Curso:
Conformado por deformación Plástica Docente:
Ing. Dante Salas Ávila Estudiante:
CHAMBI HUANCA LUIS MIJAEL
2014
Puno – Perú
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DEDICATORIA
El presente trabajo va dedicado a mis queridos padres, por el apoyo incondicional que nos brindan
También lo dedo a nuestro maestro por los conocimientos transmitidos
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INDICE 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
INTRODUCCION FUNCIONAMIENTO PARTES DEL HORNO DE CUBILOTE PROCESO DE FABRICACION MATERIALES UTILIZADOS CONSTRUCCION Y MONTAJE BIBLIOGRAFIA
HORNO CUBILOTE 1. INTRODUCCION Un cubilote es un horno vertical para refundir los lingotes de hierro que se obtienen en los altos hornos, chatarra reutilizada, alimentadores y bebederos de piezas fundidas anteriormente, principalmente se usa para fundir fundición gris y con la ayuda de metales añadidos al momento del sangrado denominados inoculantes se puede obtener fundición nodular, eventualmente se usa también para aleaciones de cobre pero el uso no es muy difundido. Del material líquido vaciado en moldes apropiados se podrá fabricar directamente piezas de maquinaria y objetos de hierro fundido. El cubilote es básicamente un tubo vertical que sirve de soporte al refractario que lo recubre interiormente. Se han dado casos de cubilotes hechos hasta de cilindros vacíos de aceite apilados uno encima del otro y recubiertos de arcilla que sea refractaria, lógicamente los lotes de producción serán para uso eventual o en zonas aisladas. Comercialmente los cubilotes oscilan entre los 450 mm (18") de diámetro interior con producciones de algunos cientos de kilos hora de fundición gris hasta unidades de más de 2 m de diámetro interno (80") con producción de varias toneladas por hora.
Al cubilote lo rodea un anillo cerrado de mayor diámetro denominado caja de viento donde se sopla aire externo con una cierta presión que estará en función del diámetro y altura del cubilote llegando desde los 400 mm de columna de agua de presión estática hasta más de 1200 mm de la misma. El cubilote consume en términos generales el mismo peso en aire que el del metal que logra fundir y la relación de metal a carbón que son cargados por la boca de carga alternativamente puede oscilar entre una parte de carbón por seis de metal hasta una de carbón por diez de metal, dependiendo de las características del carbón, de las dimensiones del cubilote y del diseño de las toberas de soplado. Existen cubilotes que aprovechan los gases de escape para precalentar el aire de soplado y los resultados han sido variados desde unidades que logran gran eficiencia térmica precalentando hasta los +525 °C el aire de soplado hasta unidades cuyos costos de operación y mantenimiento del sistema de precalentamiento suben tanto que hacen que el sistema no sea rentable. El cubilote es el único horno de fusión secundaria, no siderúrgico, que tiene al metal y al combustible en contacto directo por lo que logra altos grados de eficiencia térmica. El combustible más usado es el coque de carbón, el carbón mineral y el carbón vegetal obteniéndose con este último fierro fundido de muy bajo contenido de azufre, la implicancia de tipo ecológico hace que esto solo sea
posible actualmente con carbón obtenido de bosques cultivados. Actualmente hay una empresa inglesa que ha desarrollado un cubilote que no usa carbón y lo reemplaza por quemadores de gas natural con la adición de unas bolas cerámicas dentro del horno para permitir el paso de los gases de combustión. El cubilote está forrado interiormente de ladrillos refractarios y tiene dos aberturas opuestas en la parte baja a las cuales se les da el nombre de boca de sangría y de escoriado: por ellas sale el metal líquido fundido y por la otra la escoria de fundición que no es otra cosa que las cenizas de combustión, los óxidos metálicos no reducidos, las impurezas de l achatarra, el refractario consumido y cualquier otro elemento diferente al metal deseado. Con la finalidad de darle mayor fluidez a la escoria se carga junto con el carbón un porcentaje de alrededor de 6% de piedra caliza en trozos que se fundirá y dará facilidad a la descarga de la escoria del horno. En cubilotes primitivos la boca de sangrado se usaba para vaciar el caldillo del metal después de fundido, el cual viene por un caño de hierro y cae en la cuchara corriendo por ella hasta la pieza que debe fundirse. En la actualidad es frecuente en las operaciones comerciales la descarga continua en un ante crisol que es un recipiente de almacenaje temporal que permite vaciar piezas de mayores dimensiones y sobre todo de una calidad más homogénea al permitir la mezcla de las diferentes cargas que se han realizado al cubilote. En el fondo del cubilote se encuentra una tapa articulada cuya función es descargar los sobrantes de carbón, metal y escoria cuando se desea acabar con el ciclo de fundido. En la parte alta tiene el cubilote otra abertura llamada boca de carga por la cual se echa el metal que debe fundirse con elcarbón que se cargaran junto con el fundente en cargas alternadas sobre una cama de carbón incandescente que se carga inicialmente al prender el cubilote sin ningún metal, una vez esta carga denominada cama se encuentra totalmente encendida se inician las cargas alternadas de metal y carbón/fundente, la altura de la cama debe de mantenerse a lo largo de la fusión para asegurar una temperatura homogénea en el metal obtenido y el lograrlo es la parte más compleja de la operación del cubilote. Además de las aberturas indicadas, hay otros agujeros circulares o rectangulares para que a través de ellos entre el aire de soplado, en la actualidad el número de toberas será dependiente del diámetro del cubilote y su área es usualmente proporcional al área interna del mismo. Hay numerosas disposiciones de las mismas en una o dos capas, con funcionamiento alternante para prevenir la obturación de las mismas y aún las hay fabricadas de bronce con refrigeración interna para producir un soplado que penetre más al centro del cubilote a fin de que arda el combustible más eficientemente. .
