Instituto Superior Tecnológico TECSUP N°1 Mantenimiento de Maquinaria de Planta
Equipos y Componentes Industriales ``Hornos Industriales´´ Profesor: Yarin Profesor: Yarin Achachagua, Anwar Julio Integrantes:
Acuña Uriol, Ítalo Anthony Celis Inga, William Alexander Cuevas Calixtro, Juan Cesar Felipa Fajardo, Jorge Jesús Rojas Jiménez, Anselmo Moisés SANTA ANITA-LIMA 2013-II
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DEDICATORIA
Este trabajo va dedicado a Dios por ser nuestra constante guía. A nuestros padres por su apoyo incansable y por su constante colaboración y comprensión. Quienes a través del tiempo supieron inculcarnos que con estudio y sacrificio pueden lograrse muchas cosas en la vida.
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INDICE
INDICE ......................................... ............................................................... ........................................... ..................... 3 INTRODUCCIÓN ............................................ .................................................................. ........................ .. 4 RESUMEN .......................................... ................................................................. .................................... ............. 5 DESARROLLO DEL TEMA........................................... ..................................................... .......... 6 Qué es un horno industrial industrial ..................... .......... ....................... ....................... ...................... ...................... .................... ......... 6 Principio de funcionamiento de los hornos industriales ....................... ........... .................... ........ 7 Tipos de hornos ............................................................................................ 8 Clasificación de los hornos ......................................................................... 14
RECOMENDACIONES .......................................... ......................................................... ............... 54 CONCLUSIONES ........................................... ................................................................. ...................... 54 ANEXOS ................................. ................................. Error! Bookmark not defined.
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INTRODUCCION
Los hornos industriales son dispositivos muy utilizados hoy en día por parte de la industrias bien sea para fundir, ablandar, tratar térmicamente o recubrir un material que se encuentra en sus interiores de esta. Por ello los hornos debido a su función representan una parte fundamental en la línea de producción de toda industria, además de que estos conforme el tiempo ha cambiado, también se han innovando ya que hoy en día, estos hornos se fabrican de diversos materiales. Tal es el caso del alto horno que es un horno no muy convencional que mide poco más de 30 m de altura y está formado de asbesto o ladrillos refractarios. En la presente monografía se tratara el tema relacionado a los hornos industriales, en el cual nos enfocaremos a los estudios de que es un ¿horno industrial?, principio de funcionamiento que rige a este equipo, tipos o variedades que se encuentren en el campo industrial, clasificación según la función que le das a un determinado horno, además de conocer que hornos son los más resaltante hoy en día, tal es el caso del Alto Horno, Horno Bessemer, Horno Básico de Oxigeno también llamado (BOF) por sus siglas, etc. Además veremos criterios a tener para la selección de un horno según el contexto operacional que se le dará y a la vez se mencionaran las pauta de mantenimiento a considerarse. Finalmente se anotaron una serie de conclusiones y recomendaciones que se derivan del trabajo académico.
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RESUMEN
El trabajo de hornos elaborado en esta monografía tiene el propósito de enriquecer los conceptos básicos y fundamentales de los tipos de hornos, usando una metodología de definición y exposición del mismo. En estos casos la definición debería de ser breve y con sus ejemplos requeridos. Como resultado de este trabajo, se podría obtener un concepto básico de hornos, sus tipos, mantenimiento y como poder seleccionar uno dependiendo del trabajo industrial que desees elaborar. Las gráficas y los conceptos de calor, resistencia de materiales y tecnología de materiales, podremos saber la calidad del horno y sus parámetros del mismo. También en esta monografía se refiere a un tema tan importante como es el cuidado del medio ambiente, ya que, esto en la actualidad es lo que las empresas observan.
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DESARROLLO DEL TEMA Qué es un horno industrial Es un equipo o dispositivo utilizado en la industria, en los que se calientan las piezas o elementos colocados en su interior por encima de la temperatura ambiente. El objetivo de este calentamiento puede ser muy variado, por ejemplo: Fundir. Ablandar para una operación de conformación posterior. Tratar térmicamente para impartir determinadas propiedades. Recubrir las piezas con otros elementos, operación que se facilita frecuentemente operando a temperatura superior a la del ambiente.
Hay que señalar que esta definición, aparentemente clara, no lo es tanto en la práctica, ya que es frecuente utilizar otros términos tales como: Estufas Secaderos Baterías de coque Arcas de recocer en la industria del vidrio Incineradores
Para evitar ambigüedades en este estudio denominaremos “hornos” a todos
aquellos equipos o instalaciones que operan, en todo o en parte del proceso, a temperatura superior a la ambiente, realizándose el calentamiento de forma directa sobre las piezas (inducción, perdidas dieléctricas, resistencia propia) o de forma indirecta por transmisión de calor de otros elementos (resistencias eléctricas, tubos radiantes eléctricos o de combustión, hornos de llamas, etc.). Esta transmisión de calor puede realizarse por llamas (lecho fluidificado), convección (hornos con fuerte recirculación de los humos, del aire o de la atmosfera protectora sobre las piezas) y radiación (de resistencias, de tubos radiantes, de llamas o de las paredes refractarias interiores). Únicamente consideramos a los hornos industriales, es decir, los utilizados en todo tipo de industria, dejando fuera los hornos domésticos.
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Fig. Horno industrial del tipo (LD-RL).
Principio de funcionamiento de los hornos industriales 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 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.
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Tipos de hornos
Hornos verticales y horizontales.
Fig. Horno vertical y horizontal del hidrogeno.
Hornos de soldadura de cobre y aluminio.
Fig. Horno de soldadura de cobre y aluminio.
Hornos de campana: Los hornos de campana constan de una o varias campanas calefactoras, varias bases de trabajo, varias campanas protectoras y una campana de enfriamiento para cada campana calefactora; para la mayoría de las
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aplicaciones cada base lleva un ventilador de eje vertical centrífugo. En este tipo de horno las cargas se colocan apiladas o en pisos sobre bases de trabajo fijas, con o sin circulación forzada. Los hornos de campana sin recirculación forzada, son muy adecuados para altas y muy altas temperaturas en operaciones de recocido y recocido brillante con o sin descarburación de aceros ordinarios y especiales, sinterización, reducción y descarburación de metales en polvo, soldadura brillante, etc. Los hornos de circulación forzada sirven para temperaturas medias y bajas, por lo que su aplicación es en recocidos, recocidos brillantes de cobre, recocidos al aire y limpio de latón; los materiales están principalmente en forma de rollos de alambre y bobinas de flejes o chapa.
Fig. Horno de campana.
Hornos de tratamiento térmico: -Temple -Revenido
Fig. Horno revenido de campana.
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-Recocido
Fig. Horno para templado y recocido de vidrio.
-Hornos baño de sal Son hornos que funcionan con electrodos suspendidos o sumergidos; aunque también se fabrican crisoles calentados por resistencias exteriores, que contienen las sales hasta temperaturas de 900°C y por resistencia sumergidas hasta 600°C. El mismo crisol anterior puede contener un metal fundido (por ejemplo el plomo, estaño o zinc) para determinados tratamientos, como son el temple, galvanizado, estañado o emplomado. Por los problemas que se presenta en el manejo de las sales, la utilización de estos hornos disminuye cada día.
