Los cubilotes son hornos de forma
cilndrica vertical que tienen una
envoltura formada por una chapa de
acero recubierta por el interior con una
capa de material refractario.
Muchos de estos hornos van refrigerados
por agua y es necesaria para evitar el
desgaste del material refractario.
ESTRUCTURA DE UN CUBILOTE
El cubilote est constituido por las siguientes partes:
Envoltura cilndrica de chapa de acero soldada.
2. 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).
3. Chimenea y su correspondiente cobertura.
4. Boca de carga: pequea y provista de una plancha
inclinada para la introduccin de las cargas cuando se
realizan a mano, ms amplia si se hace mecnicamente.
5. Cmara 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 mquina soplante) para la
combustin del coque.
6. Piquera de escoria. Abertura dispuesta a unos 15 o 20 cm
aproximadamente por debajo del plano de toberas,
inclinada de 30 a 40, respecto a la horizontal, para
facilitar la salida de la escoria.
7. Puerta lateral de encendido y limpieza. Antes de cerrarla,
al comienzo de la fusin, hay que rehacer el murete que
completa el revestimiento.
8. Canal de colada, de plancha de hierro, revestido de masa
refractaria. Mantiene la misma inclinacin de la solera
(10), para hacer caer el hierro fundido en el caldero de
colada.
9. Solera a fondo de cubilote. Consiste en arena de moldeo
apisonada e inclinada 10 hacia la piquera de sangra del
horno.
10. Plancha base de envoltura cilndrica; de hierro
colado o chapa fuerte. En su centro hay una abertura
del dimetro 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.
11. A travs de ella se descarga el contenido de coque
de la cama, al final de la operacin del horno.
12. Columnas de apoyo: casi siempre son cuatro, de
hierro fundido y son sostenidas a su vez por unos
cimientos de ladrillos de hormign.
13.. Crisol: es la parte inferior del cubilote comprendido
entre la solera y el plano de las toberas.
14. Se estima que el metal ocupa en l, el 46 % del
volumen. El 54% restante est ocupado por coque
incandescente.
Los problemas que presenta el horno de cubilote
que usa carbn son:
1. Baja capacidad productiva, que impide el
crecimiento y tambin desarrollar nuevos
mercados.
2. Utiliza un combustible contaminante.
3. Con los aos el horno ha perdido su eficiencia
debido al deterioro de los materiales.
4. Cambios en la calidad de los productos
requerida por el mercado.
5. No permite la obtencin de fundiciones de mejor
calidad, como la que exige el mercado.
En el Per, hay muchas Fundiciones que se dedican a la
produccin y comercializacin de partes y piezas
mediante fundicin y mecanizado, para distintas reas
del sector industrial, agrcola, minero y construccin
entre otras, con una variada gama de productos.
Utilizan en su proceso un horno cubilote tradicional a
carbn (coque) para la confeccin de sus piezas, con
una capacidad Productiva variada, ejemplo 2.000 kg./hr.
Pero estn proyectando la construccin de un nuevo
horno cubilote alimentado por gas natural, con una
capacidad de produccin mnima cercana a los 3.000
kg./hr.
La aportacin de aire caliente se hace
utilizando parte de los gases de la
combustin para, una vez que pasan por los
ventiladores, ser insuflados nuevamente a
una temperatura en torno a los 400 C o
ms. Esto conlleva una serie de ventajas
que son: facilitar la combustin; ahorro de
combustible (que puede ser de calidad
inferior); pueden conseguirse temperaturas
ms altas.
PROYECTO
La sustitucin del viejo horno a carbn por uno nuevo
alimentado por gas natural permitir:
1. Reducir las prdidas energticas producto de una
mayor eficiencia.
2. Aumentar la productividad y la elaboracin de nuevas
piezas.
3. Disminuir las emisiones de partculas, CO2, CO y SO2
debido al uso de un combustible ms limpio.
4. Aumentar y ampliar la calidad del producto por mayor
control y homogeneidad en las condiciones de fusin.
En nuestro pas se emplea todava el horno de
cubilote con carbn.
Se ha adaptado para la fundicin de hierro fundido
gris, fundicin blanca.
Se proyecta para fundicin base para el hierro
fundido nodular.
Horno fijo, mxima capacidad 10,0 tn / h
Produccin continua o intermitente.
Proceso cido o bsico.
FUNCIONAMIENTO DEL CUBILOTE
Pasos de operacin
1.Preparacin del refractario, parrillas.
2.Encendido de la cama de carbn o coque,
del gas.
3.Carga mezcla apropiada. 4.Fusin del metal.
5.Control.
ENCENDIDO DEL CUBILOTE
Para encender el cubilote se utiliza coque
metalrgico o carbn.
