Proyecto Final Seleccion

7/24/2019 Proyecto Final Seleccion

1/18

MEJORAR PROPIEDADES DEL ACERO DEL CUERPO DEL HORNOCUBILOTE

CARLOS ALBERTO CALDERON TORRES

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA TECNOLOGICA DE COLOMBIA

FACULTAD INGENIERIA

ESCUELA METALURGIA

2015

~ 1 ~


2/18

MEJORAR PROPIEDADES DEL ACERO DEL CUERPO DEL HORNOCUBILOTE

CARLOS ALBERTO CALDERON TORRES

Ing. ALEJANDRO MUOS ZAPATA

La!"a#!"$! %&'&(($)n *& +a#&"$a'&%

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA TECNOLOGICA DE COLOMBIA

FACULTAD INGENIERIA

ESCUELA METALURGIA

2015

~ 2 ~


3/18

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCION.............................................................................................4

2.1 OBJETIVO GENERAL....................................................................................5

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS............................................................................ 5

3. PROBLEMTICA Y JUSTIFICACION..................................................................6

3.1 PROBLEMTICA..........................................................................................6

3.2 JUSTIFICACION...........................................................................................6

4. ESTADO DEL ARTE........................................................................................ 7

4.1 DEFINICION............................................................................................... 7

4.2 COMPORTAMIENTO DE LOS ACEROS INO!IDABLES REFRACTARIOS...........7

4.3 PROPIEDADES............................................................................................"

5. ANALISIS Y RESULTADOS.............................................................................12

6. CONCLUSIONES...........................................................................................17

7. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS..................................................................1#

~ 3 ~


4/18

1. INTRODUCCION

El horno cubilote presenta problemas de corrosin porque est expuesto a

diferentes factores como gases, humedad, asidos entre otras, ya que el cuerpo delhorno est hecho con acero al carbono y tambin porque este horno tiene grancantidad de materia refractaria y aun as se puede percibir que este irradiabastante calor al exterior.

Al mejorar estas propiedades de corrosin y de disminuir la cantidad de materialrefractario utiliado se podra llegar a disminuir costos en reparaciones y deenerga con aceros inoxidables refractarios los cuales e!itan los problemasdescritos anteriormente.

para lograr la seleccin de un material adecuado el profesos "ichael Ashby

desarrollo un programa CES EDUPA,el cual relaciona las diferentes propiedadesde los materiales del uni!erso y los hace !isible con ayuda de grficas para asrelacionar las diferentes propiedades y poder encontrar un material adecuado parael desarrollo del proyecto.

~ 4 ~


5/18

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL

Encontrar un material adecuado para mejorar propiedades fsicas y qumicas dela chapa de acero del cuerpo del horno cubilote con una adecuada seleccin dematerial utiliandoCES EDUPAC,.

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

mejorar las propiedades de corrosin del horno cubilote disminuir la cantidad de refractario del horno cubilote hacer una seleccin de materiales para encontrar el mejor materia #on ayuda del ces edupa$ realiar la mejor eleccin del material

~ 5 ~


6/18

-. PROBLEMTICA / JUSTIFICACION

-.1 PROBLEMTICA.%Al cambiar el acero de construccin del horno cubilote, se podr mejorarpropiedades fsicas y qumicas al someterlo a un trabajo constante&.

-.2 JUSTIFICACION'os aceros al carbono son muy propensos a corroerse debi a los agentesagresi!os o al medio que se someten. El horno cubilote de la uni!ersidadpedaggica y tecnolgica de #olombia es expuesto a un ambiente sulfuradodebido a que se encuentran otros hornos que emiten gases que perjudican la

chapa de acero del horno, con este proyecto se har una seleccin de un materialdiferente que cumpla con las caractersticas y satisfaga todas las propiedadesfsicas , qumicas y mecnicas para obtener un funcionamiento y rendimientoadecuado.

