ES2639489T3 - Horno de arco eléctrico y procedimiento para su funcionamiento - Google Patents
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Abstract
Horno de arco eléctrico (100) para una operación cuasi continua con: un vaso inferior (110) para la fundición de portadores de hierro; donde el vaso inferior presenta un dispositivo de sangría (115) para efectuar una sangría periódica de la colada; una cubierta (120) para colocar sobre el vaso inferior; al menos un electrodo (130); un dispositivo de sujeción del electrodo (140) para sujetar el, por lo menos un, electrodo (130) a través de una primera abertura (122) en la cubierta (120) en el interior del horno de arco eléctrico; y un dispositivo de suministro de tensión (150) para proporcionar una tensión de alimentación eléctrica para el electrodo (130); caracterizado porque el dispositivo de sujeción del electrodo (140) presenta un dispositivo de ajuste del electrodo (142) para el ajuste del electrodo correspondientemente a su desgaste y un dispositivo de acople del electrodo (144) para el acople del electrodo (130); y el dispositivo de sangría (115) se dispone de tal manera en el vaso inferior (110), que sean posibles sangrías periódicas con el vaso inferior recto y fijo.
Description
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DESCRIPCION
Horno de arco electrico y procedimiento para su funcionamiento
La presente invention se relaciona con un horno de arco electrico, (del ingles Electric Arc furnace), as! como un procedimiento para su funcionamiento. El horno de arco electrico consiste esencialmente en un vaso inferior con un dispositivo de sangrla para la sangrla de colada y una cubierta que puede colocarse sobre el vaso inferior. A traves de la cubierta sobresale por lo menos un electrodo en el interior del horno de arco. El electrodo queda sujeto por un dispositivo de sujecion del electrodo. Ha de preverse un dispositivo de suministro de tension para suministrar una tension de alimentation electrica para el electrodo para una operation continua durante varias fundiciones.
Comun al tema horno de arco electrico se encuentra muy amplio estado actual de la tecnica, por ejemplo en las publicaciones US 4,423,514; US 4,238,632; EP 0 269 465 B1; EP 1 181 492 B1; EP 8 430 020 B1; US 4,805,186; EP 617739 B1; EP 1 029 089 B1; EP 0 889 138 B1; DE 41 23 039 A1; DE 35 43 773 A1; DE 103 92 661 T5 y en el libro "Production de acero en el horno de arco" de Manfred Jellinghaus, Editorial: Acero Hierro N 23232/11/94, tercera edition, pag. 99 a 102.
Hornos de arco electrico para la produccion ininterrumpida de hierro mediante fundicion continua de chatarra, donde el horno durante la sangrla se mantiene recto y firme y, por tanto, no tiene que voltearse, se muestran en el documento aleman abierto a visualization publica DE 1 937 839 y en el documento estadounidense US 2002/0071473 A1.
Un horno de arco electrico, que puede operar como horno de arco de corriente continua o de corriente alterna, se conoce gracias al documento europeo EP 1 779 705 B1. El horno de arco all! revelado comprende un dispositivo de regulation para el ajuste de los electrodos durante el proceso de fundicion, para evitar mediante un reajuste apropiado por ejemplo la interruption del arco debido a un acortamiento de los electrodos por desgaste y/o quemado.
El impreso US 3,937,867 muestra una combination de un dispositivo de un dispositivo de ajuste y un dispositivo de acople. No obstante, este dispositivo unicamente se preve para el acople de los electrodos en caso de operacion de fundicion interrumpida, es decir en caso de tension de alimentacion desconectada. Esto queda demostrado impllcitamente por el hecho de que conforme a este documento estadounidense el electrodo, cuando esta considerablemente quemado, se pone sobre la colada o sobre el fondo del horno y entonces se suelta del electrodo la conexion electrica para el electrodo en forma de una pinza de electrodo.