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Fig. Horno baño de sal. -Estabilización
Fig. Horno de estabilización dimensional.
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-Cementación: Son hornos verticales en forma cilíndrica con circulación forzada de atmósfera en el interior de una retorta fija conseguida por medio de un ventilador montado en el fondo. En el interior del horno se monta una virola cilíndrica de acero refractario que forma la retorta o cámara de carga, totalmente estanca y que hace junta con el anillo exterior de la tapa del horno. En su parte inferior se dispone de un ventilador para uniformar la atmósfera y la temperatura en el interior de la retorta. Los hornos de pote independiente son verticales cilíndricos, preparados para recibir en su interior un contenedor o pote que lleve a su vez en su interior la carga que se ha de cementar. Una instalación completa puede llevar además una cámara de recuperación de calor y uno o varios enfriadores. -Carbonitruración
Fig. Horno de Cementación y Carbonitruración.
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Hornos para la cocción de sanitario. Hornos especiales para aisladores eléctricos de porcelana. Hornos túnel para cerámica: En procesos de horneado de cerámica, el horno Túnel es el corazón de la operación. El saber lo que ocurre al producto a medida que pasa a través del ciclo de horneado puede ser crítico para la rentabilidad de su negocio. La simple inspección de los productos terminados no siempre provee suficiente información para evitar los desperdicios o para detectar problemas de horneo, tales como quemadores con falla, ductos de enfriamiento bloqueadas o ventilas incorrectamente ajustadas. Obtener un verdadero conocimiento de la distribución de temperatura ayuda a identificar tasas altas de calentamiento y enfriamiento por medio de la inversión del cuarzo, resolver desbalances de temperatura en todas las partes del carro, de lado a lado y de arriba a abajo, o descubrir sobrecalentamiento prematuro en la zona de combustión de carbón.
Fig. Horno túnel para cerámica.
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En función del tipo de combustible se tienen básicamente los siguientes tipos de hornos:
Hornos de leña:
Hornos de leña son los hornos que utilizan leña para generar calor. Para que funcionen hay que hacer de alguna manera la recogida de leña. Hay dos tipos de horno de leña: "hornos negros" y "hornos blancos".
Hornos Negros se calientan con leña en un cuarto y la comida se cocina en esta misma cámara, junto al fuego mientras se está todavía en curso, o en la cámara caliente después de que se consuma la leña y el carbón restante barre al lado.
Hornos Blancos son los que se calientan por transferencia de calor desde una cámara de combustión separada y la trayectoria de los gases de combustión, de manera que el horno sigue siendo "blanco". Mientras que el horno tradicional de leña es un horno de mampostería, hornos de este tipo también pueden ser construidos de adobe (utilizada generalmente en la base que sujetaba lo que sería la cámara de combustión), o incluso de hierro fundido. Los hornos de leña son diferentes de los hornos económicos (o cocinas económicas), que utilizan igualmente la madera para su funcionamiento pero se basa en calentar una superficie de hierro fundido en la mayoría de casos para transmitir el calor a las ollas y/o paellas para llevar a cabo la cocción, como en el caso del gas o la electricidad que se utiliza hoy en día.
Hornos de petróleo Hornos de gas Hornos eléctricos
Un horno eléctrico es aquel aparato para la cocción que funciona con energía eléctrica. Esta es convertida en calor por resistencias. resistencias. Los hornos eléctricos son totalmente automatizados; automatizados; la cocción es la más perfecta por el control que mantiene sobre la temperatura en todo momento. Cierto que el consumo de electricidad es oneroso, aunque en los modernos no es excesivamente alto.
Clasificación de los hornos Los hornos para calentamiento industrial se clasifican ordinariamente según los siguientes criterios:
El fin para el cual se caliente el material: primordialmente se le da una clasificación metalúrgica según que el horno sea proyectado para revenido, recocido, carburizado, forjado o para algún otro fin.
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La naturaleza de la transmisión de calor al material: en los cuales el calor de los productos de combustión es transmitido al material calentado, con el que están en contacto directo, por convección y radiación directa desde los gases calientes o por reflexión desde las paredes calientes del horno. Un ejemplo de este caso es el de horno de reverbero. El calor también se transmite por conducción a través de una mufla metálica o refractaria que protege al material calentado de su contacto con los gases, el cual está, a veces, rodeado de gases inertes para impedir su contaminación. Ejemplo: hornos de mufla. En otro caso el horno contiene un medio líquido para calentamiento o para conseguir algún proceso, que transmite calor al material sumergido en él. Este tipo incluye los hornos de revenido a baja temperatura que usan aceite como medio de calentamiento, los hornos de templado que utilizan un baño de plomo, los hornos de templado y cianuración con baños de sales especiales.
El modo como se calienta el horno: indica si el horno es calentado con fuego directo o en el interior, por arriba, lateral o por abajo. La figura ilustra esquemáticamente los principios de cada uno de ellos. El horno calentado por abajo es excelente para temperaturas bajas, porque el material calentado queda protegido de las altas temperaturas del combustible ardiendo. Las temperaturas y la atmósfera pueden regularse más fácilmente que en los demás tipos, pero la temperatura queda limitada por la vida útil o duración de los refractarios, refr actarios, a un valor máximo de 980 °C.
Método de manipulación del material: de funcionamiento intermitente o por hornadas, el material que ha de calentarse se carga dentro del horno y permanece en la misma posición hasta que se saca después de que se haya calentado lo suficiente. En un horno continuo, el material se mueve a lo largo de él por medios mecánicos que incluyen empujadores, transportadores de cadenas, hogares con movimiento alternativo, hogares circulares rotatorios, vagonetas, vigas viajeras y hogares con rodillos. Los hornos continuos son dispositivos que ahorran principalmente mano de obra y pueden, o no, economizar combustible.
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 Horn os Indu str iales
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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.
