ACERIA

SANGRADO

HORNO DE FUSION
ELECTRICO
 Cuando el horno de fusión está listo para sangrar en el baño de acero
se cumple el equilibrio termodinámico entre el Carbono y el oxígeno
disueltos

El coeficiente
de equilibrio
es

Como la
actividad del
CO es la unidad

luego como

entonces
a 1650 °C

La influencia de la temperatura no
es demasiados alta

La solubilidad del oxígeno en el acero líquido es del 0.16%

La solubilidad en el acero sólido es de 0.003%.

Por lo tanto, se
deberá desoxidar el
acero antes de la
solidificación, para
evitar el
desprendimiento de
gases (CO) durante
ésta en la colada
continua.
DIAGRAMA DE ELLINGHAM

para disminuir la
concentración de
oxígeno en el
acero líquido se
le agrega un
elemento muy
oxidable, de
manera que el
contenido de
oxigeno baje de
10 ppm

Si
Al
En horno cuchara
se inyecta

Ca

DESOXIDACION EN EL SANGRADO

Si + 2O SiO2 + ∆H
2Al + 3O Al2O3 + ∆H

Entalpía de
oxidación
importante
 SANGRADO

ACERO ACERO
0.05%C 0.05%C
500 ppm O 30 ppm O
1630 °C 1620 °C
Sin escoria
Si SiO2 + ∆H
20 ppm O

SANGRADO

ACERO ACERO
0.05%C 0.05%C
500 ppm O 10 ppm O
1630 °C 1630 °C
Sin escoria
Al Al2O3 + ∆H
20 ppm O
 desoxidacion:
Para reducir el oxígeno disuelto se requiere:
54
(500 -10) =512 ppm Al = 490 x 5.82 kWh/kg Al
48

Para combinar con los 20 ppm O2 atrapado en el chorro :

54
(20) = 22,5 ppm Al = 22,5 x 7.19 kWh/kg Al
48

Por ton acero:

0.512 x 5.82 kWh + 0.0225 x 7.19 kwh = 3.14 kwh.

Considerando un calor específico de 0.22kwh/(ton °C),

equivale a un aumento de temperatura de 3.14/0.22 = 14 °C.

SANGRADO
Durante el sangrado se adicionan:
• Ferroaleaciones
• Escorias sinteticas
• Cal
• Fundentes

Esto significa que el acero se enfría

Existen coeficientes de refrigeración para las distintas
adiciones para calcular el enfriamiento esperado del
acero líquido.
 SANGRADO
Rendimiento de las Adiciones

1. Perdida de rendimiento por exceso de finos que se

pierden en el sistema de adiciones.
2. Pérdida de rendimiento por oxidación con el aire.
3. Pérdida de rendimiento por oxidación por reacción
con oxígeno y azufre del baño líquido y de la escoria.

RENDIMIENTO DE LAS ADICIONES

Elementos de adición v/s del material de adiciones
FeMn: Fe, 74%Mn, 7% C, Si, P, S,
SiMn: Si, Mn, Fe, P, S
FeSi: Fe, Si, P, S …
FeCr:
Pero el Material de adiciones puede contener finos que se
pierden con los humos, que flotan en la escoria, se oxidan
con el aire, etc .. y otros materiales, como plásticos,
piedras, madera, etc..
 RENDIMIENTO
De la parte de la Ferroaleación que llega al baño:
una parte pasa al metal como elemento de aleación
• una parte reacciona con el Oxígeno del baño
• una parte reacciona con el Azufre del baño
y terminan en la escoria

Este es el rendimiento químico, que junto el factor del

oxígeno del aire se refiere a cada elemento del material,
y no al material en sí:

Ca-Si Rend Ca= casi 0 Rend Si= al menos 1,0

REND = (rend material) x (factor oxidación aire) x (rend químico)

Un rendimiento químico puede ser > 100%

Si se adiciona un desoxidante fuerte (Al Ca) y una aleación

usual (SiMnCr) a una cuachara que contiene cantidades de
óxidos de estos elementos (MnO SiO2 Cr2O3). En este caso
parte de estos óxidos se reducen, por lo cual las adiciones
parecen tener un rendimiento superior al 100%.

En el caso de formadores de escoria que son óxidos o

fluoruros el rendimiento siempre es, por definición, igual a 1.0
 SANGRADO

El sangrado por EBT (excentric-bottom-tapping) del

horno es rápido, el chorro es compacto, atrapa poco aire
y la cantidad de escoria traspasada a la cuchara es poca.

