El funcionamiento de un horno de arco eléctrico tiene su propio ritmo, que solo se adquiere tras trabajar en la fundición. Cada ciclo de calentamiento sigue una secuencia, pero la diferencia entre uno de 45 minutos y uno de 90 suele radicar en la precisión con la que se ejecutan los fundamentos. Esta guía describe cada etapa del proceso de oxidación —que sigue siendo el estándar en la mayoría de los talleres— y explica no solo qué hacer, sino también por qué es importante.
El proceso de oxidación: sigue siendo fundamental.
Por qué el método de oxidación se ganó su lugar
Si se funde acero al carbono o de baja aleación, o cualquier otro tipo donde el control de gases e inclusiones sea crucial, el método de oxidación es el más adecuado. Su característica principal es un período de oxidación específico en el que se inyecta oxígeno, se elimina el carbono y se deja que las burbujas de CO resultantes limpien el baño. Esta acción de limpieza extrae el hidrógeno, el nitrógeno y las inclusiones no metálicas de una manera que ninguna otra parte del proceso puede igualar.
Realizarás un calentamiento de oxidación cuando:
- Estás fabricando acero al carbono o de baja aleación.
- El acero necesita un control estricto de gases e inclusiones.
- Tu chatarra es de composición mixta o desconocida (por lo que necesitas la limpieza que proporciona la oxidación).
- La eliminación de fósforo y azufre son requisitos
La secuencia de seis etapas
Cada calor de oxidación sigue el mismo esqueleto:
Reparación del horno → Carga → Fusión → Oxidación → Reducción → Vaciado
Cada etapa tiene una función específica. Repasémoslas en orden.
Etapa 1: Reparación del horno
Por qué no puedes saltarte esto
El revestimiento del horno sufre un gran desgaste con cada ciclo de calentamiento: choque térmico, impacto mecánico por la carga, ataque químico de la escoria y radiación del arco eléctrico durante todo el día. Si no se repara sistemáticamente, se perderá la base, se quemará una pared o se dañará un orificio de drenaje. Ninguna de estas reparaciones es barata.
Una buena práctica de reparación logra varias cosas a la vez:
- Repara las zonas dañadas antes de que se conviertan en fallos.
- Mantiene la forma del hogar para que la profundidad del baño de fusión se mantenga constante.
- Sella las grietas que permitirían que el acero fundido penetrara en la carcasa del horno.
- Prolonga la duración de la campaña, que es donde se invierte el presupuesto para gastos refractarios.
Cómo hacerlo bien
Momento oportuno. Realícelo mientras el revestimiento aún esté caliente. El calor residual ayuda a que el material de reparación se sinterice correctamente. En la práctica, conviene realizar la reparación entre 10 y 15 minutos después de golpear el revestimiento. Si se tarda más, el revestimiento se enfriará lo suficiente como para que el material de reparación no se sinterice adecuadamente.
Materiales. Los hornos de arco eléctrico (EAF) a base de magnesio utilizan magnesita (MgO) o dolomita (MgO·CaO) con un aglutinante, ya sea alquitrán o silicato de sodio. Partículas gruesas para reparaciones grandes, polvo fino para trabajos de detalle.
Métodos. Tienes opciones dependiendo de la situación:
- Aplicar el material de reparación sobre el punto caliente y dejar que el calor lo sinterice: rápido, sencillo y eficaz para desgastes menores.
- Reparación con una herramienta para daños localizados.
- Aplicación con pistola de calor: pulverizar una lechada refractaria sobre las paredes con una lanza. Este es el método estándar moderno para reparaciones más allá de las puntuales. Es rápido, cubre grandes áreas de manera uniforme y funciona con el calor del horno.
Qué observar. El orificio de la boquilla y la línea de escoria son las zonas de mayor desgaste. Revíselas en cada ciclo de calentamiento. Mantenga las capas de reparación por debajo de 30 a 50 mm por aplicación; si son demasiado gruesas, no se sinterizarán correctamente antes de volver a cargar.
Etapa 2: Carga
Las reglas que realmente importan
La forma en que se cargan los desechos determina el resultado de todo el proceso de calentamiento. Una mala disposición de los contenedores provoca la formación de puentes, una fusión lenta y pérdida de tiempo.
Los principios son sencillos:
- La densidad importa. Se busca que el arco penetre en la carga, no que simplemente se desplace sobre ella.
