Forn d'arc elèctric
Un forn d'arc elèctric (sigles en anglés: EAF ('Electric Arc Furnace')) és un forn que es calfa per mig d'un arc elèctric.
Els tamanys d'un forn d'arc elèctric van des de la tonellada de capacitat (utilisat en fundició) fins a les 400 tonellades de capacitat utilisat en l'indústria metalúrgica. Ademés, existixen forns de laboratori i usats per dentistes que tenen una capacitat d'a penes dotze grams.
La temperatura en l'interior d'un forn d'arc elèctric pot alcançar els 3800 graus Celsius.
Història
El primer forn elèctric d'arc ho va desenrollar el francés Paul Héroult, en una planta comercial establida en EE. UU. en 1907. En principi, l'acer obtingut per forn elèctric era un producte especial per a la fabricació de màquines ferramenta i d'acer per a resorts. També es varen utilisar per a preparar carbur de calcio per a les llànties de carbur.
En el XIX, el forn d'arc elèctric es va escomençar a amprar en la fundició de ferro. Sir Humphry Davy va portar a terme una demostració experimental del forn en 1810; el método de soldadura per arc elèctric va ser investigat per Pepys en 1815; Pinchon va intentar crear un forn electrotérmico en 1853; i, en 1878 - 79, Wilhelm Siemens va patentar el forn d'arc elèctric. El forn elèctric de Stessano era un forn d'arc que rotaba per a mesclar la colada.
Els forns d'arc elèctric varen ser utilisats en la Segona Guerra Mundial per a la producció d'aleacions d'acer, va anar despuix quan la fabricació d'acer per este método va escomençar a expandir-se. El baix cost en relació en la seua capacitat de producció va permetre establir-se noves acería en Europa en la postguerra, i també va permetre competir en baix cost en els grans fabricants d'Estats Units, tals com Bethlehem Steel i U.S. Steel, en productes de viguería, cables i laminados per al mercat nortamericà. Quan Nucor, que ara és un dels majors productors d'acer dels Estats Units,[1] va decidir entrar en el mercat d'acers allargats en 1969, varen escomençar en una acería menuda, en l'interior de la qual es trobava el forn d'arc elèctric. Pronte li varen seguir atres fabricants. Mentres Nucor creixia ràpidament a lo llarc de la costa este dels Estats Units, les empreses que li seguien en operacions mercantils localisades per a acers allargats i viguería, a on l'us del forn d'arc elèctric permetia flexibilitat en les plantes de producció, adaptant-se a la demanda local. Este mateix patró va ser seguit en atres països, en a on el forn d'arc elèctric s'utilisava principalment per a producció de viguería.
En 1987, la companyia Nucor va prendre la decisió d'expandir el seu negoci en el mercat de productes laminados, utilisant per a això el forn d'arc elèctric.[2] El fet de que un forn d'arc elèctric use acer procedent de ferralla com a matèria primera té un impacte en la calitat d'un producte laminado, pel control de calitat llimitat sobre les impurees que conté un acer procedent de ferralla.
Construcció
El forn d'arc elèctric per a acería consistix en un recipient refractario allargat, refrigerat per aigua per a tamanys grans, cobert en una volta també refractaria i que a través de la qual un o més electrodos de grafit estan estajats dins del forn. El forn està compost principalment de tres parts:
- L'armassó, que consistix en les parets refractarias i la fonamentació.
- La llar, que consistix en el llit refractario que voreja la fonamentació.
- La volta o coberta, d'aspecte esfèric o de frustrum (de secció cònica), cobrix el forn en material refractario. Pot estar refrigerada en aigua. La volta està construïda en materials d'alta resistència giroscòpica (generalment formigó refractario) per a soportar grans chocs tèrmics i en la que es troben els electrodos de grafit que produïxen l'arc elèctric.
La llar pot tindre una forma hemiesférica o ovoidal. En tallers de fundició moderns, el forn sol alçar-se del sol, aixina la cuba i els abocadors i les culleres de colada poden maniobrar sobre la base del forn. Separat de l'estructura del forn està el sistema elèctric i el soport de l'electrodo, ademés de la plataforma basculant sobre la que descansa el forn.