Oxigeno del aire

Oxigeno de óxidos
de la escoria
elemento oxidado
elemento de aleación en la escoria
en los gases
Oxigeno disuelto
En el baño

ADICIONES DURANTE EL SANGRADO

Si + 2O SiO2 + ∆H
2Al + 3O Al2O3 + ∆H

Entalpía de
oxidación
importante
 SANGRADO

ACERO ACERO
0.05%C 0.05%C
500 ppm O 10 ppm O
1630 °C 0.040 %Al
Sin escoria 1630 °C
Al Al2O3 + ∆H
20 ppm O

desoxidacion:
Para reducir el oxígeno disuelto se requiere:
54
(500 -10) =512 ppm Al = 490 x 5.82 kWh/kg Al
48

Para combinar con los 20 ppm O2 atrapado en el chorro :

54
(20) = 22,5 ppm Al = 22,5 x 7.19 kWh/kg Al
48

Por ton acero:

0.512 x 5.82 kWh + 0.0225 x 7.19 kwh = 3.14 kwh.

Considerando un calor específico de 0.22kwh/(ton °C),

equivale a un aumento de temperatura de 3.14/0.22 = 14 °C.
 Rendimientos de las adiciones
REND = (rend material) x (factor oxidación aire) x (rend químico)

% finos diseño de
% de ganga sangría (EBT) calculable

rendimiento experimental

ADICION DE FERROALEACIONES:
Calentamiento
2-4 minutos
Fusión
Mezcla al baño – Homogeneización

ADICION DE ADICIONES DE ALTO PUNTO DE FUSION

Calentamiento
Disolución lenta Cr, Mo, W,
Co,
Homogeneización
LA FUSION y homogeneización toma tiempo en función de
la tempearatura del baño:

sobrecalentamiento disolucion adición

del baño /°C) (minutos)
30 – 40 10 – 15
70 – 80 3– 4

No deje caer el sobrecalentamiento a menos del 50°C

Velocidad de velocidad de
enfriamiento < calentamiento

ejemplo:
Fe Mn alto carbono ∆Mn = 1%
requiere adición de 10/0.80 =12.5 kg/ton de FeMn
∆T asociado= - 2.1 °C/(kg ton) = 12.5*(- 2.1) = -26 °C.

Calentamiento típico horno eléctrico = 5°C/min.

Calentamient necesario = 26/5=5.1 min + 2 min (estimado)
 escorias

CaO + SiO2 silicatos

de calcio

Composición química
depende la basicidad
de la escoria
Entalpía de formación conocida

La Adición de Cal a la escoria enfría -3.1 °C/(kg cal ton).

Por otro lado CaO + SiO2 es exotérmico +1.4 ºC/(kg ton) de
CaO en (2CaOxSiO2)
Efecto neto por adición de CaO para formar 2CaOxSiO2,
es -3.1 + 1.4 = -1.7 °C(kg/ton)

La Cal y el Espato tienen approx. el mismo coeficiente de

enfriamiento : una adición de 14 kgs por ton para obtener
10cm de escoria enfriaría el baño -3.1*14 = -43.4 °C.

Cada kg of cal y/o espato aumenta el consumo de energía en

approx. 1kwh, y el consumo de electrodos en 0.01kg.
Adición (+1%) Característica ∆T
Aluminio Granalla – sin desoxidación - 4ºC
Desoxidación por Aluminio + 34ºC
Fierro Chatarra -20ºC
Ferro-Manganeso 74%Mn / 6,8 %C -30ºC
Silico-Manganeso 70%Mn / 20%Si -21ºC
Ferro-Molibdeno 72%Mo -21ºC
Ferro-Niobio 65%Nb -17ºC
Ferro-Silicio Sin desoxidación +3ºC
Desoxidación con Si 1000 ppm +22ºC
Ferro-Titanio 30%Ti / 4,5%Al sin desoxidación -61ºC
Ferro-Vanadio 80%V -17ºC
Cal para escoria 500 Kcal/kg -25ºC

escoria
Nunca pase escoria del horno de fusión a la cuchara:
máximo aceptable 1-2 cm (100 – 200 kg) ,
• la escoria del horno de fusión es oxidada
• consume gran cantidad de desoxidante
• utiliza tiempo para llegar al equilibrio
• es una fuente de oxígeno fuera de control
• es una fuente importante de re-fosforación

Cal libre,
90%CaO / 7% Fe / 3% Mn

Silicato de Calcio
70% Ca / 20% Si / 1%P

Ferrita de Calcio
60%Fe / 20%Ca / 5%P
 MUESTRAS

Los muestreadores se
pueden suministrar con o
sin desoxidantes.
Los desoxidantes pueden
ser Al o Zr

TEMPERATURA
Por inmersión de termopar desechable.
La fuerza electromotriz /emf) se coinvierte en medición
de Temperatura. Precisión = +/- 3 °C , equipo +/- 2C.

