trabajo fundiciòn-terminado

8/2/2019 trabajo fundicin-terminado

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FUNDICIN I

FUNCIONAMIENTO DEL HORNO

CUBILOTE


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I. Funcionamiento del horno cubilote.

I.1 Reparacin I.2 Encendido I.3 Introduccin de la carga

I.4 Perodo de operacin I.5 Fin de la fusin I.6 Vaciado del horno

II. Metodologa para evaluar los principales parmetros de diseo y operacin

II.I Parmetros de diseo

II.I.1 Altura del Horno

II.I.2 Toberas

II.I.3 Conductos de aire

II.I.4 Zona del crisol

II.I.5 Antecrisol

II.I.6 Puerta de carga y Chimenea

II.II Parmetros de operacin

II.II.1 Produccin horaria del horno

II.II.2 Altura de la cama

II.II.3 Suministro de aireII.II.4 Emisin de los gases

III. Observaciones generales sobre el funcionamiento del horno

IV Conclusiones

V. Bibliografa


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I. Funcionamiento del horno cubilote.

La reparacin puede efectuarse tambin por medio de unos

aparatos especialmente creados para este uso, que proyectanla masa refractaria contra las paredes que hay que repararpor medio de aire comprimido. Este sistema es aplicable a loshornos de dimensiones grande y mediana.

Al da siguiente se puede encender de nuevo. Algunas vecesse repara durante la noche o la madrugada para fundir todoslos das. Aunque esto requiere de un esfuerzo considerablepor parte de los reberberistas.


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PARTES DEL HORNO DE CUBILOTE

Zona de Fusin del

cubilote


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I.1 Reparacin. Despus de cada fusin de 3 a 10 horas, el cubilote se deja enfriar y, al da siguiente, se

repara. A este fin, con un cincel o una piqueta, se quita la escoria o el material refractariovitrificado adherido al revestimiento, que se presenta ms o menos corrodo en torno a

las toberas hasta alcanzar el material refractario que no ha sufrido deterioro. Las partesafectadas se recubren entonces con material nuevo, a mano y dejndolo reposar por lomenos 24 horas. Si el espesor a recubrir es muy grande, se utilizan trozos de ladrillos,siempre del mismo material refractario.

Dos horas antes de dar comienzo a la colada, por la portilla de encendido (o desde arriba)se introduce un montoncito de lea seca que se enciende hasta obtener un fuegoabundante y vivo, favorecido por el enrgico tiro que producen la portilla de encendido,las mirillas de las toberas, la piquera de colada y la de escoria, todas abiertas, as como lapropia chimenea del horno.

Se empieza entonces a introducir el coque encendido, en una capa de unos 32 cm paracada carga, a razn de 140 Kg por metro cuadrado de horno; con el coque debe mezclarseun 5 a 10 % de piedra caliza, llamada tambin fundente; antes de introducir una nuevacapa hay que asegurarse de que el coque situado debajo est bien encendido.

El coque de encendido debe alcanzar de 1 a 1.60 metros sobre el plano de toberas. El nivelse comprueba introduciendo por la boca de carga una cadena o una cabilla doblada en(Z), el encendido de la columna se comprueba observando el color rojo del revestimientorefractario u observando directamente los trozos de coque por la mirilla de las toberas. Seactiva el encendido dando viento por espacio de 4 a 5 minutos, lo cual sirve tambin paradesulfurar el coque.


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I.2 Encendido. Se repara la solera del horno con arena de moldear seca con una pequea

adicin de grafito, arcilla y agua, secndose con fuego de lea o con una llama defuel-oil o de gas. La carga de coque de encendido (cama), cuya funcin essostener las cargas colocadas encima y dar, con su combustin, la energa trmica

necesaria, debe estar constituida por una cantidad de combustible cuya alturapermanezca invariable durante toda la colada. Para ello, el coque consumido se reintegra de modo regular a travs de las cargas

sucesivas de coque, que entran por la puerta de carga.I.3 Introduccin de la carga.

La carga del horno comienza colocando sobre la capa de coque de encendidouna carga de coque adicionada de la necesaria cantidad de fundente y encima deesta la carga metlica.