~ 6 ~


7/18

. ESTADO DEL ARTE

.1 DEFINICION

'os aceros inoxidables refractarios, debido a su alto contenido de cromo y nquel,poseen alta resistencia mecnica, tenacidad y excelente resistencia a la oxidacina altas temperaturas. El bajo contenido en carbono permite reducir la tendencia ala precipitacin de carburos durante la soldadura o aplicaciones con altatemperatura ()*

.2 COMPORTAMIENTO DE LOS ACEROS INOIDABLES REFRACTARIOS

'a Aleacin +-+-/ y la Aleacin +)+)/ de acero inoxidable austenticotpicamente se usan para aplicaciones de temperatura ele!ada. /u alto contenidode cromo y nquel proporciona una resistencia a la corrosin comparable, unaresistencia superior a la oxidacin y la retencin de una mayor fraccin deresistencia a la temperatura ambiente que la Aleacin austentica +0 com1n. (2*

Este estudio e!al1a los ladrillos de magnesia3cromita, magnesia3carbono ymagnesita doloma disponibles en el mercado para su uso en un 4escarburacincuchara de oxgeno !aco. 'os resultados re!elan que los ladrillos de magnesia3carbono estn se!eramente corrodos debido a la alta disolucin de "g5,mientras que la magnesia3cromita y magnesia3doloma refractarios exhiben unaexcelente resistencia a la corrosin. (+*

El comportamiento a la corrosin de un refractario magnesia3carbono lanamientounidos por un Al 2 5 + rica (6 )7 8t.9* 'as escorias de fabricacin de aceroinoxidable se in!estig mediante la rotacin de las pruebas de los dedos en un

horno de induccin al !aco a temperatura ele!ada (: );7 < #* y baja presinparcial de oxgeno (),7 a 0,+ = ) 3) atm*. (0*

>na clasificacin se presenta agrupar el conjunto de aceros y aleaciones de usode alta temperatura. /e basa en una diferenciacin de la temperatura deutiliacin y de los principales elementos de aleacin. #aractersticas producti!asespecficos de tales materiales se enfatian. >n tipo particular de acero de acero

~ 7 ~


8/18

resistente al desgaste y el calor se describe. /e puede considerar comoperteneciente a la serie 00 con una adicin considerable de "o y ?, o como unaalta !elocidad de acero de la serie " con un muy alto contenido de #r. Este tipo deacero, debido a un alto contenido de elementos de aleacin de carbono y requieremtodos a!anados de produccin, tales como la refusin de electrodo en un

!aco o bajo escoria. /e presentan los parmetros ms importantes de un materialde este tipo. (7*

>n recin calor austentico resistente acero inoxidable @AB3AC30@ se hadesarrollado para los componentes de alta temperatura (hasta ) < #* de lasplantas de energa, plantas qumicas, hornos industriales y sistema de escape delos autom!iles. Este desarroll acero inoxidable, que contiene baja /i32+9 #r3))9 i3.29 D3BE" (metal de tierras raras*, fue diseado para satisfacer laresistencia a la corrosin en caliente y las propiedades mecnicas a altatemperatura, para asegurar una excelente capacidad de soldadura, y para reducircosto material. En comparacin con el />/ +) / con!encional de acero

inoxidable, el FAB3AC30 @tiene resistencia bien a la oxidacin, buena soldabilidad,buena estabilidad microestructural y mejora a1n ms la resistencia de rotura a lafluencia. Ginalmente se puede concluir que este acero tiene ser aplicadoampliamente para di!ersos uso de alta temperatura. ;

Aadiendo, al aar3orientado cortos acero inoxidable fibras a moldeablescon!encionales refractarios para papel, ridos ligeros, fertiliantes (fosfatos* yaplicaciones de horno de cermica se extiende en gran medida la !ida media de larefractaria. El reforado con fibra refractaria se ha utiliado para el re!estimientodel horno, secciones de cadena, anillos en la nari y los le!antadores. H

