LOS HORNOS DE FUSIÓN DE METALES - LOS HORNOS DE REDUCCIÓN DE MINERALES

Presentación del tema: "LOS HORNOS DE FUSIÓN DE METALES - LOS HORNOS DE REDUCCIÓN DE MINERALES"— Transcripción de la presentación:

1 LOS HORNOS DE FUSIÓN DE METALES - LOS HORNOS DE REDUCCIÓN DE MINERALES
HORNOS DE ARCO EL CALENTAMIENTO DE MATERIALES POR ARCO ELÉCTRICO SE REALIZA BÁSICAMENTE POR EL PASO DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA ENTRE DOS ELECTRODOS UNO DE LOS CUALES PUEDE SER LA PROPIA CARGA. LOS CAMPOS PRINCIPALES DE APLICACIÓN INDUSTRIAL DEL CALENTAMIENTO POR ARCO SON: LA SOLDADURA LOS HORNOS DE FUSIÓN DE METALES - LOS HORNOS DE REDUCCIÓN DE MINERALES

2 HORNOS DE ARCO EN LA SOLDADURA SE UTILIZA UNA VARILLA DE APORTACIÓN DE MATERIAL QUE, EN LA MAYORÍA DE LOS CASOS, HACE DE ELECTRODO Y EL ARCO SE ESTABLECE ENTRE LA VARILLA Y LA PIEZA O PIEZAS A SOLDAR. EN ALGUNOS CASOS SE UTILIZA UN ELECTRODO DE GRAFITO Y LA ENERGÍA DEL ARCO, QUE SE ESTABLECE ENTRE EL ELECTRODO Y LA PIEZA, FUNDE UNA VARILLA ADICIONAL QUE APORTA EL MATERIAL DE SOLDADURA.

3 HORNOS DE ARCO EN LOS HORNOS DE ARCO DE FUSIÓN SE COLOCA LA CARGA EN EL INTERIOR DE LA CUBA Y SE ESTABLECE EL ARCO ENTRE LOS ELECTRODOS O ENTRE LOS ELECTRODOS Y LA CARGA. PUEDEN DISPONERSE UN SOLO ELECTRODO (HORNOS DE CORRIENTE CONTINUA), DOS ELECTRODOS DISPUESTOS HORIZONTALMENTE (CALENTAMIENTO INDIRECTO POR RADIACIÓN DEL ARCO AL INTERIOR DE LA CUBA) O TRES ELECTRODOS (HORNOS DE CORRIENTE ALTERNA). SE UTILIZAN PRINCIPALMENTE PARA FUSIÓN DE FUNDICIÓN DE ACERO Y, EN UNOS POCOS CASOS, PARA METALES NO FÉRRICOS PESADOS (ALEACIONES DE COBRE).

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7 HORNOS DE ARCO EN LOS HORNOS DE ARCO DE REDUCCIÓN, UTILIZADOS EN LA FABRICACIÓN DE FERROALEACIONES, CARBURO DE CALCIO, SILICIO METAL, ETC., LOS ELECTRODOS ESTÁN SUMERGIDOS EN EL BAÑO DE MATERIAL FUNDIDO Y EL CALENTAMIENTO SE REALIZA REALMENTE POR RESISTENCIA DIRECTA DEL MATERIAL, AUNQUE PUEDEN PRODUCIRSE PEQUEÑOS ARCOS ENTRE LOS ELECTRODOS Y LA SUPERFICIE DE LA CARGA O INCLUSO DENTRO DE LA CARGA.

8 HORNOS DE ARCO Tipos de hornos de arco.

9 Comparación de diseños de hornos de arco 1970 y 1990.

10 Evolución de los tiempos de proceso.

11 Componentes del balance energético.

12 Ventajas de la utilización de lanzas de 02 y escoria espumosa.

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14 DIFERENCIAS HORNOS ARCO CA Y CC:
- EN C.A. SE DISPONEN TRES ELECTRODOS QUE ENTRAN POR LA BÓVEDA DEL HORNO, CERRÁNDOSE EL CIRCUITO EN LA CARGA O BAÑO DE METAL FUNDIDO. EN C.C. SE DISPONE UN ÚNICO ELECTRODO (QUE HACE DE CÁTODO) POR LA BÓVEDA, EL ÁNODO VA EN EL FONDO DEL HORNO, UNIDO ELÉCTRICAMENTE AL BAÑO, Y SE REQUIEREN CABLES ELÉCTRICOS DESDE EL ÁNODO HASTA EL RECTIFICADOR. -AL CIRCULAR LA CORRIENTE CONTINUA SIEMPRE EN EL MISMO SENTIDO, SE PRODUCE UNA CIERTA AGITACIÓN DEL BAÑO QUE RESULTA BENEFICIOSA PARA UNIFORMIZAR COMPOSICIÓN Y TEMPERATURA Y ABSORBER LA CARGA CUANDO SE INTRODUCE CONTINUAMENTE. - EL ELECTRODO ÚNICO EN C.C. ESTÁ MÁS SEPARADO DE LAS PAREDES QUE LOS TRES ELECTRODOS EN C.A., POR LO QUE EL ÍNDICE DE EROSIÓN DEL REFRACTARIO ES MÁS REDUCIDO. EN EL ÍNDICE DE EROSIÓN INTERVIENEN, ADEMÁS DE LA DISTANCIA A LAS PAREDES, OTROS FACTORES COMO LA LONGITUD DEL ARCO Y LA TENSIÓN APLICADA, QUE SON DIFERENTES EN C.A. Y EN C.C. - ES NECESARIO ASEGURAR UN BUEN CONTACTO ENTRE EL ÁNODO Y LA CARGA LO QUE EXIGE DETERMINADOS CUIDADOS EN LA REALIZACIÓN Y EL MANTENIMIENTO DEL REFRACTARIO DE LA SOLERA.

