El sistema de perforación excéntrica del fondo (EBT) es estándar en los hornos de arco eléctrico desde finales de la década de 1980, pero sigue siendo uno de los puntos de falla más comunes en las operaciones de EAF. Un orificio de perforación que no se abre al primer intento cuesta de 3 a 8 minutos por colada. En un mes de 600 coladas, esto representa de 30 a 80 horas de producción perdida, el equivalente a entre 100 y 250 coladas que nunca se realizaron.
MONTE INTELLIGENCE ha diseñado y suministrado sistemas EBT para hornos de entre 15 y 120 toneladas. Este artículo aborda las decisiones de ingeniería, las prácticas operativas y los procedimientos de mantenimiento que determinan la fiabilidad de los sistemas EBT.
El concepto EBT es sencillo en teoría. En lugar de realizar la colada a través de la puerta de escoria, como se hacía en los hornos antiguos, el horno EBT tiene un orificio de colada en la parte inferior, desplazado del eje central. Al inclinar el horno hacia adelante, el orificio de colada queda por debajo del nivel del baño de acero, y este fluye por gravedad. Al inclinarlo hacia atrás, el orificio de colada se cierra. El resultado es una colada sin escoria: la escoria flota sobre el acero y no llega al orificio de colada hasta el final del vertido, e incluso entonces el operario puede inclinar el horno hacia atrás para detener el flujo antes de que comience el arrastre de escoria.
La realidad es más compleja. El sistema EBT debe procesar acero fundido a 1600-1650 °C, soportar la presión hidráulica de un horno lleno (aproximadamente 0,5 bar en el orificio de grifo de un horno de 100 toneladas), mantener un mecanismo de apertura fiable y sellar contra la fuga de gas durante las fases de fusión y refinación.
El diámetro del orificio de colada es la primera decisión de diseño. Determina la velocidad y el tiempo de colada. Para un horno de 50 toneladas, un diámetro de orificio de colada de 80-100 mm produce una velocidad de colada de 2 a 3 toneladas por minuto y un tiempo total de colada de 15 a 25 minutos. Los diámetros más pequeños aumentan la fragmentación del chorro y la entrada de aire. Los diámetros mayores conllevan el riesgo de turbulencias excesivas en la cuchara, lo que puede dañar el refractario de la misma y provocar una pérdida de temperatura excesiva.
El manguito del orificio de colada es el tubo refractario consumible que forma el canal de colada. Los materiales disponibles para el manguito incluyen magnesia-carbono (MgO-C), magnesia-cromo (MgO-Cr2O3) y alúmina-carbono (Al2O3-C). Los manguitos de MgO-C dominan el mercado debido a que combinan una buena resistencia a la escoria con una resistencia aceptable al choque térmico. La vida útil típica de un manguito oscila entre 80 y 150 coladas.
El desgaste del manguito no es uniforme. El mayor desgaste se produce en la cara caliente —el extremo del manguito que entra en contacto con el baño de acero fundido— debido a que esta zona alcanza la temperatura más alta y sufre el mayor ataque químico por la escoria. La tasa de desgaste en la cara caliente puede ser de 2 a 3 veces mayor que la de la cara fría (el extremo exterior). Por este motivo, algunos operadores utilizan un diseño de manguito de dos piezas, donde la sección de la cara caliente se puede reemplazar independientemente del resto del manguito, lo que reduce el coste total del refractario en aproximadamente un 20 %.
La arena de relleno es el material que llena el orificio de colada entre coladas. Cuando el horno se inclina hacia adelante para la colada, la arena debe fluir libremente, permitiendo que el acero la siga. Aquí es donde entra en juego el concepto de tasa de apertura libre. Una tasa de apertura libre del 95 % significa que 95 de cada 100 coladas se abren al primer intento sin necesidad de inyección de oxígeno.
