No existe una definición universal para la refinación secundaria. Sin embargo, para los propósitos del presente trabajo, se puede entender por refinación secundaria el tratamiento del metal líquido en el horno cuchara. Este tratamiento antecede al vaciado de metal y consecuentemente afecta significativamente la calidad final del acero producido.
Los objetivos principales del tratamiento en el horno cuchara son el control químico y térmico del metal líquido. El control químico involucra reacciones tales como la desoxidación, desulfuración, desgasificación, disolución de elementos aleantes, precipitación y modificación de inclusiones, etc… Un ajuste químico exitoso no se alcanza sin un control de la temperatura y de su distribución homogénea.
Las instalaciones de refinación secundaria son muy variadas y particulares a cada acería. Una instalación moderna típica se muestra en la Fig. 1.
Fig. 1. Instalación típica de refinación secundaria.
La cuchara con acero líquido se transfiere por un carro a la estación del horno cuchara. Ya en la estación se cubre con una coraza metálica forrada al interior con material refractario. La temperatura de este conjunto se regula con ayuda de un sistema de enfriamiento con agua.
Para el mantenimiento y control de la temperatura apropiada del baño metálico se utiliza corriente eléctrica. Electrodos de grafito introducidos por la parte superior de la tapa que cubre la cuchara, forman un arco eléctrico sobre la superficie del acero líquido, generando así la energía necesaria para el recalentamiento del metal líquido. La agitación del metal se realiza mediante la inyección de gas inerte (en general Ar) lo cual promueve la homogeneización térmica y química, además de promover la flotación de inclusiones.
El tratamiento en el horno cuchara involucra la existencia de una escoria sobre la superficie del metal. Es una práctica generalizada iniciar la formación de la escoria durante el vaciado del metal a la cuchara, y controlar su química y masa durante el tiempo que dura el tratamiento.
El horno cuchara se utiliza principalmente para ajustar químicamente el metal líquido a través de reacciones como la desoxidación, desulfuración, adición de aleantes, etc… El tratamiento en la olla está estrechamente relacionado a la limpieza del acero, i.e. número y tipo de inclusiones observadas en el producto solidificado, ya que la mayor parte de las inclusiones se originan durante la reacción de desoxidación. La química de las inclusiones producidas durante el tratamiento en la cuchara puede modificarse para favorecer su eliminación y disminuir su efecto nocivo en el metal solidificado. La operación exitosa del tratamiento en el horno cuchara es compleja y requiere un conocimiento de las reacciones químicas que ocurren así como de los fenómenos de transporte de masa y calor involucrados.
El acero líquido contiene oxígeno en dos formas: disuelto y combinado (en óxidos). En general, se intenta disminuir al máximo los niveles totales de oxígeno (oxígeno disuelto y combinado) a fin de controlar la limpieza y calidad del acero.
Después de la desoxidación, los productos formados permanecen dispersos en el baño, y consecuentemente el contenido de oxígeno total en el mismo es más alto que la cantidad de oxígeno disuelto en equilibrio con el elemento desoxidante. La diferencia entre los contenidos de oxígeno total y disuelto se encuentra combinado en forma de inclusiones. La eficiencia en la remoción de éstas determina la limpieza del acero.