El proceso de encendido es el siguiente:
Se cierran las compuertas de limpieza y se abren las dems.
Se coloca la lea en el fondo y, cuando el fuego es slido, se echa el carbn o
coque.(cama de carbn)
Cuando el color del fuego es rojo cereza, se echa ms carbn o coque.
Una vez encendido el carbn o coque, se cierran las piqueras.
CARGA DEL CUBILOTE
La carga del cubilote no es homognea, sino que
puede tener diversos componentes (chatarra de
hierro fundido, acero, arrabio,)
La cantidad de carbn o coque depende de la carga
metlica, puesto que cada metal necesita ms o
menos carbn o coque.
La carga metlica debe ser de tamao pequeo,
menor, del dimetro del cubilote. Hay que tener en
cuenta que la cantidad de caliza tambin depende de
la cantidad de carga metlica.
MARCHA DEL CUBILOTE
A medida que se realicen las sangras se tendr que ir
recargando el horno.
Estas quedan espaciadas y sern ms o menos grandes en
funcin de las necesidades.
Una vez que no se necesita el horno, no se apaga, sino que se
deja encendido.
En el caso en que no se prevean ms necesidades prximas,
se procede a apagarlo.
Cuando se apaga el horno hay que realizar ciertas
operaciones:
Eliminar los residuos.
Regar con agua.
Separar el carbn o coque que no se haya quemado.
ZONAS DEL CUBILOTE
De arriba abajo:
Zona de Precalentamiento: temperatura baja (< 500 C), la
carga se va deshidratando e incrementa su temperatura pero
no ocurren transformaciones mayores.
Zona de fusin: aqu la temperatura est en torno a los 1200 -
1500 C. El carbn o coque est totalmente incandescente y
el metal empieza a fundir.
Zona de combustin: la temperatura de esta zona se
encuentra por encima de los 1500 C. El coque se quema
totalmente. Es una zona de mxima temperatura.
Zona de crisol: es la parte ms baja, donde se recibe el metal
fundido en la zona superior.
FUNCIONAMIENTO DEL CUBILOTE
Como consecuencia del calor producido por la
combustin del carbn o coque y el oxgeno del
aire se produce dixido de carbono:
C + O2 = CO
2.
El dixido de carbono que sube de la zona de
combustin se encuentra con el carbn o
coque encendido en la zona de fusin y se
reduce segn la reaccin: CO2 + C = 2CO.
A la vez que sucede esta reaccin, se dan
tambin otras como son la oxidacin del silicio
y el manganeso e, incluso, de partes del hierro.
Estos xidos de hierro y manganeso
reaccionan con la slice, produciendo silicatos,
que, a su vez, reaccionan con la cal y, en cierto
modo, van a ser responsables del control
adecuado de la fusin y la desulfuracin del
metal.
REACCIONES DURANTE LA FUSIN
REACCIONES DE OXIDACIN:
C + O2 (gas) = CO
2 (gas)
2C + O2 (gas) = 2CO(gas)
2C + CO2 (GAS) = 2CO
Si + O2(gas) = SiO
2(slido)
2Mn + O2 (gas) = MnO (slido)
Si + x FeO = y FeO.SiO2 + 2Fe
Mn + FeO = MnO.FeO
REACCIONES DE REDUCCIN:
SiO2 (refractario escoria) + 2C = Si + 2CO
MnO (escoria) + C = Mn + CO
Al2O
3 (escoria refractario) + 3C = 2Al + 3 CO
CARBURIZACIN DEL FIERRO (DISOLUCIN)
SEPARACIN DE LA ESCORIA.
DIMENSIONAMIENTO DEL CUBILOTE
1. Se toma como base la produccin horaria de
fundicin lquida a obtener.
2. Se calcula la seccin en el plano de toberas
(crisol).
3. Produccin especfica o intensidad de
produccin (A.F.S) o rea especfica (DIN)
4. Todas las otras dimensiones se expresan en
funcin del dimetro del crisol.
SECCIN EN EL PLANO DE TOBERAS
OSANN: 1000 cm2/ H. Tn fundicin.
USA: 1650 cm2/ H. Tn fundicin.
DIN: 1266 1960 cm2/ H. Tn fundicin.
SE TOMA COMO PRODUCCIN ESPECFICA:
75 kg Fundicin lquida / H. dm2
0,75 kg Fundicin lquida / H. cm2
Que equivale a 1333 cm2 / H. Tn fundicin.
Para cubilotes de 2,0 o ms Tn de fundicin horaria.