- Distribuye, no amontones. Amontonar todos los desechos pesados en un solo lugar crea una zona fría que se resiste a derretirse.
- Pesado en la parte inferior, ligero en la superior. Parece obvio, pero se incumple constantemente. Capa inferior: chatarra pesada. Intermedia: mediana. Superior: chatarra ligera y material suelto.
- Añade los aditivos. Lima, Coca-Cola, recarburante: distribúyelos por todo el cubo, no los amontones.
Cómo cobran las tiendas modernas
Dos métodos predominan.
La mayoría de los talleres utilizan la carga mediante techo abatible. Se levanta el techo, se abre y se baja el depósito. Es rápido, flexible y permite ver lo que se está haciendo. La mayoría de las calderas necesitan dos o tres depósitos.
Consteel (carga continua) es un sistema completamente distinto. La chatarra se alimenta continuamente desde el lateral del horno mediante una cinta transportadora mientras se funde. Combinado con el vaciado inferior excéntrico (EBT), permite un funcionamiento prácticamente ininterrumpido. El arco nunca se apaga. La pérdida de calor se reduce drásticamente. La red eléctrica también lo agradece, ya que la carga es más constante. La contrapartida es el coste de capital y la complejidad del proceso, pero para talleres de alta producción es difícil de superar.
Cuánto cobrar
La capacidad de su horno y la potencia del transformador determinan el límite superior. Procure que el calor del metal fundido alcance entre el 85 y el 110 por ciento de su capacidad nominal. Si el llenado es insuficiente, desperdiciará la capacidad del transformador. Si el llenado es excesivo, se producirán cortocircuitos o salpicaduras.
Al medir la cantidad en el cubo, tenga en cuenta lo siguiente:
- Qué tipos de chatarra tienes y sus densidades
- Si incluyes metal caliente (y en qué cantidad)
- Cómo se ve su inventario de devoluciones de aleación
- De dónde parten tus niveles de carbono, fósforo y azufre
Etapa 3: Fusión
Por qué este escenario es el más caro
El periodo de fusión es donde desaparece entre el 50 y el 60 por ciento del tiempo de conexión entre dispositivos y se consume entre el 60 y el 70 por ciento de la electricidad. Si buscas aumentar la productividad, este es el primer aspecto a considerar.
La etapa de fusión tiene cuatro fases distintas, y cada una requiere un tratamiento diferente.
El ataque del arco
Enciende la corriente. Los electrodos caen. Tocan la chatarra, fluye la corriente, luego se levantan y se produce el arco. En estos primeros minutos, el arco está completamente expuesto: irradia directamente hacia el techo y hacia los lados, hacia las paredes. Utiliza un voltaje bajo en esta zona. Algunos operadores añaden coque o chatarra de electrodo a la zona de impacto para ayudar a estabilizar el arco. Es un pequeño detalle que prolonga la vida útil del techo.
Formación de pozos
El arco penetra en la chatarra, creando un agujero. Quieres que esto suceda rápido: que el arco se entierre en la carga donde su calor realmente haga algo útil. Una vez que los electrodos penetran, puedes usar mayor potencia sin quemar tu techo. Aquí es donde la regulación de electrodos de alta sensibilidad cobra importancia. Una respuesta lenta de los electrodos en este punto te hace perder tiempo.
Formación de charcos de material fundido
A medida que la chatarra se funde, la piscina crece. Ahora añade la primera tanda de cal. Es importante que la escoria cubra el baño lo antes posible, ya que reduce la absorción de gases, disminuye la pérdida de calor y comienza la eliminación de fósforo. Una vez que la piscina tenga la profundidad suficiente, empieza a inyectar oxígeno. Esto acelera la fusión y permite entrar en la fase de oxidación más rápidamente.
Fusión integral
Una vez establecida una piscina sólida, aumente el oxígeno y active los quemadores de oxicombustión, si los tiene. Continúe ajustando la basicidad y la fluidez de la escoria para estar preparado cuando comience el período de oxidación. Un baño bien preparado al final de la fusión garantiza un período de oxidación corto y limpio.
Aprovechando al máximo el tiempo durante el derretimiento
Algunas cosas que realmente marcan la diferencia:
- Buena disposición de los cubos para minimizar el tiempo de perforación.
