Un horno de solera abierta o horno de solera abierta es cualquiera de varios tipos de hornos industriales en los que se quema el exceso de carbono y otras impurezas del arrabio para producir acero . [1] Debido a que el acero es difícil de fabricar debido a su alto punto de fusión , los combustibles y hornos normales eran insuficientes para la producción en masa de acero, y el tipo de horno de hogar abierto fue una de varias tecnologías desarrolladas en el siglo XIX para superar esta dificultad. . Comparado con el proceso Bessemer , al que desplazó, sus principales ventajas eran que no exponía el acero a un exceso de nitrógeno [ necesaria clarificación ] (lo que haría que el acero se volviera quebradizo ), era más fácil de controlar y permitía la fusión y el refinado. de grandes cantidades de chatarra de hierro y acero . [2]
El horno de hogar abierto fue desarrollado por primera vez por el ingeniero alemán 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 fabricar acero . Su proceso se conocía 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, sobre todo debido a su lento funcionamiento, y fueron reemplazados por el horno de oxígeno básico o el horno de arco eléctrico . [2]
Mientras que el ejemplo más antiguo de fabricación de acero a hogar abierto se encuentra hace unos 2000 años en la cultura del pueblo Haya , en la actual Tanzania , [3] y en Europa en la forja 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 florerías (incluida la forja catalana), las forjas de gala y los hornos de charco .
El proceso de hogar abierto es un proceso por lotes y un lote se denomina "calor". Primero se inspecciona el horno para detectar posibles daños. Una vez listo o reparado, se carga con chatarra ligera, como chapa, vehículos triturados o chatarra. El horno se calienta mediante combustión de gas. Una vez fundida la carga, se añade chatarra pesada, como chatarra de edificación, construcción o acería, junto con el arrabio procedente de altos hornos . Una vez que todo el acero se ha fundido, se añaden agentes formadores de escoria como la piedra caliza. El oxígeno atmosférico en contacto con el arrabio fundido oxida directamente el exceso de carbono que contiene para formar 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 en 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 del "calor", se puede agregar más mineral de óxido de hierro. [4]
El proceso es mucho más lento que el del convertidor Bessemer y, por tanto, más fácil de controlar y tomar muestras para evaluar la calidad. La preparación del calor suele tardar entre ocho y ocho horas y media, y más para terminar la conversión en acero. Como el proceso es lento, no es necesario quemar todo el carbono como en el proceso Bessemer, pero el proceso puede terminarse en cualquier punto cuando se haya alcanzado el contenido de carbono deseado. [4]
El horno se perfora del mismo modo que se perfora un alto horno ; Se perfora un agujero en el lateral del hogar y sale el acero en bruto. Una vez que se ha golpeado todo el acero, se elimina la escoria. El acero en bruto se puede fundir en lingotes, un proceso llamado repleto , o se puede utilizar en colada continua en el laminador. [4]
Los regeneradores son la característica distintiva del horno y consisten en chimeneas de ladrillo refractario rellenas de ladrillos colocados de canto y dispuestos de tal manera que tengan un gran número de pequeños pasos entre ellos. [4] Los ladrillos absorben la mayor parte del calor de los gases residuales salientes y lo devuelven más tarde a los gases fríos entrantes para su combustión.
Carl Wilhelm Siemens desarrolló el horno regenerativo Siemens en la década de 1850 y afirmó en 1857 que recuperaba suficiente calor para ahorrar entre un 70% y un 80% del combustible. Este horno funciona a alta temperatura mediante el uso de precalentamiento regenerativo de combustible y 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. Luego se invierte el flujo del horno para que el combustible y el aire pasen a través de la cámara y sean calentados por los ladrillos. Con este método, un horno de hogar abierto puede alcanzar temperaturas lo suficientemente altas como para fundir acero, pero Siemens no lo utilizó inicialmente para eso. [5]
En 1865, el ingeniero francés Pierre-Émile Martin obtuvo una licencia de Siemens y aplicó por primera vez su horno regenerativo para fabricar acero. La característica más atractiva del horno regenerativo de Siemens es la rápida producción de grandes cantidades de acero básico, que se utiliza, por ejemplo, para construir edificios de gran altura. [5] El tamaño habitual de los hornos es de 50 a 100 toneladas, pero para algunos procesos especiales pueden tener una capacidad de 250 o incluso 500 toneladas.
El proceso Siemens-Martin complementó, en lugar de reemplazar, el proceso Bessemer . Es más lento y, por tanto, más fácil de controlar, lo que permite producir un mejor producto. También permite fundir y refinar 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. Uno de sus inconvenientes importantes es que fundir y refinar una carga lleva varias horas. Esto fue una ventaja a principios del siglo XX, ya que les dio tiempo a los químicos de las plantas para analizar el acero y decidir cuánto tiempo más debían refinarlo. Pero alrededor de 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 costoso en el apogeo del primero, pero por otro, era más adecuado para países que de todos modos no podían producir mucho acero debido a las limitaciones de las condiciones naturales. recursos. [6]
La fabricación básica de acero con oxígeno finalmente reemplazó al horno de hogar abierto. Rápidamente reemplazó a los procesos de Bessemer y Siemens-Martin en Europa occidental en la década de 1950 y en Europa oriental en la década de 1980. La fabricación de acero de hogar abierto había reemplazado al proceso Bessemer en el Reino Unido en 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 fabricación 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 finalizó en 1968 y los hornos de hogar abierto se detuvieron en 1992. En la acería de Hunedoara , Rumania, los últimos 420 toneladas El horno de hogar abierto de gran capacidad 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. La nación con La mayor proporción de acero producido con hornos de hogar abierto (casi el 50%), en la década de 2010, correspondió a Ucrania. [7] El proceso todavía se utiliza en la India y en algunas partes de Ucrania. Rusia retiró su último horno de solera en marzo de 2018 y estaba considerando preservarlo como objeto de museo. [8]
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