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Articulo de referencia

Horno de hogar abierto

Trabajadores de un horno de hogar abierto en la acería de Zaporizhstal, en Ucrania, tomando una muestra de acero, c. 2012. Horno de hogar abierto en funcionamiento, VEB Rohrkomb...

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Trabajadores de un horno de hogar abierto en la acería de Zaporizhstal, en Ucrania, tomando una muestra de acero, c. 2012.
Horno de hogar abierto en funcionamiento, VEB Rohrkombinat Riesa, Alemania Oriental, 1982.

Un horno de hogar abierto es cualquiera de los diversos tipos de hornos industriales en los que se queman el exceso de carbono y otras impurezas del arrabio para producir acero . [ 1 ] Debido a que el acero es difícil de fabricar por su alto punto de fusión , los combustibles y hornos normales eran insuficientes para la producción masiva de acero, y el horno de hogar abierto fue una de las diversas tecnologías desarrolladas en el siglo XIX para superar esta dificultad. En comparación con el proceso Bessemer , al que reemplazó, sus principales ventajas eran que no fragilizaba el acero por la exposición excesiva al nitrógeno , era más fácil de controlar y permitía la fusión y refinación de grandes cantidades de chatarra de hierro y acero . [ 2 ]

El horno de hogar abierto fue desarrollado por primera vez por el ingeniero germano-británico Carl Wilhelm Siemens . En 1865, el ingeniero francés Pierre-Émile Martin obtuvo una licencia de Siemens y aplicó por primera vez su horno regenerativo para la fabricación de acero . Su proceso se conoció como proceso Siemens-Martin o proceso Martin-Siemens , y el horno como horno de hogar abierto. La mayoría de los hornos de hogar abierto se cerraron a principios de la década de 1990, principalmente debido a su lento funcionamiento, siendo reemplazados por el horno de oxígeno básico o el horno de arco eléctrico . [ 2 ]

Mientras que el ejemplo más antiguo de fabricación de acero en hogar abierto se encuentra hace unos 2000 años en la cultura del pueblo Haya , en la actual Tanzania , [ 3 ] y en Europa en la fragua catalana , inventada en España en el siglo VIII, es habitual limitar el término a ciertos procesos de fabricación de acero del siglo XIX y posteriores, excluyendo así de su aplicación las fraguas de forja (incluida la fragua catalana), las fraguas de acabado y los hornos de pudelación .

Proceso de hogar abierto

El proceso de horno de hogar abierto es un proceso discontinuo , y cada lote se denomina "colada". Primero se inspecciona el horno para detectar posibles daños. Una vez listo o reparado, se carga con chatarra ligera, como chapa metálica, vehículos triturados o residuos metálicos. El horno se calienta mediante la combustión de gas. Una vez fundida la carga, se añade chatarra pesada, como chatarra de construcción o de acerías, junto con arrabio procedente de altos hornos . Una vez fundido todo el acero, se añaden agentes formadores de escoria, como la caliza. El oxígeno atmosférico en contacto con el arrabio fundido oxida directamente el exceso de carbono que contiene, formando monóxido de carbono (CO). Además, el Fe(II) presente en el óxido de hierro(II) (FeO) y otras impurezas también contribuyen a descarburar el arrabio, oxidando el carbono a CO y reduciendo simultáneamente el Fe(II) a Fe metálico. El monóxido de carbono (CO) formado se elimina con los humos, mientras se forma el acero. Para aumentar el poder oxidante de la "colada", se puede añadir más mineral de óxido de hierro. [ 4 ]

El proceso es mucho más lento que el del convertidor Bessemer y, por lo tanto, más fácil de controlar y muestrear para la evaluación de la calidad. La preparación de una colada suele tardar entre ocho y ocho horas y media, y la conversión a acero requiere más tiempo. Dado que el proceso es lento, no es necesario eliminar todo el carbono como en el proceso Bessemer, sino que puede finalizarse en cualquier momento una vez alcanzado el contenido de carbono deseado. [ 4 ]

El horno se vacía de la misma manera que un alto horno ; se perfora un orificio en el lateral del hogar y el acero en bruto fluye hacia afuera. Una vez que se ha vaciado todo el acero, se retira la escoria. El acero en bruto puede fundirse en lingotes, un proceso llamado colada continua , o puede utilizarse en la colada continua en la laminadora. [ 4 ]

Los regeneradores son la característica distintiva del horno y consisten en conductos de ladrillos refractarios rellenos de ladrillos colocados de canto y dispuestos de tal manera que existan numerosos pasos pequeños entre ellos. [ 4 ] Los ladrillos absorben la mayor parte del calor de los gases residuales salientes y lo devuelven posteriormente a los gases fríos entrantes para su combustión.

