan gran cantidad de ladrillos y el precio por unidad es importante.

La combinación de ladrillo aislante por la cara de fuego y fibra de

relleno es la mejor combinación, si el presupuesto lo permite, si no es

asi recurriremos a la fibra.

- Fibra cerámica.- En la actualidad es el material más utilizado con

diferencia. Hay muchos tipos según la temperatura de utilización y los

distribuidores nos pueden atiborrar de catálogos donde vienen las

especificaciones. La más común es la que viene en rollos de 7 m. de

largo por algo menos de 0,70m. de ancho y con un expesor de 1" (25,4

m.m.), sólo tendremos que mirar atentamente la  temperatura máxima

de uso y dejar un buen margen con la temperatura con la que

cocemos habitualmente, ya que la fibra llevada al límite puede caer en

un proceso que se llama sinterización y a partir de aqui degradarse

rapidamente. Su colocación es sencilla ya que va cogida con unos

tirantes de acero refractário y unas piezas cerámicas llamadas cuplós,

también tenemos la posibilidad de pegarla con una cola especial pero

este sistema tiene el inconveniente de que cuando desmontemos el

horno tendremos problemas para reutilizar esa fibra.

- Ladrillo rojo.- No se utiliza habitualmente y eso es un error. Me

explíco. El ladrillo gallego no es ninguna broma, y aguanta

temperaturas más altas que el típico ladrillo de obra que viene de

levante (más calizo); tengo participado en cocciones de cerámica

tradicional en hornos de leña con paredes de ladrillo rojo de obra de

toda la vida, y aquello funcionaba. Tengo usado ladrillo rojo macizo

como primera capa de la base del horno, y cuando años después

desmantelé el horno, aquellos ladrillos estaban impecables. Si vamos

a hacer un horno de obra podemos sopesar seriamente la posibilidad

de construirlo con ladrillo rojo de obra y forrarlo con fibra en su interior;

si vemos normal hacerlo de chapa de hierro por fuera ¿que problema

tiene el ladrillo?.

- Cemento o mortero refractário.- Tanto si el horno va a ser de obra

como si no, siempre necesitaremos una cantidad, mayor o menor, de

cemento refractário. En los distribuidores del ramo podemos encontrar

distintas clases de estos materiales. Algunos cementos refractarios

suelen ser un poco dificil de usar, secan muy rápido encima del ladrillo

aunque tengamos la precaución de meter antes el ladrillo en agua; yo

siempre lo mezclo con alguna arcilla refractária basta tipo fireclay y

también se le puede añadir caolin y chamota.

Daniel Rhodes, en su libro sobre hornos da una receta de mortero

refractário de fraguado en caliente:

  60 de arcilla refractária

  40 de chamota - malla 30

  1% en peso de silicato sódico

Es conveniente recordar que el mortero lo deberemos usar para

asentar los ladrillos y llevar las hiladas niveladas, hay que usarlo con

discrección.

-Horrmigón refractário .- Este es un material curioso, se trabeja igual

que el hormigón normal, es decir hacemos un encofrado de la parte

del horno que queremos y colamos el hormigón, si disponemos de un

vibrador para cemento mejor, asi quedará más compactado. Una vez

seco quitamos el encofrado y listo. La diferencia con el hormigón que

vemos en las obras está en que usa un cemento a base de aluminato

cálcico lo que le permite soportar temperaruras altas sin estallar,

teoricamente pueden aguantar hasta los 1300º según la composición.

Uno de los primeros hornos que construi (800 litros) llevaba el arco de

hormigón refractário forrado en su interior de dos capas (5 cm.) de

fibra de alta temperatura, el resto de los muros eran de ladrillo

refractário denso también forrados exactamente igual que el techo,

cuando doblaba el cono de 1280º C el techo estaba sensiblemente

más frio que el resto. Eso si, cuando años después dejé aquel taller y

tuve que desmontar el horno me costó dios y ayuda. Cuando hacemos

la masa de hormigón le podemos añadir materiales aislantes como

vermiculita, perlita, cascote de ladrillo aislante, pedazos de fibra, etc.

No es conveniente hacer piezas demasiado grandes ( u hornos de una

sóla pieza colada) por aquello de las grietas, aunque podemos hacer

una construcción muy sólida si le preparamos una estructura de

alambre en su interior, a modo del "mallazo" que se emplea en las

obras. El hormigón es un material aún poco emleado pero que en

realidad tiene muchas posibilidades. Resulta muy tentador hacer de

este material la puerta (forrada de fibra en el interior) y asegurarnos,

asi, un buen encaje; en estos casos sólo debemos tener en cuenta

que el hormigón es un material muy pesado y la puerta en cuestión va

a pesar un quintal por lo que deberemos hacerle un apoyo para que el

peso no esté soportado sólo por las bisagras.