Una revelation similar se encuentra tambien en el documento estadounidense US 3,898,364, donde se muestra, que el electrodo queda sujeto en un horno de arco durante la operacion normal del horno fundamentalmente por un terminal de contacto electrico, que sirve tambien para la aplicacion de la tension electrica al electrodo. Para compensar el desgaste y/o el consumo del electrodo durante el funcionamiento, se repone el electrodo periodicamente en el horno. Para este proposito se sujeta el electrodo provisionalmente con otro terminal, y el mismo se suelta sin embargo del terminal, de forma que el electrodo pueda seguirse deslizando hacia abajo dentro del terminal de contacto electrico. Con la apertura del terminal de contacto electrico se interrumpe tambien temporalmente el suministro de energla electrica y con ello un eventual arco en el horno.
Otro estado actual de la tecnica para el objeto de la presente invencion se encuentra en los documentos JP 5 234 674 A, CA 1 146 204 A1. EP 0 559 390 A2 as! como en el documento aleman abierto a inspection publica DE 30 16 350 A1.
Un horno de arco para la produccion de acero para una operacion cuasi continua durante de seis a siete dlas se conoce gracias al documento de patente europea EP 0 190 313 B1. El horno de arco electrico all! mostrado comprende un vaso inferior para generar una colada mediante fundicion del material a fundir. Para la sangrla de la colada, el vaso inferior comprende un dispositivo de sangrla. El horno de arco electrico comprende ademas una cubierta para colocar sobre el vaso inferior y por lo menos un electrodo, sujeto por un dispositivo de sujecion del electrodo a traves de una primera abertura en la cubierta en el interior del horno de arco electrico. El electrodo se alimenta con una tension de alimentacion electrica, proporcionada por un dispositivo de suministro de tension. Para la operacion continua durante varios dlas preven las ensenanzas de la Ep 0 190 313 B1, que la tension de alimentacion electrica para los electrodos se conecte de manera duradera y permanezca, particularmente tambien durante la carga del horno con portadores de hierro o aditivos, durante el ennoblecimiento de la colada mediante adicion de sustancias de aleacion, as! como durante las sangrlas esporadicas durante la operacion continua y naturalmente durante el propio proceso de fundicion. Como portadores de hierro se introducen en el horno chatarra o hierro directamente reducido (Dlrect Reduced Iron) DRI, preferentemente precalentado. Las sangrlas tienen lugar periodicamente durante la operacion continua del horno de arco. Se preve que en cada sangrla quede en el vaso inferior un nivel del cazo del 40% al 50% de la altura maxima del nivel del bano como nivel del cazo residual. Para la sangrla se eleva la temperatura de la colada a una temperatura de sangrla deseada. La cubierta del horno de arco
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electrico esta refrigerada por agua. La operacion cuasi continua del horno de arco electrico unicamente se interrumpe para su mantenimiento. El horno se cierra entonces y todos los componentes que necesiten repararse se cambian o se reparan entonces.
Partiendo de este estado actual de la tecnica, la invencion se basa en el objeto de perfeccionar un horno de arco electrico conocido para una operacion cuasi continua y un procedimiento conocido para su funcionamiento de forma que puedan realizarse economicamente, que la colada no se desplace innecesariamente durante la sangrla y que los portadores de hierro y aditivos puedan alimentarse sin la menor dificultad.
Este objeto se resuelve mediante el objeto conforme a la reivindicacion 1. Este se caracteriza porque el dispositivo de sujecion del electrodo presenta un dispositivo de ajuste del electrodo para el ajuste del electrodo correspondientemente a su desgaste y un dispositivo de acople del electrodo para el acople del electrodo, donde el dispositivo de sangrla se dispone en el vaso inferior de tal manera, que sean posibles sangrlas periodicas con el vaso inferior recto y fijo.
El termino "operacion cuasi continua" significa que la tension de alimentacion para el, por lo menos un, electrodo se conecta de manera temporalmente continua, es decir duradera, para un gran numero de fundiciones consecutivas, interrumpidas solo para trabajos de mantenimiento en el horno de arco electrico.
El termino "colada" se utiliza en la presente descripcion en doble sentido. Por un lado, significa el termino "colada" los portadores de hierro fundidos. Por otro lado, significa el mismo termino un ciclo recurrente que se repite periodicamente durante la operacion continua del horno de arco electrico. En el ultimo significado designa el termino "colada" la duracion entre dos sangrlas consecutivas.
El termino "acople del electrodo" significa una prolongacion del electrodo existente en el dispositivo de sujecion del electrodo mediante roscado de un nuevo cordon de electrodos al extremo del electrodo actualmente sujeto en el dispositivo de sujecion del electrodo, que sobresale desde el interior del horno de arco electrico.