A continuacin se coloca una segunda carga de coque con fundente y la segundacarga metlica, y as alternativamente hasta alcanzar la puerta de carga. Acontinuacin, se espera un perodo de tiempo de 60 a 90 minutos (segn eltamao del horno), para que el coque encendido de la cama precaliente lascargas aadidas al horno. Transcurrido ese tiempo, se cierran las mirillas de lastoberas y las portillas, se conecta el ventilador y si todo ha sido bien ejecutado,transcurrido de 6 a 9 minutos, se presentar el primer hierro fundido en lapiquera de colada. Este hierro se considera fro y no se utiliza. Solo se empleacuando comienza a salir caliente y con buena fluidez por el canal. En el sistemapor sifn (Pinar del Ro), desde un inicio el orificio de sangra permanece abierto,el hierro y la escoria se separan en el sifn. Esto es lo que se conoce como coladacontinua.


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I.4 Perodo de operacin. A partir de que el primer hierro fluye libremente por el canal de sangra, se

cierra este orificio con un tapn de barro refractario. Se deben disponer devarios tapones (humedecidos, prximos al horno), ya que se utilizarn cada vezque se pique el horno. Ahora se espera a que se acumule el hierro lquido en elcrisol del horno. La medida de que el crisol estar lleno le dar la salida deescoria por la piquera correspondiente. La fluidez con que salga la escoria esndice del buen funcionamiento del horno. Inmediatamente que salga toda laescoria (comienza a salir hierro, junto con la escoria), quiere decir que el crisolest lleno de hierro lquido. Entonces se rompe el tapn del orificio de sangra yse recibe el hierro en las cazuelas de vertido. Vaciado el crisol se coloca un

nuevo tapn en el orificio de sangra y se repite todo el proceso. Lo descritoaqu es lo que se denomina operar el horno por picada y se hace cuando sedemandan grandes cantidades de hierro de una vez.

I.5 Fin de la fusin. Despus de algunas horas de funcionamiento se comprueba la cantidad de

piezas que quedan todava por colar y se introduce la ltima carga, reservado

para esta los trozos de metal ms ligeros. Cuando el nivel de la carga alcanzaaproximadamente las tres cuartas partes de la altura del horno, se reducegradualmente el viento, cerrando por completo la entrada de aire al hornocuando est prxima la fusin del ltimo hierro colado. Cuando aparece escoriaen la piquera se vaca el horno.


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I.6 Vaciado del horno.

Hay que asegurarse de que el pavimento debajo del horno est bienseco; se abren los portillos de las toberas, se abre el canal de colada y laportilla de encendido y se hace correr cerrojo o el puntal que cierra la

puerta inferior del horno. La solera del horno cae al igual que losresiduos de la capa de coque y de material contenidos, que se apagancon chorros de agua y se retiran para que no se estropee el cubilote. Elcoque recuperado se aprovecha para las estufas o para el relleno demachos muy voluminosos. El hierro se funde para las piezas corrientes.II Metodologa para evaluar los principales parmetros de

diseo y operacin.

El cubilote, como cualquier otro equipo, posee sus parmetros dediseo que, en este caso concreto, puede decirse que es el resultado dela experiencia acumulada en la construccin y operacin de este tipo dehorno. De igual forma las investigaciones y la prctica industrial han

ido precisando las circunstancias en las cuales el horno funcionaadecuadamente. La metodologa que ofrecemos a continuacin, tratade precisar aquellos ndices fundamentales para evaluar el diseo yoperacin de un horno de cubilote. Para dar una idea de la misma,caracterizaremos los principales parmetros de diseo y operacin, enun horno de cubilote y los lmites en los cuales estos deben variar.


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II.I Parmetros de diseo.II.I.1 Altura del Horno.El principal parmetro de diseo del horno es su dimetro interior (D),

medido al nivel de tobera. De l depende la altura efectiva (He), que va desdeel nivel de toberas a la puerta de carga y la altura (H), que es la distancia de lasolera a la puerta de carga. La experiencia demuestra que ambos parmetrosdeben variar en los lmites siguientes:H= (57) DH= (46) D

II.I.2 ToberasEl aire para quemar el coque hace su entrada al horno a travs del sistema detoberas. En Cuba predomina el sistema de colocar todas las toberas en unmismo plano. En ese caso, el rea total (S1) de las mismas debe ser de 1/4 a 1/8del rea de la seccin interior del horno (F), medido a nivel de toberas. El

valor ms empleado es 1/4 (25 %). La prctica inglesa recomienda colocar unatobera cada 15 cm de dimetro interior del horno. Su nmero siempre debeser par y no menor de 4. (Howard, 1962).