 

 

PRINCIPIOS BÁSICOS DEL DISEÑO DE HORNOS

Dejando aparte los hornos eléctricos, en el diseño de hornos podemos

diferenciar tres tipos según su tiro u más bien según la dirección que

siguen los gases en el interior de la cámara: los de tiro ascendente,

tiro cruzado y tiro descendente o invertido.

En general tienen un mejor rendimieto los de tiro invertido y es que el

fundamento de esta idea es que el fuego y los gases calientes estén

en la cámara el mayor tiempo posible. Cuando hablo de rendimiento

no hablo solamente de hornos que funcionan mejor o peor sino de la

relación entre la carga (nº de piezas-volumen) y el combustible

consumido, otra ventaja del tiro invertido es que reparte mejor el calor

y tiende a hacer hornadas más uniformes. Si embargo los de tiro

ascendente tienen la ventaja de ser más sencillos de construir y con la

práctica y una buena relación entre el aire secundario y la chimenea

podemos conseguir un horno relativamente uniforme. Pero antes de

hablar de las ideas básicas del diseño vamos a ver la nomenclatura de

las diterentes partes de un horno:

Las

reglas

para

diseñar

un

horno

están

más

relacionadas con la experiencia y el sentido común que con sesudas

fórmulas fisico-matemáticas y las podemos resumir de la siguiente

manera:

Las formas sencillas tienden a dar mejores resultados que las

formas complicadas. Por lo general los hornos son cuadrados

porque son más fáciles de construir pero pueden ser redondos

sin problema sobretodo en el caso de tiro ascendente. El punto

de partida habitual suele ser un cubo, si por la razón que sea

debemos agrandar ese cubo es mejor hacerlo en horizontal y

añadir más quemadores que en vertical, conseguiremos una

mejor distribución del calor.

A poder ser, la circulación de gases seguirá líneas curvas y

evitaremos los ángulos rectos. El canal de evacuación con el

comienzo de la chimenea siempre hace un ángulo recto y esto

es inevitable pero aparte de eso no tenemos porqué. En general

debemos procurar que los gases circulen con libertad y

evitaremos estrecheces o rutas complicadas.

Los hornos de tiro superior necesitan muy poca chimenea, y

según algunos autores incluso podemos prescindir de ella ya

que el propio horno hace de chimenea; yo creo que es mejor que

lleve chimenea y un registro para controlar el tiro, asi podremos

regular, y forzar en su caso, la entrada de aire secundario. En los

hornos de tiro invertido la cosa es bien diferente y necesitaremos

un buen tiro que fuerce a los gases a hacer un recorrido tan

antinatural. Si seguimos mentalmente ese trayecto

observaremos que los gases primero suben, después bajan,

recorren el horno horizontalmente hacia el canal de evacuación y

después suben

por la

chimenea, asi

pués hay un tiro

vertical (TV) y

un tiro

horizontal

(TH). Para

calcular el alto

de la chimenea

(H) aplicaremos la fórmula: 

                                      H= 3*TV+ TH/3

En este ejemplo podemos ver como es el cálculo de la altura. En

hornos de leña es conveniente aumentar ese alto, algunos

autores hablan de un 30% más. La sección de la chimenea

también es importante, Leach en su libro da unas indicaciones

para su cálculo que a mi me parecen exageradas ya que habla

de entre un cuarto y un quinto de la sección de la cámara del

horno, esto quiere decir que para el horno del ejemplo, con una

sección de cámara de 10000 cm2 ( 100 x 100 cm) necesitamos

una sección de chimenea de 2000 cm2 como mínimo lo cual

viene siendo de 40 x 50cm, vaya tela. Habitualmente se hacen

de 23 x 23 cm que es el largo de los ladrillos, esta sección llega

para hornos de hasta 1m3 aproximadamente, para hornos más

grandes, Rhodes da la fórmula de 0,5 cm2  de sección de

chimenea por cada dm3 (1litro) de espacio en la cámara del

horno. Para hornos de leña conviene aumentar en un 50%. Yo

soy partidario de que no falte tiro, ya que es algo que después

podremos regular con el registro. Por último, las chimeneas

ahusadas incrementan el tiro, pero son un rollo construirlas.