El horno de arco electrico conforme a la invencion sirve para la elaboracion de una fundicion de acero mediante fundicion de portadores de hierro, particularmente de DRI, HBI y/o de hierro bruto llquido y/o solido y/o de chatarra.
El vaso inferior puesto a prueba esta configurado fijo recto durante el funcionamiento del horno de arco electrico y particularmente durante la ejecucion de las sangrlas. Esto tiene por un lado la ventaja de que un caro mecanismo de basculacion en caso contrario necesario es aqul prescindible. Durante el desescoriado conforme a la invencion, el horno de arco electrico permanece preferentemente cerrado, es decir la cubierta puede permanecer sobre el vaso inferior. Esto tiene la ventaja de que el proceso de fundicion en el interior del horno de arco electrico no podrla perturbarse por ejemplo mediante aire ambiental aspirado, como serla el caso con la cubierta levantada. El aire ambiental podrla por tanto aspirarse si la cubierta estuviera alzada, porque el interior del horno de arco electrico, debido a un dispositivo de succion habitualmente existente para los gases de escape, se encuentra bajo una ligera presion inferior. El vaso cerrado y con ello la baja presion existente en su interior tienen ademas la ventaja de que la potencia de succion necesaria para los gases de escape es menor que con la cubierta alzada, porque no se tiene que aspirar ningun aire ambiental. Tambien, la colada en el interior del horno de arco electrico no se desplaza innecesariamente en movimiento, como se realizarla esto en caso de volteo del horno de arco electrico. Como ventaja adicional cabe mencionar que - con vaso fijo vertical - la carga de los portadores de hierro o aditivos durante la sangrla puede efectuarse en adelante, lo que no serla posible sin la menor dificultad en vasos que tengan que voltearse para la sangrla.
Conforme a diferentes ejemplos de ejecucion, se lleva a cabo no solo el ajuste y acople de los electrodos y la sangrla de la colada, sino tambien la carga de portadores de hierro y/o aditivos en el horno de arco as! como la introduccion de agentes de limpieza o portadores de energla qulmicos mediante un dispositivo de insuflacion en el interior del horno de arco, y/o de agentes de limpieza a traves del fondo del vaso inferior (no representado), conforme a la presente invencion en operacion continua, es decir, con tension de alimentacion conectada y aplicada a los electrodos. La ejecucion de los pasos procedimentales citados cuando la alimentacion electrica no ha sido cortada ofrece la ventaja de que el funcionamiento del horno de arco para la ejecucion de los pasos citados no tiene que interrumpirse; es decir, que su operacion continua es por consiguiente posible.
El objeto antes citado se resuelve ademas mediante un procedimiento para la operacion de un horno de arco electrico. La solucion y las ventajas de la solucion corresponden a las ventajas antes citadas en referencia al horno de arco electrico puesto a prueba.
La prevision de la altura de nivel del cazo puesta a prueba tras realizar una sangrla ofrece la ventaja de que de este modo se prolonga la vida util del material refractario del vaso inferior, porque las oscilaciones de temperatura demasiado grandes en esta zona se evitan mediante la prevision de la altura de nivel del cazo.
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Otras configuraciones favorables del horno de arco electrico puesto a prueba, as! como del procedimiento puesto a prueba para su funcionamiento son objeto de las reivindicaciones dependientes.
A la description se le adjuntan dos Figuras, donde la Figura 1 muestra el horno de arco electrico conforme a la invention en section transversal; y la Figura 2 ilustra el procedimiento conforme a la invention para el funcionamiento del horno de arco electrico.
La invencion se describe a continuation detalladamente en referencia a las Figuras citadas en forma de ejemplos de ejecucion.
La Figura 1 muestra el horno de arco 100 conforme a la invencion con un vaso inferior 110 y una cubierta 120 que puede colocarse sobre el vaso inferior. La cubierta esta configurada por ejemplo de forma conica y presenta un dispositivo de refrigeration 170 para refrigerar sus superficies envolventes. El dispositivo refrigerador consiste por ejemplo en conductos, en los que se conduce agua de refrigeracion. La cubierta presenta en su centro y/o su punta por lo menos una primera gran abertura, para alojar los electrodos 130 que vayan a introducirse en el horno de arco electrico 100.
