INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES
HORNOS METALURGICOS
CÁTEDRA: PIROMETALURGIA CATEDRÁTICO: ING. CESAR ORTIZ ALUMNOS: ROJAS ESPINOZA DANIEL ANGEL
SEMESTRE: SEPTIMO HUANCAYO - PERÚ
2018
RESUMEN Este trabajo trata de los diferentes tipos de hornos de metralurgia que existen en la indutrias , también se hace un alcance de sus funcionamientos de cada uno de los hornos asi como sus partes principales y su uso en la industria .
INDICE
I.
INTRODUCCIÓN ......................................... ............................................................. ........................................ ......................................... ......................................... ........................... .......4
II.
CLASIFICACION CLASIFICACION DE HORNOS METALURGICOS METALURGICOS .......................................... .............................................................. ......................................... .....................5
III.
TIPOS DE HORNOS METALURGICOS METALURGICOS ................................................... ....................................................................... ........................................ ........................ .... 5
1.
ALTO HORNO ...................................... .......................................................... ......................................... ......................................... ........................................ .................................. ..............6
2.
HORNO DE CUBILOTE CUBILOTE ...................................... .......................................................... ......................................... .......................................... ......................................... ....................8
3.
HORNO DE REVERBERO.............................................. .................................................................. ........................................ ......................................... ............................. ........14
4.
HORNO SIMER SAN MARTIN ...................................... .......................................................... ......................................... ......................................... ............................ ........17
5.
HORNO DE CRISOL..................................................... .......................................................................... ......................................... ......................................... ............................. ........18
6.
HORNO DE CRISOL FIJO. ......................................... ............................................................. ........................................ ........................................ ................................ ............19
7.
HORNOS DE CRISOL INCLINABLE ............................................. .................................................................. ......................................... ................................... ...............19
8.
HORNOS DE ARCO ELECTRICO ELECTRICO .............................................. ................................................................... ......................................... ...................................... ..................20
9.
HORNOS DE PLASMA..................................................... ......................................................................... ........................................ ......................................... .......................... .....21
10. LADRILLOS REFRACTARIOS …………………………………………………………………………………………………………27 11. BIBLIOGRAFÍA BIBLIOGRAFÍA ........................................ ............................................................ ......................................... .......................................... ......................................... ............................ ........29
I.
INTRODUCCIÓN
Es un dispositivo que permite generar calor y mantenerlo dentro de un cierto compartimiento para generar la fundición de nuestro metal. Después, como consecuencia del perfeccionamiento de las técnicas cerámicas.Se aprendió a fundirlo en hornos y vaciarlo en moldes, lo que permitió fabricar mejores herramientas y en mayor cantidad. Los hornos industriales son los equipos o dispositivos utilizados en la industria, en los que se calientan los materiales y las piezas o elementos colocados colocad os en su interior por encima de la temperatura ambiente. El objetivo de este calentamiento puede ser muy variado, por ejemplo: - Alcanzar la temperatura necesaria para que se produzcan las reacciones químicas necesarias para laobtención de un determinado determinado producto. - Cambios de estado (Fusión de los metales y vaporización). - Ablandar para una operación de conformado posterior. - Tratar térmicamente térmicamente para impartir determinadas propiedades. - Recubrir las piezas con otros elementos, operación que se facilita frecuentemente operando a temperatura superior a la del ambiente (Vitrificado de los productos cerámicos). En el trabajo de los metales, la temperatura desempeña un papel de gran importancia. Las temperaturaselevadas vuelven más blandos la mayoría de los metales, capacitándolos para las operaciones de deformación por flexión, forja, estampación, extrusión extrusión o laminación. Las temperaturas todavía más elevadas funden los metales y también eliminan la acritud de los mismos; el proceso de calentamiento de los metales con este fin, enfriando después de modo que no se produzca ninguna deformación, se conoce como recocido. La elevación de la temperatura por encima de un cierto punto crítico, seguida de un enfriamiento brusco, vuelve el acero más duro y resistente pero pero con una ductilidad menor.
II.
CLASIFICACION DE HORNOS METALURGICOS
Cada horno trabajará de diferente manera, según su uso y diseño. Sin embargo, existen puntos que todos tienen en común en cuestión de funcionamiento: 1. Los materiales son introducidos en la zona de trabajo, misma que se encuentra aislada del entorno por medio de bóvedas. 2. Ya sea con la quema de combustible o mediante el consumo eléctrico, la temperatura temperatura al interior del horno aumenta. Los niveles de este aumento suelen ser regulados previamente a través de un panel de control. 3. El calor incrementa la temperatura de la zona de trabajo y comienza a circular dentro de ella. 4. El material, que tiene una temperatura menor a la del horno, absorbe el calor que circula en el horno. 5. El calor, al entrar en contacto con el material en su interior, produce una reacción cuya intensidad dependerá de la finalidad del proceso. Dicha reacción puede producir el mero calentamiento, el ablandamiento o la fundición completa de los materiales. Al igual que cualquier otro tipo de hornos, los industriales tienen el objetivo principal de elevar la temperatura de un cuerpo por encima de la temperatura ambiente. Mediante un intercambio de energía calorífica, los hornos aumentan su temperatura y transfieren determinadas cantidades de calor al cuerpo o material que se encuentra en su interior. III.
