acería
esta situación ha llevado a la sustitución de algunos de los
paneles de acero del horno por paneles de cobre; debido
a las limitaciones de conducción térmica del acero. Durante la etapa de fusión, algunos de los paneles del horno
quedan expuestos a la radiación del arco, esta situación
se agrava a medida que se incrementa el voltaje de operación.
3-j: Chatarra y regulación de electrodos.
Por una variedad de razones los hornos son cargados
frecuentemente con chatarra de alta densidad. Debido a
limitaciones de estabilidad de arco asociada con chatarra
pesada, este tipo de chatarra se convierte en una limitación para el uso de arcos largos, especialmente durante
la etapa inicial de fusión. Esta situación se elimina una vez
que se logra generar suficiente escoria para cubrir los arcos. Esta situación también se presenta cuando se tienen
oscilaciones de corriente debidas al pobre rendimiento
del sistema de regulación de los electrodos.
4: DISCUSIÓN: ¿CUÁL ES LA MÁXIMA LONGITUD DE ARCO POSIBLE?
El pico de voltaje entre las mordazas ocurre en el momento en que se levantan los electrodos para romper el arco.
Si el voltaje nominal, por ejemplo, es de 1300 V, entonces
el pico de voltaje entre las mordazas es del orden de los
2000 V (considerando un 5% de sobrevoltaje).
La rigidez dieléctrica del aire está dada por la siguiente
ecuación:
/cm =25.7 (300/T)
kV
Donde T es la temperatura del gas en grados Kelvin (K)(3).
Entonces, a 3000 °K el campo eléctrico será del orden
de los 2.5 kV/cm. Si el gas alrededor de las mordazas fuera puro aire, no habría razón para que haya “arqueo” entre
las mordazas, dado que la mínima separación entre éstas es de algunos centímetros (ver figura enseguida). Sin
embargo, una publicación de Alexandrov y Bazelyan(4)
enfatiza la importancia del papel que juega la densidad de
electrones en este fenómeno. En aire a temperatura entre
1000 y 3000 °K la fuente principal de electrones es debido a ionización de moléculas de NO (con un potencial de
ionización de 9.5 eV).
Resumiendo los diferentes conceptos enumerados en
los incisos anteriores podríamos clasificarlos en dos grupos mayores, desde un punto de vista técnico –un grupo
relacionado con el consumo de energía, y el otro relacionado con los patrones indeseados del arco, ya sea arriba
de la bóveda o dentro del horno.
Eficiencia eléctrica
En cuanto al uso eficiente de la energía eléctrica en la
operación se cuenta con evidencia de que los hornos
están perdiendo eficiencia con operaciones con voltajes
de arco de 550 a 650 V con longitudes de arco correspondientes a 600 mm. Incrementar la cantidad de escoria para cubrir estos arcos conlleva al incremento de las
pérdidas térmicas (al vaciar la escoria caliente) así como
la reducción de la eficiencia metálica (incremento de FeO
total). La alternativa de incrementar la altura de la escoria
(no la cantidad) no parece ser viable tampoco, especialmente para las operaciones basadas en carga de 100%
chatarra. Las continuas variaciones en la composición
química del material de carga y la escoria, probablemente
interfieran con el control preciso de basicidad, viscosidad
de la escoria y con lal generación de CO.
Arqueo eléctrico debido a gases calientes
Dado que la presencia de arcos eléctricos en ambientes
de alta temperatura es importante para las operaciones
con alto voltaje secundario hemos examinado con mayor
detalle este punto.
10 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
Fig. 5: Rigidez dieléctrica del aire en función de la temperatura
Por ejemplo, a 2000 °K la chispa del arco se produce en
cuestión de milisegundos cuando la densidad de electrones es 1010 por cm3. La figura 5 muestra los resultados de
los cálculos para aire alrededor de las mordazas con una
densidad de 1012 por cm3.
Los gases saliendo por los puertos de la bóveda y entre
los electrodos reciben calor proveniente de la combustión dentro del horno, por ejemplo la combustión de CO a
CO2 etc. y acarrean consigo muchas partículas ionizadas
metálicas, gaseosas y de polvos. Por lo anterior, la concentración de electrones será mas alta que en el caso del
aire puro. En cálculos hechos para aire conteniendo partículas ionizadas de metal de hierro (con valor de ionización
de 7.8eV) muestra que la concentración de electrones se
incrementa de 1.3x1010 a 2000° K (1727°C) hasta 1.1x1012
por cm3 a 2500° K