Descripción de las partes La parte superior recibe el nombre de CUBA y la parte inferior es el ETALAJE, ambas partes se encuentran unidas por una zona intermedia denominada VIENTRE. La inferior, el CRISOL, es cilíndrica y termina con la dama, donde se encuentre el orificio de salida para el metal fundido. La parte superior de la cuba, llamada TRAGANTE, se mantiene cerrada herméticamente por medio de una tapa metálica de forma cónica. Esta se baja mecánicamente al descargarse sobre ella la vagoneta de mineral, carbón o fundente, y por la acción de un contrapeso vuelve a cerrarse impidiendo el escape de los gases. Más abajo del tragante existe un grueso caño que recoge los gases producidos en el horno para llevarlos al depurador y luego al recuperador. En lo alto del crisol hay unas hileras de TOBERAS por donde penetra el aire comprimido que debe activar la combustión. Un poco más abajo se halla las salidas para las escorias. Funcionamiento del Alto Horno Para obtener hierro a partir de sus minerales, es necesario liberar el oxígeno que le acompaña en los minerales, mediante un proceso llamado reducción. Para realizarlo es necesario un elemento reductor que sea más afín con el oxígeno y que lo separe del hierro, combinándose con aquel. Hay varias materias que pueden ser reductoras pero es necesario que se encuentre en cantidades suficientes y que sea barato. El carbono es el elemento químico que cumple con todos estos requisitos siendo el constituyente principal del carbono, por ello es el elemento reductor utilizado en siderurgia. El carbono, en su forma industrial de coque, se mezcla con el mineral, con cuyo oxigeno se combina, transformándose, primero en monóxido de carbono (CO) y luego en dióxido carbónico (CO2). FeO + C = Fe + CO FeO + CO = Fe + CO2 Las reacciones de reducción comienzan a desarrollarse a unas temperaturas de cientos de grados pero adquieren una velocidad económicamente alrededor de los 1000°C. En este proceso de reducción el mineral se va empobreciendo en oxígeno hasta transformarse en hierro esponjoso. Si el proceso continúa,
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elevándose la temperatura, el hierro esponjoso se carbure y funde, transformándose en arrabio. Este proceso de obtención de hierro en forma de arrabio en estado líquido a temperaturas superiores a 1500°C se desarrolla en el horno alto. Existen otros procesos industriales en los que la reducción se realiza a temperaturas inferiores a 1500°C y el producto que se obtiene es el hierro esponjoso o pre reducido. Estos procesos reciben el nombre de reducción directa ya que puede utilizarse como reductor el carbón o gases reductores, como el hidrogeno y el monóxido de carbono, obtenidos a partir del gas natural.
Fig. Alto Horno en la producción de arrabio
Productos obtenidos del alto horno • Humos y gases 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
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superior del alto horno. Estos gases son, principalmente, dióxido de carbono, monóxido de carbono y óxidos de azufre. • 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, se recoge por la parte inferior del alto horno por la piquera de escoria. • Fundición, hierro colado o arrabio. - Es el producto propiamente 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 °C. En ocasiones, a este metal se le denomina hierro de primera fusión.
HORNOS BESSEMER
Fue el primer proceso de fabricación químico que sirvió para la fabricación en serie de acero fundido en lingotes, de buena calidad y con poco coste a partir del arrabio. Este procedimiento fue llamado así en honor de Henry Bessemer, quien obtuvo la patente en 1855 y la utilizó a través de la Henry Bessemer and Company , sociedad implantada en Sheffield, ciudad del Norte de Inglaterra
•
La idea de este horno es eliminar las las impurezas impurezas del arrabio líquido y reducir su contenido de carbono mediante la inyección de aire en un "convertidor" de arrabio en acero.
•
El sistema Bessemer permite convertir el hierro en acero mediante un proceso de descarburación gracias a la introducción de chorros de aire caliente. Este sistema logró mejorar la calidad y la producción del producto consumiendo menos mineral y utilizando además un tipo de mineral no fosfato extraído de las propias minas.
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•
Una cubeta donde se vierte el hierro fundido, junto con el resto de los minerales a alear con éste para conseguir un acero con las características deseadas.
•
Cuando esta mezcla fundida fundida se encuentra dentro de la cubeta se inyecta por su base un chorro de aire a alta presión.
•
A las temperaturas que se producen dentro de esta cubeta, la inyección inyección de aire produce una rápida oxidación de elementos como el carbono, el silicio o el manganeso; una oxidación que, al ser muy exotérmica, aumenta aún más la temperatura del hierro fundido.
•
Con lo que, además de limpiar las impurezas de la mezcla, el proceso ahorra una gran cantidad de combustible que antes era necesario para mantener fundido el hierro.
FASES DE PROCESO
Escorificación •
Cuando se trata de la primera conversión, primero se limpia y se retiran las cenizas; luego se coloca en sentido horizontal y se carga de fundición hasta 1/5 de su capacidad, la capacidad es de 8 a 15 toneladas.
•
Se le inyecta aire a presión y enseguida se devuelve al convertidor a su posición normal.
•
El oxígeno del aire, a través de la masa líquida, quema el silicio y el manganeso que se encuentra en la masa fundente y los transforma en los correspondientes óxidos.
•
Esta primera fase se efectúa sin llamas dentro de unos 10 min, y recién se termina la operación aparecen chispas rojizas que salen de la boca del convertidor.
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Descarburación •
Continuando la acción del soplete, el oxígeno empieza la oxidación del carbono, lo que se efectúa con mucha violencia y con salidas de llamas muy largas, debido a las fuertes corrientes del aire y al óxido de carbono en combustión.
Recarburación •
Quemándose el carbono, el oxígeno llegaría a oxidar totalmente el hierro dejándolo inservible; a este punto se corta el aire, se inclina el convertidor y se añade a la masa liquida una aleación de hierro, carbono y manganeso en una cantidad relacionada con la calidad del acero que se desea obtener. Luego se endereza el aparato y simultáneamente se le inyecta otra vez aire por pocos minutos y por último se saca por su boca primero todas las escorias y después el acero o el hierro elaborado.
APLICACIÓN Aplicación del Horno Bessemer: Fabricar Lingotes para su uso en laminadores. Piezas de uso general, varillas para hormigón armado, bigas laminadas hierro para construcciones y similares.
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SISTEMA BESSEMER
Consiste en una gran caldera piriforme, forrada con grueso palastro de acero y revestida interiormente de material refractario. La parte superior está abierta y la inferior es redonda y móvil en torno de un eje horizontal y taladrada por pequeños agujeros para la insuflación del aire.
El aparato descansa sobre dos soportes, uno de los cuales posee un mecanismo hidráulico que hace girar el recipiente, para que sea posible cargar la fundición sin que se tapen los agujeros del fondo, y también para facilitar la colada del acero una vez realizada la conversión.
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HORNO BÁSICO DE OXÍGENO (BOF) El horno de oxigeno básico (HOB) es el proceso de fabricación de acero más reciente y más rápido en la actualidad. Es un horno muy parecido al Bessemer con la gran diferencia que a este horno en lugar de inyectar aire a presión se le inyecta oxígeno a presión, con lo que se eleva mucho más la temperatura que en el Bessemer y en un tiempo muy reducido. Es considerado como el sistema más eficiente para la producción de acero de alta calidad. Este horno fue inventado por Sir Henrry Bessemer a mediados de 1800, sólo que como en esa época la producción del oxígeno era cara se inició con la inyección de aire, con lo que surgió el convertidor Bessemer, el que ya fue descrito. El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la línea básica y a la inyección del oxígeno. La carga del horno está constituida por 65-80% de arrabio procedente del alto horno y el resto es chatarra y cal. Este proceso se distingue por hacer uso del hierro viejo para fabricar acero nuevo. El proceso de Horno de Oxígeno Básico, básicamente funde hierro rico en carbono que se transforma en acero. Consiste en tratar al metal para reducir la carga de azufre, silicio y fósforo. La cantidad de impurezas que se quita del metal determina la calidad final del acero fabricado.
