ALTERNATIVAS PARA LA OBTENCIÓN DE

METAL LÍQUIDO: CUBILOTE, HORNO DE

INDUCCIÓN Y HORNO DE ARCO

Ing. Jorge Madías

COLFUN, Centro Costa Salguero, Buenos Aires, 28 a 30 de octubre de 2010

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Próximos cursos abiertos

2º Curso Internacional sobre Hornos Eléctricos de Arco,

Rosario, 29 y 30 de marzo de 2011

Curso de Metalografía Aplicada, Rosario, 28 y 29 de

junio de 2011

Curso de Metalurgia de la Fundición Nodular, Rosario,

22 y 23 de noviembre de 2011

3

Alternativas para la obtención de

metal líquido

Contenido:

Introducción

Cubilote

Horno de inducción

Horno de arco

Factores influyentes

Tendencias

Conclusiones

4

Introducción

Para obtener fundición líquida a partir de carga

fría existen diversas alternativas tecnológicas

Un nuevo emprendimiento, o una necesidad de

ampliar la capacidad de producción en una

fundición existente, requieren el análisis objetivo de

estas alternativas

Se analizan las fortalezas y debilidades de

Cubilotes

Hornos de inducción

Hornos de arco

5

Cubilote

Rasgos de los cubilotes modernos:

Extracción de humos por debajo de la carga

Viento caliente

Equipamiento para tratamiento de los gases

Cuba sin revestimiento, en los hornos más

grandes

Alto nivel de automatización

6

Cubilote7

Carga con cesta

Toma de gas por

debajo de la

carga

Granulación

en seco de la

escoria

Cámara de

combustión

vertical

Recuperador de

soplo caliente

Paquetes de recu-

peración de calor

Casa de filtros

bolsa

Extractor y

chimenea

Disposición

estándar

mostrando:

Cubilote

Fortalezas

Eficiencia térmica, en unidades grandes

Aceptación de una gran variedad de materiales de

carga

Menor sensibilidad al nivel de oxidación de la

chatarra

Variantes de diseño

Viento caliente: Bajo costo de fusión para grandes

producciones

8

Cubilote

Debilidades

Alta generación de gas

Para tener una performance ambiental adecuada,

hace falta una inversión importante

Para la producción de fundición nodular, es conveniente

tener equipamiento aguas abajo

Control de temperatura y composición química mas

complejo

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Horno de inducción

Fortalezas

No requiere coque ni electrodos

Se puede producir un amplio abanico de materiales

Control fácil y rápido de la temperatura del metal

líquido

Ajuste fácil de la composición química

Velocidad de fusión variable con facilidad

Buena performance ambiental, sin necesidad de alta

inversión en equipamiento

10

Horno de inducción

Debilidades

Limitaciones en los materiales que se pueden cargar

Limitaciones en la realización de tareas metalúrgicas

que requieren de la interacción de la escoria con el

metal líquido

11

Horno de inducción

Alta potencia

Automatización

Empieza a aplicarse:

Extracción de humos

Sistema de extracción del

revestimiento

Retroescoriado

Robot para muestreo y otras

operaciones

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Horno de arco

Fortalezas

Capacidad de fundir todo tipo de materias primas,

inclusive virutas

Capacidad de lograr temperaturas elevadas (ventaja

para la producción de acero)

Con revestimiento básico, posibilidad de eliminar

elementos por la vía de reacciones metal – escoria

(desulfuración, defosforación)

Simpleza y confiabilidad del equipamiento

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Horno de arco

Debilidades

Ruido

Generación de gas (cuando se usa inyección de

oxígeno)

