Alternativas Para La Obtención de Metal Líquido - Cubilote,Horno de Inducción y Horno de Arco
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ALTERNA TIV ASP ARA LA OBTENCIÓN DE METALLÍQUIDO: 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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Una empresa que se instala o que desea ampliar su capacidad de producción, debe analizar las diversas alternativas tecnológicas disponibles en el mercado actual, para la obtención de metal líquido. Esta evaluación debería hacerse con la mayor objetividad posible. Entran en consideración aspectos como la carga metálica, la disponibilidad y precio de coque y energía eléctrica, los consumos específicos y costos de los diversos consumibles, la capacidad y el ritmo de producción requeridos, los materiales a producir, las necesidades de mano de obra en cantidad y calidad, y los aspectos de seguridad y medio ambiente. Cada alternativa presenta determinadas ventajas y desventajas desde los puntos de vista técnico y económico. Mientras el horno de cubilote es una máquina de fundir de alta eficiencia térmica que acepta una gran variedad de materiales de carga y con los controles adecuados puede obtener un amplio espectro de composiciones químicas, requiere sin embargo un cierto nivel de inversión para evitar problemas ambientales. Los hornos de inducción presentan ventajas en cuanto a su versatilidad respecto a los materiales que es posible obtener, pero tienen ciertas restricciones en cuanto a la carga metálica y en cuanto al costo operativo, para cubas de gran capacidad. Los hornoseléctricos de arco, a su vez, presentan ventajas en cuanto a la adaptación auna variada gama de tipos de carga metálica pero utilizan electrodos de alto costo y presentan costos elevados para producciones pequeñas. Un análisis objetivo de todas las variables involucradas debería ser útil para conducir a una decisión técnica y económicamente acertada.
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ALTERNATIVAS PARA LA OBTENCIN DE
METAL LQUIDO: CUBILOTE, HORNO DE
INDUCCIN Y HORNO DE ARCO
Ing. Jorge Madas
COLFUN, Centro Costa Salguero, Buenos Aires, 28 a 30 de octubre de 2010
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metallon
Servicios tcnicos para fundiciones y siderrgicas
Cursos abiertos e in company
Asistencia tcnica
Laboratorio metalogrfico
Servicios bibliogrficos
www.metallon.com.ar
San Nicols, Prov. de Buenos Aires
2
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metallon
Prximos cursos abiertos
2 Curso Internacional sobre Hornos Elctricos de Arco,
Rosario, 29 y 30 de marzo de 2011
Curso de Metalografa Aplicada, Rosario, 28 y 29 de
junio de 2011
Curso de Metalurgia de la Fundicin Nodular, Rosario,
22 y 23 de noviembre de 2011
3
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Alternativas para la obtencin de
metal lquido
Contenido:
Introduccin
Cubilote
Horno de induccin
Horno de arco
Factores influyentes
Tendencias
Conclusiones
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-
Introduccin
Para obtener fundicin lquida a partir de carga
fra existen diversas alternativas tecnolgicas
Un nuevo emprendimiento, o una necesidad de
ampliar la capacidad de produccin en una
fundicin existente, requieren el anlisis objetivo de
estas alternativas
Se analizan las fortalezas y debilidades de
Cubilotes
Hornos de induccin
Hornos de arco
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-
Cubilote
Rasgos de los cubilotes modernos:
Extraccin de humos por debajo de la carga
Viento caliente
Equipamiento para tratamiento de los gases
Cuba sin revestimiento, en los hornos ms
grandes
Alto nivel de automatizacin
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-
Cubilote7
Carga con cesta
Toma de gas por
debajo de la
carga
Granulacin
en seco de la
escoria
Cmara de
combustin
vertical
Recuperador de
soplo caliente
Paquetes de recu-
peracin de calor
Casa de filtros
bolsa
Extractor y
chimenea
Disposicin
estndar
mostrando:
-
Cubilote
Fortalezas
Eficiencia trmica, en unidades grandes
Aceptacin de una gran variedad de materiales de
carga
Menor sensibilidad al nivel de oxidacin de la
chatarra
Variantes de diseo
Viento caliente: Bajo costo de fusin para grandes
producciones
8
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Cubilote
Debilidades
Alta generacin de gas
Para tener una performance ambiental adecuada,
hace falta una inversin importante
Para la produccin de fundicin nodular, es conveniente
tener equipamiento aguas abajo
Control de temperatura y composicin qumica mas
complejo