Historia

Proceso de vaciado de un horno de hogar abierto, acería de Fagersta, Suecia, 1967.

Carl Wilhelm Siemens desarrolló el horno regenerativo Siemens en la década de 1850 y afirmó en 1857 que recuperaba suficiente calor como para ahorrar entre un 70 % y un 80 % del combustible. Este horno funciona a alta temperatura mediante el precalentamiento regenerativo del combustible y el aire para la combustión . En el precalentamiento regenerativo, los gases de escape del horno se bombean a una cámara que contiene ladrillos, donde el calor se transfiere de los gases a los ladrillos. A continuación, se invierte el flujo del horno para que el combustible y el aire pasen por la cámara y se calienten con los ladrillos. Mediante este método, un horno de solera abierta puede alcanzar temperaturas lo suficientemente altas como para fundir acero, pero Siemens no lo utilizó inicialmente para ese fin. [ 5 ]

En 1865, el ingeniero francés Pierre-Émile Martin obtuvo una licencia de Siemens y aplicó por primera vez su horno regenerativo para la fabricación de acero. La característica más atractiva del horno regenerativo de Siemens es la rápida producción de grandes cantidades de acero básico, utilizado, por ejemplo, en la construcción de edificios de gran altura. [ 5 ] El tamaño habitual de los hornos oscila entre 50 y 100 toneladas, pero para algunos procesos especiales pueden alcanzar una capacidad de 250 o incluso 500 toneladas.

El proceso Siemens-Martin complementó, en lugar de reemplazar, al proceso Bessemer . Es más lento y, por lo tanto, más fácil de controlar, lo que permite la producción de un producto de mejor calidad. También permite la fusión y el refinado de grandes cantidades de chatarra de acero, lo que reduce aún más los costos de producción de acero y recicla un material de desecho que de otro modo sería problemático. Una de sus principales desventajas es que la fusión y el refinado de una carga lleva varias horas. Esto fue una ventaja a principios del siglo XX, ya que daba tiempo a los químicos de planta para analizar el acero y decidir cuánto tiempo más refinarlo. Pero hacia 1975, los instrumentos electrónicos, como los espectrofotómetros de absorción atómica, habían hecho que el análisis del acero fuera mucho más fácil y rápido. Se dice que el entorno de trabajo alrededor de un horno de hogar abierto es extremadamente peligroso, aunque esto puede ser aún más cierto en el entorno alrededor de un horno de oxígeno básico o de arco eléctrico. [ 5 ]

Por un lado, el proceso logra menores economías de escala que el Bessemer, por lo que su acero era más caro en el apogeo del primero, pero por otro lado, era más adecuado para países que no podían producir grandes cantidades de acero debido a limitaciones de recursos naturales. [ 6 ]

Ingenieros rusos inventaron el horno de doble hogar a mediados del siglo XX. Este horno cuenta con dos tinas de fusión separadas por una pared de ladrillo y carece de cámaras regeneradoras. En su lugar, dispone de quemadores directos y lanzas de oxígeno en el techo. La idea es procesar dos coladas simultáneamente, pero en fases diferentes; por ejemplo, mientras una se carga, la otra se descarburiza. El objetivo es eliminar el exceso de carbono e impurezas mediante un chorro de oxígeno en lugar de la formación de llama libre. Todas las reacciones que se producen son exotérmicas, por lo que los quemadores solo desempeñan un papel auxiliar. [ 7 ] Este horno es similar al horno AJAX , que también utiliza un chorro de oxígeno en lugar de la formación de llama libre y cámaras regeneradoras.