Otras recomendaciones son:Para cubilotes grandes----------S1=F/(56)Para cubilotes pequeos------- S1=F/(4


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Otros diseadores prefieren calcular el rea de las toberas por la relacinFe/coque en las cargas, donde:

S1=F=P/P

P- peso de la carga de coque, en Kg.

P- peso de la carga de hierro, en Kg.

II.I.3 Conductos de aire. La ubicacin de las toberas est en dependencia de la capacidad del crisol del

horno. Una recomendacin puede ser la siguiente: la hilera de toberas debecolocarse a 30 cm aproximadamente del fondo de la solera del horno, si este seopera por colada continua y de 90 a 120 cm, si este se opera por picadas.

La tubera, desde el ventilador hasta la caja de aire del horno, debe ser recta yde seccin circular. El rea de su seccin (S2) debe ser el doble de la seccin desalida del ventilador. La tubera, debe entrar tangencialmente en la caja de aire,de seccin (S3). Debe cumplirse que:

S3= (2.53) S2 S3 rea de la seccin de la caja de aire. a= a Altura de la caja de aire.

En el diseo del horno no debe existir una seccin menor, en todo el sistema desoplo de aire, que la seccin de salida del ventilador. Lo anterior incluye el reatotal de las toberas.


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II.I.4 Zona del crisol. se puede tomar como:

h crisol = (0.81) D En el crisol se estima que el metal lquido ocupa el 46 %

del volumen. En nuestro caso todos los hornosevaluados emplean sifn, por lo tanto son de sangradocontinuo. En este tipo de horno, la altura promedio delcrisol es de 30 cm, el metal fluye constantemente haciael exterior.

La piquera de escoria se recomienda colocarla de 15 a 20cm por debajo del nivel de tobera y siempre situarla

entre dos toberas, con inclinacin suficiente para quecorra la escoria libremente por ella. El dimetro deorificio debe ser de 30 a 50 mm. La piquera de colada secoloca al nivel de la solera del horno, debe tener unainclinacin de 10, el dimetro del orificio debe seralrededor de 15 a 25 mm.

II.I.5 -- Antecrisol. El antecrisol se utiliza cuando el horno opera por picada

continua. La capacidad del antecrisol, en toneladas porhora, debe ser de 0.5 a 1.0 veces la capacidad del horno.Por lo general el valor ms empleado es de 0.8. Eldimetro interior del antecrisol se toma de 1.0 a 1.3 vecesel dimetro interior del horno al nivel de tobera. Laaltura del antecrisol se toma igual que su dimetro.


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II.I.6 Puerta de carga y Chimenea.

La puerta de carga se coloca a 180 respecto a la piquera de colada. Se sita a partirde la altura efectiva del horno. El tamao de la puerta de carga depende delsistema de carga empleado.

La chimenea debe sobresalir por el techo del edificio. En el extremo se aade elapagachispas. La chimenea del horno debe quedar a no menos de 30 a 50 metrosdel edificio de plantillera, para evitar incendios.


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II.II Parmetros de operacin:

II.II.1 Produccin horaria del horno.Al igual que en su diseo, el parmetro fundamental de operacin delhorno es su dimetro interior (D, medido a nivel de toberas). De ldepende la produccin horaria del horno:

D = donde P- produccin horaria, en Kg/hr. D dimetro interior del horno a nivel de tobera, en dm.

produccin por el factor de correccin del horno, en ton/hr. La mismase obtiene multiplicando el rea de la seccin del horno a nivel detoberas por un factor, que depende de la relacin Fe/coque (Capello,

1974), o sea: Relacin Fe/coque Factor


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6/1 ---------------- 0.047

7/1 ---------------- 0.0546

7.5/1 ---------------- 0.057

8.1 ---------------- 0.0622

8.3/1 ---------------- 0.06449/1 ---------------- 0.0696

10/1 ---------------- 0.077

P= F x Factor para la relacin Fe/coque que le corresponda.