El número y potencia de los quemadores viene determinado por

la capacidad del horno. En general conviene repartir la potencia

en varios quemadores, siempre quemará más uniforme que toda

la potencia concentrada en un único quemador. Es muy usual

ver hornos de menos de 500 litros (medio metro cúbico) con

cuatro quemadores; si usamos gas-oil con dos llega ya que

resultan tan potentes que con cuatro iría como un cohete

(incluso corremos el riesgo de que no vaya bien por pura

saturación de fuego). Un quemador de gas necesita unos 8

dm3 de espacio delante de el para que arda sin problemas, sin

embargo con gas-oil es preferible situar el quemador

frontalmente, de forma que la llama corra a lo largo entre el muro

de la cámara y el parafuegos, siendo este hueco de entre 10-15

cm. Para calcular la potencia usaremos una fórmula que da

Olsen en su libro, en el original dice: 

        Hornos de fibra: 10000 BTU por cada pié cúbico/hora

        Hornos de ladrillo denso: 16000-19000 BTU por cada pié

cúbico/hora

Traduciendo, cada BTU son 0,252 Kcal y cada pié cúbico son

28,32 litros, eso quiere decir que para un horno de fibra

necesitaremos alrrededor de 89 Kcal por litro, 89000 Kcal por

metro cúbico. Sin embargo Rhodes da el dato de que

necesitaremos 270000 calorías por cada metro cúbico, algo falla

evidentemente. Yo me inclino más por el primer cálculo. En

cualquier caso siempre tiraremos hacia arriba en el cálculo de

potencia, es preferible tener margen de sobra que no quedarse

escasos, la cifra resultante de la potencia dividiremos entre el

número de quemadores.

Para hornos de leña no hay cálculos que hacer, es una cuestión

de tener leña en abundancia. El hogar debe ser grande y los

pasos de fuego que comunican ese hogar con la cámara

deberán ser amplios,la suma de la sección de esos pasos debe

ser algo mayor (como mínimo) que la sección del canal de

evacuación. Algunos hornos tienen más de un hogar, eso reparte

mejor el calor pero para atender la hornada uno sólo tendremos

problemas; el tramo final de una hornada de leña puede resultar

agotador, si encima tenemos que atender dos hogares puede

haber momentos de cierto agobio. En el diseño del hogar

deberemos incluir el hogar propiamente dicho, la parrilla y el

cenicero. Es importante recordar que el aire tiene que pasar a

través del fuego y no por encima de el como ocurre en los

hornos tradicionales. Hay diseños de hornos de arco catenario a

leña que llevan los hogares a cada lado, yo nunca he sido

partidario de ese diseño y menos para alcanzar altas

temperaturas, la leña tiene una llama muy larga y si el horno no

es muy grande podemos desperdiciar bastante energia, además

no hay espacio para mucho hogar y dado que la boca de fuego

tiene que ser algo reducida no podremos usar cómodamente una

de las  mejores leñas para cocer: el toxo.

En la parte baja del hogar, en el cenicero, debemos dejar 

agujeros del perfil de un ladrillo cada uno espaciados a lo largo

del hogar, en el tramo final de la hornada podemos necesitar

más aire secundario que ayude a una rápida combustión, si no

los necesitamos los tapamos.

Con todas estas indicaciones tenemos una idea más o menos exacta

del horno que queremos hacer, lo dibujamos a escala con todas las

medidas y llegamos al momento de construirlo; aqui siempre surgen

imprevistos que tendremos que solucionar con dosis de sentido común

(sentidiño). Vamos a ver la construcción de las diferentes partes de un

horno y las diferentes alternativas.

 

LA CONSTRUCCIÓN PASO A PASO

La primera decisión que hay que tomar es donde va a ir, no es muy

saudable que el horno vaya en el mismo espacio que donde

trabajamos, si tenemos opción es mejor situarlo en un local anexo y

bien ventilado. En las hornadas siempre se enrarece el aire del local y

si cocemos en reducción no digamos, la ventilación es fundamental.

Vamos a seguir los pasos propios de la construcción:

Cimentación.-

 Dependiendo del horno que vayamos a hacer hay que tener en

cuenta su peso, la mayor parte de los hornos actuales son de chapa

metálica por fuera y fibra por dentro, es la combinación que menos

pesa pero aún asi si el horno es grande acabará cogiendo bastantes

kilos, resulta conveniente que las patas que soportan el peso de la

estructura metálica lleven soldadas unas chapas cuadradas de 10x10

ó 15x15 cm para que el apoyo en el suelo no sea únicamente por el

perfil del tubo. Si el horno es de tiro invertido la chimenea deberá estar

contemplada en esa estructura. Si el horno es de obra tendrá que

llevar algo de cimentación, siempre acorde con el horno en cuestión;

un horno grande puede pesar toneladas. En estas dos fotos podemos

ver una idea de cimentación para un horno mediano (algo más de 500

litros), la base son viguetas colocadas a nivel y de momento nunca he

tenido problemas.

