ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL.FACULTAD DE INGENIERA MECNICA Y CIENCIAS DE LA PRODUCCIN.

Reduccin directa, hornos cubilote y fundiciones de hierro.

INTEGRANTES:Jimmy Hernn Anchundia ZamoraFrancisco Javier Arroyo JuezDaniel Eduardo Avils CedeoRichard Paul Balseca SellanJos Miguel Bruque Almeida

TERMINOI SEMESTRE 2014-2015

IntroduccinDentro de las aleaciones Fe-C, las fundiciones de hierro tienen gran importancia industrial, no slo debido a las caractersticas inherentes al propio material sino tambin por el hecho de que mediante la introduccin de elementos de aleacin, aplicacin de tratamientos trmicos adecuados y el desarrollo de la fundicin nodular, ha sido viable su empleo en algunas aplicaciones que, en cierto modo, eran exclusivas de los aceros. Se utilizan en la fabricacin de diferentes elementos de mquinas que se obtienen por colada: bancadas, bloques de motores, aros, rboles de 1eva y otros, siempre que no soporten elevadas cargas mecnicas, sobre todo si son dinmicas. Las fundiciones nunca son sometidas a procesos de deformacin plstica en fro ni en caliente; no son dctiles ni maleables y no pueden forjarse ni laminarse.

DesarrolloReduccin directa.Es el proceso mediante el que se emplean agentes reactivos reductores como gas natural, coque, aceite combustible, monxido de carbono, hidrgeno o grafito, obtenidos de lareformacin catalticadelCH4. El procedimiento consiste en triturar la mena de hierro y pasarla por un reactor con los agentes reductores, con lo que algunos elementos no convenientes para la fusin del hierro son eliminados. El producto del sistema de reduccin directa es el hierro esponja que consiste en unos pellets de mineral de hierro los que pueden ser utilizados directamente para la produccin de acero con caractersticas controladas.

En los hornos rotatorios se reduce el mineral de hierro, liberndolo del oxgeno gracias a la accin del carbn, para as transformar la mayor proporcin del hierro a su estado metlico y utilizarlo en el horno elctrico como carga metlica en la fabricacin del acero, con la ventaja de obtener un producto con menor cantidad de residuales y mejores propiedades.

Cmo se extrae el oxgeno del mineral de hierro?El mineral de hierro, junto con el carbn y la caliza, ingresan a los hornos rotatorios en proporciones adecuadas mediante el uso de balanzas dosificadoras (weight feeders) y el tiempo de permanencia en su interior se controla mediante la velocidad de rotacin. El interior de los hornos est recubierto de material refractario para evitar las prdidas trmicas.Por efecto de la combustin controlada y de la temperatura alcanzada (aproximadamente 1000 C) se favorece la generacin del monxido de carbono, el cual permite la reduccin del mineral de hierro. Para el control de la temperatura se dispone de 7 ventiladores a lo largo del horno y de un quemador central ubicado en la zona de descarga, los que brindan el aire necesario para la combustin del carbn y del gas natural inyectado como combustible. El hierro esponja obtenido pasa luego al enfriador rotatorio donde mediante un intercambio indirecto de calor con agua, se le disminuye la temperatura a aproximadamente 130 C.Luego es clasificado por tamaos y va separadores magnticos, en donde el hierro esponja es separado de los residuos de carbn y cenizas, para que finalmente la carga metlica as obtenida se apile en la baha de consumo de metlicos en espera de su utilizacin.

Instalaciones para elaborar fundiciones de hierroEl cubilote es la instalacin ms empleada para la fabricacin de hierro. Pero, para la obtencin de piezas de fundiciones de calidad, fundiciones aleadas y de alta resistencia, se emplean los hornos elctricosLa materia prima fundamental el arrabio, chatarras de fundicin y cantidades variables de chatarra de acero. Durante los procesos de fabricacin, algunas veces se hacen adiciones de ferrosilicio y ferromanganeso, y en ocasiones especiales se aade tambin ferrocromo, nquel, etc, para obtener en cada caso la composicin deseada.