PRODUCCIN DE UN
CUBILOTE
P (kg / H) = A (cm2) x 0,75 kg / cm
2. H
d = 1,3 P
Puerta de
carga
HB
ht
hc
DC
he
H
D crisol = 1,3 P (cm)
hc = Dc - 25 (cm)
ht = di = Dc (cm)
HB = 2 di (cm)
H (altura total) = (5 6)di (cm)
Altura efectiva (he) o til- va desde
la altura de toberas hasta la
puerta de carga:
he = 2di + 1524 (mm)
he = (4,6 5,67)di (Hutte) (m)
he = (5 7)di (DIN) (m)
he = (4 6)di (Wagganoff) (m)
CLCULO EN BASE AL VOLUMEN DE LOS
GASES DE COMBUSTIN
. . . (%)
3600 100
gV PCV
V = Volumen en m3 desde el nivel de toberas hasta el
plano de carga.
P = Produccin horaria en kg de fundicin lquida.
Vg = Volumen de gases que salen por segundo en m
3/ kg.
= Tiempo d permanencia de los gases en segundos.
C = % de Carbono que corresponde a dicha produccin
horaria.
PARA ESTE CLCULO SE TOMAN LOS SIGUIENTES
DATOS EXPERIMENTALES:
Vg o volumen especfico, OSANN toma como valor medio
experimental: 7,1 m3.kg de carbn.
El tiempo de permanencia es deducido experimentalmente
por OSANN:
Cubilotes grandes para acera = 6,6 s.
Cubilotes, fundicin piezas pesadas = 4,1 s.
Cubilotes, fundicin piezas medianas = 3,7 s.
Cubilotes, fundicin piezas livianas = 3,3 s.
Cubilotes, fundicin piezas tuberas = 3,1 s
CLCULO EN BASE AL TIEMPO DE DESCENSO DE LAS CARGAS
OSANN establece:
V. g = P.
V = Volumen desde el plano de
toberas hasta el plano de
cargas. (m3)
P = Produccin horaria (kg / h).
= Tiempo de descenso de las
cargas (horas).
g = Peso de 1 m3 de carga
(metal + carbn + caliza)
Plano
de
carga
Plano
de
toberas
V1
v2
Hc
Valores experimentales de g
g = 2500 kg/m3 (cubilotes grandes, acera)
g = 1600 (cubilotes para piezas grandes)
g = 1400 (cubilotes, para piezas medianas)
g = 1300 (cubilotes, para piezas livianas)
g = 1200 (cubilotes, para piezas tubera)
OSANN aconseja como tiempo de descenso de las
cargas = 0,75 h = 45 minutos.
DIMENSIONAMIENTO DEL CRISOL
El volumen del crisol se comparte entre el hierro
fundido y el carbn o coque se asume el 50% cada uno.
La carga metlica es igual a (0.1 a 0,5)P (kg)
Volumen del metal = peso de metal / densidad
metal liq.
Volumen del crisol = 2 x volumen de metal
Altura del crisol = volumen de metal / rea seccin tr.
CARACTERSTICAS DEL PISO DEL CRISOL
Es un plano inclinado para facilitar la salida
del metal lquido
El espesor del piso vara: 8 cm
para cubilotes de 780 mm DI,
23 cm, para cubilotes de 2440
mm Di con una pendiente de 1 a
12 hacia el orificio de sangrado.
8 --- 760
DX --- Di
Altura a = 8 + DX
23 --- 2440
Parte opuesta: (12/1) = (Di/y)
Altura b = a + y
DX X
Y
DIMENSIONAMIENTO DE LAS
TOBERAS
La seccin de las toberas
debe ser suficiente para
permitir el ingreso del aire
hasta el centro del
cubilote sin dificultad.
DISTRIBUCIN Y FORMA DE LAS TOBERAS
PUEDEN SER DE SECCIN CUADRTICA (CUADRADA,
RECTANGULAR, TRAPEZOIDAL) O CIRCULAR.
PUEDEN TENER CMARA DE REFRIGERACIN
DEPENDIENDO DEL TAMAO Y CAPACIDAD DEL
HORNO.
S(Total de toberas)
=Si (cubilote)
/ 4 (Wagganoff)
S(Total de toberas
) = Si (cubilote
) / 5 6 S
Tobera = S
(total de toberas) / N toberas
Luego se calcula el dimetro o lados de la tobera segn
la forma que tenga Inicialmente se trabaja con una seccin circular y por equivalencia para las otras
formas.
CMARA DE AIRE O VIENTO
Seccin rectangular:
Scv
= (2,5 3,0) S Tubo de aire
Scv
= a . b
a = 2.b
Scv
= a2/2
SECCIN DE LA TUBERA DE AIRE
S Tubo de aire
= 2.S Salida del ventilador
a
b