Hasta 1500 °C
Platino – Platino-Rhodio Hasta 1650 °C
Calibración
 OXIGENO DISUELTO
La actividad del oxígeno se mide por un sensor CELOX de
inmersión, desechable.
El sensor contiene una celda galvánica (electrolito sólido
CaO - Zr02 estabilizado) y un termopar
Tiempo de medición 12 to 15 seg.
Actividad de oxigeno Tipo de Acero
2-7 ppm calmado al aluminio
15-40ppm calmado al Silicio
Contenido de Aluminio Tipo de Acero
% Al calmado al aluminio
Contenido de Carbono Tipo de Acero
%C efervescente %C > 0,10
Calibración 1-100 ppm oxígeno (acero calmado)

OXIGENO DISUELTO
El sensor CELOX mide
ACTIVIDAD DE OXIGENO
El resultado del %C es solo
un cálculo matemático, de
acuerdo a la fórmula

Eventualmente el resultado del %Al es solo un cálculo

matemático, de acuerdo a la fórmula del equilibrio del
Aluminio con el oxígeno.
 OXIGENO TOTAL
OXIGENO TOTAL =
OXIGENO DISUELTO + OXIGENO EN OXIDOS
+ EN OXI-SULFUROS + EN OXI-NITRUROS

Tambien mide limpieza del acero.

El acero desoxidado es muy propenso a la re-oxidación
durante el muestreo.

Asegurese que la muestra no contenga escoria: muestra

tipo Bofors.
Muestras lolly-pop NO producen resultados reproducibles.

HIDROGENO
MUY DIFICIL DE TOMAR MUESTRAS REPRESENTATIVAS
Difusión del hidrógeno durante el muestreo – en estado
sólido: humedad - difusión – poros - .

Medición típica: pin con vacío - templar en agua y

nitrógeno líquido. En el laboratorio mantener frío, cortar y
analizar.
Desviación standard = 0,2 ppm (sobre 1.0 – 1,5 ppm)
HYDRIS =
desviación standard = 0.1ppm sobre 2 -12 ppm

temperatura y homogeneización
• CALCULE la TEMPERATURA DE LIQUIDUS segun la composición
química real
• EL FUNCIONAMIENO DEL TAPON POROSO DEPENDE DE LA
TEMPERATURA DE INICIO DE BURBUJEO
• Calcule T cuchara = T liquidus + 35ºC al sangrar el horno de fusión.

• ASEGURE UN BUEN BURBUJEO

• Tome la Primera Muestra después de calentar al menos 3 minutos
con escoria líquida y reactiva
• Lo razonable es burbujear con un “OJO” de 25 – 30 cm diámetro
con ello asegura una composicion química representativa
• Evite un “OJO” demasiado grane para evitar re-oxidación
• Además el ARGON es CARO
 INYECCION DE Silico_Calcio
Inyecte alambre de Silico-Calcio (SiCa)

Hora = 10 – 15 minutos antes de abrir cuchara

Oxígeno libre CELOX antes de la inyección < 40 ppm
Burbujeo = argón / suave (“OJO” 5-10 cm)
diámetro alambre = 13 mm
Cantidad de Calcio = 350 gr/ton
velocidad inyección = 150-180 mts/minuto

Oxígeno libre CELOX despues de la inyección 5-8 ppm

PROBLEMAS
Corte de electricidad

1. Disminuya el burbujeo a 60 litros/minuto

(mantenga el “OJO” en diámetro de 5 a 10 cm)
2. Levante electrodos con sistema de emergencia
3. Levante la tapa con sistema de emergencia
4. Retire la cuchara si es posible
para que queda a alcance de grúa
 PROBLEMAS
Traspaso de Escoria del Horno de Fusión

1. Si hay mucha escoria bote parte al piso

2. Agregue polvo de Ferrosilicio sobre la escoria
3. Caliente durante 3 minutos y agregue cal
4. Caliente 5 minutos y mida Celox
5. Si Oxígeno libre > 100 ppm repita el proceso
6. Si Oxígeno libre < 100 ppm tome muestra
y comience el tratamiento usual.

PROBLEMAS
No burbuejea en absoluto

1. Revise las conecciones y repare si necesario

2. Prepare una cuchara vacía
3. Trate de destapar el tapón poroso usando
máxima presión
4. Si el tapón poroso no abre, transvasije a una
cuchara nueva
5. Verifique el burbujeo
6. Caliente a máxima potencia por 10 minutos
 PROBLEMAS
Burbujeo débil e insuficiente a la llegada al horno
cuchara
1. Revise las conecciones y repare si necesario
2. Caliente a máxima potencia por 5 minutos
3. Prepare una cuchara vacía
4. Trate de destapar 2 o 3 veces el tapón poroso
usando máxima presión
5. Si el tapón poroso no abre, transvasije el
acero a una cuchara nueva cuchara
6. Verifique el burbujeo
7. Caliente a máxima potencia por 10 minutos

GRACIAS