Declive y operaciones actuales

La producción de acero con oxígeno básico acabó sustituyendo al horno de hogar abierto. Rápidamente reemplazó a los procesos Bessemer y Siemens-Martin en Europa occidental a partir de la década de 1950 y en Europa oriental en la década de 1980. La producción de acero con hogar abierto había sustituido al proceso Bessemer en el Reino Unido hacia 1900, pero en otras partes de Europa, especialmente en Alemania, los procesos Bessemer y Thomas se utilizaron hasta finales de la década de 1960, cuando fueron reemplazados por la producción de acero con oxígeno básico. El último horno de hogar abierto en la antigua Alemania Oriental se detuvo en 1993. En los EE. UU., la producción de acero mediante el proceso Bessemer terminó en 1968 y los hornos de hogar abierto se detuvieron en 1992. En la acería de Hunedoara , Rumania, el último horno de hogar abierto con capacidad para 420 toneladas se cerró el 12 de junio de 1999 y fue demolido y desguazado entre 2001 y 2003, pero las ocho chimeneas de los hornos permanecieron hasta febrero de 2011. El último taller de hogar abierto en China se cerró en 2001. El proceso, en forma de horno de doble hogar, se utilizaba en la planta siderúrgica de Bhilai de la Autoridad Siderúrgica de la India y en algunas partes de Ucrania. Rusia retiró su último horno de hogar abierto en marzo de 2018 y estaba considerando conservarlo como pieza de museo. La empresa india SAIL la cerró en abril de 2020 con la llegada de la COVID-19 debido a la falta de mano de obra para llevar a cabo el proceso, que requería mucha mano de obra. [ 8 ]

En 2024, la mayor acería del mundo que aún producía acero con hornos de solera abierta era la acería Zaporizhstal , en el centro de Ucrania , que contaba con siete hornos de solera abierta con capacidad para 500 toneladas, un horno de doble solera y cuatro altos hornos . La disponibilidad de fueloil barato en grandes cantidades, así como la continua invasión, contribuían en gran medida a su rentabilidad a pesar de la lentitud del proceso. El elevado coste de modernizar las tecnologías de los hornos resultaba prohibitivo. [ 9 ] [ 10 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ K. Barraclough, La siderurgia 1850-1900 (Instituto de Metales, Londres 1990), 137-203.
  2. ^ Philippe Mioche, « Et l' acier créa l'Europe», Matériaux pour l'histoire de notre temps, vol. 47, 1997, pág. 29-36  
  3. ↑ Avery, Donald; Schmidt, Peter (1978). "Fundición compleja de hierro y cultura prehistórica en Tanzania". Science . 201 (4361): 1085– 1089. Bibcode : 1978Sci...201.1085S . doi : 10.1126/science.201.4361.1085 . ISSN 0036-8075 . JSTOR 1746308 . PMID 17830304 . S2CID 37926350 .    
  4. 1 2 3 4 Un estudio del horno de hogar abierto: Un tratado sobre el horno de hogar abierto y la fabricación de acero en horno de hogar abierto. Harbison-Walker Refractories Company. (2015), 102 págs., ISBN 1341212122, ISBN 978-1341212123
  5. 1 2 3 Siderurgia básica en horno de hogar abierto, con suplemento sobre el oxígeno en la siderurgia, tercera edición (Serie Seely W. Mudd) Instituto Americano de Ingenieros de Minería, Metalurgia y Petróleo (1964). Gerhard, Derge. ASIN B00IJLRL40.
  6. ↑ Sáez-García, Miguel A. (2017). "Empresa y Estado en el desarrollo de la industria siderúrgica en España e Italia (c.1880–1929)" . Business History . 59 (2): 159–178 . doi : 10.1080/00076791.2016.1172570 . hdl : 10045/66416 . S2CID 156562137 . 
  7. ↑ "Horno de doble hogar | PPTX | Química | Ciencia" . www.slideshare.net . Consultado el 30 de agosto de 2025 .
  8. ↑ "В России закрывается последняя крупная мартеновская печь" . 6 de marzo de 2018.
  9. ↑ "Fábrica de hierro y acero de Zaporiyia" . Archivado del original el 4 de enero de 2024. Consultado el 17 de octubre de 2024 .
  10. ↑ "Eficiencia energética y oportunidades de reducción de emisiones de dióxido de carbono en el sector siderúrgico estadounidense" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 9 de agosto de 2017. Consultado el 9 de diciembre de 2006 .

Lecturas adicionales

  • Barraclough, K. (1990), La siderurgia 1850-1900 , Instituto de Metales, Londres, págs . 137-203 
  • Gale, WKV (1969), Hierro y acero , Longmans, Londres, págs . 74–77 
  • Siemens, CW (junio de 1862). "Sobre un horno de gas regenerativo, aplicado a invernaderos, pudrición, calefacción, etc." Actas de la Institución de Ingenieros Mecánicos . 13. Institución de Ingenieros Mecánicos: 21–26 . doi : 10.1243/PIME_PROC_1862_013_007_02 .
  • Precursores del alto horno
  • "Administración de dosis de hierro líquido a hornos de acero" , Popular Science , febrero de 1919, página 64, escaneado por Google Books .