Funcionamiento: El horno se inclina para poder agregarle la chatarra y después la carga de arrabio del alto horno. Una vez conteniendo la carga, el horno, vuelve a su posición vertical. Una vez en el contenedor, un tubo o lanza (refrigerada con agua para evitar que se funda) es bajada, de 1 a 3m, al recipiente justo en la superficie del arrabio. Esta insufla oxígeno a gran presión (oxigeno 99% puro) bañando así a la
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olla. Lo cual permite una reducción rápida de los componentes, lográndose así un afino en un corto tiempo y con buenos bue nos resultados de calidad del acero. La vigorosa agitación del oxigeno refina el metal fundido mediante un proceso de oxidación, en el cual se produce oxido de hierro. El oxido reacciona con el carbono en el metal fundido produciendo monóxido y dióxido de carbono; causando que la temperatura suba cerca de los 1700°C. También son oxidados el magnesio y silicio. En este proceso se desprenden grandes cantidades de CO (más de un 70% en volumen) a temperaturas entre 1649 a 1927ºC, que se recogen en una campana refrigerada por agua colocada encima del (HOB) y se queman con aire introducido en la boca de la campana. Se adiciona cal y fluorita para formar un tipo de residuo que absorbe las impurezas (fosforo y silicio) en el proceso de producción del acero. Se refina el acero, en este horno, mediante la adición de productos de aleación para dar propiedades de aceros especiales requeridos por el cliente. El acero ahora contiene 0.1-1% de carbono. Cuanto más carbono en el acero, más duro es, pero también es más frágil y menos flexible. La carga y descarga de la olla se hacen por la parte superior y por eso la olla esta montada en ejes rotatorios. Cuando se completa una hornada de acero, el oxigeno se corta y la lanza es retirada. El horno es inclinado, pero en dirección opuesta al vaciado, para desalojar la escoria. Se inclina del lado opuesto para sangrar el material fundido a un vagón transportador, a ese también se le agregan aleaciones (si se quiere producir acero de aleación); después éste llevará la carga de acero al área de moldeo. Mediante un chorro de oxígeno con polvo de piedra caliza el arrabio es convertido en acero. El oxígeno reacciona con el carbono del arrabio y lo elimina en forma de dióxido de carbono, la caliza elimina impurezas (como el fósforo). El proceso HOB es capaz de refinar 250 toneladas de acero en 35 o 50 minutos. La mayor parte de los aceros HOB tienen bajos niveles de impurezas, por lo tanto son de mejor calidad que los aceros de los hornos de hogar abierto, se procesan a placas, hojalata, y varias formas estructurales.
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Recomendaciones Lo anteriormente expuesto evidencia la importancia del tema y la necesidad de poner en práctica las tecnologías. Se debe hacer una valoración de los procesos basados en las características físicas, químicas y tecnológicas de las materias primas. Este perfil de proyecto puede aplicarse en mutún y en diferentes sectores de la región.
HORNOS HOGAR ABIERTO Es uno de los hornos más populares en los procesos de producción del acero. Un horno de este tipo puede contener entre 10 y 540 toneladas de metal en su interior. Tiene un fondo poco profundo y la flama da directamente sobre la carga, por lo que es considerado como un horno de reverbero. Su combustible puede ser gas, brea o petróleo, por lo regular estos hornos tienen chimeneas laterales las que además de expulsar los gases sirven para calentar al aire y al combustible, por lo que se consideran como hornos regenerativos.
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Los recubrimientos de los hornos de hogar abrierto por lo regular son de línea básica sin embargo existen también los de línea ácida (ladrillos con sílice y paredes de arcilla). Las ventajas de una línea básica de refractario, sobre una ácida son que con la primera se pueden controlar o eliminar el fósforo, el azufre, el silicio, el magnesio y el carbono y con la línea ácida sólo se puede controlar al carbono. El costo de la línea básica es mayor que el de la ácida.
Los hornos de hogar abierto son cargados con arrabio en su totalidad o con la combinación de arrabio y chatarra de acero. El arrabio puede estar fundido o en estado sólido. La primera carga del horno tarda 10 h en ser fundida y estar lista para la colada, pero si se agrega oxígeno se logra tener resultados en menos de 7 h, además de que se ahorra el 25% de combustible.
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Proceso de hogar abierto El proceso de hogar abierto es un proceso de lote y un lote se denomina "calor". El horno es inspeccionado primero por los posibles daños. Una vez que esté listo o reparado, se encarga de chatarra ligera, tales como láminas de metal, vehículos triturados o residuos metálicos. Una vez que se haya derretido, chatarra pesada, como se agrega la construcción, la construcción o la chatarra de acero fresado, junto con arrabio de los altos hornos. Una vez que todo el acero se ha derretido, agentes formadores de escoria, como la piedra caliza, se añaden. El oxígeno en el óxido de hierro y otras impurezas descarburar el hierro en lingotes por la quema el carbono de distancia, formando de acero. Para aumentar el contenido de oxígeno del calor, mineral de hierro se puede añadir al calor. El proceso es mucho más lento que el de convertidor Bessemer y por lo tanto más fácil de controlar y tomar muestras para control de calidad. Preparación de un calor suele tardar 8 h 8 h 30 min para completar en acero. A medida que el proceso p roceso es lento, len to, no es necesario para quemar todo el carbono de distancia como en el proceso de Bessemer, pero el proceso puede ser terminado en el punto dado cuando se ha logrado contenidos de carbono deseados.
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El horno se toca la misma manera un alto horno se toca; se perfora un agujero en el lado de la chimenea y el acero en bruto se dejó fluir a cabo. Una vez que todo el acero, ha sido escogido, la escoria es desnatada distancia. El acero en bruto se puede colar en lingotes; este proceso se denomina lleno, o puede ser utilizado en la colada continua para el tren de laminación. Los regeneradores son la característica distintiva del horno y se componen de tubos de extinción de ladrillo, llena de ladrillos y fijados en el borde, dispuesta de tal manera que se tiene un gran número de pequeños pasajes entre ellos. Los ladrillos absorben la mayor parte del calor de los gases residuales salientes y vuelven más tarde para los gases fríos entrantes para la combustión.
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HORNO DE CUBILOTE Descripción: Los colados de hierro, se hacen volviendo volviendo a fundir chatarra junto con arrabio, en un horno llamado cubilote. La construcción de este horno es simple, de operación económica y funde hierro continuamente con un mínimo de mantenimiento. De vez en cuando el metal se funde con el combustible, algunos elementos se aprovechan mientras otros se pierden. El cubilote es un horno que funciona con combustible sólido y en el cual la carga metálica, el combustible y el carburante están en íntimo contacto entre sí. Esto permite un intercambio térmico directo y activo, y por lo tanto, un rendimiento elevado. Sin embargo, por causa de este mismo contacto entre el metal, las cenizas y el oxígeno, el hierro colado producido no puede ser rigurosamente controlado desde el punto de vista metalúrgico.
