HORNOS DE FUSION

PRESENTADO A: INGENIERO REINALDO TORRES

PRESENTADO POR: MARIO ALBERTO ERASO

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

MATERIA: METALOGRAFIA II

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA

I SEMESRE DE 2014

Tema:

Alto horno.

Cubilote

Hornos de crisol

Hornos elctricos

De resistencia

De induccin

Contenido

Definicin.

Componentes

Equipo auxiliar

Productos que se obtienen

Aplicaciones

Residuos.

ALTO HORNO

Un alto horno es un horno especial en el que tienen lugar la fusin de los

minerales de hierro y la transformacin qumica en un metal rico en hierro

llamado arrabio. Est 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

dimetro; su capacidad de produccin puede variar entre 500 y 1500 toneladas

diarias.

COMPONENTES:

PARTES DE UN ALTO HORNO

La cuba: Tiene forma troncocnica y constituye la parte superior del alto

horno; por la zona ms 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 carbn de coque. Recuerda

que este carbn se obtiene por destilacin del carbn de hulla y tiene

alto poder calorfico. El carbn de coque, adems de actar como

combustible provoca la reduccin del mineral de hierro, es decir,

provoca que el metal hierro se separe del oxgeno.

El carbono, en su forma industrial de coque, se mezcla con el mineral,

con cuyo oxgeno se combina, transformndose, primero en

monxido de carbono (CO) y luego en dixido carbnico (CO2).

FeO + C Fe + CO (reduccin del mineral de hierro FeO en metal hierro

con CO)

FeO + CO Fe + CO2 (reduccin del mineral de hierro FeO en metal

hierro con CO2)

- Fundente: Puede ser piedra caliza o arcilla. El fundente se combina

qumicamente con la ganga para formar escoria, que queda flotando

sobre el hierro lquido, por lo que se puede separar. Adems ayuda a

disminuir el punto de fusin de la mezcla.

El mineral de hierro, el carbn 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 snter. Las proporciones del

snter son:

1. Mineral de hierro .........2 Toneladas.

2. Carbn de coque ..........1 Tonelada.

3. Fundente........................ Tonelada

se introducen por la parte ms alta de la cuba. La mezcla arde con la

ayuda de una inyeccin de aire caliente (oxgeno), de forma que, a

medida que baja, su temperatura aumenta hasta que llega al

etalaje: Est separada de la cuba por la zona ms ancha de esta ltima

parte, llamada vientre. El volumen del etalaje es mucho menor que el de la

cuba. La temperatura de la carga es muy alta (1500 C) y es aqu donde el

mineral de hierro comienza a transformarse en hierro.La parte final del

etalaje es ms estrecha.

Crisol: Bajo el etalaje se encuentra el crisol, donde se va depositando el

metal lquido. 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 lquido, llamado arrabio, el cual se conduce hasta

unos depsitos llamados cucharas.

As pues, el producto final del alto horno se llama arrabio, tambin llamado

hierro colado o hierro de primera fusin

.

ILUSTRACION DE PARTES, MEDIDAS Y TEMPERATURAS

EQUIPO AUXILIAR:

Cintas transportadoras para trasportar las materias primas (mineral y

coque) al tragante del alto horno

Tolvas para almacenar temporalmente estas materias primas

ICP (inyeccin de carbn pulverizado) con equipo para pulverizar el

carbn e inyectarlo bajo presin.

Con un equipo de carga de campana, las materias primas entran en el

horno a travs del espacio creado al bajar una pequea campana

invertida. Esta campana se cierra y una campana ms grande (ancha

por abajo) se abre para permitir que las materias primas caigan en la

cuba que se encuentra abajo.

Con un equipo de carga sin campana, las materias primas se cargan en

el horno a travs de una rampa giratoria.

Mquinas soplantes para impulsar el aire

La estufa Cowper para calentar el aire. Es un horno cilndrico de

alrededor 12 m de dimetro y unos 55 m de altura y tiene una cmara

llena de ladrillos cuadriculados de slice. La estufa Cowper es un tipo de

intercambiador de calor en el cual el calor producido por la combustin

del gas de alto horno se almacena en la cmara de recuperacin del

calor, despus de lo cual se sopla aire fro a travs del recuperador de

calor para producir el aire caliente precalentado para el horno. Dos o

ms estufas funcionan en ciclos alternos, proporcionando una fuente

continua de aire caliente al horno.