Si el suelo es de tierra no podremos aplicar este ejemplo, es mejor

hacer algo de cimentación. La teoria de la cimentación dice que hay

tres tipos: periférica, armada y de grava. La periférica es hacer los

cimientos en el perímetro del horno, si el horno es muy grande

tenemos que recordar que aunque los muros pesan mucho también la

carga pesa y una vez de hacer cimientos no es cuestión de racanear;

la cimentación armada lleva una placa de cemento con hierro en su

interior y la de grava lleva un lecho de este material. Mi recomendación

es hacer un pequeño agujero donde va a ir el horno de unos 25 cm de

profundidad, reforzar el perímetro con viguetas ( es un material barato

y compacto con varilla metálica en su interior) o algo de hierro y llenar

la parte central con cascotes, piedra, etc (puede ser una buena

oportunidad para deshacernos de restos del taller, piezas defectuosas

y ese tipo de cosas), después hechamos una pequeña placa a nivel,

con unos pocos centímetros bastará. De esta forma tendremos

cimientos de por vida.

Base.-

 Después de hacer la cimentación es cuando empezamos el horno

propiamente dicho, para la base lo más recomendable es usar ladrillo

compacto o bloques refractários. Una base que me ha dado buen

resultado es la de una primera capa de ladrillo rojo macizo y encima

dos de ladrillo refractário denso, puede parecer excesivo pero es que

el cemento soporta muy mal el calor y debemos preservar la placa de

los cimentos de las altas temperaturas que va a soportar la

cámara. Siguiendo con el ejemplo de antes aqui podemos ver una

combinación de bloques refractários con ladrillo denso asentado con

mortero refractário; los bloques van simplemente puestos, no llevan

ningún tipo de cemento, un pouco atrevido, tengo que reconocer, pero

casi dos años después siguen perfectamente. Si este caso fuera sobre

placa tendría que llevar una capa más de ladrillo.

Muros.-

 Si queremos levantar los muros de ladrillo deberemos saber algo de

albañilería, parece fácil levantar una pared recta, e igual es, pero un

horno lleva cuatro y para colmo con puerta, si contamos con un

profesional mejor, pero le tendremos que advertir que la junta de

mortero es más estrecha que en un tabique de obra normal (5-6 mm.

como mucho). En algunos casos sobre esta base de ladrillo colocamos

el "cajón" de metal que forraremos en su interior de fibra, si es asi, en

ese cajón tendrán que ir ya los huecos para los quemadores y la salida

del canal de evacuación. Con respecto a ese cajón de hierro yo

recomiendo pedir más de un presupuesto, es sorprendente la

diferencia que puede haber de un taller a otro, si el horno es de tiro

invertido el cajón llevará la bóveda incorporada y eso a algunos

talleres les rompe los esquemas, esa circunstancia es muy habitual

que se taduzca en dinero.

Yo, en algunos casos levanto tres o cuatro filas en ladrillo y sobre eso

coloco el cajón, en esas filas dejo los huecos necesarios para la

entrada de los quemadores, el inconveniente de este sistema es que

esta parte baja es menos aislante que el resto.

Si el interior va a ser de fibra tendremos que trabajar perfectamente

pertrechados con mascarilla, gorro,  gafas y ropa vieja, la fibra tiene

una justificada fama de nociva. ¿Que grosor?, yo siempre he hecho

los hornos con paredes de 15 cm de fibra (6 capas), naturalmente no

es necesario que sea toda  la fibra de la misma calidad, yo coloco 10

cm de fibra de hasta 1260ºC y los 5 cm de cara de fuego de una fibra

de muy alta temperatura (1450 - 1500ºC) como se aprecia en la

fotografia. La colocación acostada de esos 10 cm. iniciales es muy

sencilla y aguanta perfectamente en pié sin necesidad de soportes, a

medida que vayamos colocando las dos capas de cara al fuego iremos

asegurando con cuplós, esta tarea es mejor hacerla entre dos, uno

dentro del horno y otro tensando desde fuera, el interior del cupló

deberemos rellenarlo con pedazos de fibra prensados en su interior si

no queremos que el espigo de acero refractário quede hecho un

desastre en la primera hornada, el espacio entre cuplós será sobre

40cm.