CubiloteEs un tipo de horno cilndrico vertical de aproximadamente 6 metros de alto, el cual lleva los metales en el colocados, hasta el estado lquido y permite su colado, el mismo puede ser utilizado para la fabricacin de casi todas las aleaciones de Hierro.Construccin del Horno de CubiloteEl cubilote descansa sobre una placa circular que es soportada arriba del piso mediante cuatro columnas separadas convenientemente para que las puertas abisagradas puedan caer libremente. Estando en operacin, estas puertas se giran hasta una posicin horizontal y se mantienen en su lugar por medio de una estaca vertical.La puerta de carga est localizada ms o menos a la mitad de la cubierta vertical y la parte superior del cubilote queda abierta, a excepcin de una pantalla de metal o para chispas. Las aberturas para introducir el aire a la cama de coque se conocen como toberas.La prctica comn es la de tener slo una serie de toberas en una circunferencia de la pared, aun cuando algunos cubilotes grandes tienen dos hileras. Las toberas de forma acampanada, tienen el extremo mayor en el interior del horno para provocar que el aire se difunda uniformemente, van distribuidas a distancias muy precisas unas de otras, para obtener la distribucin del aire tan uniforme como sea posible. El nmero de toberas vara con el dimetro del cubilote, siendo desde cuatro en los cubilotes pequeos y hasta ocho o ms en los cubilotes grandes.Alrededor del cubilote y en la zona de las toberas, se encuentra una caja, para el suministro del aire. Opuestas a cada tobera se encuentran unas pequeas ventanas cubiertas con mica de tal forma que puedan inspeccionarse las condiciones dentro del cubilote. El aire, suministrado por un ventilador centrfugo entra por un lado de la caja.Opuesto al vertedero de colada, se encuentra otro vertedor para la escoria, en la parte de atrs del cubilote. Esta abertura est colocada debajo de las toberas para evitar un posible enfriamiento de la escoria, provocado por la corriente de aire.

Funcionamiento del horno cubiloteEs un horno que funciona con combustible slido y en el cual la carga metlica, el combustible y el carburante estn en ntimo contacto entre s. Esto permite un intercambio trmico directo y activo, y por lo que tiene un rendimiento elevado. Sin embargo, por causa de este mismo contacto entre el metal, las cenizas y el oxgeno, el hierro colado producido no puede ser rigurosamente controlado desde el punto de vista metalrgico.Para realizar la nueva colada primero se debe limpiar la escoria y los desechos que quedan en el refractario en torno a las toberas de las coladas anteriores. Se debe de reparar cualquier zona daada con arcilla fina y arena silica refractaria para recubrimiento de hornos. Una vez limpio y reparado se giran las puertas del fondo a posicin de cerrado y se coloca la estaca debajo de ellas. El encendido del cubilote se hace de 2 a 3 horas previas para que alcance una temperatura entre los 1200 y 1500 grados centgrados, antes de que se deba tener el primer metal fundido, deber utilizarse la suficiente cantidad de lea para quemar la primera cama de coque. Cuando se inicia un tipo natural, se aade coque poco a poco hasta que la cama crece a una altura conveniente. La altura de la cama de coque es importante, ya que determina la altura de la zona de fundicin y afecta tanto a la temperatura como a la oxidacin del metal. Cuando la cama del coque est encendida completamente se carga arrabio y la chatarra con una proporcin de una parte de coque por 10 de hierro, esta relacin es en masa. Adems se suministra alrededor de 34 Kg., de fundente por tonelada de hierro, por lo general es piedra caliza, cuyo objetivo es eliminar impurezas en el hierro, protegerlo de la oxidacin y hacer la escoria ms fluida para retirarla con mayor facilidad del cubilote.

Fundicin de hierroSu contenido de carbono es superior al 2%, en la prctica vara de 2 a 4,5%, siendo lo ms frecuente encontrarlo entre 2,75 y 3,5%. El Si suele oscilar de 0,5 a 3,5% y el Mn de 0,4 a 2%. Excepcionalmente, estos elementos pueden llegar a 4% y en ocasiones se fabrican fundiciones especiales de hasta 15 % Si. Los porcentajes de S oscilan de 0,01 a 0,20% y los de P de 0,04 a 0,8%. Para conseguir ciertas caractersticas especiales, se fabrican fundiciones aleadas que, adems de los elementos citados, contienen porcentajes variables de Cu, Ni, Cr, Mo, etc.Las fundiciones tienen innumerables usos y sus ventajas ms importantes son: Son ms fciles de maquinar que los aceros. Se pueden fabricar piezas de diferente tamao y complejidad. En su fabricacin no se necesitan equipos ni hornos muy costosos. Absorben las vibraciones mecnicas y actan como autolubricantes. Son resistentes al choque trmico, a la corrosin y de buena resistencia al desgaste.