>na clasificacin se presenta agrupar el conjunto de aceros y aleaciones de usode alta temperatura. /e basa en una diferenciacin de la temperatura deutiliacin y de los principales elementos de aleacin. #aractersticas producti!asespecficos de tales materiales se enfatian. >n tipo particular de acero de aceroresistente al desgaste y el calor se describe. /e puede considerar comoperteneciente a la serie 00 con una adicin considerable de "o y ?, o como unaalta !elocidad de acero de la serie " con un muy alto contenido de #r. Este tipo deacero, debido a un alto contenido de elementos de aleacin de carbono y requieremtodos a!anados de produccin, tales como la refusin de electrodo en un

!aco o bajo escoria. /e presentan los parmetros ms importantes de un materialde este tipo. I

A resistente al calor de acero inoxidable ha sido desarrollado para tubos de lacaldera instalados en calderas de carbn de presin ultra3supercrtico (>/#*.#alderas >/# tienen eficiencia excelente generacin, gracias al !apor con unatemperatura y una presin ms alta que las de calderas subcrticas y supercrticasexistentes. /in embargo, la condicin de !apor mejorada tiende a causarproblemas relacionados con la oxidacin, corrosin y degradacin de fluencia en

~ # ~


9/18

los tubos de caldera. En particular, una !e que la escala se ha formado, se puedepelar y acumular, causando serios daos no slo a los tubos de la caldera, sinotambin a los labes de la turbina del generador. El recin desarrollado acerocontiene cerio, un elemento de tierras raras conocido para suprimir el pelado3offde la escala, y tiene una resistencia a la oxidacin cclica mayor que la del

con!encional acero. Esto e!ita que la caldera de tubo y de turbinas de cuchillas deser daado, manteniendo sus propiedades, tales como la fluencia a altatemperatura y resistencia a la corrosin, a los mismos ni!eles que los decon!encional de acero.-

En el presente estudio, de alta presin de fundicin resistente al calor inoxidableaceros (CJ aceros* modificados con niobio y titanio fueron in!estigados encondiciones de fundicin y despus de ser utiliado en hornos de pirlisis. 'aesperana de !ida de los especmenes estudiados obtenidos de horno de pirlisisera 7 aos. /e estudiaron los cambios microestructurales a tra!s de microscopaelectrnica de barrido (/E"* equipado con energa dispersi!a espectro (E4/*,

microscopa ptica (5"*, y difraccin de rayos K (KB4*. El efecto de latemperatura y el carbono de difusin sobre la microestructura, carburos ricos encromo, se discutieron la transformacin b# a L3fase y otros precipitadosformados durante la condicin de ser!icio. 'os resultados mostraron que dos fasesprincipales, a saber, carburos de cromo y niobio, existan en los especmenes decolada. 'a temperatura y la difusin de carbono influyeron en la fraccincomposicin y !olumen de precipitados secundarios. #romo y niobio carburos setransformaron a "2+do;y L3fase, respecti!amente, durante el ser!icio.Memperaturas de trabajo ms altas no siempre causan engrosamiento deprecipitados. /in embargo, factores como la descarburacin y la difusin de

carbono tienen un papel importante, tambin. )

.- PROPIEDADESA'&a($!n&% *& n34&' 6 ("!+!

El nquel forma una amplia gama de aleaciones, especialmente !aloradas eningeniera qumica y las industrias de procesamiento de alimentos por suresistencia a la corrosin, al tiempo que por los fabricantes de hornos y equipos dealta temperatura para su capacidad de conser!ar la fuera 1til a temperaturas dehasta )2


10/18

4ensidad I.+e+ 3 I.7e+ $gmO+Jrecio P ;.+Ie0 3 H.)e0 #5J$gGecha de primer uso (F3F significa A#* )-7P"!7$&*a*&% +&(:n$(a%"odulo de Qoung 2 3 22 LJa