La productividad real se puede calcular teniendo los siguientes datos: volumen decazuela (Vcaz), densidad del hierro fundido (Ho/Fo) y el nmero de cazuela en unahora (Nocaz).

P=Vcaz x Ho/Fo x Nocaz

Un cubilote operado adecuadamente debe producir 75 Kg de hierro fundidopor hora y por decmetro cuadrado de seccin (medida a nivel de toberas o

su equivalente de 10 lb/hora x pul 2 (Heine, Loper, Rosentral, 1967).


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II.II Parmetros de operacin:

II.II.1 Produccin horaria del horno.Al igual que en su diseo, el parmetro fundamental de operacin delhorno es su dimetro interior (D, medido a nivel de toberas). De ldepende la produccin horaria del horno:

D = donde P- produccin horaria, en Kg/hr. D dimetro interior del horno a nivel de tobera, en dm.

produccin por el factor de correccin del horno, en ton/hr. La mismase obtiene multiplicando el rea de la seccin del horno a nivel detoberas por un factor, que depende de la relacin Fe/coque (Capello,

1974), o sea: Relacin Fe/coque Factor


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6/1 ---------------- 0.047

7/1 ---------------- 0.0546

7.5/1 ---------------- 0.057

8.1 ---------------- 0.0622

8.3/1 ---------------- 0.06449/1 ---------------- 0.0696

10/1 ---------------- 0.077

P= F x Factor para la relacin Fe/coque que le corresponda.

La productividad real se puede calcular teniendo los siguientes datos: volumen decazuela (Vcaz), densidad del hierro fundido (Ho/Fo) y el nmero de cazuela en unahora (Nocaz).

P=Vcaz x Ho/Fo x Nocaz

Un cubilote operado adecuadamente debe producir 75 Kg de hierro fundidopor hora y por decmetro cuadrado de seccin (medida a nivel de toberas o

su equivalente de 10 lb/hora x pul 2 (Heine, Loper, Rosentral, 1967).

II II Al d l


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II.II.2 Altura de la cama.tro parmetro importante de operacin. Es la distancia medida a partir del nivel de toberas y querepresenta el nivel mximo a que habr de llegar el coque encargado de producir la combustin dentrodel horno. Esta altura depende de la presin con que es soplado el aire (Pa) dentro del horno. Suclculo se efecta mediante frmulas empricas avaladas por la experiencia prctica. hc=x 10.5 + 6

donde (hc) altura de la cama, en pulgada.(Pa) presin de la caja de aire, en onzas/pulg2 (1onza/pulg2= 44mmH2O)

El coque debe ser de la mayor calidad posible y el tamao de los trozos, debe oscilar entre 1/10 y 1/12 deldimetro interior del horno. Una regla emprica muy efectiva consiste en lo siguiente: si la altura de lacama del horno est bien calculada, el primer hierro fundido lquido (se considera fro y no se utiliza),debe salir por la piquera de colada entre 6 y 9 minutos despus de iniciada la marcha del horno.

El coque para formar la cama del horno debe calcularse a razn de 140 Kg/m2 de seccin del horno.Despus de alcanzada la altura definitiva de la cama (en muchas fundiciones se hace por experiencia),se debe soplar aire durante 4 o 5 minutos. De esa forma se desulfura el coque. A la cama del horno se lepuede o debe aadir 5 a 10 % de piedra caliza (fundente) (AFS, 1954), para desulfurar el coque.

El coque que se emplea en el cubilote y particularmente en la cama, debe poseer buena resistenciamecnica, ya que tiene que soportar el peso de las cargas metlicas que se introducen por la puerta decarga. Un valor adecuado de resistencia mecnica se considera el siguiente: 15 MPa.

El trmino resistencia mecnica aqu tambin puede entenderse como la mayor o menor tendencia alfraccionamiento de los trozos de coque. De ah que en algunas normas estatales, este valor se expreseen funcin del porciento de trozos retenidos sobre una malla, despus de someter el coque a untratamiento mecnico dentro de un tambor giratorio. En esas condiciones, la fraccin menuda, en unbuen coque, no debe sobrepasar el 15 % de la muestra.