El hueco para los quemadores debe ser de unos dos cm. mayor en

radio que el propio quemador, este espacio resultará muy útil para la

entrada de aire secundario, igualmente útil resultará tener una forma

de regularlo.

En hornos de leña la construcción del hogar es paralela a los primeros

tramos de los muros y no conviene que sea de fibra, para lo hogares

resulta casi que obligatorio hacerlos en ladrillo denso.

Bóvedas.- Hay que reconocer que la bóveda de un horno resulta muy

sugerente, y hacerlas es un gustazo sobretodo cuando retiramos la

cimbra (o encofrado del arco) y vemos, aliviados, que aquello no cae.

En los libros hay  abundantes fórmulas que nos indican  cómo calcular

diversas partes de ella pero hay algo que nadie dice ¿de que altura

debe ser el arco en relación al ancho?, esa altura se llama flecha y

según parece puede ser como nos de el pálpito, por si alguien quiere

calcular el radio para hacer la cimbra  la fórmula es:

En la práctica trazaremos el arco por medios más mecánicos, un

cordel por ejemplo, la altura de la flecha suele ser sobre 15-20 cm y

algunos hornos tienen una bóveda de media circunferencia (los

naborigama, por ejemplo) por lo que nosotros optaremos por la que

más no convenga. Una bóveda con muy poca flecha da cierta

sensación de inestabilidad.

En el tema de los arcos merece un apartado especial el arco

catenario, yo reconozco ser un enamorado de esa forma. Los hornos

de arco catenario llevan muros y bóveda en la misma construcción y

no necesitan refuerzos ya que es autosoportable, para colmo permite

una circulación de los gases óptima para tiro invertido y reparte muy

bien el calor,  su construcción puede parecer más complicada que un

horno de muros y arco pero en realidad y ya que tenemos que hacer

obligatoriamente un soporte de madera con la forma, sólo tendremos

que ceñirnos a ese encofrado, hay que tener la precaución de calzar

con unos tacos de madera el encofrado, cuando acabemos el arco

sólo tenemos que quitarlos y asi podremos quitar el encofrado sin

problemas. Las proporciones de un arco catenario son una incógnita

que los libros no ayudan a resolver, Olsen habla de unas proporciones

de: alto =1 1/2 - 3 veces el ancho, mientras que Rhodes dice que un

alto igual al ancho es la forma más estable. A mi tener un alto tres

veces superior al ancho me parece demasiado alto, no sólo desde el

punto de vista de la construcción en sí, sino mirando el buen

funcionamento del horno, hasta ahora los catenarios que he hecho

andan con unha relación de altura=1 - 1 1/2 veces el ancho, esta

relación nos permíte un interior (de carga útil) equilibrado. La forma de

trazar el arco es bien conocida, una vez que sabemos las medidas

(ancho y alto), colocamos una cadena entre dos puntos que nos darán

el ancho y la dejamos caer hasta la medida que nos de el alto

marcado, la curva que describe es el arco invertido; para marcar ese

arco es muy útil hacer esa maniobra sobre un tablero de fimapán,

después la superficie del encofrado la podemos hacer con tablex o con

listones, una advertencia, cuando marquemos las medidas tenemos

que tener en cuenta en la medida definitiva los listones (si los lleva) y

los tacos que usaremos para calzarlo. La secuencia la podemos ver en

las siguientes fotografías:

Parafuegos - Muro deflector - Canal de evacuación.-

  Esta parte es mejor hacerla con ladrillo refractário denso (como

mínimo) ya que va a soportar mucho fuedo y tiene que sustentar toda

la carga, habitualmente tiene un alto de dos ladrillos de canto (23 cm.).

El espacio entre el parafuegos y la pared de la cámara suele ser de

unos 10 cm y con gas-oil es conveniente algo más de margen llegando

hasta los 15 cm.. En la foto podemos apreciar la colocación de los

ladrillos, se ve una hilera central para aguantar la base de la carga. En

hornos de tiro superior no hay nada de esto, simplemente dejaremos

sitio para que el combustible arda con holgura y suba por la cámara,

esa holgura es de una altura muy parecida a esos 23 cm standard

aunque en hornos medianos-pequeños esa altura es algo menor y

rondará los 18cm. Una  pregunta que surge inevitablemente cuando

construimos hornos de tiro superior sobre estructura metálica es la de

cómo colocar los queimadores ya que vemos en el mercado hornos

con las portillas del quemador laterales y otros con portillas en la parte

inferior de la base. Como suele pasar siempre la respuesta es que

depende. En cualquier caso el horno funcionará, pero si colocamos los

quemadores en la base del horno, el fuego entra verticalmente  y si

esa llama es larga sobrepasará la solera; esto hay que tenerlo en

cuenta cuando carguemos las piezas si no queremos achicharrar

alguna pieza que sobresalga. El sistema de quemadores en el suelo

se usa en hornos pequeños, que a pesar de su escaso tamaño llevan

cuatro, la idea es que esta disposición no resulta idónea para

quemadores de gran potencia, si  vamos a emplear queimadores

potentes es mejor la disposición lateral. 