"odulo a cortante H2 3 I2 LJa"dulo en !olumen )77 3 2I7 LJa#oeficiente de Joisson .+7 3 .+)7'mite elstico +;7 3 0; "JaBesistencia a traccin ;)7 3 H; "JaBesistencia a compresin +;7 3 0; "JaElongacin 2 3 +7 9 strain4urea3?ic$ers ); 3 2 C?Besistencia a fatiga para ) O H ciclos P 207 3 +I "JaMenacidad a fractura P I 3 )) "Ja.mO.7#oeficiente de prdida mecnica (tan delta* P 0e30 3 .2P"!7$&*a*&% #;"+$(a%Junto de fusin ).+7e+ 3 ).0+e+


11/18

coeficiente de expansin trmica a temperatura ambiente prcticamente nulo, lacontraccin magntico contrarresta la expansin trmica ordinaria, cancelandoambas. 'as aleaciones hierro3nquel3cromo tienen una ele!ada resistenciaelctrica y se utilian como elementos de calefaccin en tostadoras y hornosindustriales. 'as bi3chapas metlica de nquel y cobre se utilian como actuadores

en termostatos y dispositi!os de seguridad. 'as aleaciones con titanio (itanols*tienen la notable propiedad de que para que recuperar su forma despus de unadeformacin profunda por efecto trmico. En consecuencia, a estas aleaciones selas conoce como Faleaciones con memoria de formaF por esta ran.A%7&(#!% #;(n$(!%'as aleaciones Ge3i3#r se comercialian con un catalogo impresionante denombres comerciales. 'os #hromel son aleaciones i3#r con hasta un 29 de #r.El 4urimet y ichrom contienen algo hierro.D$ag"a+a *& D&%("$7($)n *& *$ag"a+a *&


12/18

5. ANALISIS / RESULTADOS

~ 12 ~

Conductividad trmica (W/m.C)$.1 1 1$ 1$$

Conductorelctrico

o

aislante?

B%&' ()'*%(+),

M- ()'*%(+),

S&/0()'*%(+),

M- -0-'+&

B%&' -0-'+& CONDUCTIVIDAD TERMICA CONDUCTOR ELECTRICO

A&-(0)'& *& '%& (,)/)


13/18

Precio (COP/kg)1$$ 1$$$ 1$$$$ 1$$$$$ 1&6 1&7 1

Densidad(kg/m^)

1$$

1$$$

1$$$$

PRECIO DENSIDAD

A&-(0)'& *& '%& (,)/)

A(&,) 0')0*-&A(&,) *& -8- -&-(09'

~ 13 ~


14/18

!olda"ilidad1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

#odulode$oung(%Pa)

$.$$1

$.$1

$.1

1

1$

1$$

SOLDABILIDAD MODULO DE YOUNG

A&-(0)'& *& '%& (,)/)

~ 14 ~


15/18

A partir del programa C&% E*7a(? se reali una seleccin de materiales pormedio de graficas teniendo en cuenta las propiedades mecnicas, fsicas yqumicas obteniendo los siguientes resultados

En la primera grafica se relacion la conducti!idad trmica !s conductor elctricoo aislante, en la cual podemos obser!ar como las aleaciones i3#r no son lasmejores pero aun as estas aleaciones estn muy cerca del lmite donde losmateriales son malos conductores, con respecto a la conducti!idad trmicapodemos !er como a diferencia de los otro metales estas aleaciones de #r3itienen una baja conducti!idad trmica y esto es muy fa!orable para el proyectoque se quiere realiar.