Ademas de la primera abertura 122, la cubierta 120 tiene por lo menos una segunda abertura 124 para la carga de los portadores de hierro y/o aditivos en el horno de arco electrico con alimentation electrica conectada. Como portador de hierro se pueden introducir en el horno, por ejemplo, chatarra, hierro reducido directamente (Direct Reduced Iron DRI), hierro briquetado en caliente (Hot Briquetted Iron HBI) y/o arrabio (hierro bruto) llquido y/o solido. En la superficie lateral de la cubierta se preve ademas un dispositivo de insuflacion 160 para la introduction de por ejemplo agentes de limpieza u oxlgeno o carbono en el interior del horno de arco electrico, preferentemente con alimentacion electrica conectada. Como puede verse en la Figura 1, el dispositivo de insuflacion posibilita una introduccion selectiva de las sustancias mas proximas a la escoria y/o a la colada.
Durante el funcionamiento del horno de arco electrico, el vaso inferior 110 esta recto y fijo. La cubierta 120 se tiene por tanto que poder subir o bajar solo en direction vertical, es decir en la direction de la doble flecha de la Figura 1. Aunque puede preverse un dispositivo para girar la cubierta, no parece sin embargo obligatoriamente necesario. Por ejemplo, con fines de mantenimiento el vaso inferior puede ser desplazable.
El vaso inferior 110 esta revestido con material refractario 112. El material refractario existe en el vaso inferior tras una inspection en un espesor tal, que incluso tras una operation continua de varios dlas del horno de arco electrico tenga aun un espesor residual suficiente. El vaso inferior tiene un dispositivo de sangrla 115 para la sangrla de la colada preferentemente de forma que, tras cada sangrla, quede en el vaso inferior fijo una altura de nivel del cazo h de por lo menos 500 mm.
Para la sujecion de los electrodos 130 en el horno de arco electrico 100 se preve un dispositivo de sujecion del electrodo 140. Este comprende un dispositivo de ajuste del electrodo 142 para el ajuste de los electrodos 130 correspondientemente a su desgaste y un dispositivo de acople del electrodo para el acople del electrodo 130. Tanto el dispositivo de ajuste del electrodo 142 como tambien el dispositivo de acople del electrodo 144 estan configurados conforme a la invencion de tal forma que posibiliten un ajuste y acople de los electrodos durante la operacion del horno de arco electrico, con alimentacion electrica conectada al electrodo 130. Particularmente de este modo recien se harla posible una operacion continua del horno de arco electrico durante varios ciclos de sangrla y/o fundiciones.
Para el aporte de energla electrica en el horno de arco electrico se preve un dispositivo de suministro de tension 150, para proporcionar una tension de alimentacion electrica para el, por lo menos un, electrodo. El dispositivo de suministro de tension puede estar configurado como fuente de corriente continua para suministrar la tension de alimentacion en forma de una tension continua o en forma de una fuente de tension alterna para suministrar la tension de alimentacion en forma de una tension alterna para el electrodo 130. Comprende un dispositivo transformador 152, que conforme a la invencion se dispone por encima de la cubierta del horno. En el caso de que el dispositivo de suministro de tension este disenado como fuente de tension alterna y el horno de arco electrico se haga operar como horno de corriente alterna, el dispositivo transformador 152 comprende tres transformadores monofasicos, dispuestos simetricamente desplazados unos respecto de otros en un angulo de 120°.
A continuacion se describe a fondo el procedimiento de como se hace operar el horno de arco electrico conforme a la invencion.
La caracterlstica principal del procedimiento conforme a la invencion consiste en que el horno de arco electrico se hace operar en una operacion "cuasi continua" a lo largo de varios dlas y un gran numero de fundiciones y/o ciclos de sangrla sin interruption. Unicamente se desconecta para fines de mantenimiento tras varios dlas de operacion continua y entonces se revisa correspondientemente.
