HORNOS ELCTRICOS

El horno elctrico se introdujo por primera vez en Estados Unidos en 1906 y en la

actualidad representan cerca del 30% de la produccin de acero de este pas. La fuente de

calor es un arco elctrico continuo, que se forma entre los electrodos y el metal cargado

(fig. 5.2). Este tipo de hornos generan temperaturas tan altas como 1925C (3500F).

Existen normalmente tres electrodos de grafito, que pueden ser hasta 750mm (30 pulg) de

dimetro y de 1.5 a 2.5 m (5 a 8 pies) de longitud. Su altura dentro del horno se puede

ajustar en respuesta a la cantidad de metal presente y al desgaste de los electrodos.

En el horno elctrico se introduca originalmente el arrabio aunque en la actualidad se

utiliza chatarra de acero y una pequea cantidad de carbono y de cal a travs del techo

abierto. El techo se sierra y se bajan los electrodos. Se establece la conexin y dentro de un

periodo aproximadamente 2 horas, el metal se funde, dependiendo del tamao del horno,

toma de 4 a 12 horas generar el calor para el acero. Entonces se aaden los elementos de

aleacin como cromo, nquel y tungsteno. La corriente entonces es desconectada, se elevan

los electrodos, el horno es inclinado y el metal fundido es vaciado en una olla de traslado,

que es un recipiente utilizado para la transferencia y vaciado del metal fundido desde el

cual se vaca en lingotes.

Las capacidades de los hornos elctricos van de 60 a 90 toneladas de acero por da. La

calidad del acero producido es mejor que el de hogar abierto o del proceso de oxigeno

bsico.

Figura 1.1 Esquematizacin de hornos elctricos (Fuente: KALPAKJIAN, SEPORE y SCHMID, STEVEN.2002. Manufactura,

ingeniera y tecnologa. Cuarta Edicin)

Para pequeas cantidades, los hornos elctricos pueden ser de tipo de induccin. El metal se

coloca en un crisol, que es un recipiente grande, fabricado de material refractario y rodeado

por una bobina de cobre, a travs de la cual se hace pasar una corriente alterna (fig. 1.1). La

corriente inducida en la carga, funde el metal. Estos hornos tambin se utilizan para volver

a fundir el metal para su colado.

Los hornos elctricos se dividen en

Hornos de arco elctrico

o Hornos de arco elctrico directo

o Hornos de arco elctrico indirecto

Hornos de induccin

HORNOS DE ARCO ELCTRICO

Las dos clases de hornos calentados elctricamente usan una fuente de calor de arco. La

calidad del metal es buena. El horno de arco elctrico directo, (fig. 7.9) en el cual el arco

corre del electrodo de carbono al metal que se va a fundir, se usa sobre todo para la fusin

de aceros de herramientas y materiales de aleacin en los cuales la composicin y las

propiedades desarrolladas deben controlarse con mucho cuidado.

Figura 1.2. Esquematizacin de un horno de arco elctrico directo. (Fuente: MOORE, Harry y KIBBEY, Donald.1997. Materiales y

procesos de fabricacin. Tercera Edicin.

Debido a que es necesario el oxgeno para la combustin, el horno puede estar cerrado

hermticamente para excluir el aire y otros gases. Los electrodos se espacian

automticamente por s mismo de la superficie del charco fundido despus de que el arco

se ha iniciado, y el control de temperatura se establece por la potencia suministrada a estos

electrodos, los cuales pueden ser de ms de un pie de dimetro en los hornos ms grandes.

El horno est montado de modo que puede inclinarse para vaciarlo despus de que se ha

terminado el proceso de fusin.

Figura 1.3. Esquematizacin de un horno de arco elctrico directo trifsico con revestimiento tipo cido y bsico. (Fuente: MOORE,

Harry y KIBBEY, Donald.1997. Materiales y procesos de fabricacin. Tercera Edicin.