TIPOS DE HORNOS METALURGICOS
Existen dos tipos de clasificaciones para determinar determinar cada grupo de hornos y lo hare por el método sencillo por su poder calorífico y/o su forma de trabajo Hidrocarburos:
Contacto entre combustible material y producto de la combustión Contacto entre materiales materiales y productos de la combustión pero no con los combustibles Sin contador entre combustibles combustibles , materiales materiales y productos de la combustión combustión
Electricos :
Induccion : Alta frecuencia Baja frecuencia
Arco eléctrico Arco directo Arco indirecto
Gracias a este método se clasifica los siguientes tipos de hornos metalúrgicos: 1. ALTO HORNO Un alto horno es un horno especial en el que tienen lugar la fusión de los minerales de hierro y la transformación química en un metal rico en hierro llamado arrabio. Está constituido por dos troncos en forma de cono unidos por sus bases mayores. Mide de 20 a 30 metros de alto y de 4 a 9 metros de diámetro; su capacidad de producción puede variar entre 500 y 1500 toneladas diarias.
PARTES DE UN ALTO HORNO
La cuba: Tiene forma troncocónica y constituye la parte superior del alto horno; por la zona más estrecha y alta de la cuba (llamada tragante) se introduce la carga. La carga la componen... -
El mineral de hierro: magnetita, limonita, siderita o hematite.
-
Combustible: que generalmente es carbón de coque. Recuerda que este carbón se obtiene por destilación del carbón de hulla y tiene alto poder calorífico. El carbón de coque, además de actúar como combustible provoca la reducción del mineral de hierro, es decir, provoca que el metal hierro se separe del oxígeno.
El carbono, en su forma industrial de coque, se mezcla con el mineral, con cuyo oxígeno se combina, transformándose, transformándose, primero en monóxido de carbono (CO) y luego en dióxido carbónico (CO2). FeO + C → F e + CO (reducción del mineral de hierro – FeO – en metal hierro con CO) FeO + CO → Fe +
CO2 (reducción del mineral de hierro – FeO – en metal hierro con CO2)
-
Fundente: Fundente: Puede ser piedra caliza o arcilla.
-
El fundente se combinaquímicamente con la ganga para formar escoria, que queda flotando sobre el hierro líquido, por lo que se puede separar. Además ayuda a disminuir el punto de fusión de la mezcla.
-
El mineral de hierro, el carbón de coque y los materiales fundentes se mezclan y se tratan previamente, antes de introducirlos en el alto horno. El resultado es un material poroso llamado sínter. Las proporciones del sínter son: 1. Mineral de hierro .........2 Toneladas. 2. Carbón de coque ..........1 ..........1 Tonelada. 3. Fundente........................½ Fundente........................½ Tonelada
se introducen por la parte más alta de la cuba. La mezcla arde con la ayuda de una inyección de aire caliente (oxígeno), de forma que, a medida que baja, su temperatura aumenta aumenta hasta que llega al etalaje:Está separada de la cuba por la zona más ancha de esta última parte, llamada vientre. El volumen del etalaje es mucho menor que el de la cuba. La temperatura de la carga es muy alta (1500 ºC) y es aquí donde el mineral de hierro comienza a transformarse en hierro.La parte final del etalaje es más estrecha.
Crisol: Bajo el etalaje se encuentra el crisol, donde se va depositando el metal líquido. Por un agujero, llamado bigotera o piquera de escoria se extrae la escoria, que se aprovecha para hacer cementos y fertilizantes. Por un orificio practicado en la parte baja del mismo, denominada piquera de arrabio sale el hierro líquido, llamado arrabio, el cual se conduce hasta unos depósitos llamados cucharas.
Así pues, el producto final del alto horno se llama arrabio, también llamado hierro colado o hierro de primera fusión .
Productos obtenidos del alto horno
Humos y gases residuales.residuales .- Se producen como consecuencia de la combustión del coque y de los gases producidos en la reducción química del mineral de hierro que, en un elevado porcentaje, se recogen en un colector situado en la parte superior del alto horno. Estos gases son, principalmente, dióxido de carbono, monóxido de carbono y óxidos de azufre.
Escoria.Escoria.- Es un residuo metalúrgico que a veces adquiere la categoría de subproducto, ya que se puede utilizar como material de construcción, bloques o como aislante de la humedad y en la fabricación de cemento y vidrio. La escoria, como se comentó anteriormente, anteriormente, se recoge por la parte inferior del alto horno por la piquera de escoria.
Fundición, hierro colado o arrabio.arrabio.- Es el producto propiamente aprovechable aprovechable del alto horno y está constituido por hierro con un contenido en carbono que varía entre el 2% y el 5%. Se presenta en estado líquido a 1800 ºC. En ocasiones, a este metal se le denomina hierro de primera fusión.
A partir de la primera fusión, se obtienen todos los productos ferrosos restantes: otras fundiciones, hierro dulce, acero... 2. HORNO DE CUBILOTE Así como para acerías se vio alto horno, reducción directa, directa, convertidores, eléctrico eléctrico trifásico, cuchara de reacción y otros medios para llegar al acero fundido, para hierro fundido y colado de aleaciones ferrosas son diferentes. Coincide en el inicio para reducir el mineral y obtener arrabio, y algunos casos en que el horno trifásico se utiliza para obtener piezas ferrosas coladas; este último no es normal, pero básicamente en acerías integradas con fundiciones y para piezas grandes pueden utilizarse. De todos modos fueron tema de estudio en la parte de “Aceros”.
Para obtener piezas ferrosas por moldeo, los hornos fundamentales son dos: Cubilote y Eléctrico por Inducción. Para fundiciones, en menor escala y sin mucho éxito, también se utiliza el rotativo. Analizaremos someramente estos tres tipos.