- Asistencia de oxicorte para calentar la chatarra a la que el arco no puede llegar.
- Escoria espumosa lo antes posible para atrapar el calor del arco en el baño.
Mantén el techo cerrado. Cada vez que lo abres, se escapa el calor. Planifica tus ampliaciones para no tener que abrir el techo innecesariamente.
- Adapte su curva de potencia. Usar la máxima potencia cuando el arco está completamente expuesto daña gravemente el techo. Conozca el perfil de potencia óptimo de su horno para cada etapa.
Etapa 4: Oxidación
Lo que realmente estás haciendo aquí
El período de oxidación es donde se realiza el trabajo metalúrgico más complejo. Hay cinco tareas distintas:
Desfosforización: reducir el fósforo por debajo de las especificaciones (normalmente ≤0,025%).
2. Descarburación: soplar oxígeno y reducir el carbono hasta alcanzar el objetivo.
3. Eliminación de gases: deje que las burbujas de CO eliminen el H₂ y el N₂ del baño.
4. Eliminación de inclusiones: las burbujas de CO transportan las inclusiones a la superficie.
5. Aumento de temperatura: la reacción C–O es exotérmica; por cada 0,01 % de carbono que se elimina, la temperatura del baño aumenta entre 2 y 3 °C aproximadamente.
Desfosforización: Eliminación del fósforo
La eliminación de fósforo es un juego de química de escorias. Necesitas cuatro cosas:
- Alta basicidad. Procure una relación CaO/SiO₂ de 2,5 a 4,0.
- Escoria oxidante. El contenido de FeO en la escoria debe ser del 15 al 25 por ciento. Sin él, el fósforo permanece en el metal.
- Bajar la temperatura desde el principio. La distribución del fósforo favorece la formación de escoria a bajas temperaturas. Iniciar la desfosforización mientras el baño aún esté relativamente frío, y luego retirar la escoria rica en fósforo antes de calentar para la descarburación.
- Suficiente escoria. Si se reduce el volumen de escoria, se limita la cantidad de fósforo que esta puede absorber.
Consejo práctico: empieza a generar escoria de alta basicidad y alto contenido de óxido de hierro al final del proceso de fusión. Así, el fósforo se movilizará rápidamente. Una vez que lo hayas eliminado, retira la escoria antes de comenzar la descarburación intensa. De lo contrario, el fósforo se revertirá; volverá de la escoria al metal cuando la composición química de la escoria cambie durante la descarburación. Es un error clásico y totalmente evitable.
Descarburación: El proceso de ebullición con CO
El soplado de oxígeno hace descender el carbono. El gas CO que se forma genera una ebullición vigorosa, y esta ebullición no solo elimina el carbono. Agita el baño (homogeneizando la temperatura y la composición química), expulsa hidrógeno y nitrógeno a medida que las burbujas se rompen en la superficie, y transporta las inclusiones a la escoria, donde son absorbidas.
Algunas pautas:
- Descarburiza al menos un 0,2% si quieres aprovechar el efecto de limpieza de gases. Una descarburación mínima del 0,05% no tiene mucho efecto.
- Controla el caudal de soplado. Si es demasiado agresivo, salpicará acero fundido fuera del horno. Si es demasiado lento, la ebullición será ineficaz.
- Controla el punto final. Toma muestras antes de dar por terminado el proceso. Si te quedas corto, estarás dañando acero con alto contenido de carbono. Si te pasas, estarás recarburizando el material, lo cual funciona, pero te costará tiempo y aleación.
Gestión de la temperatura en la oxidación
Lo ideal es finalizar el periodo de oxidación a una temperatura entre 10 y 20 °C inferior a la temperatura de entrada. ¿Por qué? Porque el periodo de reducción implica la adición de aleaciones y desoxidantes, un proceso endotérmico. El baño se enfriará ligeramente. Finalizar la oxidación a una temperatura aproximada de 1550 a 1600 °C (según el grado del material) suele ser un buen punto de partida.
Eliminación de escorias
Una vez completada la oxidación, retire toda la escoria oxidante. Está cargada de fósforo y óxido de hierro, y si permanece en el horno durante la reducción, resultará contraproducente: provocará refosforización, reoxidación, etc. Retírela rápidamente y prepare una nueva escoria reductora lo antes posible.