En la segunda grafica se relacion la mxima temperatura en ser!icio !s punto defusin donde se obser!a como las aleaciones de #r3i pueden trabajar a altas

temperaturas a diferencia de los aceros comunes y los aceros inoxidablesV conrespecto al punto de fusin de las aleaciones de #r3U podemos notar que tieneprcticamente el mismo punto de fusin con los dems aceros,

En la tercera grafica se relacion el precio !s densidadV la diferencia de precio esele!ado en comparacin de los aceros comunes e inoxidables, siendo el mayorproblema en la elaboracin del proyectoV al proyectarse a un futuro el proyecto se

~ 15 ~

5$ 1$$ 2$$ 5$$ 1$$$

1$$

2$$

5$$

$$$

$$$

A&-(0)'& *& '%& (

PUNTO DE FUCION 21 MA!IMA TEMPERATURA EN SERVICIO


16/18

hace rentable debido a la mayor durabilidad del acero e!itando problemas decorrosin y la utiliacin de menos refractario en el horno.

En la grfica cuatro se relaciona soldabilidad !s mdulo de QoungV con el fin deencontrar los aspectos importantes de la soldabilidad en las aleaciones #r3Uteniendo en cuenta el modulo Qoung para e!itar posibles fracturas a la hora deaplicar la soldadura, estas aleaciones tienen buena soldabilidad seg1n la grficacorrespondiente.

Al comparar las aleacin de #r3i con los dems aceros se not como dichasaleaciones supera en propiedades fsicas, qumicas y mecnicas V por lo que sepuede analiar que es una buena opcin para utiliar este acero inoxidablerefractario para cambiar la chapa metlico del horno cubiloteV la mayorproblemtica para realiar este proyecto es la in!ersin en la compra del aceroinoxidable refractario por su ele!ado costo en el mercado, con el tiempo brinda!arias !entajas al utiliar este acero como reducir los problemas de corrosin y la

alta cantidad de material refractario.

@. CONCLUSIONES

3 El acero que se !a a utiliar es el acero inoxidable refractario (aleaciones de#r3i* ya que nos brinda unas buenas propiedades para mejorar losproblemas de corrosin y de grandes cantidades de refractario utiliados elhorno cubilote.

3 o se tendr problemas con la temperatura a la que trabaja el horno(mayores )0Wc* debido a que este acero puede llegar a resistirtemperaturas de )Wc en ser!icio con ayuda del material refractario.

3 Al utiliar este acero inoxidable refractario se reducen los problemas decorrosin gracias al alto contenido de #r y i que estos aceros contienen.

3 'os aceros inoxidables refractarios seg1n la grfica uno es un malconductor de calor, esto fa!orece al proyecto que se !a a realiar, debido alque al ser mal conductor trmico soporta altas temperaturas de ser!icio.

~ 16 ~


17/18

. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

X)Y aceros inoxidables refractarios, (2)+*. "adrid, arcerinox /.A.httpZ888.cedinox.esopencms-)exportsitescedinox.galleriesfichas3tecnicas3producto))+A#K+0.pdf

X2Y aleaciones +) y +)s resistentes al calos, ()-72*, filadelfia, /andmeyer steelcompany, httpZ888.sandmeyersteel.com/panish+)3+)s.html

X+Y 'iugang #hen, Annelies "alfliet, Jeter Mom Sones, Dart Dlanpain, "uxing Luo,#omparison of the chemical corrosion resistance of magnesia3based refractoriesby stainless steelma$ing slags under !acuum conditions, #eramics Unternational,

?olume 02, Ussue ), Jart A, Sanuary 2);, Jages H0+3H7), U// 2H23II02,httpZdx.doi.org).));j.ceramint.2)7.I.)H7.