La tasa de apertura libre depende de tres factores: calidad de la arena, procedimiento de llenado y estado del orificio de colada. La calidad de la arena comienza con su composición química. Debe tener un alto contenido de sílice (mínimo 97 % de SiO₂) y bajo contenido de óxido de hierro (máximo 0,5 % de Fe₂O₃). El óxido de hierro favorece la sinterización de las partículas de arena a temperaturas de fabricación de acero, lo que impide el flujo libre. La distribución del tamaño de las partículas debe controlarse: si es demasiado fina, la arena se compacta demasiado; si es demasiado gruesa, permite la penetración del acero entre las partículas.
El procedimiento de llenado es igualmente importante. La arena debe estar seca; la humedad en la arena crea riesgo de explosión por vapor y favorece la sinterización. La arena debe verterse en el orificio de llenado desde una altura suficiente para lograr un empaquetamiento natural, generalmente entre 500 y 800 mm por encima de la abertura del orificio. Debe evitarse la compactación; la arena densificada no fluye libremente. La arena debe llenar el orificio de llenado hasta unos 50-100 mm por encima de la cara caliente del manguito para evitar que el acero penetre en él durante la siguiente colada.
El estado del orificio de entrada afecta la apertura libre, ya que una superficie rugosa o erosionada del manguito proporciona puntos de anclaje mecánico para la arena. Después de cada 20-30 ciclos de calentamiento, se debe inspeccionar el orificio de entrada con un endoscopio. Cualquier erosión del manguito que supere el 20 % del diámetro original, cualquier grieta de más de 50 mm o cualquier penetración de metal en la pared del manguito justifica su reemplazo.
La inyección de oxígeno es el método de respaldo cuando el orificio de paso no se abre libremente. Se inserta un tubo de inyección con una boquilla de oxígeno de 6-8 mm en el orificio de paso desde abajo, y se inyecta oxígeno a una presión de 8-12 bar para eliminar cualquier obstrucción. La inyección daña el revestimiento refractario del manguito (cada inyección reduce la vida útil del manguito en aproximadamente 2-3 coladas), por lo que minimizar las inyecciones representa un incentivo económico directo para mantener altas tasas de apertura libre.
El sistema de compuerta es la válvula mecánica que impide que el acero entre por el orificio de colada durante la fusión. En el mercado compiten dos diseños: la compuerta deslizante y la compuerta rotativa. Las compuertas deslizantes utilizan una placa refractaria que se desliza horizontalmente a través de la abertura del orificio de colada. Las compuertas rotativas utilizan un cilindro giratorio con un orificio pasante. Las compuertas deslizantes predominan en hornos de mayor tamaño (más de 80 toneladas) porque proporcionan un sellado más eficaz. Las compuertas rotativas son comunes en hornos más pequeños porque cuestan aproximadamente un 30 % menos.
El mantenimiento de la compuerta es una actividad sistemática. Tras cada ciclo de calentamiento, se debe inspeccionar visualmente el mecanismo de la compuerta para detectar desgaste del material refractario, acumulación de metal y fugas en el sistema hidráulico. Se debe verificar la carrera del cilindro hidráulico con respecto a las especificaciones de diseño. Cualquier desviación superior a 5 mm de la carrera de diseño indica desgaste en el mecanismo de articulación.
El foso EBT, donde se coloca la cuchara durante el vaciado, también requiere atención en su diseño. Las salpicaduras del chorro de vaciado pueden dañar los equipos circundantes y representar un riesgo para la seguridad de los operarios. El foso debe estar revestido con un refractario moldeable capaz de soportar el contacto directo ocasional con acero fundido. El drenaje debe dirigir cualquier derrame de acero lejos de los cables eléctricos y las líneas hidráulicas.
Los sistemas EBT de MONTE INTELLIGENCE están diseñados para una tasa de apertura libre superior al 95 % con una correcta disciplina operativa. Nuestro paquete estándar incluye el manguito del orificio de toma de MgO-C o material especificado por el cliente, arena de relleno con composición química y granulometría certificadas, sistema de compuerta con unidad de potencia hidráulica y supervisión completa de la instalación.
Para consultas sobre sistemas EBT o para hablar sobre la configuración específica de su horno, póngase en contacto con helenxu@cnlymonte.com.
