HORNO DE CUBILOTE

El horno de cubilote sirve para fundir fierro gris o nodular usando en la carga chatarra de fierro fundido, carbón, antracita o coque caliza y acero de bajo carbono.

3.1 DISPOSICION DE LLAS CARGAS EN EL CUBILOTE Y BALANCE DE CARGA

Los distintos elementos actúan de modo diverso sobre la calidad de una aleación; por esto, al efectuar la carga de un horno, será preciso proporcionarla de manera que la aleación final tenga la composición uy las características deseadas.

Para disponer las cargas para la fusión del metal es preciso, por consiguiente, tener presente varios factores, a saber:

a) El análisis químico y las características de las piezas que se quiere obtener.b) El análisis químico y la naturaleza de las materias primas de las cuales se disponen

(fundición en lingotes, chatarra de fundición con acero, ferroaleaciones, coque).c) Las variaciones del análisis quimico que sobrevengan durante la fusión del cubilote.

CARACTERISTICAS DE LAS PIEZAS A OBTENER._

El principal objetivo de una buena operación del cubilote es la producción económica de un hierro que tenga la composición conveniente para los tamaños de sección que intervienen, siendo el propósito, por supuesto, desarrollar las propiedades físicas y mecánicas y un nivel de calidad adecuado al tipo de piezas requeridas.

Las piezas de fundición deben tener características diversas según su importancia según su destino o sus dimensiones; por eso serán diversos los análisis químicos las estructuras las propiedades mecánicas etc. Por ejemplo los cilindros para el lamido deben ser durísimos, de fundición blanca tenaz, las bañeras deben ser fundidas con fundición fluida adecuada ala esmalte, los cilindros de locomotora deben tener una gran resistencia mecánica al desgaste, las lingoteras para las fábricas de acero deben resistir al calor, etc.

La experiencia a orientado, por consiguiente, a los talleres de fundición hacvia las composiciones tipicas de fundición mejor adaptadas desde el punto de vista técnico y económico, a las piezas mas comunes.

3.2ANALISIS QUIMICOS DE LAS MATERIAS PRIMAS

a) COQUE: Propiedades químicas y físicas deben tener ciertas especificaciones generales que hay que tener en cuenta:

Deben ser compacto poco poroso y fiable Peso volumétrico entre 460−480kg/m3

Carbono fijo……………........................................................89%minimo Materias volátiles………………………………………………………….1.0 – 1.5 % máximo Cenizas………………………………………………………………………….8.0 – 10. 0%maximo Azufre…………………………………………………………………………..0.8 % máximo Coque troceado (% en malla de 5 cm)…………………………..88.0 % mínimo Humedad……………............................................................4.0 – 5.0v% máximob) PIEDRA CALIZA: La piedra caliza es el fundente normal para el hierro colado. Es una

roca natural básica que contiene principalmente, carbonato de calcio. En las zonas de precalentamiento del cubilote se desprende gas CO2, quedando el óxido calcio (CaO) o cal como constituyente fundente activo.

Algunas piedras calizas contienen pequeñas cantidades de sílice, óxido de hierro, alúmina, magnesia y posiblemente trazas de otros óxidos. La magnesia y la alúmina no causan ningún daño; puesto que esto también mejora la fluidez de la escoria. Cualquier cantidad de sílice presente como impurezas reduce fuertemente la efectividad del fundente.Puesto que se necesita cal para fundir un exceso de sílice, una buena caliza debe contener menos del 2% de sílice y no menos del 95% de carbonato de calcio y de magnesia.Su granulometría, debe de ser aproximadamente el de una nuez (de 3 a 40mm) completamente limpio de polvo.

c) FUNDICIONES EN LINGOTES DE PRIMERA FUSION: Es el producto metálico obtenido por la reducción de mineral de hierro en el alto horno y contiene fosforo, magnesio, silicio, azufre y carbono.La cantidad de fosforo que presenta este tipo de metal varía desde unas cuantas centésimas hasta 0.9% y está determinado en arrabio por su existencia en los minerales.El manganeso, es este tipo de metal puede legar hasta el 1.25% y según la carga de material, puede variar.El azufre es una contaminación que se origina del coque quemado en el alto horno y su grado máximo permisible en los lingotes no debe ser mayor de 0.05%.

La presencia del silicio en este tipo de metal puede variar en rangos muy distintos, desde 0.35 hasta un 3.0 % o más pero se considera un promedio de 2.0%.

El carbono es el elemento más importante encontrado en el arrabio, generalmente se encuentra en un 4%.

d) CHATARRA DE FUNDICION: Es la que está conformada por los bebedores, entradas, mazarotas y piezas defectuosas producidas en la fundición. Este tipo de chatarra tiene un análisis conocido y uniforme por cuanto es el producto de un balance de carga determinado para ciertos tipos de piezas

e) CHATARRA DE HIERRO: Consiste en las piezas de hierro que han cumplido su vida útil como parte de maquinaria, vehículos, equipos de calefacción, etc.; esto implica que es muy variable en análisis químico y tamaños comparados con la chatarra de fundición, igualmente puede estar contaminada con otros materiales no ferrosos, lo cual se recomienda su escogido previo.