- HORNO CUBILOTE
DESCRIPCIÓN: Está compuesto por un cilindro metálico vertical, recubierto por refractarios. El fondo, se cierra con una tapa sobre la que se apisona una capa de tierra inclinada hacia el orificio de salida, sangrado o piquera. Encima de la zona donde se acumula el metal, llamada crisol, se encuentra una cámara de aire o viento, donde converge el aire soplado por un ventilador, que iguala su presión y lo conduce al interior del horno a través de las toberas. En la parte superior, tiene una abertura lateral por donde se carga el horno. Más arriba, a rriba, se encuentra la chimenea que conduce los gases. Termina con un supresor de chispas y separador de polvillo que acarrean estos gases. Ver detalle en figuras 1, 2, 3 y 4. FUNCIONAMIENTO: Se inicia la marcha colocando por la boca de carga coque para formar la cama, que va desde el piso hasta algo encima de las toberas; Antes de iniciar la colada, cola da, debe ser perfectamente encendida y llevada a la altura correcta. Posteriormente, se introducen alternativamente cargas metálicas y no metálicas (coque y caliza) en un número de 4-5 pares hasta alcanzar el nivel de la boca de carga.. Al insuflar aire por las toberas hace subir la temperatura por la combustión del coque, provocando la fusión del metal. Este cae en gotas a través del coque, que lo carbura y calienta aun más, llegando al piso del horno. El coque consumido por la combustión y carburación, es sustituído por el cargado entre cada carga metálica, manteniendo manteniendo la altura ideal de la cama. La arena arrastrada por los materiales de carga, el refractario que se funde y oxidación del metal, producen una escoria ácida y viscosa. Para neutralizarla y hacerla más fluída, se agrega caliza junto con el coque. En la medida que va fundiendo el metal, baja la carga y se va restituyendo con nuevas cargas metálicas y de coque. La conducción del horno cubilote, exige una experiencia muy grande, y se debe controlar constantemente su marcha. Esta debe ser continua; si se para, al reiniciar suceden descontrol de composición química y caída de temperatura, proporciónal al tiempo de parada.
SANGRADO O SALIDA DEL METAL: Las gotas fundidas llegan al piso y se acumulan en el fondo. El metal es extraído del horno de dos formas diferentes: 1) Sistema intermitente, de pinchado o discontinuo, mediante apertura y obturado
periódico de un tapón refractario externo. Se deja acumular metal y escoria en el crisol un tiempo determinado. Se abre el tapón, y el metal pasa a través de un canal a la cuchara de colado o a veces a un acumulador y homogeneizador llamado antecrisol. Se corta la salida cuando se observa que comienza a salir la escoria que flota sobre el hierro. Más arriba del orificio de sangrado hay otro agujero también tapado con refractario, por el que cada 5 -6 salidas de metal se abre y permite fluir la escoria. 2) Sistema continuo, donde metal y escoria salen juntos por el orificio de sangrado;
previo a desbordar a la cuchara cuchara de colada o antecrisol, pasa por un sifón que los separa. Se muestran croquis en figuras 5, 6 y 7. CARACTERÍSTICAS: El horno cubilote, fue el principal para la producción de fundición laminar y blanca; considerado obsoleto desde hace 50 años, aun participa en un importante sector de la producción de este material y nodular o esferoidal. Por problemas de conducción, calidad y contaminación principalmente, es sustituído por hornos de inducción. En las fundiciones pequeñas que producen fundiciones de calidad intermedia, se mantiene mantiene vigente. De todos modos, se han introducido a través del tiempo continuas mejoras que lo mantienen vigente; las analizaremos en el siguiente punto: Mejoras y Modificaciones: - Sustitución del coque de hulla nacional de pésima calidad por el de residual de
petróleo; este es de poder calorífico y carburación altos, y bajo porcentajes de cenizas. Se debía importar la materia prima, y se elevaba el sensiblemente el costo. Esta es una solución privilegiada para nuestro país, no es universal. - Refrigeración de la coraza externa con lluvia de agua, que provoca la solidificación
de la escoria para que actúe como refractario, principalmente encima de las toberas
que es la más caliente y mayor consumo de refractario. Con la aplicación simultánea de refractarios de alta calidad en zonas de mayor desgaste como piquera y sifón, permite realizar coladas de 48 horas o más. - El desarrollo de de nodulizantes especiales para alto azufre, como los que se
obtienen en el cubilote, permiten la producción de esferoidal de alta calidad en estos hornos. - El uso de aire precalentado, enriquecido con oxígeno, o el uso de gas natural permite
obtener: marchas más homogéneas y económicas, menor consumo de coque, mayor producción horaria y temperatura del metal. Permite producir piezas más complejas y de mayor calidad. Este desarrollo, desarrollo, puede ser ser importantísimo importantísimo para Argentina, Argentina, por la la gran disponibilidad disponibilidad de gas. La abrupta baja de costos de producción, sumado a la radical disminución de la contaminación por los gases resultantes de la combustión, cambiaría totalmente los parámetros de elección. Puede ser un nuevo motivo para el impulso y rejuvenecimiento de este pseudo-obsoleto que se resiste. Dice la bibliografía y es razonable, que da hierro más caliente, mayor producción horaria para un mismo diámetro de horno, menor contaminación ambiental, y no aporta los indeseables fósforo y azufre que contiene el coque. - Equipos eliminadores de gases contaminantes, polvillo y humos. ésta solución es
muy costosa, y no alcanza a compensar con los beneficios del precalientamiento precalientamiento del aire de soplado aprovechando el calor latente de los gases depurados. - La automatización de cargas, comandos, controles y correcciones del cubilote,
aportó también para facilitar la conducción del cubilote ymantenerlo vigente. Ventajas: - Muy baja inversión si no es imprescindible el equipo depurador de gases, exigido en
las zonas urbanas. - Alta eficiencia térmica, por trabajar a contracorriente la carga y los gases que la
atraviesan. Si de algún modo económico se precalientan el aire con el calor latente de los gases, se mejora dicha eficiencia.
- Elevada producción horaria; un horno de 600 mm. de diámetro interno, produce 2-
2,5 ton/hora. Uno de 1200, 11-12 ton/hora. - Particularmente en Argentina con coque de residual de petróleo, se obtiene
excelente cakidad y costo relativamente bajo. - El costo operativo es relativo a los valores del coque y al de la energía eléctrica.