El horno de Arco directo entre electrodo y solera conductora fue un esquema desarrollado

en por Girod, el arco salta entre un electrodo y el bao contenido sobre la solera

conductora. Contrarios al caso anterior, son monofsicos o de corriente continua. Hay dos

calentamientos. Uno es producido por el arco radiante indirecto, al igual que en los

Stassano tratados en prrafo anterior. El otro se deriva del efecto Joule producido por la

corriente a su paso por el bao de acero hasta el electrodo de retorno incrustado en la

solera. Pueden trabajar con el arco sumergido en la escoria, con lo cual hay ahorro

energtico y de refractarios, a la vez que hay calentamiento por resistividad Joule de la

propia escoria ionizada. A lo largo de las primeras dcadas del siglo XX fueron sustituidos

por los hornos de arco trifsico (tipo Heroult) pero desde hace poco tiempo son ellos,

trabajando en corriente continua, los que estn sustituyendo a los trifsicos, tanto en acera

como en metalurgia extractiva (Figura 27-b).

Figura 1.4. Representacin esquemtica de un horno de arco elctrico indirecto tipo Girod. (Fuente: GROOVER, Mikell. 1997.

Fundamentos de manufactura moderna, materiales, procesos y sistemas. Primera edicin.

El horno de arco elctrico indirecto se usa sobre todo para fusionar las aleaciones con base

de cobre. Se puede usar para otros metales tambin. El horno consiste en una envolvente

cilndrica de acero revestida con material refractario. El calor se produce por un marco que

se inicia y mantiene entre electrodos opuestos. El calor se rada para aumentar la

temperatura del revestimiento completo del horno lo mismo que de la carga. La oscilacin

en el horno hace que el metal fundido fluya sobre el material refractario calentado y capte

calor por combustin lo mismo que por radiacin.

Figura 1.5. Representacin esquemtica de un horno de arco elctrico indirecto. (Fuente: GROOVER, Mikell. 1997. Fundamentos de

manufactura moderna, materiales, procesos y sistemas. Primera edicin.

HORNOS DE INDUCCIN

En apariencia, un horno de fusin por induccin (figura 9.25) se asemeja a un horno del

tipo de crisol o de cuba.

El calor se produce por un flujo interno de corriente inducida.

Figura 1.6. Esquematizacin de un horno de induccin de baja frecuencia. (Fuente: MOORE, Harry y KIBBEY, Donald.1997. Materiales

y procesos de fabricacin. Tercera Edicin.

La energa se suministra al horno en forma de corriente alterna de alta frecuencia que se

pasa a travs de conductores en el cuerpo del horno para establecer un campo magntico

variable de alta frecuencia, el cual pasa a travs del metal que se calienta. El metal, que es

en s un conductor, tiene voltajes inducidos que causan el flujo de corrientes parsitas, y,

debido al flujo de corriente elctrica a travs de la resistencia (el mismo metal) causa calor,

la temperatura del metal se eleva.

Es un horno elctrico en el que el calor es generado por calentamiento por la induccin

elctrica de un medio conductivo, un metal) en un crisol alrededor del cual se encuentran

enrolladas bobinas magnticas. Y son de baja frecuencia (50 60 Hz), de media frecuencia

(200 a 10000 Hz) y de alta frecuencia (sobre 10000 Hz).

Figura 1.7 Esquematizacin de un horno elctrico por induccin (Fuente: KALPAKJIAN, SEPORE y SCHMID, STEVEN.2002.

Manufactura, ingeniera y tecnologa. Cuarta Edicin)

Los hornos de induccin especficamente utilizados para la fusin de metales se subdividen

en: Hornos de canal y Hornos de crisol. Un horno de crisol de fusin por induccin puede

tener tpicamente 10 t de capacidad de fundicin y una velocidad de fusin de 3.5t/h.

BIBLIOGRAFIA

GROOVER, Mikell. (1997). FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA

MODERNA, MATERIALES, PROCESOS Y SISTEMAS. Mxico. D.F.

PRENTICE HALL HISPANOAMERICA, S.A. Primera edicin.

KALPAKJIAN, Sepore y SCHMID, Steven R. (2002). MANUFACTURA,

INGENIERIA Y TECNOLOGIA. Mxico. D.F. PEARSON EDUCATIN. Cuarta

edicin.

KRAR, Steve; GILL, Arthur y SMID, Peter. (2009). TECNOLOGIA DE LAS

MAQUINAS HERRAMIENTA. Mxico. D.F. Alfaomega Grupo Editor. S.A. Sexta

edicin.

MOORE, Harry D. y KIBBEY, Donald R. (1997). MATERIALES Y PROCESOS

DE FABRICACIN, INDUSTRIA METALMECANICA Y DE PLASTICOS.

Mxico. D.F. Editorial Limusa, S.A. Tercera Edicin.