Generalmente presenta un análisis que oscila en los siguientes rangos: C………………………………………………….3.0 – 3.5 %Si………………………………………………….0.5 – 2.5%Mn……………………………………………….0.5 – 0.75%S…………………………………………………..0.10 – 0.15%

f) CHATARRA DE ACERO: Al igual que la chatarra de hierro varia en composición química, aunque en menores rangos, prenotándose a menudo como material nuevo de análisis conocido, su producto de algún proceso de fabricación y que de obtienen en grandes cantidades en los centros industriales .Un análisis aproximado puede ser el siguiente: C………………………………………….0.12 – 0.50 %

Mn………………………………………..0.70 – 1.20%

Si…………………………………………..0.65 – 0.75%

g) FERROALEACIONES: Son empleados con la finalidad de proporcionar al metal fundido ciertas propiedades de determinar su uso en las diferentes piezas y que en el caso del ferrosilicio y ferromagneso se emplean practicamente en todo los grados del metal comúnmente conocidos y fabricados, en el cubilote, como son hierro gris, hierro maleable y hierro nodular.

E l caso de ferrosilicio puede variar de 45 – 90 % de contenido de silicio y en funsion del metal puede tener una perdida aproximada de 10 - 15%.

Después del carbono en un hierro, el contenido de silicio es el factor más importante para controlar sus propiedades.

Los hierros grises de bajo silicio tiene a ser relativamente duros y resistente y según se aumenta el contenido de silicio, el hierro tiende a ser mas suave.

La introducción de las cargas en el horno debe ser continua, para mantenerlo siempre llenos, y puede ser hecha a mano en los hornos pequeños, mecánicamente en los medianos y grandes.

Cada carga debe ser pesada con cuidado en una báscula corriente, o de romanas multiples, evitando toda posibilidad de error.

En la carga a mano se prefiere disponer las cargas por estratos, de modo que a cada carga de coque correponda carga metalica inmediatamente encima.

Despues de introducida y distribuida por toda la sección del cubilote, una carga de coque con el fundente, se introducen las partes metálicas por orden creciente de fusibilidad y fluidez, pero decreciente de tamaño; por ejemplo, sobre el coque se disponen por el orden:

- Chatarra de acero- Chatarra de fundición gruesa- Bebedores, cargadores, mazarotas y desechos de colada del taller fundición- Fundicion, y chatarra fosforosas y pequeñas

3.4 CALCULO DE BALANCE DE CARGA

El método para realizar un cálculo de balance de carga, es como sigue:

a) Se determina la composición química promedio en lo posible en la carga, basados en los respectivos pesos y/o porcentajes en la composición química de los diversos materiales empleados (remitidos por el laboratorio).

b) Se calcula las pérdidas o ganancias de los diferentes elementos que sufren durante la fusión, estos son obtenidos mediante la experiencia de varias coladas denominándoles factores del horno para cada uno de los elementos, generalmete se tiene las siguientes perdidas y ganancias.

- Carbono por fusión gana 30% - Silicio por fusión pierde 15%- Maganeso por fusión pierde 18%- Azufre por fusión gana 40%- Fosforo por fusión sin cambio.

Una vez obtenidos estos factores son sumados o restados a los totales.

c) El resultado obtenido en la composición mas o menos aproximada, que se deberá esperar en el pico de colada, con ligeras variaciones. En caso de que la variación sea demasiado perceptible se procederá a hacer un tratamiento adicional ya sea en el mismo horno con agregado de ferroaleaciones, o en la cuchara para corregir los resultados.

A continuación un ejemplo de balance de carga.

3.5 DISEÑO DE HORNO DEL CUBILOTE

3.5.1 CALCULO DEL DIAMETRO INTERIOR (D1 ¿PARA PRODUCIR 4.900 Kg/hora

Se puede aceptar en la práctica que la producción de los cubilotes medianos y grandes es de 75Kg /Hr x dm2 de sección (capello).

Así tenemos:

p=S1 x75=3.144x D1

2 x75 kg/Hr

Donde:

P= Producción en Kg /Hr

S1=Seccion interior del cubilote endm2

D1=Diametro interior(dm)

Para nuestro caso: 4,900 Kg/Hr

Luego:

D1=√ 4 P3.14 x75

cm

D1=√ 4 x 4.9003.14 x 75=83.57=9.14 dm

D1=9.14dm

E l revestimiento es de chapa de acero de 6 á 12mm de espesor, para cubilotes de 2 á 10 Ton/ hora.El espacio entre revestimiento y la manposteria es: (Hutte)

SiD1=500á700mmb=15mmSiD1=800 á900mmb=20mmSiD1=900mmb=20mm

Este espacio intermedio (b)