HORNO DE CUBILOTE
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Construcción: El cubilote consiste en un tubo de acero vertical con una altura de 10 mts., aproximadamente y un diámetro que varía entre 4 y 6 mts., recubierto con material refractario: Ladrillo refractario, con la disposición necesaria para introducirle una corriente de aire cerca del fondo. Todo el cubilote descansa sobre una placa circular que es soportada arriba del piso mediante cuatro columnas separadas convenientemente para que las puertas abisagradas puedan caer libremente. Estando en operación, estas puertas se giran hasta una posición horizontal y se mantienen en su lugar por medio de una estaca vertical. La puerta de carga está localizada más o menos a la mitad de la cubierta vertical y la parte superior del cubilote queda abierta, a excepción de una pantalla de metal o para chispas. Las aberturas para introducir el aire a la cama de coque se conocen como toberas. La práctica común es la de tener sólo una serie de toberas en una circunferencia de la pared, aun cuando algunos cubilotes grandes tienen dos hileras. Las toberas de forma acampanada, tienen el extremo mayor en el interior del horno para provocar que el aire se difunda uniformemente, van distribuidas a distancias muy precisas unas de otras, para obtener la distribución del aire tan uniforme como sea posible. El número de toberas varía con el diámetro del cubilote, siendo desde cuatro en los cubilotes pequeños y hasta ocho o más en los cubilotes grandes. Alrededor del cubilote y en la zona zon a de las toberas, se encuentra en cuentra una caja, para el suministro del aire. Opuestas a cada tobera se encuentran unas pequeñas ventanas cubiertas con mica de tal forma que puedan inspeccionarse las condiciones dentro del cubilote. El aire, suministrado por un ventilador centrífugo entra por un lado de la caja. Opuesto al vertedero de colada, se encuentra otro vertedor para la escoria, en la parte de atrás del cubilote. Esta abertura está colocada debajo de las toberas para evitar un posible enfriamiento de la escoria, provocado por la corriente de aire.
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-HORNO DE CUBILOTE
Funcionamiento: La primera operación al preparar el cubilote consiste en limpiarlo de escoria y de los desechos que quedan en el refractario en torno a las toberas, de las coladas anteriores. A continuación se repara cualquier zona dañada con arcilla fina y arena silica refractaria para recubrimiento de hornos. Después de limpiarlo y repararlo se giran las puertas del fondo a posición de cerrado y se coloca la estaca debajo de ellas. En el piso de la solera se coloca una capa de arena negra de moldeo, la cual se apisona y se le da una pendiente hacia el vertedero. La altura no debe ser menor a 10 cms., en el punto más bajo, se le deja un pequeño agujero para la sangría de aproximadamente 25 mm., de diámetro. El encendido del cubilote se hace de 2 a 3 horas para que alcance una temperatura entre los 1200 y 1500 grados centígrados, antes de que se deba tener el primer metal fundido, deberá utilizarse la suficiente cantidad de leña para quemar la primera cama de coque. Cuando se inicia un tipo natural, se añade coque poco a poco hasta que la cama crece a una altura conveniente. La altura de la cama de coque es importante, ya que determina la altura de la zona de fundición y afecta tanto a la temperatura como a la oxidación del metal. Cuando la cama del coque está encendida completamente se carga arrabio y la chatarra con una proporción de una parte de coque por 10 de hierro, esta relación es en masa. Además se suministra alrededor de 34 Kg., de fundente por tonelada de hierro, por lo general es piedra caliza, cuyo objetivo es eliminar impurezas en el hierro, protegerlo de la oxidación y hacer la escoria más fluida para retirarla con mayor facilidad del cubilote. Tanto los cubilotes de aire frío como los de aire caliente están en uso. En estos últimos, el aire de entrada se precalienta en alguna forma de recuperador, utilizando los gases calientes del cubilote. El recuperador puede ser una unidad
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externa o por tubos verticales construidos en el propio cubilote. El aire de entrada pasa por estos tubos, calentándose así antes de llegar a las toberas
FUNDICION
HORNOS DE REVERBERO Los hornos de reverbero se utilizan para la fundición de piezas de grandes dimensiones, tanto de metales férreos como de metales no férreos, como cobre latón, bronce y aluminio. 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 un ancho de 150 a 300cm. y una longitud de 450 a 1500cm. 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. |
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HORNO DE REVERBERO
HORNOS ROTATIVOS Los hornos rotativos están formados por una envoltura cilíndrica de acero, de eje sensiblemente horizontal, que termina con dos troncos de cono, uno en cada extremo. En uno de los extremos está situado el quemador y en el otro la salida de los gases quemados, que generalmente pasan por un sistema de recuperación de calor para precalentar el aire de soplado antes de ser evacuados por la chimenea. Todo el interior del horno está revestido con un material refractario. El combustible puede ser gasoil o carbón pulverizado. Los hornos rotativos se han considerado como hornos de reverbero perfeccionados, ya que además de calentarse la carga por el contacto de las llamas y gases y por la radiación de a bóveda caliente, se calienta también por el contacto directo con la parte superior del horno, que al girar queda bajo la carga. Con esto se consigue un notable acortamiento del tiempo de fusión, pues se logra evitar el efecto aislante de la capa de escorias, que flota sobre el baño, que en los hornos de reverbero ordinarios dificulta el calentamiento de la masa del metal. La capacidad de los hornos rotativos para la fusión de los metales varía ordinariamente entre los 50 kg. y las 5 Tm. Aunque se han llegado a construir hornos para la fabricación del acero de hasta 100 Tm. También se construyen hornos oscilantes que no llegan a girar, sino solamente oscilar de un lado a otro
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Los hornos rotativos se emplean para fundir toda clase de metales y aleaciones, como cobre, bronce, latón, aluminio, fundiciones, maleables, aceros, etc.
HORNO ROTATIVO
HORNOS ELÉCTRICOS
Los hornos eléctricos tienen grandes ventajas para la fusión de los metales,siendo las más destacadas las siguientes:
Pueden obtenerse temperaturas muy elevadas hasta de 3500ºC en algunos tipos de hornos eléctricos. Puede controlarse la velocidad de elevación de temperatura, y mantener esta entre limites muy precisos, con regulaciones completamente automáticas. La carga queda por completo libre de contaminación del gas combustible. Puede controlarse perfectamente la atmósfera en contacto con la masa fundida, haciéndola oxidante o reductora a voluntad, e incluso en algún tipo de horno puede operarse en vacío. Tienen mayor duración los revestimientos que en los demás tipos de hornos. Se instalan en espacio reducido. Su operación se realiza con mayor higiene que la de los hornos otros tipos.
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HORNO ELECTRICO
Clasificación: Los hornos eléctricos pueden ser de 3 tipos:
Hornos de resistencia Hornos de inducción Hornos de arco eléctrico
Para la fabricación de aceros, el horno de arco eléctrico es el tipo más utilizado, le siguen los hornos de inducción. Los hornos de resistencia no se utilizan debido a las altas temperaturas involucradas pero si para el calentamiento de otros metales
Hornos eléctricos de resistencia Se define como horno de resistencia aquellos que utilizan el calor disipado por efecto joule en una resistencia óhmica que puede estar constituido por la carga misma a ser calentada (hornos de calentamiento directo) o por resistencias adecuadas independientes de la carga (hornos de calentamiento indirecto) por las cuales circula corriente eléctrica.
Hornos eléctricos de resistencia de calentamiento directo
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En los hornos de calentamiento directo, el material se coloca entre dos electrodos (en contacto directo con ellos), ofreciendo una resistencia al paso de la corriente, y calentándose. Estos hornos encuentran aplicación generalmente en el tratamiento térmico de metales.