Chimenea.-

En los hornos de tiro invertido la chimenea es un aspecto muy

importante y ya deberemos tenerla en cuenta en los cimientos, como

ya hemos visto antes por la fórmula para calcular  su alto es muy fácil

que una chimenea en estos hornos tenga 2,5 - 3 m. de altura, eso

significa concentrar mucho peso  en muy poca superficie. A diferencia

del  resto del horno, la chimenea no va a soportar toda ella la misma

temperatura, como es fácil de suponer, la parte baja será la parte más

caliente y la temperatura va decreciendo segun subimos en altura. El

primer metro (o algo más si queremos curarnos en salud) suele ser de

una construcción muy similar al resto del horno, pero en los siguientes

tramos no tienen porqué llevar la misma construcción, incluso en la

parte final es muy habitual ver que está hecha con tubo metálico. A

que altura colocar el registro no es algo crucial, o eso parece si

obsevamos diferentes planos de hornos, en algunos incluso lleva en el

canal de evacuación. Naturalmente, cuanto más cerca esté de la

cámara más temperatura tendrá que soportar la placa que hace de

registro, esto supone un problema ya que algunos materiales soportan

mal los contrastes de temperatura, tenemos que pensar que la parte

interna de esa placa va a soportar toda la hornada mientras la parte

externa estará a temperatura ambiente, eso es mucho choque térmico

y lo peor que nos puede pasar es que parta la placa a mitad de una

hornada. Yo uso deregistro una placa de cordierita (es fácil de cortar a

medida y relativamente resistente) y la ranura del registro la coloco a

1,5 m. más o menos, justo

donde acaba la bóveda,

como se aprecia en esta

fotografía. 

Una de las ventajas de la

cordierita es lo fácil que se

mecaniza, asi podemos

agujerear sin problemas

para poder colocar un tirador que podamos accionar desde el frente.

Por cierto,en caso de rotura lo máis normal es que ésta sea una grieta

que parta la placa en dos, si es asi no tenemos porqué tirarla, la

podemos coser con alambre de resistencia, curiosamente a partir de

aqui es muy raro que vuelva a partir.  

Podemos apreciar en estas fotos como es el sistema de cosido,

hacemos unos agujeros a los dos lados de la grieta y los unimos con

resistencia, puede parecer una chapuza, y  la verdad que la pinta es

desastrosa, pero en realidad esta placa de la foto lleva más de dos

años con estas trazas y sigue cumpliendo su función. 

Para tener un control efectivo del tiro deberemos colocar un sistema

que nos marque la posición del registro, una regla graduada por

ejemplo, esto nos será muy útil para tener una referencia y asi poder

repetir una hornada.

Si el horno es de tiro superior la chimenea es un asunto bastante más

sencillo, tengo probado con éxito piezas torneadas de refractario, de

un diámetro aproximado de 12 cm. que funcionan muy bien. Como ya

he dicho antes yo soy partidario de que este tipo de hornos lleven

chimenea y un registro para regularlo. Una chimenea muy corta o una

ausencia de ella hace que el horno tienda a reducir y que a partir de

1200º C le cueste subir, llegando incluso a ser un tormento concluir la

hornada. Podemos hacer pruebas añadiendo a la chimenea un tubo

metálico (de los usados en las estufas) y observar  su efecto, el

resultado suele ser que el horno tolera mejor la presión de los

quemadores sin reducir a la primera de cambio.

En cualquier caso e independentemente del tipo de tiro, si el horno

está en el interior deberá llevar un sistema de evacuación de los gases

que salen por la chimenea, ya no es una cuestión de mejor o peor

funcionamento del horno sino un asunto de seguridad fundamental.

Puerta.-

La puerta es un tema complejo y que habitualmente supone un

quebradero de cabeza. Afortunadamente con la fibra se soluciona una

buena parte de esos problemas. El peso y un buen encaje, por

ejemplo.