Siempre fue favorable al coque; pero en los años 2002-2004 se invirtió la relación, y llevó a una fuerte tendencia a instalar los inducción. - Con materiales seleccionados y una correcta marcha, se obtiene muy buena calidad
de fundición gris y nodular comunes y levemente aleadas. Estos representan en volumen, el 80 % de los metales obtenidos por moldeo. Desventajas: - La contaminación atmosférica es la principal, por la producción de humos y gases
tóxicos. En zonas urbanas se hace imposible pensar en su utilización, y como dijimos los depuradores son prohibitivos económicamente. económicamente. - Exige una complicada y correcta programación de los moldes, para evitar por todos
los medios interrumpir la marcha del horno. Toda parada, provoca desequilibrios en la composición química y caída de la temperatura difíciles de corregir. - No permite corregir sensiblemente la composición química, ni elevar la
temperatura. Al agregar aleantes, ésta cae aún más. Si del horno sale material defectuoso para lo programado, queda como única alternativa disponer de moldes con otras características donde se pueda colar de inmediato. - Cuando se pone en marcha el horno, produce continuamente y sin interrupción un
volumen grande de metal por varias horas; simultáneamente, deben producirse varias tareas como colado de las piezas, producción de nuevos n uevos moldes, cambiar los contrapesos en ellos para contrarrestar la presión ferrostática, cargar de material al horno, desmolde de lo ya colado, y otras tareas y movimientos paralelos. Cuando no se produce gran volumen todos los días, demandan mucho personal simultáneamente, y se debe recurrir a personal de otros sectores como rebaba y noyería, que deben interrumpir sus actividades. Con horno inducción, el metal sale
en forma intermitente, y permite desarrollar las tareas con el personal específico a cada tarea sin interrumpir otras. MATERIALES DE CARGA: Se divide en dos grupos; la metálica formada por los siguientes componentes y porcentajes, en fusión de la marcha y material que se desea obtener:
Material Metálico Chatarra
Máximo %
de 30
Chatarra de acero arrabio Retornos Ferroaleaciones
45 40 60 (FeSi,
Mínimo 10 0 0 30
3
2
Para gris, se utilizará arrabio, chatarra chatarra y colada de gris, y para nodular de nodular. Retornos idem, y se refiere a las coladas, piezas rechazadas, lingoteo de metal frío o fuera de composición química. La calidad del metal a obtener y piezas que se fundirán (grandes y gruesas o pequeñas y finas), determinan los porcentajes de materiales de carga. El arrabio en general facilita la obtención de material de calidad, pero su uso está restringido por el alto costo, principalmente en Argentina. La carga no ferrosa, está compuesta por coque que corrige la altura de la cama, consumida como combustible y carburante, y la caliza o carbonato de calcio para fluidificar la escoria. Como dijimos, actualmente en el país se utiliza coque de residual de petróleo, que puede ser de alta, media y baja carburación y poder calorífico, en función inversa al porcentaje de cenizas que posee. En En gris se puede utilizar cualquiera cualquiera de los tres tres en función del metal a obtener en porcentajes del 14 al 16 %; para piezas gruesas (% C bajo), se usan los de menor carburación, y para finas alta o media. En nodular, con carbono necesariam n ecesariamente ente alto, se utiliza exclusivamente el de alta carburación entre entre 17 y 20 %.
MATERIAL QUE SE PUEDEN OBTENER: Son básicamente las fundiciones comunes y de baja aleación. No permite altamente aleadas por su mayor temperatura de fusión y regulación de composición química, ni aceros ni ferroso por su alta carburación. O sea es es aplicable para las fundiciones comunes: - Gris. - Maleable Corazón Blanco. - Maleable Corazón Negro. - Nodular o Esferoidal. - Blanca Baja Aleación
3. HORNO DE REVERBERO
El horno de reverbero es un tipo de horno generalmente rectangular, cubierto por una bóveda de ladrillo refractario, que refleja (o reverbera) el calor producido en un sitio independiente del hogar donde se hace la lumbre. Tiene siempre chimenea. El combustible no está en contacto directo con el contenido, sino que lo calienta por medio de una llama insuflada sobre él desde otra cámara siendo por tanto el calentamiento indirecto. Es utilizado para realizar la fusión del concentrado de cobre y separar la escoria, así como para la fundición de mineral y el refinado o la fusión de metales Tales hornos se usan en la producción de cobre, estaño y níquel, en la producción de ciertos hormigones y cementos y en el reciclado del aluminio. Los hornos de reverbero se utilizan para la fundición tanto de metales férreos como de metales no férreos, como cobre latón, bronce y aluminio. Durante el proceso, se remueve desde una ventana el mineral fundido para que el calor actúe lo más uniformemente posible sobre toda la masa. Constan esencialmente de un hogar, un laboratorio con solera inclinada que permite que “escurra” el metal fundido hacia una canal
por la que sale al exterior donde se vierte en los moldes. Sobre esta solera se dispone el material a tratar, extendido y con poca altura. y bóveda y de una chimenea.