Necesidad de control de emisiones

14

Horno de arco

Rasgos de los hornos de arco

modernos

Alta potencia

Paneles refrigerados

Espumado de la escoria

Sangrado excéntrico por el fondo

Oxígeno, carbón, gas y cal por

inyectores

Brazos electroconductores

Sistema digital de regulación de

electrodos

15

Horno de arco16

Horno de arco

Tratamiento de gases

17

Cámara de

combustión

Cámara de

combustión

Intercambia

dores de

calor

Casa de

filtros bolsa

Casa de

filtros bolsa

Chimenea

Factores que influyen

Disponibilidad y precio de materias primas e

insumos

Materiales a producir

Costo de inversión

Costo operativo

Exigencias ambientales

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Materias primas e insumos

Tipos de chatarra disponibles en el mercado y sus

precios

Necesidad o no de reutilizar virutas

Disponibilidad y precios de energía eléctrica,

coque, electrodos

19

Factores que influyen

Materiales

20

Fundición gris

(%)

Fundición

nodular (%)

Acero (%) Aluminio (%)

Estados Unidos 36 32 9 16

Alemania 49 28 4 14

Japón 40 32 4 21

China 60 20 10 7

India 70 9 11 8

Brasil 86, 4 7 7

Argentina 49 34 6 11

Costo operativo

Ítem Cubilote (USD/t) Inducción (USD/t)

Carga metálica 135,4 151,7

Aditivos 9,3 13,0

Fusión 23,4 29,6

Mano de obra 4,0 4,5

Refractarios 1,8 3,1

Disposición de desechos 1,5 0,5

Mantenimiento 6,4 4,4

Edificio y otros 10,0 10,0

Total 191,8 216,8

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Planta nueva; 40 t/h; 16 h diarias; 4000 h/año. Cubilote de viento caliente; horno de

inducción sin núcleo de media frecuencia. Estudio de Kuttner, 2001. Costos en Estados Unidos

Costo operativo

Ítem Ahorro al pasar de horno de arco a

horno de inducción (USD/t)

Energía de fusión 2,7

Demanda de energía -3,3

Electrodos 33,4

Carga metálica -20,2

Mano de obra (producción) 5,4

Refractarios 1,0

Mantenimiento (material y mano de obra) 18,0

Control de polución 4,8

Disposición de desechos 0,9

Total 42,8

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John Deere, año 2000, al analizar una modernización con aumento de

capacidad de producción. Cubilote en posición intermedia

Costo operativo

Francia

1997 cubilote de viento frío el más barato (236 €/t);

horno de inducción el más caro (265 €/t)

2003 horno de inducción el más barato (252 €/t),

seguido de cubilote con viento caliente (253 €/t)

2005 cubilote de viento caliente el más barato (295

€/t)

23

Tendencias

Francia – cantidad de hornos para nodular, gris y

maleable (1999 162 hornos; 2002 140 hornos)

24

Cubilote viento frío33%

Cubilote viento caliente

7%

Inducción49%

Arco1%

Rotativo10%

1999

Cubilote viento frío26%

Cubilote viento caliente

7%Inducción

57%

Arco1%

Rotativo9%

2002

Tendencias

Francia – tonelaje nodular, gris y maleable (1999,

1.530.000 t; 2002 1.400.000 t)

25

Cubilote viento frío29%

Cubilote viento caliente

34%

Inducción31%

Arco6%

Rotativo0%

1999

Cubilote viento frío

22%

Cubilote viento caliente

33%

Inducción39%

Arco5%

Rotativo1%

2002

Tendencias

Argentina (Ricardo Velázquez, La industria de la

Fundición en Argentina)

1980 80% cubilote, 20% inducción

2010 20% cubilote, 80% inducción

Brasil (Roberto de Deus)

2010 30% cubilote, 70% inducción

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Conclusiones

Hay una tendencia mundial a reemplazar

capacidad de fusión en hornos de cubilote de

viento frío por hornos de inducción

Para grandes producciones el horno de cubilote de

viento caliente, como unidad de fusión primaria,

puede mantener ventajas

Para una decisión correcta, es siempre conveniente

evaluar las diferentes alternativas de la manera

más objetiva posible, comparando los costos de

inversión y operativos y otros factores de peso

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