Un forn típic de corrent alterna té tres electrodos. Els electrodos tenen una secció redona i, per lo general, segments en acoplament roscados, de modo que a mida que es desgasten els electrodos, es poden agregar nous segments. L'arc es forma entre el material carregat i l'electrodo. Aixina la càrrega es calfa tant per la corrent que passa a través de la càrrega com per l'energia radiant generada per l'arc. Els electrodos pugen i baixen automàticament per mig d'un sistema de posicionament, que pot amprar ya siguen montacargas elèctrics o cilindres hidràulics.
El sistema de regulació manté aproximadament constant la corrent i la potència d'entrada durant la fusió de la càrrega, a pesar de que la ferralla pot moure's baix dels electrodos a mida que es derrite. Els braços del màstil de subjecció dels electrodos duen pesats embarrados, els quals poden ser buits, en canonades de coure refrigerades per aigua, duent corrent elèctrica a les subjecció dels electrodos. Els moderns sistemes utilisen "braços calents", a on el braç sancer conduïx la corrent, aumentant el rendiment. Estos es poden fabricar d'acer revestit de coure o d'alumini. ya que els electrodos es mouen de dalt avall, de forma automàtica per a la regulació de l'arc i s'alcen per a permetre llevar la volta del forn, uns cables refrigerats per aigua pesada conecten el fes de tubos i braços en el transformador situat junt al forn. Per a protegir el transformador de la calor, este s'instala en una cambra acorazar.
El forn està construït sobre una plataforma basculant per a que l'acer líquit s'aboque en un atre recipient per al transport. L'operació d'inclinament del forn per a abocar l'acer fos es coneix com "tapping". Originalment, tots els forns de producció d'acer tenien un caño per a abocar, que estava revestit de refractario, pel que aliviaven quan estaven inclinats, pero a sovint els forns moderns tenen una desembocadura excèntrica en la part inferior (EBT) per a reduir l'inclusió de nitrogen i d'escoria en l'acer líquit. Estos forns tenen una obertura que passa verticalment a través de la llar i l'armassó, i es troba fòra del centre en l'estreta "nas" de la llar ovalada. Les plantes modernes poden tindre dos armassons en un sol sistema d'electrodos que es poden transferir entre els dos armassons; un armassó precalienta la ferralla mentres que l'atre armassó s'utilisa per a la fusió. Atres forns basats en corrent contínua tenen una disposició similar, pero tenen electrodos per a cada armassó i un sol sistema electrònic.
Existixen forns de CA que per lo general exhibixen un patró de calor i punts frets al voltant del perímetro de la llar, en els punts frets situats entre els electrodos. Hi ha forns moderns que monten cremadors de combustible d'oxigen en la paret lateral i els utilisen per a proporcionar energia en eixos punts frets, conseguint un calfament de l'acer més uniforme. L'energia química adicional es proporciona per mig de l'injecció d'oxigen i carbono en el forn; històricament açò es feya a través de lanzallamas en la porta de la escoria, ara açò es fa principalment a través de múltiples equipaments d'injecció empotrats en la paret.
Un modern forn de fabricació d'acer de tamany mijà té un transformador de 60 MVA de potència, en una tensió secundària entre 400 i 900 volts i una corrent secundària de més de 44.000 amperis.
En un taller modern, un forn deuria produir una cantitat de 80 tonellades mètriques d'acer líquit en aproximadament 60 minuts de càrrega en ferralla frigga per a aprofitar el forn. En comparació, els forns bàsics d'oxigen poden tindre una capacitat de 150-300 tonellades per lot, i poden produir un lot entre 30 i 40 minuts. Existixen enormes variacions en els detalls del disseny i el funcionament del forn, depenent del producte final i les condicions locals, aixina com dels últims estudis per a millorar l'eficiència del forn. El major forn dedicat a ferralla (en térmens de capacitat i de tamany de transformador) es troba en Turquia, en una capacitat de 300 tonellades mètriques i un transformador de 300 MVA.
Referències
- ↑ World Steel Website
- ↑ Preston, R., American Steel. Avon Books, New York, 1991
- H. W. Beaty (ed), "Manual Estàndar per a Ings. Elèctrics, 11ª Ed.", McGraw Hill, New York 1978, ISBN 0-07-020974-X
- J.A.T. Jones, B. Bowman, P.A. Lefrank, Electric Furnace Steelmaking, in The Making, Shaping and Treating of Steel, R.J. Fruehan, Editor. 1998, The AISE Steel Foundation: Pittsburgh. p. 525-660.
Referències
- Este artícul conté una traducció derivada de «Horno de arco eléctrico» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.