Turbina de recuperacin de la presin del tragante del alto horno: Por lo

general un alto horno funciona con una presin del tragante de

alrededor de 250 kPa. Para recuperar la energa del gran volumen de

los gases de escape de alta presin, el alto horno est equipado,

despus de la eliminacin del polvo, con una turbina de recuperacin de

la presin del tragante para generar energa elctrica usando la

diferencia de presin entre el tragante del horno y el gasmetro de

almacenamiento de gas.

ILUSTRACION EQUIPO AUXILIAR

PRODUCTOS OBTENIDOS DEL ALTO HORNO:

Fundicin, hierro colado o arrabio.- Es el producto propiamente

aprovechable del alto horno y est constituido por hierro con un contenido en carbono que vara entre el 2% y el 5%. Se presenta en estado lquido a 1800 C. En ocasiones, a este metal se le denomina hierro de primera fusin.

A partir de la primera fusin, se obtienen todos los productos ferrosos restantes: otras fundiciones, hierro dulce, acero.

RESIDUOS PRODUCIDOS:

Humos y gases residuales.- Se producen como consecuencia de la combustin del coque y de los gases producidos en la reduccin qumica 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, dixido de carbono, monxido de carbono y xidos de azufre.

Escoria.- Es un residuo metalrgico que a veces adquiere la categora de subproducto, ya que se puede utilizar como material de construccin, bloques o como aislante de la humedad y en la fabricacin de cemento y vidrio. La escoria, como se coment anteriormente, se recoge por la parte inferior del alto horno por la piquera de escoria.

Hornos de cubilote

Es un tipo de horno cilndrico vertical de aproximadamente 6 metros de alto, el cual lleva los metales en el colocados, hasta el estado lquido y permite su colado, el mismo puede ser utilizado para la fabricacin de casi todas las aleaciones de Hierro.

El horno de cubilote es un horno que funciona con combustible slido y en el cual la carga metlica, el combustible y el carburante estn en ntimo contacto entre s. Esto permite un intercambio trmico 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 oxgeno, el hierro colado producido no puede ser rigurosamente controlado desde el punto de vista metalrgico.

Ante de realizar una nueva colada lo primero que se debe realizar es limpiarlo de escoria y de los desechos que quedan en el refractario en torno a las toberas,

de las coladas anteriores. A continuacin se repara cualquier zona daada con arcilla fina y arena silica refractaria para recubrimiento de hornos. Despus de limpiarlo y repararlo se giran las puertas del fondo a posicin 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 mas bajo, se le deja un pequeo agujero para la sangra de aproximadamente 25 mm., de dimetro. El encendido del cubilote se hace de 2 a 3 horas para que alcance una temperatura entre los 1200 y 1500 grados centgrados, antes de que se deba tener el primer metal fundido, deber utilizarse la suficiente cantidad de lea para quemar la primera cama de coque.

Cuando se inicia un tipo natural, se aade 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 fundicin y afecta tanto a la temperatura como a la oxidacin del metal. Cuando la cama del coque esta encendida completamente se carga arrabio y la chatarra con una proporcin de una parte de coque por 10 de hierro, esta relacin es en masa. Adems 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 oxidacin y hacer la escoria mas fluida para retirarla con mayor facilidad del cubilote.

Ilustracion de horno de cubilote.

Equipos Auxiliares

Sin importar la fuente a controlar, cada sistema podr contener, adems del

dispositivo de control mismo, los siguientes equipos auxiliares:

Campana, u otro medio para capturar la emisin Conductos, para transportar el gas desde la fuente hasta, a travs, y desde

el sistema de control Sistema del ventilador (ventilador, motor, arrancador, compuertas de

entrada/salida, etc.), para mover el gas a travs del sistema Chimenea, para dispersar el gas limpio en la atmsfera.

A continuacin se describen cada uno de estos equipos.

Campanas

Los sistemas de captacin ms conocidos como campanas tienen como

funcin captar los contaminantes generados en los procesos industriales.