15 Horno de arco radiante. LA CUBA TIENE UN MOVIMIENTO DE OSCILACIÓN DE GRAN AMPLITUD SOBRE ROLDANAS (1), LO QUE PERMITE QUE EL METAL FUNDIDO SE DESPLACE EN EL INTERIOR, ABSORBIENDO EN GRAN PARTE EL CALOR ALMACENADO POR EL REVESTIMIENTO (6) EN SU EXPOSICIÓN, DURANTE UNA GRAN PARTE DEL TIEMPO, A LA RADIACIÓN DIRECTA DEL ARCO. DE ESTE MODO SE UNIFORMIZA LA TEMPERATURA EN EL BAÑO Y SE REDUCEN LAS PÉRDIDAS DE CALOR POR EL REVESTIMIENTO. TERMINADA LA FUSIÓN EL MECANISMO DE OSCILACIÓN (8) ACTÚA SOBRE UN MAYOR ÁNGULO PARA COLAR EL METAL FUNDIDO. LA CARGA SE REALIZA MANUALMENTE O MEDIANTE EL VUELCO DE CESTONES A TRAVÉS DE UNA PUERTA (5) QUE SE DISPONE SOBRE LA PARTE CILÍNDRICA DE LA CUBA, ENFRENTADA, NORMALMENTE, AL PICO DE COLADA.

16 Disposición general del horno de arco sumergido.
HORNOS DE ARCO Disposición general del horno de arco sumergido. LOS ELECTRODOS PUEDEN SER: DE GRAFITO, COMO EN LOS HORNOS DE ARCO DE FUSIÓN DE ACERO (TIPO HEROULT) - DE PASTA COCIDA DURANTE EL PROCESO EN EL HORNO (ELECTRODO CONTINUO SODERBERG).

17 EL CALENTAMIENTO POR ARCO TIENE UNA IMPORTANCIA SECUNDARIA, SIENDO PREDOMINANTE EL CALENTAMIENTO POR EFECTO JOULE, DEBIDO A LA CORRIENTE ELÉCTRICA QUE PASA POR LA CARGA, LO QUE PROVOCA SU CALENTAMIENTO PREVIO, SU FUSIÓN PASTOSA Y, FINALMENTE, SU FUSIÓN LÍQUIDA, PREVIA AL PROCESO QUÍMICO DE REDUCCIÓN QUE TIENE LUGAR, EN MUCHOS CASOS. LAS TENSIONES QUE SE UTILIZAN SON DEL ORDEN DE 100 V CON INTENSIDADES DE A A. LOS CONSUMOS ESPECÍFICOS SON MUY ELEVADOS. UNOS VALORES TÍPICOS SON: LOS EQUIPOS SON DE GRAN POTENCIA

18 UNA LÍNEA DE ENTRADA EN ALTA TENSIÓN.
HORNOS DE ARCO LOS HORNOS DE ARCO DE FUSIÓN DE ACERO SE BASAN EN LA TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA EN CALOR APLICADO A LA CARGA, LO QUE PROVOCA SU ELEVACIÓN DE TEMPERATURA. LA ENERGÍA ELÉCTRICA PROCEDE DE UNA RED DE CORRIENTE ALTERNA EN ALTA TENSIÓN Y LLEGA AL HORNO, PROPIAMENTE DICHO, A TRAVÉS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO QUE CONSTA BÁSICAMENTE DE: UNA LÍNEA DE ENTRADA EN ALTA TENSIÓN. UN TRANSFORMADOR PRINCIPAL, QUE REDUCE LA TENSIÓN DE ENTRADA A LA REQUERIDA EN EL HORNO. - UN CIRCUITO ELÉCTRICO, A CONTINUACIÓN DEL SECUNDARIO DEL TRANSFORMADOR, QUE TERMINA EN LOS ELECTRODOS.

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20 HORNOS DE ARCO EN LOS HORNOS DE CORRIENTE ALTERNA SE DISPONEN TRES ELECTRODOS ENCIMA DE LA CARGA, QUE ESTÁ PUESTA A TIERRA, Y EL ARCO SALTA ENTRE ELECTRODOS A TRAVÉS DE LA CARGA, ES DECIR, CADA ELECTRODO HACE ALTERNATIVAMENTE DE CÁTODO Y ÁNODO.