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La operacion continua posibilita por un lado mediante el dispositivo de ajuste del electrodo, que durante la operacion del horno de arco electrico el electrodo 130 se oriente de tal manera en el interior del horno, que idealmente, a pesar del desgaste y/o erosion electrica de los electrodos, la longitud del arco permanezca esencialmente constante. Para no tener que interrumpir el funcionamiento del horno de arco electrico tambien al alcanzar una longitud minima del electrodo 130, la presente invencion preve que, ademas del dispositivo de ajuste del electrodo 142, se prevea tambien un dispositivo de acople del electrodo 144, que asegure que el electrodo 130 antes de alcanzar su longitud minima se alargue de nuevo hacia arriba. Este llamado acople se lleva a cabo tipicamente enroscando un electrodo de prolongacion y/o un nuevo cordon de electrodos al extremo distal del horno del electrodo. El dispositivo de acople del electrodo 144 posibilita conforme a la invencion este acople del electrodo con alimentacion electrica conectada, de forma que el funcionamiento del horno de arco electrico pueda continuar durante el acople.
Sin embargo, no solo el ajuste y acople del electrodo 130, sino tambien la carga de los portadores de hierro o aditivos o la inyeccion de agentes de limpieza en el horno de arco electrico, el ennoblecimiento de la colada mediante adicion de sustancias de aleacion, asi como particularmente tambien la sangria de la colada o de la escoria se realizan mas favorablemente conforme a la invencion con alimentacion electrica conectada en cualquier momento durante la operacion continua. Esto ofrece la ventaja de que tambien para estos procesos mencionados el funcionamiento/industria del horno de arco electrico no se tiene que interrumpir, lo que tiene como consecuencia particularmente un claro ahorro en costes respecto de un funcionamiento interrumpido del horno de arco electrico. El ahorro en costes se origina particularmente, porque los tiempos de apagado generados en el funcionamiento discontinuo del horno de arco electrico se suprimen para la produccion en la operacion continua conforme a la invencion. La potencia electrica instalada puede utilizarse con la presente invencion de manera optima. No se tienen que proporcionar particularmente ningun acumulador para energia electrica ni ninguna otra carga electrica, para gastar la potencia electrica proporcionada por el dispositivo de suministro de tension durante los tiempos de apagado del horno de arco electrico corrientes en el funcionamiento discontinuo. Tambien las perdidas de energia en la alimentacion se reducen debido a los procesos de conexion y desconexion claramente reducidos en su numero.
El aporte temporalmente continuo de energia, es decir la tension de alimentacion continuamente conectada para el electrodo 130 a traves de varios ciclos de sangria y/o fundiciones se ilustra graficamente de manera idealizada en la Figura 2.
El horno de arco electrico se opera conforme al presente modo de funcionamiento en continuo con por termino medio aproximadamente 1600°C. Unicamente al inicio de un proceso recurrente planificado, que se lleva a cabo cuando la alimentacion electrica no ha sido cortada y con vaso inferior fijo en posicion vertical, se eleva la temperatura de la colada mas favorablemente ligeramente en torno a aproximadamente 50°, para prevenir un enfriamiento prematuro indeseable de la colada tras su salida del horno de arco electrico. La sangria se lleva a cabo preferentemente, de forma que la tras la sangria quede todavia en el vaso inferior una altura de nivel del cazo h de por lo menos 500 mm respecto de la posicion mas profunda. Esto ofrece la ventaja de que particularmente no se rompa el vaso inferior por un funcionamiento en vacio sin colada cuando la alimentacion electrica no ha sido cortada y despues el horno de arco emergente. Debido al cazo existente se mantienen las oscilaciones de la temperatura de la colada y con ello del vaso inferior dentro de los limites. De este modo se reduce la carga del material refractario y con ello se prolonga la vida util del vaso inferior.
No solo la sangria, sino tambien el ajuste y/o acople de los electrodos se pueden realizar durante la carga cuando la alimentacion electrica no ha sido cortada.