El tipo más sencillo quema hulla en una parrilla y la llama, con los productos de la combustión se refleja (reverbera) en la bóveda o techo del horno, atraviesan el espacio que hay sobre la solera (donde se sitúa la carga metálica) y son evacuados por la chimenea, colocada en el extremo opuesto a la parrilla. En la actualidad se emplean más los combustibles gaseosos, Líquidos y el carbón pulverizado, los cuales se insuflan en el horno, mezclados con aire precalentado, por medio de un quemador situado en un extremo. La capacidad de estos hornos es muy variable, y su campo de aplicación es muy amplio, ya que pueden fundir latones, bronces, aleaciones de aluminio, fundiciones y acero. Consta de un recuperador de calor, al igual que el alto horno, destinados a economizar combustible y alcanzar una temperatura suficientemente elevada para fundir el metal. Están constituidos por dos pares de cámaras, formadas interiormente por una serie de conductos sinuosos de ladrillo refractario. Su funcionamiento es como sigue: Los gases calientes que salen del horno, al pasar a través de los recuperadores, les comunican su calor y, cuando están suficientemente calientes, mediante un dispositivo automático de válvulas, se invierte el sentido de circulación, de forma que el gas y el aire, antes de entrar en el horno, pasan por los recuperadores calientes y alcanzan temperaturas de 1000 °C a 1200 °C llegándose a conseguir de esta forma los 1800 °C. Mientras tanto los gases de la combustión combustión pasan a través de los otros recuperadores recuperadores que ahora están en periodo de calentamiento.
Los hornos de reverbero son de poca altura y gran longitud. En uno de los extremos se encuentra el hogar donde se quema el combustible, y en el extremo opuesto la chimenea. Las llamas y productos de la combustión atraviesan el horno y son dirigidos, por la bóveda de forma adecuada hacia la solera del horno, donde está situada la carga del metal que se desea fundir. Esta carga se calienta, no solo por su contacto con las llamas y gases calientes sino también por el calor de radiación de la bóveda del horno de reverbero. Aproximadamente, la superficie de la solera es unas tres veces mayor que la de la parrilla y sus dimensiones oscilan entre entre un ancho de 150 a 300 cm y una longitud de 450 a 1500 cm. La capacidad de los hornos de reverbero es muy variable y oscila entre los 45 Kg a los 1000 Kg que tienen los empleados para la fusión de metales no férreos, hasta las 80 Tm que tienen los mayores empleados para la fusión de la fundición de hierro. Las bajas temperaturas de fusión del aluminio y su facilidad para oxidarse hacen que el cambio a fusión con oxígeno en los Hornos de Reverbero requiera diseños de quemadores específicos para evitar sobrecalentamientos. Este problema no ocurre en los hornos rotativos debido por una parte al giro del horno, que hace que la temperatura en su interior se homogeneice con facilidad y por otra a la utilización de sales de protección que evitan sobrecalentamientos sobrecalentamientos del material. La primera de las tecnologías consiste en la utilización de un quemador de baja temperatura de llama que evita sobrecalentamientos, bien de la bóveda bien del aluminio, y amplio desarrollo de la misma, con lo que se asegura una gran homogeneidad tanto en la transmisión del calor como en la temperatura. La tecnología de quemador está basada en la combustión por etapas, que como ventaja adicional reduce enormemente las emisiones de NO x. Las tecnologías de combustión con oxígeno en los hornos de reverbero para fusión de aluminio permiten, respecto a la utilización de quemadores de aire frío:
Incrementar la producción alrededor del 50%
Reducir el consumo energético entre un 40 y un 50%
Reducir el volumen de humos emitidos más del 70%
Reducir las oxidaciones del aluminio más de un 20%
4. HORNO SIMER SAN MARTIN
El horno Martin-Siemens es un horno de reverbero. La solera se calienta exteriormente y se cargan las materias primas, que son arrabios y chatarra, inclinadas hacia un orificio de salida. La solera es rectangular, de 4 a 8 m. de largo y 3,5 m. de ancho y puede recibir de 15 a 40 toneladas. La cara anterior del horno tiene las puertas de carga y la posterior la piquera de colada . La bóveda es de ladrillo refractario de sílice. Por el exterior circula aire frío para refrigerar . El laboratorio contiene el arrabio que se va a tratar y está limitado por la solera, la bóveda y las paredes laterales. 1. Procedimientos a) Procedimiento ácido Se reduce el C por tres formas: 1. Por dilución, añadiendo chatarra con poco carburo y así, se reparte el C por toda la masa. 2. Añadiendo minerales de Fe que ceden el oxígeno al C produciendo la oxidación. 3. Combinando los dos anteriores. El Mn y el Si se oxidan con rapidez y se van a la escoria, aunque el Si con mayor lentitud. El C se oxida debido a los óxidos de la escoria. Al ser un proceso ácido no se elimina ni el P ni el S. Para evitar la oxidación del metal se le añaden ferroaleaciones. b) Procedimiento básico La escoria es básica, lo que permite eliminar el P. Primero se oxidan el Si, el Mn y el Fe. El óxido de manganeso no se va a la escoria, cediendo el oxígeno para oxidar el C. El P se oxida y se combina con la cal. También se pueden añadir ferroaleaciones. Normalmente la carga está compuesta por 50% de chatarra y 50% de hierro líquido y se emplea carbonato de calcio como fundente y formador de escoria básica
Funcionamiento El gas combustible se envía por una válvula a los emparrillados de ladrillo y entra en el laboratorio. El aire comburente desemboca recalentado en el horno. La llama pasa por la superficie del baño y los humos producidos son evacuados por la chimenea. Las válvulas se giran periódicamente 90º para invertir el sentido de la corriente gaseosa. Estas inversiones se realizan frecuentemente para evitar la fusión de los conductos y la bóveda cuando alcanza la temperatura máxima de 1800ºC. Este procedimiento dura de 6 a 9 horas. Cuando finaliza este proceso se pincha el agujero de colada para vaciar el acero líquido a cucharas y después a lingoteras. 5. HORNO DE CRISOL
El horno de CRISOL es llamado llamado como de hogar abierto semeja un horno horno enorme, y se le denomina de esta manera porque contiene en el hogar (fondo) una especie de piscina larga y poco profunda (6m de ancho, por 15 m de largo, por 1 m de profundidad, aproximadamente). El horno se carga en un 30% a un 40% con chatarra y piedra caliza, empleando aire precalentado, combustible líquido y gas para la combustión, largas lenguas de fuego pasan sobre los materiales, fundiéndolos. Al mismo tiempo, se quema (o se oxida) el exceso de carbono y otras impurezas como el fósforo, silicio y manganeso.El proceso completo demora de cinco a ocho horas, mientras que el Horno de Oxígeno Básico produce la misma cantidad de acero en 45 minutos aproximadamente. Debido a esto, este horno ha sido virtualmente reemplazado por el de Oxígeno Básico. Existen dos tipos de horno de crisol: 1. Horno de crisol fijo 2. Horno de crisol inclinable.
