El Alto Horno

Hornos

Hornos usados en metalurgia

Un horno es un dispositivo donde se realizan transformaciones físicas y químicas a elevada temperatura,

…pudiendo decir como primera descripción que se trata de un recipiente donde se colocan minerales o metales para su tratamiento con el aporte de calor proveniente de un combustible adecuado que se quema o de la energía eléctrica. Fundamentalmente están constituidos por una estructura resistente metálica recubierta interiormente con un material destinado a estar en contacto con el contenido capaz de soportar dicho contacto y las elevadas temperaturas (material refractario).

Por consiguiente la primera condición de un refractario es que debe tener un punto de fusión elevado, mayor que la temperatura de trabajo del horno.

Debe soportar el ataque químico de la sustancia que está en contacto  con él y esto quiere decir que no deben combinarse; están constituidos principalmente por sílice y la principal materia prima es el cuarzo molido que contiene hasta un 98%. Puede hacerse mezcla de cuarzo materiales que contengan alúmina como la arcilla, la caolinita, bauxita, etc.

En todos los casos los refractarios pueden emplearse como ladrillos prensados, o bien en forma de polvos o cementos con aglutinantes adecuados.

Los hornos generalmente llevan un aislante térmico (poroso) junto a la chapa, y sobre éste se aplica el refractario.

 

Según la naturaleza de la energía utilizada los hemos clasificado en hornos a combustibles y hornos eléctricos

·           En los primeros el combustible es empleado directamente transfiriendo su calor;

·      En los hornos eléctricos la corriente eléctrica se transforma en energía calórica, ya sea por medio de una resistencia independiente (efecto Joule), o haciendo saltar un arco eléctrico, o por el efecto Joule de una corriente inducida en el seno del metal a tratar. A los hornos a resistencia los hemos clasificados según la forma en que el calor pasa desde la resistencia al metal.

 Clasificación

 Hornos a Combustible

DE CUBA à combustible y mineral arden juntos

·        Alto Horno

Un alto horno es una estructura con forma de dos troncos de conos unidos por sus bases (la cuba y el vientre) de paredes refractarias de 2,5 m de espesor y que mide de 40 a 60 m de altura aproximadamente.

La forma cónica superior se justifica porque así se facilita el descenso de las cargas evitando obstrucciones y se mantiene la velocidad de ascenso de los gases que van disminuyendo su volumen al disminuir la temperatura; la forma cónica inferior, a su vez, se justifica porque allí ya todo lo que fluye se ha licuado (escoria . hierro) y, en consecuencia, hay disminución de volumen que debe compensarse de manera que el descenso no resulte demasiado rápido para que haya el tiempo y contacto necesarios para que se efectúen las reacciones químicas.

Un horno de gran dimensión puede producir diariamente 12.000 toneladas de arrabio, 4.000 toneladas de escoria, y 27.000 toneladas de gas de tragante, consumiendo 23.000 toneladas de materiales de carga, 18.000 t de viento (aire) y 1.700 t de gas natural.


La proporción en la producción de hierro (arrabio) es de 7 a 1, por ejemplo si se cargan 7 toneladas de materias primas se obtiene 1 tonelada de arrabio aproximadamente.


Si te interesa leer más material sobre la producción de hierro y acero te indico el siguiente enlace:

Fabricación de Hierro y Acero

·        Crisol

En el crisol colocado en el interior del horno se carga el mineral  y a través de quemadores calientan la carga según la temperatura necesaria.

ALTO HORNO



HORNOS DE REVERBERO à el combustible arde en cámara separada; para fusión y tostación 

La característica fundamental es la recuperación de calor de los gases de combustión, contando para ello con cámaras donde hay un enrejado de ladrillos refractarios, los cuales trabajan alternativamente, primero calentándose con los gases de escape y luego invirtiendo el proceso y haciendo circular por ellos el aire que ingresa para la combustión. Para acortar el proceso el aire puede ser enriquecido con oxígeno.



 CONVERTIDORES à  Son dispositivos donde se carga el metal en bruto, y se obtiene el metal afinado.