2. FUNCIONAMIENTO Iniciando la Fusión en el Cubilote Inicialmente, se colocan pedazos de madera suaves y secos en la parte inferior de la cama de arena, después de lo cual el coque se carga hasta el nivel de las toberas. La madera se encienden a
través del pico de sangrado y el aire suficiente pasa a través de las toberas para la combustión apropiada del coque. Carga del Cubilote La carga utilizada en el cubilote consiste en capas alternas de coque, fundente y de metal (hierro y acero). Estos tres componentes se cargan continuamente al cubilote. La relación hierro-coque más frecuentemente utilizada e 8:1. El fundente puede ser piedra caliza (CaC0 3), espato flúor, carbonato de sodio o carburo de calcio. La piedra caliza es el fundente comúnmente empleado. El peso total del fundente será aproximadamente 1/5 del peso de la carga del coque. Fusión en el Cubilote El cubilote funciona por principio contra corriente. Pues conforme se realiza la combustión, los materiales de la carga (coque, fundente y metal) bajarán, mientras que los gases calientes debido a la combustión subirán. El intercambio de calor ocurre entre los gases calientes que suben y la carga que baja, de tal modo que funden el metal. El metal líquido cae, mientras que el coque flota para sobre él. El fundente también se funde y reacciona con las impurezas del metal fundido formando la escoria. La escoria flota sobre la superficie del metal fundido de tal modo que previene la oxidación del metal. Escorificación y Sangrado del Cubilote Cuando se ha colectado el suficiente metal líquido en el crisol, se abre el agujero de la escoria y la escoria que flota sobre la superficie del metal fundido se saca y se tapa. Inmediatamente el agujero de sangrado el cual fue cerrado con un tapón (un tapón de arcilla) se abre y el metal líquido se recoge en una olla o cuchara de vaciado. El agujero de sangrado se cierra nuevamente con un tapón. El metal líquido de la cuchara se vacía en los moldes. Tirado del Cubilote Cuando la fusión se ha terminado y no se requiere más de líquido, se detiene la carga del cubilote. Los soportes debajo de la puerta inferior se golpean y se abre la puerta inferior permitiendo que el contenido del cubilote caiga. La carga no fundida se recoge y se utiliza en la fusión siguiente. Nota: La operación de “tirar” el fondo del cubilote es muy peligrosa y tiene que ser hecha por una persona entrenada.
3. PARTES DEL HORNO DE CUBILOTE
se muestran las partes principales de un cubilote convencional
a. Envoltura cilíndrica de chapa de acero soldada. b. Revestimiento interno de material refractario (entre este y la envoltura se deja una capa intermedia de unos 2 cm, rellena de arena seca, para permitir las dilataciones radiales y axiales de refractario). c. Chimenea y su correspondiente cobertura. Algunas veces se añade apaga chispas. d. Boca de carga: pequeña y provista de una plancha inclinada para la introducción de las cargas cuando se realizan a mano, más amplia si se hace mecánicamente.