6. HORNO DE CRISOL FIJO. Horno de crisol fijo de coque o fuel-oil (gas), este tipo mas sencillo de horno, y todavía se encuentra en algunas pequeñas fundiciones que trabajan aleaciones de metales no férreos. f érreos. En las fundiciones que trabajan con hierro fundido puede tener empleo para coladas pequeñas y urgentes. No se emplea para el acero, a pesar de que es un hecho cierto que los mejores aceros ingleses del siglo pasado eran obtenidos en baterías de este tipo de hornos. Están constituidos de un crisol de grafito apoyado sobre ladrillos refractarios y rodeados por todas partes de coque partido que se enciende y alcanza la incandescencia por la inyección de aire. El crisol alcanza de este modo temperaturas muy elevadas y la carga metálica que contiene se funde sin entrar en contacto directo con los gases de la combustión. El elemento más importante es el crisol, compuesto de grafito con la adición eventual de un carburante, mezclado con aglutinantes adecuados, por ejemplo, arcilla o alquitrán. Los crisoles se construyen con estampas de acero sobre la cual es fuertemente prensado el material de aquellos. Se acaban en el torno y después de secados se introducen en cajones de material refractario y se someten a acción en hornos adecuados a temperaturas elevadas. 7. HORNOS DE CRISOL INCLINABLE
Horno de crisol inclinable, con precalentamiento de aire. Los hornos de crisol fijo tienen el grave inconveniente de que el metal debe ser extraído en pequeñas cantidades con cucharas, a menos de que la colada se efectúe directamente en alguna forma. Para evitar este inconveniente y para utilizar el calor sensible de los gases de combustión, se construyeron los hornos de crisoles inclinables mecánica o hidráulicamente y que pueden tener un sistema de precalentamiento precalentamiento de aire. HORNO DE CRISOL FIJO
HORNO DE CRISOL INCLINABLE.
8. HORNOS DE ARCO ELECTRICO Los Hornos de Arco Directo son loos más utilizados para producir acero, haciendo que un arco se establezca entre ellos y la chatarra o el metal fundido, ocasionando que la circulación de corriente a través del metal klo caliente, sumándose al calor radiado por el arco. La mayoría son trifásicos, utilizando, por lo tanto, tres electrodos de grafito.
Las partes escenciales de estos Hornos son: a) El Casco cilíndrico contruido de placa de acero. b) La Bóveda o Tapa formada por un anillo de acero y ladrillos o cemento refractario, refractario, o por paneles refrigerados por agua, teniendo tres orificios para el paso de los electrodos. c) Los Porta-electrodos constan de postes o columnas verticales que sostienen los brazos horizontales que en su extremo tienen las mordazas, refrigeradas por agua, que sostienen los electrodos. d)El Mecanismo de Voltero que permite bascular el casco para el vaciado. e)Las Puertas de Trabajo y carga, que son refrigeradas por agua. f) El Canal de Colada. g)El Equipo Eléctrico que comprende:
-El o los Transformadores Transformadores de Potencia con cambio de taps para seleccionar diferentes voltajes. -Los cables de cobre, refrigerados por agua, que conectanal Transformador Transformador con los PortaElectrodos. -Los Disyntores o Interruptores de Corriente.
-Los tableros con los aparatos de medición y control, los mandos de los sistemas de basculación y desplazamiento de la Bóveda. -El sistema de Regulación del Arco, manual o automático. Puede ser eléctrico, electrónico, hidráulico, magnético o mixto.
Interior del Horno En su interior el Horno comprende las partes siguientes: -La Solera o piso hecha de Magnesita o Dolomita granulada. Después de cada colada se reparen con el mismo material para conservar su nivel.
1. El crisol de refractario resiste al metal y a las escorias. 2. Las Paredes o Muros construidas en Tabiques Refractarios o páneles Refrigerados por Agua, construidos en acero inoxidable. 3. Los Electrodos de Grafito, de sección circular, los cuales se van uniendo con espigas roscadas, llamadas niples o cioples, para alargarlos conforme se van desgastando. Operación La chatarra se carga al Horno por la parte superior desplazando la bóveda. la carga puede hacerse de una sola vez o en varias operaciones, dependiendo del peso específico de la chatarra, estableciéndose el arco. para el corte de chatarra se utilizan los voltajes más altos (y mayor amperaje), se procede a calentar el metal formado con fundentes la escoria para la refinación y, agregando después ferroaleaciones. ya que se obtiene el análisis químico deseado y habiendo desoxidado y desgasificado el metal, se procede al vaciado del metal Caliente basculando el horno. 9. HORNOS DE PLASMA hornos de plasma Trabajo (Sistemas de calefacción de plasma) se basa en el uso de plasma de descarga de gas como refrigerante. Conductividad eléctrica suficiente del plasma convierte la energía eléctrica en calor debido a las corrientes Conductividad Conductividad Ilim. a través de electrodos subsumidos (El método conductor) o excitado por un campo electromagnético alterno (Método de inducción).