HORNO ELECTRICO CALENTAMIENTO DIRECTO
Hornos eléctricos de resistencia de calentamiento indirecto En los hornos de calentamiento indirecto, el material es calentado por radiación, convección y/o conducción mediante resistencias colocadas de forma adecuada. La carga a calentar y las resistencias se encuentran contenidas en una cámara aislada térmicamente por medio de materiales refractarios y aislantes.
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HORNO ELECTRICO CALENTAMIENTO INDIRECTO
Entre las aplicaciones metalúrgicas de estos hornos se encuentran la fusión y mantenimiento de temperatura de metales, generalmente de bajo punto de fusión (aluminio, plomo zinc, estaño, cobre, etc.) y el tratamiento térmico de metales. Los materiales para las resistencias deben poseer, entre otras características, una elevada resistividad eléctrica, alta temperatura de fusión, y resistencia a la oxidación en caliente y a la corrosión en el ambiente gaseoso producto de las reacciones químicas en juego.
El tipo de resistencia a escoger para un horno determinado se vincula principalmente a la temperatura de trabajo de éste. Se tienen:
a) Resistencias metálicas
Aleacion Aleac iones es aus austení teníticas : Son aleaciones Ni-Cr-Fe para temperaturas de
hasta850°C, dependiendo de los contenidos de estos elementos.
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Cr- Fe-Al (Kanthal, etc.) para Aleaci Al eacion ones es ferrí fer rí ticas tic as: : Son aleaciones Cr-Fe-Al temperaturas de 1100 a 1300°C.
b) Resistencias no metálicas
Tubos a base de carburo de silicio para temperaturas temperaturas de hasta 1500 °C.2.
Silicato de molibdeno para temperaturas de hasta 1700 °C.3.
Grafito y molibdeno (en pastillas, cilindros o granulados en tubos) para temperaturas de hasta1800°C.
Las resistencias metálicas se utilizan en forma de hilos con diámetros variables de fracción de mm a unos 6 mm, comúnmente enrollados en forma helicoidal. Las resistencias no metálicas están constituidas por tubos fijados horizontalmente entre dos paredes del horno o verticalmente entre el piso y la cubierta.
HORNO ELECTRICO DE INDUCCION La circulación de la corriente eléctrica en cualquier conductor genera un campo electromagnético a su alrededor. En el caso que este conductor tenga forma de bobina (solenoide), el campo electromagnético generado está concentrado y con sentido único en el interior de la bobina, mientras que en el lado externo tiene tendencia a dispersarse. Si en el interior de esta bobina existe un núcleo de material metálico, éste será sede de corrientes parásitas (corrientes de Foucault), las cuales lo calientan.
Para evitar que haya sobrecalentamiento de las estructuras metálicas externas a la bobina por la acción del campo electromagnético disperso, la bobina es circulada por núcleos constituidos de acero al silicio que conducen el campo externo evitando su dispersión y actuando como blindaje. Colocando en el interior de la bobina, un crisol de material refractario con una carga metálica, se puede aumentar la potencia de la bobina al punto de que las corrientes inducidas fundan esa carga. Se puede decir que la bobina actúa como Horn os Indu str iales
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el primario de un transformador y el sólido metálico en su interior representa el secundario.
-HORNO DE INDUCCION
Las transformaciones de energía en este tipo de horno son:
En el primario: de energía eléctrica en magnética. En el secundario: de energía magnética en eléctrica y, y, finalmente, finalmente, de energía eléctrica en calor.
El calentamiento por inducción utiliza las propiedades del campo magnético para la transferencia de energía eléctrica en energía calorífica, sin recurrir al contacto directo. La bobina de los hornos de inducción es de cobre. Se consigue un mayor rendimiento en la fusión del material, producto del campo eléctrico, cuanto más delgada sea la pared refractaria. Debido a esto, la bobina debe ser refrigerada internamente con agua. La temperatura de la bobina no debe pasar los 45 °C, ya que a los 60 °C se favorece la formación de incrustaciones que tienden a cerrar los canales. La Horn os Indu str iales
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intensidad de las corrientes inducidas es función de la potencia de la bobina, que a su vez es proporcional al volumen de material a ser fundido La frecuencia de alimentación de la bobina es uno de los parámetros importantes de los hornos a inducción, cuya definición está íntimamente ligada a la aplicación del horno. Los hornos de inducción se pueden clasificar por su frecuencia de trabajo, como:
Hornos de baja frecuencia o frecuencia de línea si esta corresponde a la frecuencia de la corriente c orriente suministrada exteriormente 50 ó 60 Hz.
Hornos de media frecuencia 200 a 10000 Hz.
Hornos de alta frecuencia Sobre 10000 Hz.
Los hornos de inducción específicamente utilizados para la fusión de metales se subdividen en:
-Hornos de canal -Hornos de crisol Los primeros operan siempre a la frecuencia de la red (50-60 Hz), mientras que los segundos, en función del tamaño del equipo, de la aplicación y la potencia, pueden ser de baja frecuencia (50-60 Hz), de media frecuencia (150 a 10.000 Hz) y, en casos muy especiales, de alta frecuencia (más de 10 kHz).
HORNOS DE CANAL Los hornos de canal se utilizan preferentemente para mantenimiento de la temperatura de un baño de metal líquido. El principal elemento del horno es un canal cerrado de revestimiento cerámico, que es llenado con metal procedente del baño del horno.
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HORNO DE CANAL
El horno de canal está constituido básicamente por:
Un inductor compuesto por un núcleo magnético cerrado, una bobina primaria y un anillo secundario de metal fundido que llena un canal de material refractario. Un cuerpo de horno situado encima o a un lado del inductor cuya capacidad de metal es netamente superior a la del canal. El principio de funcionamiento es el mismo de los transformadores eléctricos: el paso por el primario de una corriente alterna de frecuencia normal produce un campo magnético, también alternativo, que se canaliza por el núcleo de chapa magnética y da lugar a una corriente inducida en la espira única de metal fundido. Dicha corriente eléctrica inducida se transforma en calor por efecto Joule, elevando consiguientemente su temperatura.
HORNOS DE CRISOL Los hornos de crisol no requieren núcleo ni canal con metal fundido, siendo la bobina primaria tubular, refrigerada y enrollada alrededor del crisol
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HORNO DE CRISOL
Este tipo de horno se utiliza con preferencia para la producción de aceros y aleaciones especiales. Generalmente son de media o alta frecuencia y el equipo eléctrico requiere de un motor generador de alta frecuencia, además de un equipo de condensadores para regular la corriente, junto con un transformador para reducir el voltaje.
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En un sistema de fusión inductiva los parámetros que están íntimamente ligados son:
Material a ser fundido
Determinado por el usuario
Tamaño del horno
Determinado, generalmente, por el tamaño de lamayor pieza producida.
Potencia
Según la producción por hora necesaria.
Frecuencia
De acuerdo con los tres parámetros anteriores. En función de dichos parámetros, el fabricante podrá determinar la mejor combinación y suministrar el equipamiento más adecuado .Los hornos de baja frecuencia normalmente son de gran capacidad, de unas 6 a 60 ton. Con potencias de 1000 a 17000 KW. Los hornos de media frecuencia varían desde pocos kilogramos (Ej. 2 Kg.) a 10000 Kg., con frecuencias entre 200 Hz a 10000 Hz, y potencias desde unos pocos KW (Ej. 3 KW) a 3000KW o más.