Puertas hay de muchos tipos y , como siempre, dependiendo del

tamaño y forma del horno optaremos por el modelo que mejor nos

convenga. En los hornos grandes (de los que uno entra de pié por la

puerta, para entendernos) es muy habitual hacer una puerta cada vez

con ladrillos numerados y después recebarlos con una arcila basta;

tengo probado y a mi personalmente no me convence. La razón no es

que sea una lata construir la puerta de cada vez ya que es una

operación en la que tardamos unos pocos minutos (con ladrillos

numerados) y pasan meses entre una hornada y la siguiente, la razón

es que resulta incongruente tener una puerta tan poco aislada

después de tomarnos el trabajo de aislar el resto del horno. Este tipo

de puertas tenía su razón de ser cuando la construcción era de ladrillo

refractario, aqui la puerta seguia el mismo modelo constructivo. La

alternativa de usar ladrillo poroso para este tipo de puertas es buena

pero no duradera, estos ladrillos destacan por su capacidad aislante

pero no por su resistencia mecánica.

Hoy en dia casi todos los hornos tienen puerta de bisagra, excepto los

de vagoneta en los que la puerta va incluida en el frontal de la propia

vagoneta; ahora bien, aunque pueda parecer que todas las puertas

son más o menos iguales, hay algunas diferencias importantes. Una

primera diferencia es el perfil de la puerta, éste perfil determinará el

tipo de anclaje con el horno.

Básicamente, hay dos tipos de perfíles como se muestra en las

figuras a/ y b/:

El tipo de perfil b es el más usado, sobretodo en la industria, dado que

es menos liante que el modelo a. Se supone que en el modelo b la

puerta sella perfectamente apretando los tensores; pero para que esto

suceda (y no sólo cuando esta nuevo el horno) deberemos de

fabricarla con una estructura de hierro de cierta consistencia. Esta

estructura suele ser un ángulo de hierro de una sección de unos 4

mm.,incluso en hornos pequeños (250 l.). Yo prefiero el perfil a, a

pesar de que su contrucción implique mas complejidad, pero tiene mas

margen de error, y con el tiempo podemos corregirla por mas que la

estrucctura acabe doblada.

En la construcción de las puertas mantener la fibra firme es crucial,

una puerta de 15 cm.de espesor y de cierto tamaño tiene una buena

cantidad de kilos de peso y debemos preveer y evitar la tendencia

natural de la fibra a desplomarse; no bastará con anclarla con cuplós

sino que también deberemos soldar unos apoyos en la estructura

metálica de la puerta. En las siguientes fotografías sepuede ver el

sistema que uso:

Para lograr un ajuste lo mas perfecto posible resulta muy práctico

hacer un molde de madera del hueco de la puerta, sin pasarnos de

precisión ya que la fibra soporta muy mal el roce. Para unir la fibra a la

estructura metálica usaremos cuplós y donde no nos sea posible

usaremos el hilo Kantal de resistencias. Para abrir y cerrar la puerta lo

mas común es soldar unas bisagras o unos pernios donde mejor se

nos adapte; es preferible usar un sistema de doble bisagra que de una

sóla bisagra. En las siguientes figuras podemos ver la diferencia entre

una y otra. La doble bisagra tiene la ventaja de que nos permite

enfocar mejor la puerta en su hueco.

A la hora de soldar la bisagra al horno hay que hacerlo en una parte

reforzada del mismo, habitualmente en la estructura. Esto es sencillo

en los hornos cuadrados, ya sean de obra o de chapa, pero en los de

arco catenario no hay una estructura donde sujetar asi que deberemos

idear un sistema para sujetarla. En mi caso. el combustible que uso es

gas-oil, eso me obliga a tener una estructura en la que colocar la

turbina del aire y es en ella donde sueldo la puerta, en las siguientes

fotografías se puede apreciar esa solución

Para evitar que el peso de la puerta vaya soportado exclusivamente

por las bisagras es recomendable soldar a la puerta un pié con una

rueda.

Por último decir que aunque la forma más fácil de construir una puerta

es la rectangular, esto no va a ser siempre posible. Si el horno tiene

bóveda, y no digamos en los de arco catenario, y la puerta es

rectangular tendremos problemas para cargar el último piso ya que no

tenemos acceso a la parte frontal, es decir a la parte que queda entre

la abertura superior de la puerta y la boveda. Construir una puerta con

la parte superior en arco da mas trabajo pero lo agradeceremos cada

vez que carguemos el horno.

Planos.- Es raro el libro de cerámica, por muy básico que sea, que no

incluye planos de hornos, quemadores,etc asi que creo que no es

cuestión de aburrrir con una serie interminable de planos repetitivos,

pero si exponer aquellos que a mi juicio tienen cierto interés.