Para que la captacin sea efectiva se necesita un buen encerramiento de la

fuente de contaminacin, con el fin de proporcionar volmenes mnimos de

aire a extraer y evitar escapes en el ambiente de trabajo.

Las campanas se pueden clasificar en cabinas y campanas exteriores. Las cabinas son campanas que encierran total o parcialmente el punto de generacin del contaminante y deben tratar de usarse siempre y cuando las condiciones fsicas del proceso lo permitan; las campanas exteriores son aquellas que se encuentran adyacentes al foco emisor y su orientacin es muy importante cuando se manejan contaminantes liberados a velocidades apreciables. La distancia entre la campana y el foco emisor debe ser la menor posible para disminuir el caudal de diseo, lo que se traduce en menor consumo de energa. La Tabla muestra los tipos de campanas ms usuales y sus respectivas capacidades de flujo.

Ductos

Son los canales por los cuales ser conducida la corriente de gas desde las campanas de extraccin a los equipos de limpieza. La velocidad de transporte en ductos se refiere a la velocidad necesaria al interior del ducto para evitar la sedimentacin y posterior taponamiento del ducto. Esta velocidad, sin embargo, no podr ser tan elevada que resulte en un deterioro precoz de la tubera por abrasin. La Tabla 14 muestra los rangos recomendados para velocidades de transporte de gases en ductos.

Reciclal

Los gases que salen del horno de cubilote son conducidos, a dos cmaras de expansin

provistas de bafles internos por medio de un sistema de ductos. Los gases que salen de la

segunda cmara son llevados a un lavador de gases que funciona con agua y finalmente se

emiten a la atmsfera por una chimenea de 15.5 metros de altura

Chimenea reciclal.

Horno De Aire O Crisol

El proceso ms antiguo que existe en la fundicin, tambin se le conoce como horno de aire. Este equipo se integra por un crisol de arcilla y grafito, los que son extremadamente frgiles, los crisoles se colocan dentro de un confinamiento que puede contener algn combustible slido como carbn o los productos de la combustin.

Los crisoles son muy poco utilizados en la actualidad excepto para la fusin de metales no ferrosos, su capacidad flucta entre los 50 y 100 kg.

Horno de crisol

HORNOS ELECTRICOS.

DE RESISTENCIA: Los hornos industriales de resistencias son aquellos en que la energa requerida para su calentamiento es de tipo elctrico y procede de la resistencia hmica directa de las piezas o de resistencias elctricas dispuestas en el horno que se calientan por efecto Joule y ceden calor a la carga por las diversas formas de transmisin de calor.

HORNO ELCTRICO POR INDUCCIN

Baja frecuencia: el calor se produce por el efecto Joule de la corriente inducida por corriente alterna a travs del metal que queremos fundir.

Alta frecuencia: el calor lo producen las corrientes de Foucault, ordinariamente consideradas como parsitas, inducidas en el metal, que acta como ncleo de un selenoide.

Hornos electrnicos: el calor se produce por la vibracin molecular del cuerpo que se trata de calentar cuando es sometido a un fuerte campo de radiaciones electromagnticas de muy alta frecuencia.

Los hornos elctricos por induccin presentan las siguientes cualidades:

Buen rendimiento, puesto que el calor se genera en la masa de metal fundido.

Las corrientes electromagnticas producen un movimiento beneficioso, puesto que uniformizan la masa a fundir.

El control de la transmisin de temperatura se haga ms o menos rpido es muy preciso.

Se puede fundir en vaco.

Las oxidaciones son muy pequeas.

Horno por induccin

Equipos Auxiliares

Residuos

Emisiones de SOx

Emisiones de Material Particulado (Kg/Ton)

Emisiones de CO2 (Kg/Ton)

BIBLIOGRAFIA [1] http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2009/01/alto-horno.pdf [2] http://www.ecured.cu/index.php/Archivo:Funcionamiento_Horno_de_cubilote.jpg [3] http://www.aprendizaje.com.mx/Curso/Proceso1/Temario1_III.html#nueve [4] http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion2.Hornos.RESISTENCIAS.2006.pdf