 Están constituidos por una envoltura metálica  con un grueso revestimiento refractario interior. EL más utilizado en la actualidad es el LD, (esta denominación se debe a que se tomó el nombre de las ciudades austriacas de Linz y Donavitz, cuyas acerías fueron las primeras que aplicaron esta técnica), que se diferencia del resto porque en lugar de soplar aire a presión a través de la masa líquida, se sopla oxígeno con una lanza especial sobre la superficie. El convertidor puede bascular para permitir su carga y operación.


Producción de acero en convertidor LD




 Hornos eléctricos

 Se obtienen ventajas técnico-económicas en los procesos y se posibilita la obtención de otros productos que antes no se podían lograr industrialmente, como el aluminio lo que hizo posible su enorme desarrollo actual.

Los productos obtenidos son más puros, más homogéneos y en general de mejor calidad que los obtenidos en hornos a combustibles, y los procesos son de mejor rendimiento, requieren menos manos de obra, siendo posible un más exacto control de temperatura. Sus instalaciones ocupan menos espacios ya que no son necesarios depósitos y accesorios para el combustible.

Por todas estas ventajas, en general son preferidos a pesar del elevado costo de la energía eléctrica. Además no debe olvidarse que el rendimiento calórico de un horno eléctrico es mucho mayor que el de un horno a combustible, ya que no hay escapes de gases a la chimenea y porque el calor se produce precisamente en el mismo sitio en que es requerido. La elección, entonces, debe ser precedida de un cuidadoso estudio técnico-económico.





 ·    Los hornos a resistencia

producen el calor utilizando el efecto de Joule de una corriente eléctrica que pasa a través de una resistencia que se coloca en la cámara donde se encuentran los materiales a calentar, y según cuál sea la forma en que el calor pasa de la resistencia al material  se distinguen tres tipos que tienen aplicaciones específicas:

§ Por conducción: hay contacto directo

§ Por irradiación: por energía radiante

§ Por convección: el calor se transmite por corriente de aire

En todos los casos pueden emplearse resistencia metálicas o no metálicas; las metálicas generalmente se usan hasta 1.200 ºC, son alambres constituidos por distintas combinaciones de níquel, cromo, aluminio con hierro. Para mas altas temperaturas se utiliza el tungsteno. Como resistencias no metálicas se usan el grafito y el carburo de silicio.

 §    Los hornos de arco

Utilizan el calor producido por el arco eléctrico que salta entre dos o mas electrodos cuya temperatura es superior a los 3.000 ºC. Se distinguen distintos tipos:


§ Arco indirecto: el arco salta entre electrodos, es para fundir no férreos y aceros en cantidades limitadas

§ Arco directo: El arco salta entre electrodo y metal.

§ Solera conductora: El arco salta entre electrodos y metal y la corriente atraviesa este saliendo por el electrodo empotrado en el piso, refrigerado por agua.

En estos dos últimos tipos pueden emplearse en capacidades muy grandes, 50 toneladas y aún más. Los electrodos son de carbón aglomerado y apisonado y su altura puede regularse mediante dispositivos hidráulicos o eléctricos.


§    Los hornos a inducción

Producen el calor en el seno mismo del material a calentar, teniendo aproximadamente un 10% más de rendimiento calórico que los hornos a arco. Se distinguen:

  • Baja frecuencia: Trabajan según el principio del transformador estático y por consiguiente tienen núcleo magnético, y el secundario, constituido por el metal a calentar, debe estar en cortocircuito; el flujo variable que circula por el núcleo magnético induce en el secundario una corriente eléctrica grande y lo funde.
  • Alta frecuencia: Consisten fundamentalmente en un crisol donde se coloca el material a calentar; éste está rodeado de una bobina hecha de tubos de cobre por donde circula agua para refrigerarla. Son hornos sin núcleos magnéticos y se caracterizan por el gran movimiento de las cargas fundidas producido por efectos electrodinámicos de la corriente inducida. 

Fabricación de Acero en Horno Eléctrico