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-
Horno de induccin
Fortalezas
No requiere coque ni electrodos
Se puede producir un amplio abanico de materiales
Control fcil y rpido de la temperatura del metal
lquido
Ajuste fcil de la composicin qumica
Velocidad de fusin variable con facilidad
Buena performance ambiental, sin necesidad de alta
inversin en equipamiento
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-
Horno de induccin
Debilidades
Limitaciones en los materiales que se pueden cargar
Limitaciones en la realizacin de tareas metalrgicas
que requieren de la interaccin de la escoria con el
metal lquido
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-
Horno de induccin
Alta potencia
Automatizacin
Empieza a aplicarse:
Extraccin de humos
Sistema de extraccin 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 produccin de acero)
Con revestimiento bsico, posibilidad de eliminar
elementos por la va de reacciones metal escoria
(desulfuracin, defosforacin)
Simpleza y confiabilidad del equipamiento
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-
Horno de arco
Debilidades
Ruido
Generacin de gas (cuando se usa inyeccin de
oxgeno)
Necesidad de control de emisiones
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-
Horno de arco
Rasgos de los hornos de arco
modernos
Alta potencia
Paneles refrigerados
Espumado de la escoria
Sangrado excntrico por el fondo
Oxgeno, carbn, gas y cal por
inyectores
Brazos electroconductores
Sistema digital de regulacin de
electrodos
15
-
Horno de arco16
-
Horno de arco
Tratamiento de gases
17
Cmara de
combustin
Cmara de
combustin
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 inversin
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 energa elctrica,
coque, electrodos
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-
Factores que influyen
Materiales
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Fundicin gris
(%)
Fundicin
nodular (%)
Acero (%) Aluminio (%)
Estados Unidos 36 32 9 16
Alemania 49 28 4 14
Japn 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
tem Cubilote (USD/t) Induccin (USD/t)
Carga metlica 135,4 151,7
Aditivos 9,3 13,0
Fusin 23,4 29,6
Mano de obra 4,0 4,5
Refractarios 1,8 3,1
Disposicin 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/ao. Cubilote de viento caliente; horno de
induccin sin ncleo de media frecuencia. Estudio de Kuttner, 2001. Costos en Estados Unidos
-
Costo operativo
tem Ahorro al pasar de horno de arco a
horno de induccin (USD/t)
Energa de fusin 2,7
Demanda de energa -3,3
Electrodos 33,4
Carga metlica -20,2
Mano de obra (produccin) 5,4
Refractarios 1,0
Mantenimiento (material y mano de obra) 18,0
Control de polucin 4,8
Disposicin de desechos 0,9
Total 42,8
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John Deere, ao 2000, al analizar una modernizacin con aumento de
capacidad de produccin. Cubilote en posicin intermedia
-
Costo operativo
Francia
1997 cubilote de viento fro el ms barato (236 /t);
horno de induccin el ms caro (265 /t)
2003 horno de induccin el ms barato (252 /t),
seguido de cubilote con viento caliente (253 /t)
2005 cubilote de viento caliente el ms barato (295
/t)
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-
Tendencias
Francia cantidad de hornos para nodular, gris y
maleable (1999 162 hornos; 2002 140 hornos)
24
Cubilote viento fro33%
Cubilote viento caliente
7%
Induccin49%
Arco1%
Rotativo10%
1999
Cubilote viento fro26%
Cubilote viento caliente
7%Induccin
57%
Arco1%
Rotativo9%
2002
-
Tendencias
Francia tonelaje nodular, gris y maleable (1999,
1.530.000 t; 2002 1.400.000 t)
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Cubilote viento fro29%
Cubilote viento caliente
34%
Induccin31%
Arco6%
Rotativo0%
1999
Cubilote viento fro
22%
Cubilote viento caliente
33%
Induccin39%
Arco5%
Rotativo1%
2002
-
Tendencias
Argentina (Ricardo Velzquez, La industria de la
Fundicin en Argentina)
1980 80% cubilote, 20% induccin
2010 20% cubilote, 80% induccin
Brasil (Roberto de Deus)
2010 30% cubilote, 70% induccin
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-
Conclusiones
Hay una tendencia mundial a reemplazar
capacidad de fusin en hornos de cubilote de
viento fro por hornos de induccin
Para grandes producciones el horno de cubilote de
viento caliente, como unidad de fusin primaria,
puede mantener ventajas
Para una decisin correcta, es siempre conveniente
evaluar las diferentes alternativas de la manera
ms objetiva posible, comparando los costos de
inversin y operativos y otros factores de peso
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