Etapa 5: Reducción
Las cuatro tareas de la reducción
El período de reducción es donde se termina el acero:
Desoxidación: reducir el oxígeno disuelto al nivel más bajo posible.
2. Desulfuración — bajo una escoria reductora bien mantenida.
3. Aleación: agregue elementos de aleación para lograr la composición química deseada.
4. Ajuste de temperatura: alcance la temperatura de golpeteo deseada.
Desoxidación: Precipitación combinada + Difusión
La práctica moderna emplea ambos mecanismos. Inmediatamente después de la eliminación de la escoria, se añade un desoxidante potente (aluminio, silicio-manganeso) directamente al baño expuesto. Este proceso se denomina desoxidación por precipitación: rápida y reduce el oxígeno rápidamente. A continuación, se prepara la escoria reductora (escoria blanca o escoria de carburo) y se mantiene. La escoria extrae gradualmente más oxígeno del baño mediante desoxidación por difusión. Esta combinación permite obtener un acero más limpio que con cualquiera de los métodos por separado.
Tanto la escoria blanca (a base de CaO, con bajo contenido de FeO, de color blanco) como la escoria de carburo (que contiene CaC₂, de color gris negruzco) son eficaces. La escoria blanca es más común. La escoria de carburo tiene un mayor poder desoxidante, pero su mantenimiento es más complejo.
Desulfuración
El azufre aparece bajo:
- Alta basicidad (≥3,0)
- Bajo contenido de FeO (≤1% — por eso se necesita una buena escoria reductora)
Alta temperatura (favorece la reacción cinética)
- Buena agitación (mantiene el acero y la escoria en contacto)
Con escoria blanca, se puede eliminar entre el 50 y el 70 por ciento del azufre. Una reducción bien ejecutada puede lograr un contenido de azufre inferior al 0,02 % en el acero final.
Aleación: Añadir elementos en el orden correcto
No todas las aleaciones son iguales en cuanto al riesgo de oxidación. La regla es: añadir los elementos resistentes al principio y los que se oxidan fácilmente al final.
Ejemplos de riesgo de oxidación Cuándo añadir
Bajo (recuperación ~100%) Níquel, ferromolibdeno, cobre Fin de la oxidación o reducción temprana
Ferromanganeso, ferrocromo y ferrosilicio moderados después de la predesoxidación en reducción.
Alto contenido de aluminio, ferrotitanio y ferroboro. 5-10 minutos antes de servir.
Muy alto / manejo especial Elementos de tierras raras En la cuchara durante el vaciado
Tras añadir las aleaciones, remueva el baño y tome una muestra. Confirme la composición química antes de extraer la muestra. Tomar una nueva muestra es más económico que no alcanzar el objetivo.
Cómo conseguir la temperatura del grifo perfecta
La temperatura de colada depende del grado del metal, del método de colada y del proceso posterior (¿colada continua? ¿colada continua? ¿lingote?). Mida la temperatura. Si está caliente, puede cortar la corriente y esperar, o añadir chatarra ligera para enfriar el baño. Si está frío, aplique corriente con cuidado, ya que un baño frío que se calienta al final de la reducción acumula más impurezas debido a un tiempo de mantenimiento prolongado.
Etapa 6: Golpeteo
Cuándo tocar
No pulses hasta que estés seguro:
- El nivel de química está dentro de los parámetros (o mejor aún, en el nivel objetivo establecido).
- La temperatura está en el punto de conexión requerido.
- Has mantenido la escoria reductora durante al menos 10 minutos (tiempo de mantenimiento de la escoria blanca).
- El baño está bien desoxidado.
Cómo tocar
Los hornos de arco eléctrico modernos utilizan un sistema de vaciado inferior excéntrico (EBT). Al inclinar el horno, el acero fluye por el orificio de vaciado inferior excéntrico, mientras que la escoria permanece mayoritariamente dentro del horno. Este diseño es fundamentalmente superior al antiguo sistema de vaciado con boquilla: menor arrastre de escoria, menor tensión mecánica en el horno y un vaciado más rápido.
Durante el vaciado, agregue el desoxidante final (generalmente alambre de aluminio) al chorro de la cuchara. Una vez vaciado el horno, incline la cuchara hacia atrás, revise el revestimiento y prepárese para el siguiente vaciado.