Instalaciones para elaborar fundiciones de hierroEl cubilote es la instalacin ms empleada para la fabricacin de hierro. Pero, para la obtencin de piezas de fundiciones de calidad, fundiciones aleadas y de alta resistencia, se emplean los hornos elctricosLa materia prima fundamental el arrabio, chatarras de fundicin y cantidades variables de chatarra de acero. Durante los procesos de fabricacin, algunas veces se hacen adiciones de ferrosilicio y ferromanganeso, y en ocasiones especiales se aade tambin ferrocromo, nquel, etc, para obtener en cada caso la composicin deseada.

Tipos de fundiciones ms comunes: Fundicin gris laminar Fundicin gris nodular Fundicin gris de grafito compactado o vermicular Fundicin maleable Fundicin blanca

Fundicin gris laminarIndustrialmente, las laminares son las ms importantes; en ellas, la mayor parte del C se encuentra en forma de lminas de grafito y el resto se presenta principalmente como perlita. Durante la solidificacin y posterior enfriamiento, el grafito crece a partir de un centro, en forma de ptalos, lo que origina discontinuidades en la matriz y es la causa de que sus propiedades mecnicas sean, en general, muy inferiores a las de los aceros, an siendo suficientes para muchsimas aplicaciones. La presencia de grafito en cantidad importante baja la dureza, la resistencia y el mdulo de elasticidad y reduce casi a 0 la ductilidad, tenacidad y plasticidad. En cambio mejora la resistencia al desgaste y a la corrosin, y la maquinabilidad. En general contiene ms Si (1,5 a 3,5%) que la blanca (menos del 1%), lo que eleva su potencial de grafitizacin. El S y el Mn, en cambio, favorecen la formacin de fundicin blanca. Para piezas de fundicin que requieren una superficie exterior muy dura y el ncleo ms blando, se trabaja con moldes metlicos denominados coquillas, de manera que la velocidad de enfriamiento sea la conveniente para impedir la formacin de grafito en la zona exterior y permitirla en la zona del interior, ms blanda. Los contenidos en C y Si deben ser muy precisos, y suelen ser intermedios entre los de la fundicin gris y la blanca.

Fundicin gris nodularPara reducir el problema de la fragilidad de las fundiciones con grafito laminar, y su baja resistencia al impacto, se desarrollaron fundiciones con el grafito en forma de pequeas esferas o ndulos. Su tcnica consiste en lograr la precipitacin del grafito mediante el agregado de sustancias llamadas nodulizantes. Se fabrican directamente en bruto de fusin sin necesidad de tratamiento trmico posterior, aadiendo magnesio a la fundicin en estado lquido inmediatamente antes de ser coladas en los moldes. La adicin de estos elementos altera el normal mecanismo de solidificacin de la fundicin, provocando la separacin del grafito en forma nodular. La microestructura de estas fundiciones suele estar constituida por esferoides de grafito rodeados por aureolas de ferrita sobre un fondo o matriz de perlita. De este modo la continuidad de la matriz se interrumpe mucho menos que cuando el grafito se encuentra en forma laminar, provocando una resistencia a la traccin y tenacidad mayor. Teniendo propiedades similares, la ventaja de la fundicin nodular con respecto a la maleable es que se obtiene directamente de fusin sin necesidad de tratamiento trmico posterior. Adems los ndulos presentan una forma ms esfrica que los aglomerados de copos ms o menos irregulares que aparecen en la fundicin maleable. Aplicaciones: cigeales, rboles de leva, ciertos mecanismos de biela-manivela, etc

Fundiciones blancas:Su estructura est constituida principalmente por perlita y cementita: grupos de colonias de perlita derivados de la austenita primaria (libre), rodeados por ledeburita transformada, formada por cementita y perlita. Su composicin qumica aproximadamente C (2.5 a 3%), Si (0.5%), Mn (0.8-1.5%) y S(