(httpZ888.sciencedirect.comsciencearticlepii/2H2II02)7)H)

X0Y ". Luo, /. Jarada, J.M. Sones, S. ?an 4yc$, E. Doydens, 4. 4urinc$, D.Dlanpain, J. Rollants, 4egradation mechanisms of magnesia3carbon refractories

~ 17 ~
http://www.cedinox.es/opencms901/export/sites/cedinox/.galleries/fichas-tecnicas-producto/113ACX340.pdfhttp://www.cedinox.es/opencms901/export/sites/cedinox/.galleries/fichas-tecnicas-producto/113ACX340.pdfhttp://www.sandmeyersteel.com/Spanish/310-310s.htmlhttp://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884215017010http://www.cedinox.es/opencms901/export/sites/cedinox/.galleries/fichas-tecnicas-producto/113ACX340.pdfhttp://www.cedinox.es/opencms901/export/sites/cedinox/.galleries/fichas-tecnicas-producto/113ACX340.pdfhttp://www.sandmeyersteel.com/Spanish/310-310s.htmlhttp://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884215017010


18/18

by high3alumina stainless steel slags under !acuum, #eramics Unternational,?olume ++, Ussue ;, August 2H, Jages )H3))I, U// 2H23II02,httpZdx.doi.org).));j.ceramint.2;.+.-.

(httpZ888.sciencedirect.comsciencearticlepii/2H2II02;)))I*

X7Y Ragner, ?.V "asi, A.Leneral 5bser!ations on /tainless Befractory /teels and/uperalloys and 4escription of a e8 "artensite /teel Besistant to Rear andCeat. )-H0, Utal Assoc of "etall, "ilan, Utaly.

X;Y ishiyama, Qoshita$aV /a8aragi, QoshiatsuV "atsuda, Ma$aa$iV [ihara,/higemitsuV [ajigaya, Uchiro, /umitomo "etals, ! 0-, n 0, p 737;, octubre )--HVUdiomaZ japons, U//Z +H)0))KV /umitomo "etal Undustries 'td

XHY AJ'U#A#U\ 4E A#EB5 U5KU4AD'E GUDBA/ JABA moldeableBEGBA#MABU5 JABA 'A ?U4A EKME4U4A, ?5'>"E 0I, )-I), JginasZ +H3+I,#alefaccin Undustrial.

XIY Ragner, ?.V "asi, A.Utal Assoc de "etall, atl #on!, );a, Japanicolaou, )-H0VUdiomaZ italiano, 27 abril )-H032I abril )-H0V EditorialZ Utal Assoc de "etall

X-Y "iyamura, Ma$eoV anba, /higenobu GuenteZ U N 4Z Un!estigacin y 4esarrollo[obe acero Unformes Ungeniera, ! ;0, n ), p ;23;7, abril de 2)0V UdiomaZ

japons, U//Z +H+II;IV EditorialZ [obe acero 'td

X)Y Dorjali, /adegh )V Allah$aram, /aeed Bea , "ateriales y 4iseo, ! +0, p;73H+, febrero de 2)2V U//Z 2;)+;-, E3U//Z )IH+0)-HV 45UZ ).));

j.matdes.2)).H.;-V Else!ier 'td

~ 1# ~
http://biblio.uptc.edu.co:2104/search/submit.url?CID=quickSearchCitationFormat&origin=results&category=authorsearch&searchtype=Quick&searchWord1=%7BWagner%2C+V.%7D&section1=AU&database=1&yearselect=yearrange&sort=yrhttp://biblio.uptc.edu.co:2104/search/submit.url?CID=quickSearchCitationFormat&origin=results&category=authorsearch&searchtype=Quick&searchWord1=%7BMasi%2C+A.%7D&section1=AU&database=1&yearselect=yearrange&sort=yrhttp://biblio.uptc.edu.co:2104/search/submit.url?CID=quickSearchCitationFormat&origin=results&category=authorsearch&searchtype=Quick&searchWord1=%7BWagner%2C+V.%7D&section1=AU&database=1&yearselect=yearrange&sort=yrhttp://biblio.uptc.edu.co:2104/search/submit.url?CID=quickSearchCitationFormat&origin=results&category=authorsearch&searchtype=Quick&searchWord1=%7BMasi%2C+A.%7D&section1=AU&database=1&yearselect=yearrange&sort=yr

Proyecto Final Seleccion

Documents

Transcript of Proyecto Final Seleccion