e. Cámara de aire anular, de plancha delgada, que circunda del todo o en parte la envoltura y dentro de la cual, pasa aire o viento (enviado por una máquina soplante) para la combustión del coque. f. Toberas, de hierro colado o chapas de acero, en forma de caja horadada y adaptada al revestimiento para conducir el aire al interior del cubilote. En la parte correspondiente de cada tobera, la pared exterior está agujereada y provista de portillos con mirillas (de mica o cristal) para vigilar la combustión. g. Piquera de escoria. Abertura dispuesta a unos 15 o 20 cm aproximadamente por debajo del plano de toberas, inclinada de 30 a 40º, respecto a la horizontal, para facilitar la salida de la escoria. h. Puerta lateral de encendido y limpieza. Antes de cerrarla, al comienzo de la fusión, hay que rehacer el murete que completa el revestimiento. i. Canal de colada, de plancha de hierro, revestido de masa refractaria. Mantiene la misma inclinación de la solera (10º), para hacer caer el hierro fundido en el caldero de colada. j. Solera a fondo de cubilote. Consiste en arena de moldeo apisonada e inclinada 10º hacia la piquera de sangría del horno. k. Plancha base de envoltura cilíndrica; de hierro colado o chapa fuerte. En su centro hay una abertura del diámetro de la solera, que puede cerrarse con un portillo de descarga de uno o dos batientes que se abren hacia abajo por medio de un cerrojo, de una palanca o quitando el puntal. A través de ella se descarga el contenido de coque de la cama, al final de la operación del horno. l. Columnas de apoyo: casi siempre son cuatro, de hierro fundido y son sostenidas a su vez por unos cimientos de ladrillos de hormigón. m. Crisol: es la parte inferior del cubilote comprendido entre la solera y el plano de las toberas. Se estima que el metal ocupa en él, el 46 % del volumen. El 54 % restante está ocupado por coque incandescente Zonas de un cubilote Diagrama esquemático de un cubilote
Zona de preparación o precalentamiento; en esta se aprovecha el calor de la combinación para quitar la humedad y aumentar la porosidad de los elementos a introducir. Zona de fusión; es en la que los materiales pasan del estado sólido al estado liquido, goteando dicho liquido sobre el crisol. La forma de esta zona es tronco cónico y su posición no es fija, pues depende de la primera carga de coke y del desplazamiento de las cargas; en general comienza 50 cm mas arriba de las toberas y tiene un espesor de 30 cm aproximadamente. Zona de combustión; está a la altura de la cámara de viento en donde el aire, activando al máximo la combustión hace quemar completamente el coke, produciendo las escorias y acabando con la fusión del material férreo.
Crisol; aquí se agrupa el material fundido hasta la altura del escoriador; en los cubilotes de ante-crisol, la fundición se recoge a medida que se produce. 4. PROCESO DE FABRICACION DISEÑO
PARÁMETROS DE DISEÑO El cubilote como cualquier otro equipo posee sus parámetros de diseño, que en este caso concreto puede decirse que es el resultado de la experiencia acumulada en la construcción y operación de este tipo de horno. De igual forma las investigaciones y la práctica industrial han ido precisando las circunstancias en las cuales el horno funciona adecuadamente. DIÁMETRO INTERIOR El principal parámetro de diseño del horno de cubilote, es su diámetro interior (di), medido al nivel de tobera, en torno a este se dimensiona el horno y se calcula la capacidad de producción del mismo. En nuestro caso como se trata de un prototipo experimental tomaremos un valor mínimo e igual a 23 [cm]. ALTURA DEL HORNO La altura (H), es la distancia de la solera a la puerta de carga Su valor varía entre: H=(5 a 7) di Caculo de la altura del horno Datos: Di = 23 cm H=( 6)
di
H=( 6)
23
H=
138 cm
ALTURA EFECTIVA DEL HORNO
La altura efectiva (He), es aquella que se toma desde el nivel de tob eras a la puerta de carga. Su valor varía entre: H(e) =(4 a 6) di
Cálculo de la altura efectiva del horno Datos: Di =
23 cm
H(e) = (5) di H(e) = (5)
23
H(e) = 115 cm
TOBERAS El aire para quemar el coque hace su entrada al horno a través del sistema de toberas. En el cubilote predomina el sistema de colocar todas las toberas en un mismo plano. En ese caso, el área total (S1) de las mismas debe ser de 1/4 a 1/8 del área de la sección interior del horno (F), medido a nivel de toberas. El valor más empleado es 1/4 (25 %). Otras recomendaciones son: Para cubilotes grandes----------S1=F/(5 a 6) Para cubilotes pequeños------- S1=F/(4 a 5) Cálculo del área de la sección interior del horno Datos.
ALTURA DEL CRISOL
Las dimensiones del crisol también dependen del diámetro interior del h orno (di). Para hornos intermitentes, por picada, la altura del crisol (hcrisol) se puede tomar como:
6. BIBLIOGRAFIA http://es.wikipedia.org/wiki/Cubilote http://www.monografias.com/trabajos41/hornos-decubilote/hornos-de-cubilote2.shtml http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/2412?mode=full http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/4558/1/CD2493.pdf http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/5366/Capitulo5.pdf