21 HORNOS DE ARCO EN LOS HORNOS DE CORRIENTE CONTINUA SE DISPONE UN ELECTRODO, QUE HACE DE CÁTODO, ENCIMA DE LA CARGA, EN CUYA PARTE INFERIOR SE SITÚA EL ÁNODO. EL ARCO SALTA ENTRE EL CÁTODO Y LA CARGA PASANDO LA CORRIENTE ELÉCTRICA HASTA EL ÁNODO QUE ESTÁ EN CONTACTO CON LA CARGA. DESDE ÉSTE SE CIERRA EL CIRCUITO MEDIANTE CABLES HASTA EL EQUIPO RECTIFICADOR, COLOCADO A CONTINUACIÓN DEL TRANSFORMADOR PRINCIPAL.

22 DICHOS PARÁMETROS SON, ENTRE OTROS:
HORNOS DE ARCO EL CIRCUITO ELÉCTRICO COMPLETO COMPRENDE RESISTENCIAS, REACTANCIAS Y CONDENSADORES QUE DETERMINAN LOS PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO DE LA INSTALACIÓN. DICHOS PARÁMETROS SON, ENTRE OTROS: - LA TENSIÓN E INTENSIDAD DE LA CORRIENTE - LAS POTENCIAS ACTIVAS A LA ENTRADA Y EN EL ARCO - LOS FACTORES DE POTENCIA EN DIVERSOS PUNTOS

23 1.- MÁXIMA PRODUCCIÓN, QUE PROCEDERÁ DE LA MAYOR POTENCIA EN EL ARCO.
HORNOS DE ARCO LOS PARÁMETROS SE LLEVAN A DIAGRAMAS DE FUNCIONAMIENTO QUE PERMITEN DETERMINAR LAS CONDICIONES ÓPTIMAS DE FUNCIONAMIENTO, QUE PUEDEN SER, ENTRE OTRAS: 1.- MÁXIMA PRODUCCIÓN, QUE PROCEDERÁ DE LA MAYOR POTENCIA EN EL ARCO. 2.- MÁXIMO RENDIMIENTO, ES DECIR, MÍNIMAS PÉRDIDAS ENERGÉTICAS RESPECTO A LA POTENCIA CONSUMIDA, LO QUE DETERMINA NORMALMENTE UN PUNTO DE FUNCIONAMIENTO A POTENCIA EN EL ARCO ALGO INFERIOR A LA MÁXIMA. 3.- MÍNIMO COSTE DE FUNCIONAMIENTO, LO QUE IMPLICA, NO SÓLO EL COSTE DELA ENERGÍA SINO OTROS (CONSUMO DE ELECTRODOS Y DE REFRACTARIO, CARGA, MANO DE OBRA, ETC.).

24 Características del arco entre dos electrodos idénticos.
HORNOS DE ARCO Características del arco entre dos electrodos idénticos. EL CÁTODO, CALENTADO POR EL PASO DE CORRIENTE, EMITE ELECTRONES QUE SE DESPLAZAN HACIA EL ÁNODO BAJO EL EFECTO DEL CAMPO ELÉCTRICO QUE SE CREA ENTRE LOS ELECTRODOS. LAS MOLÉCULAS DE GAS SE IONIZAN AL PASO DE LOS ELECTRONES, SE HACEN CONDUCTORAS Y ASEGURAN EL PASO DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA, AUNQUE LOS ELECTRODOS ESTÉN SEPARADOS. LAS MOLÉCULAS IONIZADAS, ACELERADAS POR EL CAMPO ELÉCTRICO, CHOCAN CONTRA EL CÁTODO Y LO CALIENTAN DANDO LUGAR A UNA MAYOR EMISIÓN DE ELECTRONES.

25 FISICA DEL ARCO ELECTRICO

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33 HORNOS DE ARCO Circuito simplificado de horno de arco.

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36 HORNOS DE ARCO SE DEFINE EL RENDIMIENTO ELÉCTRICO, E COMO LA RELACIÓN ENTRE LA POTENCIA DESARROLLADA EN EL ARCO Pa Y LA POTENCIA CONSUMIDA.

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38 Potencia en el arco adimensional
HORNOS DE ARCO Potencia en el arco adimensional en función de r y x.

39 HORNOS DE ARCO EN LA PRÁCTICA LOS VALORES DE r Y x SON ALTOS, LA CURVA RESULTA MUY APLANADA Y SE PUEDE FUNCIONAR CERCA DE (Pa)MÁX EN UNA AMPLIA GAMA DE VALORES. NO INTERESA TENER VALORES MUY BAJOS DE R Y X YA QUE DARÍAN LUGAR A INTENSIDADES MUY ALTAS SEGÚN LA FÓRMULA POR LO QUE HAY QUE BUSCAR UN COMPROMISO.

40 Potencia consumida adimensional
HORNOS DE ARCO Potencia consumida adimensional en función de r y x.

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42 HORNOS DE ARCO SIN EMBARGO, INTERESA EL RENDIMIENTO EN LAS PROXIMIDADES DE (Pa)MÁX SIN QUE P — (Pa)MÁX SEA MUY ELEVADO.

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