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HORNOS ELECTRICOS DE ARCO
Clasificación:
Arco directo
-De solera no conductora -De solera conductora
Arco indirecto
HORNOS ELECTRICOS DE ARCO
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Principales componentes de la instalación A continuación, se indican las partes más importantes necesarias para el funcionamiento de un horno eléctrico de acero:
a) Instalación de alta tensión b) Transformador de horno y elementos complementario c) Sistema de regulación regulación automática de la corriente corriente eléctrica d) Horno propiamente dicho Instalación de alta tensión La energía eléctrica se recibe en las fábricas a alta tensión, generalmente entre 33 kV y220 kV c.a. A la llegada se dispone, en ocasiones, de una central de transformación fuera de la acería que reduce esa alta tensión a otra más baja al nivel de distribución de la fábrica, que suele ser de 13 a 33kV c.a. La instalación posee interruptores automáticos que desconectan la corriente cuando alcanza valores peligrosos aislando el circuito eléctrico del horno de la red exterior.
Transformador de horno En las proximidades del horno se encuentra su transformador con sus elementos complementarios. Las entradas de corriente se suelen hacer a 13 o a 33 kV.c.a. La salida tiene tensiones variables de 80 a 850 V, que son las más adecuadas para el proceso. Por lo tanto se puede trabajar durante la colada de diferentes tensiones según convenga. La potencia de los transformadores varía de 1 a 120 MVA, según la capacidad productiva de los hornos.
Sistema de regulación automática Para conseguir una adecuada marcha de los hornos eléctricos de arco, es fundamental contar con una correcta regulación de los electrodos. Durante el proceso varía la distancia ntre los electrodos y la chatarra o entre los electrodos y el baño y es necesario disponer de mecanismos reguladores de esas distancias para conseguir uniformizar la intensidad o la potencia del arco. En la actualidad, se utilizan sistemas electro-hidráulicos automáticos de respuesta rápida. Se procura conseguir una potencia constante en función de la intensidad de corriente y la tensión.
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Horno propiamente dicho Sus partes principales son: Cuba, bóveda, paredes y solera; electrodos y mecanismos de basculación.
Cuba La cuba del horno se construye con chapa de acero soldada revestida interiormente con material refractario. Posee una puerta que en los primeros hornos se empleaba para la carga de chatarra. Posteriormente al hacerse la carga por la bóveda, se utiliza para el control de la colada y agregado de ferroaleaciones. Los hornos grandes tienen un canal de colada o piquera en lazona opuesta a la de la puerta de trabajo. Por el canal de colada sale el acero que se cuela en la cuchara cuando se bascula el horno.
Bóveda, paredes y solera La bóveda se construye con ladrillos refractarios de formas especiales sobre un anillo metálico generalmente refrigerado, que luego se apoya sobre la cuba. Suele tener 3 agujeros simétricos para que pasen a través de ellos los electrodos y en ocasiones, hay otro agujero para la extracción de gases que van a la instalación de depuración. Todos los hornos de más de 2 t son de bóveda móvil y la chatarra se carga con cesta por la parte superior. Durante el cargado, se levanta la bóveda con los electrodos y luego este conjunto gira, dejando la cuba dispuesta para que se introduzca la cesta.
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Electrodos Su diámetro varía desde 60mm para hornos de 5t hasta 800mm para hornos de 350t. Su longitud varía de 2 a 3m y se usan con otros, a medida que se van gastando, por medio de piezas tronco cónico roscado que se colocan entre cada dos electrodos. Los electrodos se sujetan con mordazas de cobre refrigeradas por agua, a barras horizontales.
Mecanismos de basculación Cuando se termina la colada, es necesario bascular el horno para transferir el acero a la cuchara. Se utilizan mecanismos hidráulicos o electromecánicos que, haciendo girar al horno, permiten que salga el acero a través del agujero de colada y caiga a la cuchara que se encuentra a un nivel inferior.
ESQUEMA DE HORNO ELECTRICO DE ARCO
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Horno Revestimiento refractario del crisol Bóveda móvil Cremallera de volteo Salida de acero Sistema de basculación Electrodos Transformador
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9. Mordaza y portaelectrodo 10. Boquilla de electrodo 11. Baño liquido 12. Piso o solera PARÁMETROS PARA LA SELECCIÓN DE UN HORNO Selección del material. Para la selección de la biomasa biomasa se debe de considerar la cantidad cantidad de producción que existe en la producción de energía, que se debe de considerar y lo que se debe de tener en cuenta sobre el medio ambiente.
Características térmicas del material: Cada tipo de material tiene características específicas que determinan su funcionamiento como un combustible en la combustión. Las características más importantes referentes a la conversión térmica del material son las siguientes.
Contenido de humedad. Contenido de ceniza. Contenido de materia volátil. Composición elemental. Poder calorífico. Densidad aparente.
En la definición de las características del material, es importante observar que consiste en el agua, la ceniza, y la materia libre de ceniza y que la proporción de cada una es crítica en la evaluación de la conveniencia del material como combustible. Nota: el contenid o de hu med ad es asumid o al máxim o valor qu e pueden . presentar estos estos residuo s
Procesos de conversión de energía. Desde el punto de vista del aprovechamiento energético, el material se caracteriza por tener un bajo contenido de carbono, un elevado contenido de oxígeno y compuestos volátiles. Estos compuestos volátiles son los que
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concentran una gran parte del poder calorífico del material. El poder calorífico de material depende mucho del tipo y de su humedad.
Procesos de conversión del material en energía. Como el contenido de humedad del material seleccionado debe ser menor al 60% í el proceso termoquímico en el cual está incluida la combustión.
Descripción de los parámetros de combustión. Los requisitos técnicos para una conversión completa de combustibles sólidos en esta cadena de proceso son como sigue: El aire de oxidación debe ser ser suministrado en exceso El control del proceso debe tener una suficiente buena mezcla de los gases del combustible y del aire de combustión suministrado. La mezcla de los gases del combustible y el aire generados en el proceso, requiere de un tiempo suficientemente largo de detención en la zona de reacción. El proceso entero de combustión requiere una temperatura suficientemente alta. Las calderas modernas de combustible sólido se diseñan para crear estas condiciones técnicas convenientes. Esencialmente se alcanzan estas condiciones por una separación espacial del suministro de aire al lecho (entrada de aire primario) y del suministro de aire a la zona de la combustión del gas del combustible (entrada de aire secundario) esto garantiza la combustión de los combustibles y una reducción de las emisiones
Descripción del impacto ambiental por la combustión La cantidad de agentes contaminantes emitidos a la atmósfera desde diferentes tipos de aplicaciones de la combustión del material es alta, depende de la tecnología de combustión aplicada, las características del combustible, las condiciones del proceso de la combustión, y de las medidas de reducción de emisión primaria y secundaria que se hayan implementado.