II II S i i d i


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II.II.3 Suministro de aire.El de mbolos garantiza una presin constante, lo cual posee particularimportancia para un horno de cubilote, dado que la permeabilidad al aire y losgases dentro del horno puede variar durante la operacin del mismo. (Variacinen el tamao del coque y los trozos de la carga metlica).

El conducto de aire debe ser de seccin circular y de un dimetro tal, que lavelocidad lineal del flujo sea menor a 15 m/s. La cantidad de aire que se inyecta aun horno de cubilote, viene dada por la relacin hierro/coque que se emplea(dicha relacin oscila normalmente entre 6/1 y 15/1) y determina, junto con eldimetro interior del horno, la produccin horaria del mismo (t/h). Un cubilotedebe consumir aproximadamente 100 metros cbicos de aire por cada metrocuadrado de seccin transversal del horno (a nivel de toberas).la entrada del conducto del aire a la caja de aire del horno debe ser tangencial; la

vlvula de regulacin del flujo (solo para ventiladores centrfugos), debe estaralejada de los equipos de medicin (metro orificio, Venturi, etc.); el equipo desoplado debe estar en un lugar aireado, sin comunicacin con el ambientepolvoriento de la fundicin y finalmente, como ya se seal, ninguna seccin delconducto puede ser menor que el dimetro de salida del equipo soplador.

Como hemos visto, calidad del coque, presin del aire y altura de la cama delhorno, son parmetros esenciales para el buen funcionamiento del mismo. Esdifcil dar una gua segura sobre la presin del aire que se suministra al horno, yaque depende de muchos factores, entre ellos: dimensiones de las toberas,tamao promedio de los trozos de coque, caractersticas de los materiales de lacarga y otros. En condiciones normales de operacin suelen ser frecuentes los

valores siguientes :


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Dimetro interior del horno (cm): 60-75 76-100 101-125 126-150 Presin (cm de columna de agua): 30-40 41-55 56-70 71-90 Un aspecto importante y al cual no se le presta siempre la debida atencin, es el

referido a la humedad relativa del aire que se sopla en el horno. Se ha demostrado queen un horno que funde a razn de 14 t/h, y 25C y 75 % de humedad relativa del aire

que se sopla, se introducen en el horno aproximadamente 192 Kg de agua por hora.Esto representa un consumo adicional de 230 Kg de coque por hora (San Solo, 1999).

II.II.4 Emisin de los gases. En ningn momento se debe olvidar que desde el punto de vista ambiental, el horno

de cubilote es un emisor de gases nocivos. De ah la importancia de conoceradecuadamente la composicin de los gases de escape del horno. Se considera que un

horno de cubilote opera correctamente, como proceso de combustin, cuando lacomposicin de los gases de escape, medidos en la puerta de carga del horno, esaproximadamente la siguiente: CO2 -15% y CO -9%. Lo anterior, sin embargo, debeconsiderarse como valores tericos, ya que en la prctica pueden variar dichoscontenidos en lmites ms amplios.

Por ejemplo, para cubilotes de soplo fro, empleando una relacin hierro/coque de10/1, son normales los valores siguientes: 12-15% de CO2 y 8-12% de CO. En cualquier

caso, el contenido de CO2 en los gases de escape debe mantenerse entre el 50 y el 65%del total. Aunque son grandes variaciones en la relacin hierro/coque, este valorpuede descender hasta 33%. La ausencia de llamas en la puerta de carga del horno esuno de los ndices que indican una operacin normal del mismo. Algunos autoresconsideran que se pueden predecir fallas en el funcionamiento del horno, mediante laobservacin del tipo de llama que se tiene en la puerta de carga.


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Que se haya formado un puente, es decir, un atasco de la carga metlicade forma que mantengan suspendidas las cargas superiores. Hay quedeshacer el puente con una barra puntiaguda y pesada, que se

introduce por la boca de la carga. Una vez roto el puente, se aade elcoque de encendido que se consumi entre tanto. Si las cargasmetlicas se efectan en trozos de tamao adecuado no se produce esteinconveniente.