Dos procesos alternativos que vale la pena conocer
Método de no oxidación (carga)
Omita por completo el período de oxidación. Funda la carga y luego proceda directamente a la reducción. Ventajas: ciclo corto (entre un 20 y un 30 por ciento más rápido que los procesos de oxidación), bajo consumo de energía y recuperación prácticamente total de la aleación (no se oxida nada). Desventajas: no se puede eliminar el fósforo, no se pueden eliminar los gases ni las inclusiones con ebullición de CO y se necesita chatarra limpia de composición conocida. Este método funciona bien cuando se funden materiales de retorno de grado conocido para obtener materiales del mismo grado; por ejemplo, materiales de retorno de acero inoxidable para obtener acero inoxidable.
El método de retorno de oxígeno
Un método híbrido. Utilice los residuos de aleación como carga principal, fúndalos y luego aplique un breve soplado de oxígeno, con una descarburación de tan solo 0,1 a 0,3 %. Se produce una ebullición breve de CO para eliminar gases e inclusiones, pero sin oxidar una cantidad significativa de los costosos elementos de aleación. Este es el método estándar para aceros inoxidables y aceros para herramientas de alta velocidad, donde se busca eliminar la oxidación sin perder aleación.
Hornos básicos frente a hornos ácidos
Por qué predomina lo básico
Los hornos de arco eléctrico básicos (con revestimiento de magnetita o dolomita y escoria a base de CaO) pueden desfosforizar y desulfurizar. Esta capacidad, por sí sola, es determinante para la mayoría de las empresas. Los hornos básicos pueden procesar chatarra con alto contenido de fósforo, producir acero limpio y abarcar prácticamente cualquier grado.
Sí, el refractario básico es más caro y su vida útil es menor que la del refractario ácido. Pero la flexibilidad del proceso lo compensa. Los hornos básicos representan más del 90 por ciento de todos los hornos de arco eléctrico en funcionamiento.
Donde aún existe Acidic
Los hornos ácidos (con revestimiento de sílice y escoria de SiO₂) no pueden desfosforizar ni desulfurizar. Es fundamental que la chatarra esté limpia. A cambio, se obtiene un rápido aumento de temperatura, una larga vida útil del revestimiento y ciclos de cocción cortos. Algunas fundiciones aún utilizan hornos de arco eléctrico ácidos para aplicaciones de fundición específicas, pero para las acerías, esta opción es cada vez menos frecuente.
Temperatura y escoria: las palancas ocultas
Control de temperatura mediante el calor
La temperatura rige todo el proceso. Si hace demasiado frío, las reacciones se detienen, la escoria no fluye y las aleaciones no se disuelven. Si hace demasiado calor, se corroen los revestimientos, se acumulan gases y, posiblemente, se daña el molde de la máquina de colada continua si se alimenta directamente.
Esto es lo que buscan los fundidores experimentados:
Rango de temperatura de la etapa
Fin de la fusión: 1500–1550 °C
Oxidación 1550–1650°C
Reducción 1550–1650 °C
Goteo a 1580–1680 °C (dependiendo del grado)
Fundamentos del control de escorias
A la escoria a veces se la llama el tercer elemento de la siderurgia, y no es una exageración. Su lista de verificación para el control de la escoria:
Basicidad: 2,5–4,0 en oxidación, 3,0–4,0 en reducción.
- Volumen de escoria: 2–5% del peso del acero fundido.
- Fluidez: Ajustar con fluorita, pero sin exagerar.
Carácter oxidante frente a reductor: Alto contenido de FeO en oxidación, bajo contenido de FeO en reducción. Esta transición —eliminación de la escoria limpia seguida de escoria reductora fresca— es la acción más importante en todo el período de reducción.
- Profundidad de la escoria espumosa: En los hornos de ultra alta presión (UHP), se busca que la capa de escoria tenga entre 1,5 y 2 veces la longitud del arco. Esto cubre el arco y protege las paredes.
Cada operador de horno de arco eléctrico desarrolla su propio ritmo y sus propias reglas prácticas. Sin embargo, los fundamentos son los mismos en todas partes: respetar el período de oxidación, mantener la escoria y nunca descuidar lo básico. La tecnología sigue evolucionando —oxicorte, automatización de la escoria espumosa, carga continua—, pero la secuencia subyacente no ha cambiado en décadas, porque funciona.