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Debido a la gran diversidad de los combustibles del material, con alta variación de la composición elemental, contenido de agua, densidad y comportamiento termoquímico, diversos tipos de aplicaciones de la combustión del material se ha desarrollado. Por lo tanto, las tecnologías del control de contaminación atmosférica se deben seleccionar con cuidado, y la economía ser siempre un factor limitado. Sin embargo, la puesta en práctica de límites de emisión más rigurosos fuerza el desarrollo de sistemas de combustión del material de baja emisiones.
Análisis y optimización de los parámetros de combustión.
El análisis empieza por determinar la temperatura de ablandamiento de la ceniza, la cual es cuando las cenizas empiezan a mostrar los primeros signos de redondez de las puntas de estas y si la temperatura en el horno sigue aumentando, estas se fundirán hasta incrustarse en las paredes, causado problemas en el funcionamiento del sistema. Después de estimar la temperatura de ablandamiento, estimo la temperatura adiabática de llama, que es la temperatura a la cual la cámara de combustión del horno puede llegar a alcanzar Temperatura del aire de entrada, Poder Calorífico Inferior Relación de gases/combustible. Calor especifico de los gases, asumiendo igual a del aire a 300K Si la temperatura adiabática de llama resulta mayor que la temperatura de ablandamiento, entonces las cenizas se fundirán causando problemas de incrustaciones.
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Tener en cuenta también el tiempo de residencia:, volumen de la cámara de combustión, flujo volumétrico de los gases de combustión. Y de esta descrita estimar los parámetros para una completa.
manera arriba, logra valores de los necesarios combustión
Selección horno material.
del tipo de para cada
La selección del tipo de horno, está en función del tamaño del residuo y la potencia que se desee obtener. Los sistemas de combustión que se describen aquí son de una capacidad térmica nominal Estos hornos son generalmente equipados con sistemas de alimentación del combustible mecánico o neumático.
En principio, las tecnologías siguientes de la combustión pueden ser distinguidas:
Combustión en lecho fijo. Combustión en lecho fluidizado. Combustión pulverizada del combustible
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Ejemplos básicos: Aumentar la proporción exceso de aire reduzco la Temperatura adiabática de llama. Debo considerar que al aumentar la proporción exceso de aire, estoy disminuyendo el rendimiento del horno. Aumentar la relación aire/combustible aire/comb ustible disminuyo el tiempo de residencia, esto es lógico, porque va a entrar una cantidad mayor de aire y garantiza una combustión en menor tiempo, pero al aumentar la relación aire/combustible disminuyo el rendimiento del horno.
Pautas de mantenimiento en hornos industriales
Se realizan tres actividades de mantenimiento básicas, mantenimiento preventivo, predictivo y correctivo .El mantenimiento preventivo consiste una serie de labores periódicas que buscan la correcta operación del sistema en cada uno de sus componentes mediante un control para prevenir fallos inesperados.
PREVENTIVO Dependiendo del tipo de horno y la fuente de calentamiento, dentro del mantenimiento preventivo diario se debe realizar: • Realizar chequeo de arranque. • Chequear las variables de proceso, temperatura, presión, etc. • Mantener la cámara libre de materiales indeseados, si es de fundición , libre de
escoria. • Inspeccionar que las líneas de agua de enfriamiento no presente fugas. • Inspeccionar líneas de suministro de combustibles líquidos. • Inspeccionar las conexiones hidráulicas (solo usar fluidos no inflamables en el
sistema). • Chequea r si funciona la conexión a tierra. • Asegurar que el sistema de enfriamiento de emergencia en los hornos se
encuentre en buenas condiciones de operación. • Inspeccionar sistemas de alarma. Horn os Indu str iales
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En el mantenimiento preventivo mensual se debe realizar: • Ajustar las las terminales eléctricas de los contactores y controles. • Remover los platos de la cubierta e inspeccionar los serpentines y las
conexiones. • Remover la cubierta e inspeccionar serpentines de enfriamiento y conexiones. • Examinar los elementos internos expuestos al calentamiento (serpentines,
resistencias, etc.). • Chequear los sistemas mecánicos como ventiladores, rodamientos, correas, etc. • Chequear los filtros de agua fría e hidráulica. • Chequear paso de aire caliente al exterior del horno. • Usar dos métodos independientes para soportar el horno cuando se suspenda
para inspección, en el caso de una caída inesperada del mismo debido a la pérdida de presión hidráulica. • Revisar el estado de los aislamientos.
Dentro del mantenimiento preventivo semestral se debe: • Calibrar elementos de medición. • Revisar sensores. • Realizar un análisis de la combustión.
En el mantenimiento preventivo anual se debe: • Desmontar el sistema y realizar mantenimiento completo, reemplazando piezas
desgastadas. • Chequear la la condición interna y externa de aislamientos térmicos. • Desmontar el sistema del quemador para limpiar boquillas y ajustar atomización.
PREDICTIVO El mantenimiento predictivo consiste en interpretar las variables principales de cada elemento que compone el sistema de aire comprimido, y predecir su vida útil en correcta operación. Dentro del mantenimiento predictivo se debe realizar: Horn os Indu str iales
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• Análisis vibratorio, resonancia. • Controles no destructivos (líquidos penetrantes, magnetismo). • Análisis metalú rgico. • Controles geométricos. • Análisis energéticos.
FALLAS FRECUENTES En general las fallas más frecuentes en hornos se presentan en: • Sistemas de ventilación. • Quemadores. • Aislamientos. • Sistemas de enfriamiento (hornos de fundición).
NOTA: A manera de ejemplo, en hornos rotatorios la falla más frecuente se relaciona con el desbalance del sistema de rotación. Uno de los principales parámetros a controlar en un horno rotatorio es mantenerlo alineado para minimizar las pérdidas de refractario debido a estrés mecánico. La alineación de un horno significa posicionar los patines de los soportes de tal forma que la flexibilidad de coraza del horno se minimiza y los soportes comparten la carga proporcionalmente.
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RECOMENDACIONES
Lo recomendable para que el gran balance de energía sea rentable, es que los sistemas de combustión de biomasa se deben de instalar en sitios cercanos a la fuente del combustible y en nuestro caso sería cerca de las industrias agrícolas; caso contrario se debe tener en cuenta el combustible fósil que se consume por el trasporte del material desde la industria hasta los sistemas de combustión. En los hornos túnel es indispensable mantener el horno siempre caliente para que los refractarios no se fracturen. Los refractarios al calentarse se expanden y al enfriarse se comprimen, al encender un horno túnel todos los refractarios se encuentran expandidos por el calor si no se mantiene cierta temperatura aún con el horno sin material para cocer, los refractarios se comprimen y al calentarlo de nuevo se expanden fracturándose.
CONCLUSIONES
El contenido de humedad es una característica física importante en la selección de la biomasa, ya que éste permite decidir si aplico un proceso de conversión termoquímico o bioquímico del material. Se conoció los diversos diversos tipos de hornos industriales asimismo se detallo detallo sus principios de funcionamiento y aplicaciones dentro de las gamas industriales. Se detallo las pautas de mantenimiento que deben realizarse en los hornos industriales con la finalidad de de evitar evitar paradas no programadas dentro del proceso de trabajo. Se mencionó los los criterios de selección para los los hornos industriales.
Horn os Indu str iales
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