Que queden obstruidas las toberas a causa de la escoria que, enfriadapor la corriente de aire, se deposita enfrente de ellas.

Hay que vigilar las toberas a travs de mirillas y, peridicamente,librarlas de suciedad que las cubre por medio de una barra que se leintroduce a travs de las mirillas hasta que queden limpias.

Que se empleen fundentes inadecuados, o que el coque sea de bajopoder calorfico o con exceso de cenizas, o refractario de mala calidad.

Si a los 20 o 30 minutos de obtenido el primer hierro fundido la

produccin del cubilote resulta anormal, o la temperatura del hierrocolado es persistentemente baja, hay que indagar las causas quepueden ser:


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Carga metlica de tamao inadecuado a las dimensiones del

cubilote (nunca mayor de 1/3 del dimetro del horno). Carga muy oxidada, con exceso de tierra o de arena adherida.

Coque en trozos de tamao inadecuado, con escaso poder calorficoo con elevado contenido de cenizas. Piedra caliza de mala calidad, con exceso de slice. Revestimiento refractario de mala calidad. Obstruccin de las toberas. Reduccin de la seccin del cubilote por en coronamiento,

acumulacin de escoria adherida al revestimiento. La piquera de escoria debe permanecer normalmente cerrada

para evitar escapes de aire y para asegurar una capa de 12 a 15 cmde escoria sobre bao metlico que proteja a este ltimo de lasoxidaciones. Se debe escoriar en intervalo de 40 a 60 minutos.

La marcha del cubilote puede juzgarse por la llama de la boca decarga y por la fractura de la escoria. Por ejemplo: Llama: Ausencia de llama en la boca de carga, salvo en la fase

final (indica funcionamiento y proporcin normales del horno). Llama azul turquesa: indica que prevalece el CO (hay exceso de

carbn en las cargas).


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Llama blanca brillante: indica que prevalece el CO2 (hay exceso deviento);

Llama humosa: es indicio de una marcha lenta (exceso de coque);

Escoria: Escoria fluida, pero no demasiado vtrea, compacta, color verde botella:

indica buena marcha con oxidacin escasa;

Escoria demasiado fluida, con fractura quebradiza y oscura: indicaexceso de fundente;

Escoria demasiado viscosa: indica escasez de fundente; Escoria compacta, parda, con fractura vtrea de color amarillento:

indica buena marcha y elevado contenido de manganeso en la carga;

Escoria negra: indica la presencia de xidos pesados (de hierro ymanganeso) y, por lo tanto, oxidacin excesiva;

En la tabla 1 del anexo, se muestra un resumen de algunos de losprincipales parmetros de operacin de los hornos de cubilote, segnlas normas aceptadas a nivel internacional (A.F.S 1954) (Capello, 1974).
http://www.monografias.com/trabajos27/escasez/escasez.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos27/escasez/escasez.shtml


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IV. Conclusiones Con la realizacin de este trabajo se pueden analizar los parmetros de

funcionamiento de los hornos de cubilote. En cuanto a las toberas se puedeconcluir si hay insuficiente rea o sobredimensionado de la misma que se traduceen cantidad de toberas.

Adems con la caja de aire se puede observar cundo las dimensiones no estn encorrespondencia con las de diseo.

En cuanto a los parmetros de operacin se puede concluir que, en laproductividad, se observa cundo los hornos aprovechan al mximo su produccinhoraria relacionada con su dimetro interior, otro parmetro, la altura de la cama,este parmetro se puede comprobar si se mantiene dentro de los lmites obtenidos

en la metodologa.

V. Bibliografa American Foundrymens Society. The cupula and its operation. Second

Edition. A.F.S. Chicago. 1954. Capello, Edoardo. Tecnologa de Fundicin. Tercera Edicin. Editorial

Gustavo Gili, S.A. Barcelona. 1974. Caldern, Yanelis; Fragoso, Alexander y Martnez, Ariel. Trabajo de Diploma.

Universidad de Pinar del Ro. 1998. Heine, R.W; Loper, C.R y Rosenthal, P.C. Principales of metal casting. McGra-

Whill Book Company. New York. 1967.


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Muchas Gracias ...

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