Desde la formación del plasma debido a la endotérmico procesos de disociación e i onización de los gases, se caracteriza por plasma lo suficientemente Alta energía, lo que le permite utilizar pirometalúrgica de alto consumo energético procesos, incluyendo la fundición de aceros de alta aleación, directa recuperación de metales a partir de minerales y producción de ferroaleaciones. La antorcha de plasma - el dispositivo para convertir la energía eléctrica para suministrar energía térmica corriente (flujo) del plasma, es decir, un generador de plasma. Dependiendo del método de conversión de la energía eléctrica en antorchas de plasma térmicas se distinguen: arco, Inducción (HF) y electrónicos (microondas). La más sopletes de plasma de arco generalizadas, que se pueden conseguir temperatura del plasma de aproximadamente 10.000 K por la compresión de las paredes del canal de la columna de arco (Compresión hidrodinámico), el flujo de gas (compresión aerodinámica) o campo magnético externo (compresión electromagnética). Para arco de descarga se puede utilizar como una corriente permanente y alterna. En un esfuerzo por llegar funcionamiento estable de la antorcha de plasma, la corriente continua más comúnmente utilizado con el fin de evitar romper arco AC. Distinguir con antorchas de plasma de arco independientes (Indirecta) y el arco dependiente (acción directa). Esquema de selección del horno quemador de plasma depende del destino y los lo s requisitos necesarios su eficiencia Hornos de Inducción El Horno eléctrico en que el en el que el calor es generado por calentamiento, por la inducción eléctrica de un medio conductivo (un metal) en un crisol, alrededor del cual se encuentran enrolladas bobinas magnéticas se denomina horno de inducción. Dicho principio de calentamiento por inducción de un metal fue descubierto en 1831 por Michael por Michael Faraday.
Características
Los hornos de inducción se utilizan sobre todo porque son bastante limpios, pueden derretir materiales con rapidez, y en general son asequibles para mantener y operar. También permiten un control preciso de la temperatura y el calor. Debido a que ganan calor muy rápidamente no se deben dejar en marcha entre operaciones para así ahorrar en recursos energéticos y ayudar a administrar los costos de operación. op eración.
Calor de inducción
El calor por inducción es un medio de calentamiento o de fundición de metal que utiliza corrientes eléctricas para calentar el material. El calor eléctrico es limpio y eficiente. Proporciona calor rápido y consistente a lo largo del horno y permite que el material se caliente uniformemente. El calor de inducción se basa en una bobina hecha con un tubo de cobre. El agua fluye a través de las bobinas las bobinas que trabajan junto a los elementos de calefacción de cobre y ayudan a enfriar el horno según sea necesario. El tamaño y forma de la bobina puede ser determinada según la aplicación específica para la que se utilice el horno. En los hornos de inducción el rango de frecuencias de operación va desde la frecuencia de red (50 ó 60 Hz) hasta los 10 kHz, en función del metal que se quiere qu iere fundir, la capacidad del horno y la velocidad de fundición deseada - normalmente un horno de frecuencia elevada (más de 3000 Hz) es más rápido, siendo utilizados generalmente en la fundición de aceros, dado que la elevada frecuencia disminuye la turbulencia y evita la oxidación. Frecuencias oxidación. Frecuencias menores generan más turbulencias en el metal, el metal, reduciendo reduciendo la potencia p otencia que puede aplicarse al metal fundido.
Tipos de Hornos de Inducción
Existen tres clases fundamentales de hornos de inducción:
Baja frecuencia: el calor se produce por el efecto Joule de la corriente inducida por corriente alterna a través del metal que queremos fundir.
Alta frecuencia: el calor lo producen las corrientes de Foucault, ordinariamente consideradas como parásitas, inducidas en el metal, que actúa como núcleo de un selenoide.
Hornos electrónicos: el calor se produce por la vibración molecular del cuerpo que se trata de calentar cuando es sometido a un fuerte campo d eradiaciones electromagnéticas de muy alta frecuencia.
Funcionamiento del Horno de Inducción
Funcionamiento horno de inducción Durante el funcionamiento normal de un horno de inducción se emite un zumbido, silbido o chirrido (debido a la magnetostricción), cuya frecuencia frecuencia puede ser utilizada por los operarios con experiencia para saber si el horno funciona correctamente o a qué potencia lo esta haciendo. 1. Por medio del control de velocidad se hace funcionar el motor para proporcionarle energía mecánica al alternador de alta frecuencia. 2. El alternador de alta frecuencia proporciona la energía alterna utilizada por el horno de inducción, esta energía pasa a través de un banco de capacitores automáticos para poder regular el factor de potencia. 3. Un sensor de temperatura de temperatura sensa la temperatura del horno, la señal es transmitida a un indicador de temperatura y a su vez a un controlador o variador de velocidad. 4. El variador de velocidad regula las revoluciones por minuto, al hacer esto esta variando la frecuencia del alternador.
Principales Cualidades de los Hornos de Inducción
Los hornos de inducción se utilizan sobre todo porque son bastante limpios, pueden derretir materiales con rapidez, y en general son asequibles para mantener y operar. También permiten un control preciso de la temperatura y el calor. Debido a que ganan calor muy rápidamente no se deben dejar en marcha entre operaciones para así ahorrar en recursos energéticos y ayudar a administrar los costos de operación los mismo presentan:
Buen rendimiento, puesto que el calor se genera en la masa de metal fundido.
Las corrientes electromagnéticas producen un movimiento beneficioso, puesto que uniformizan la masa a fundir.
El control de la transmisión de temperatura se haga más o menos rápido es muy preciso.
Se puede fundir en vacío.
Las oxidaciones son muy pequeñas.
Ventajas de los Hornos de Inducción
Dentro de las principales ventajas que trae la utilización de los hornos de inducción tenemos:
Es limpio, eficiente desde el punto de vista energético
Generar una gran cantidad de calor de manera rápida.