Claims (16)
- 5101520253035REIVINDICACIONES1. Horno de arco electrico (100) para una operation cuasi continua con:un vaso inferior (110) para la fundicion de portadores de hierro; donde el vaso inferior presenta un dispositivo de sangrla (115) para efectuar una sangrla periodica de la colada;una cubierta (120) para colocar sobre el vaso inferior; al menos un electrodo (130);un dispositivo de sujecion del electrodo (140) para sujetar el, por lo menos un, electrodo (130) a traves de una primera abertura (122) en la cubierta (120) en el interior del horno de arco electrico; yun dispositivo de suministro de tension (150) para proporcionar una tension de alimentation electrica para el electrodo (130);caracterizado porqueel dispositivo de sujecion del electrodo (140) presenta un dispositivo de ajuste del electrodo (142) para el ajuste del electrodo correspondientemente a su desgaste y un dispositivo de acople del electrodo (144) para el acople del electrodo (130); yel dispositivo de sangrla (115) se dispone de tal manera en el vaso inferior (110), que sean posibles sangrlas periodicas con el vaso inferior recto y fijo.
- 2. Horno de arco electrico (100) segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la cubierta (120) presenta por lo menos una segunda abertura (124) para la carga de portadores de hierro y/o aditivos en el horno de arco electrico.
- 3. Horno de arco electrico (100) segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porquela cubierta presenta un dispositivo de insuflacion (160) para la introduction de agentes de limpieza en el interior del horno de arco electrico.
- 4. Horno de arco electrico (100) segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque la cubierta (120) esta configurada de forma conica.
- 5. Horno de arco electrico (100) segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque la cubierta (120) presenta un dispositivo de refrigeration (170) para la refrigeration de la cubierta.
- 6. Horno de arco electrico (100) segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porquela cubierta (120) puede desplazarse verticalmente respecto al vaso inferior (110) fijo durante la operacion del horno de arco electrico.
- 7. Horno de arco electrico (160) segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porqueel dispositivo de suministro de tension (150) esta configurado como fuente de tension continua o fuente de tension alterna para proporcionar una tension de alimentacion para el electrodo en forma de corriente continua o alterna.
- 8. Horno de arco electrico (100) segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porqueel dispositivo de suministro de tension (150) presenta un dispositivo transformador (152), que se dispone por encima de la cubierta (120).
- 9. Horno de arco electrico (100) segun la reivindicacion 7 y 8, caracterizado porque,en caso de configuration del dispositivo de suministro de tension como fuente de tension alterna, el dispositivo transformador (152) presenta tres transformadores monofasicos, que se disponen simetricamente desplazados unos respecto de otros en cada caso en torno a 120°.
- 10. Horno de arco electrico (100) segun una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque5101520253035el vaso inferior (110) esta revestido en su interior con material refractario (112).
- 11. Procedimiento para la operacion de un horno de arco electrico (100) en cuasi continuo con un vaso inferior (110), una cubierta (120) que puede colocarse sobre el vaso inferior y por lo menos un electrodo (130), que a traves de una primera abertura (122) en la cubierta (120) puede introducirse en el interior del horno de arco electrico, comprendiendo los siguientes pasos:- carga de los portadores de hierro o aditivos en el horno de arco electrico a traves de por lo menos una segunda abertura (124) en la cubierta;- aplicacion continua en el tiempo de una tension de alimentacion electrica en el electrodo (130) para la fundicion de los portadores de hierro introducidos en el horno de arco electrico para la operacion continua del horno de arco electrico durante varias fundiciones;caracterizado porque- el, por lo menos un, electrodo se ajusta y se acopla; y- se lleva a cabo una sangrla de la colada (200) con el vaso inferior (110) recto y fijo.
- 12. Procedimiento segun la reivindicacion 11 caracterizado porquese realizan la carga del horno de arco electrico (100) con los portadores de hierro o con aditivos y la inyeccion de agentes de limpieza en el horno de arco electrico.
- 13. Procedimiento segun la reivindicacion 11 o 12, caracterizado porqueel horno de arco electrico (100) se hace operar en continuo con una temperatura, por termino medio, de aproximadamente 1600°C.
- 14. Procedimiento segun la reivindicacion 11, caracterizado porquela sangrla se lleva a cabo de tal forma que tras la sangrla quede en el vaso inferior una altura de nivel del cazo (h) de por lo menos 500 mm.
- 15. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 11 o 14, caracterizado porqueel horno de arco electrico (100) se opera temporalmente a aproximadamente 1650°C para la sangrla de la colada.
- 16. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porqueel ajuste y/o acople de los electrodos tambien puede realizarse durante la carga.
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