Quemador de gas-oil.- 

Jet burner.- Fué desarrollado por el neozelandes Roy Cowan en

1950, ni mas ni menos. La única referencia que he encontrado sobre

él aparece en el libro A New Zealand Potter's Dictionary de Barry

Brickell. Se trata de un quemador de fácil construcción y muy eficiente.

Yo lo uso desde el año 1992 y para mi fué un descubrimiento y un

alivio, todo hay que decirlo. El descubrimiento fué no solo que algo tan

sencillo funcionara perfectamente sino el método de cocción que este

quemador implica. La primera parte de la cocción el quemador está en

vertical y lanza la llama contra el parafuegos como cualquier quemador

convencional ( es obligado el uso de un tubo metálico en la portilla del

quemador para que el gas-oil arda y aún asi es mejor que al principio

ayudemos con un quemador tipo soplete de gas),cuando el horno está

a unos 700º ponemos el quemador en horizontal y lo introducimos en

el horno, de forma que el gas-oil entre directamente en la cámara de

cocción. En este punto el pirómetro parece volverse loco y es que la

temperatura sube de una forma espectacular. El primer horno que tuve

(comprado, para mas inri) funcionaba fatal y desde entonces cuando

veo que el horno sube disparado me reconforta. Este es el plano de

esta joya:

El diámetro del tubo principal es de unos 50 mm. y la tuberia del gas-

oil es de 1 cm, va mejor la tuberia de cobre recocido. la longitud

dependerá del grosor de la pared del horno. La abertura del tubo del

gas-oil es de 1-1,5 mm. y deberá estar situada debajo justo de la

abertura del tubo principal a unos 2 mm.de ella. Una vez colocado en

su posición conviene soldar ambos tubos. Es esta fotos se aprecian

mejor los detalles

La regulación del aire se efectúa mediante una sencilla llave que no es

otra cosa que un disco de latón ( o cualquier otro metal ) que hace de

llave de paso. La entrada de gas-oil se regula con una llave de paso

standard.

El depósito de gas-oil deberá estar situado a unos dos o tres metros

por encima de la situación de los quemadores, a dferencia de los

quemadores de calefacción aqui el combustible no es inpulsado por un

motor si no que es por la acción de la gravedad. Para el aire

necesitamos una turbina de baja presión, mueven mucho caudal de

aire pero sin presión, hay mercado de segunda mano. La que uso la

encontré en una chatarrería y venia del desguace de un barco, al

parecer las usan para mover el aire en las bodegas, es muy vieja pero

funciona perfectamente.

Quemador frontal de gas-oil.- Basado en el mismo principio que el

jet burner, es decir, en el principio de los quemadores de baja presión.

Es un diseño personal y lo ideé para combinarlo con el jet, mas que

nada para evitar andar modificando la posición del jet (como expliqué

anteriormente). Está pensado para colocarlo en la parte frontal del

horno, de forma que la llama discurra a lo largo del espacio que queda

entre el muro interior del horno y el parafuegos.

Aqui vemos el croquis general y el despiece:

El tubo del gas-oil (f) es de cobre rígido y deberemos de reducirlo

hasta un diámetro de algo mas de 1mm. Para reducirlo tendremos que

recocerlo primero (calentarlo al rojo y dejarlo enfriar lentamente) y

después golpearlo suavemente con un martillo al tiempo que lo vamos

girando. Es un método primitivo pero efectivo. En el proceso de

reducción tendremos que repetir el proceso de recocido varias veces

ya que al golpearlo vuelve a endurecerse. La pieza f tiene la función

de hacer de guia ya que el tubo del gas-oil tiene que estar centrado

justo detrás de la salida del aire. En esta serie de fotografias podemos

apreciar mejor el montaje:

Horno catenario.-

Este es el horno que tengo en la actualidad, tiene una capacidad

aproximada de 520 litros. LLeva dos quemadores frontales y dos

laterales. La hornada la empiezo con uno de los frontales, con el que

subo hasta los 600º, a partir de aqui enciendo el segundo frontal y a

los 700º enciendo los jet laterales. A medida que enciendo cada jet

apago su correspondiente frontal. La construcción es con fibra y

ladrillo rojo (del que se usa en la construcción); cuando dobla el cono

de 1250º la pared exterior del horno está templada, de hecho lo que le

cuesta mas es enfriar. La combinación de fibra y este tipo de ladrillo

resulta mas que interesante en hornos fijos, es mas barata que la

estructura de hierro y aislante (a diferencia del hierro que es conductor

del calor).