Es un proceso de fundición y de tratamiento de metales más controlable que con la mayoría de los demás modos de calentamiento. calentamiento.
Puede ser empleado en la fusión de materiales ferrosos y no ferrosos y todas sus aleaciones.
Eficiente, ecológico y mayormente controlable en comparación con otras tecnologías.
Maneja un rango de capacidades entre menos de 1 Kg y varias decenas de toneladas, y frecuencias desde las de red (50-60 Hz), llegando a los 400KHz.
Principales usos de los Hornos de Inducción
Las fundiciones más modernas utilizan este tipo de horno y cada vez más fundiciones están sustituyendo los altos hornos por los de inducción, debido a que aquellos generaban mucho polvo entre otros contaminantes. Los hornos de inducción puede ser utilizados para fundir, soldar, tratar o ajustar por contracción cualquier material que sea adecuado para su uso con calor por inducción. El tratamiento puede incluir materiales de recocido, endurecimiento o templado. La inducción de calor puede ser utilizada para soldaduras fuertes o soldadura simple de cobre, bronce, latón o acero. El ajuste por contracción puede implicar el montaje de piezas para una fabricación precisa. Los procesos de fundición se pueden hacer con material de hormigón que qu e sea compatible con calor por inducción. Estos metales incluyen el acero, bronce, acero, bronce, cobre cobre y latón.
LADRILLO REFRACTARIO El ladrillo refractario es un material cerámico que posee una serie de características características especiales, lo que permite hacer un gran uso de éste dentro de instalaciones industriales o en trabajos de estufas de estufasdomésticas. domésticas. Las caras de estos ladrillos son lisas. Esta peculiar característica disminuye la adherencia con el mortero, el mortero, logrando la resistencia a altas temperaturas altas temperaturas y la abrasión. la abrasión. Por sus buenas propiedades térmicas este material es considerablemente considerablemente costoso. Los ladrillos refractarios actualmente son empleados para revestir calderas, calderas, ollas de aceración, parrillas, aceración, parrillas, hornos hornos rotatorios de cementeras, por mencionar algunas, en donde éstos deben estar adheridos uno con otro con tierra refractaria y para lograr mejorar la firmeza del pegado también se puede agregar cemento; agregar cemento; dándonos dándonos por resultado una mezcla que tendrá una apariencia barrosa; esta mezcla permite que el pegado en la tierra sea suficientemente resistente resistente para los procesos. El manejo de estos ladrillos no es tan simple como manejar ladrillos comunes, debido a que por sus mismas propiedades reacciona de manera explosiva con otros materiales que no sean los correctos. Al igual que la tierra refractaria, los ladrillos refractarios además de cumplir con su función de refractar, son excelentes contenedores de calor, es calor, es decir, mantienen el calor al que son expuestos durante sus diferentes usos. Una de las peculiaridades de este tipo de material es que son fabricados en calidades variadas, dependiendo de la concentración de alúmina de alúmina y con base en esta concentración el ladrillo resiste mayores temperaturas o puede ser usado para distintos medios. Las concentraciones van desde el 36% hasta el 99% de alúmina aunque también se puede emplear sílice. emplear sílice. Principalmente cuando se quiere recubrir hornos recubrir hornos destinados para la fundición la fundición de acero, de acero, el tipo de ladrillo empleado es el de dióxido de dióxido de silicio, en silicio, en algunos casos cuando los ladrillos comienzan a licuarse estos trabajan con temperaturas superiores 3000 °F (1650 °C) (1650 °C)..
Para poder crear estos ladrillos es necesario que sus componentes estén expuestos a bajas presiones y que sean a su vez cocidos a temperaturas muy altas. Las excepciones a este proceso son aquellos ladrillos que son químicamente ligados, o los que utilizan el alquitrán, el alquitrán, resina resina o gomo para permanecer aglutinados. PROPIEDADES Los ladrillos refractarios utilizados son de dos tipos dependiendo del contenido de arcilla con sílices o alúminas; también por su contenido en magnesita y otros componentes. Las propiedades de estos compuestos permiten que el ladrillo soporte estar a grandes temperaturas. Aunque el comportamiento de cada uno es muy propio del material.
Ladrillos Refractarios con Alto Contenido en Alúmina
El coeficiente de dilatación térmica de este tipo de ladrillos es muy bajo. Gracias a esta propiedad los ladrillos están preparados para soportar elevadas temperaturas, sin presentar algún tipo de deformación o dilatación que modifiquen el desempeño del ladrillo después de su enfriamiento. Como la arcilla la arcilla necesaria para su fabricación su fabricación es muy poca, y el contenido de alúmina (material costoso) es grande, el precio en el mercado de estos ladrillos es alto.
Ladrillos Refractarios con Alto Contenido de Sílice
Al igual que los anteriores, estos ladrillos están diseñados para estar expuestos a altas temperaturas, sin embargo, cuando estos son sometidos a fases f ases alternativas o continuas de calor a frío suelen dilatarse de manera considerable para su uso industrial. Y estos continuos cambios de temperatura, así como de forma, afectan el ladrillo de tal forma que este termina por desintegrarse. Este tipo de ladrillo es muy útil en zonas en donde las temperaturas a las que se expone son altas continuas.
CARACTERÍSTICAS
El color El color que adoptan estos ladrillos se debe al proceso de fabricación, pueden ser amarronados o pardo blancuzcos.
Piezas de alta densidad.
Poseen textura lisa y homogénea.
Baja conductividad térmica.
Alto punto de fusión.
CORTES Por el uso a que se destine el ladrillo se le pueden dar diferentes cortes durante la fabricación entre los que destacan:
Rectangular
Dovela
Canto
Teja
Dovela punta
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