Obtención de funciones de aproximación para determinar el desgaste refractario en el horno de reverbero
Resumen
El presente trabajo trata sobre la obtención de
funciones de aproximación para determinar el desgaste
refractario de las paredes de trabajo del horno de reverbero de
la UEB Colada de Cobre. Se realiza además un
diagnóstico de la situación existente en la UEB
Colada de Cobre referente a la explotación del horno de
reverbero encargado de realizar la fusión de chatarra de
cobre.
Para la creación de las datas necesarias para la
obtención de las funciones de aproximación, se
realizó el seguimiento de 1 campaña de
producción de la UEB mencionada, donde se monitorea la
temperatura del metal en el horno y en diferentes puntos con el
objetivo de relacionar estas temperaturas con el espesor del
revestimiento refractario del agregado, para lo que
también se obtienen los perfiles de desgastes del
mismo.
Con la ayuda del sistema computacional SIAR
v2.0, el cual está destinado al diseño del
revestimiento refractario de agregados metalúrgicos y el
sistema estadístico STATGRAPHICS Plus 5.0, se obtienen las
funciones de aproximación para determinar el desgaste
refractario de la pared de trabajo. Que sirva de base para
elaborar una herramienta a los tecnólogos de la UEB que
sea capas de determinar el retiro del revestimiento refractario,
además de saber el momento oportuno para la
reparación o demolición y para aprovechar mejor el
revestimiento y evitar las averías.
Abstract
This work deals with obtainment of approximation
functions to determine the thickness on the refractory used in
the working walls of the furnace existing in the UEB Colada de
Cobre. In this work we carried out a study about the
refractory´s characteristics and the factors that impact in
the life cycle of the refractory used in the furnace of UEB
Colada de Cobre. We also carried out a diagnosis of the present
situation in the UEB Colada de Cobre, related to the furnace
exploitation in the metallurgist process making plant.
Its objective is to create a date base to obtain the
approximation functions to estimate the thickness residual of the
furnace wall of the UEB Colada de Cobre. Then the necessary data
are taken for the future creation of the approximation functions
through this SIAR v2.0 and STATGRAPHICS Plus 5.0
computing programs.
Introducción
El cobre es una de las materias primas con mayor uso
industrial, siendo el tercer metal, después del hierro y
aluminio, más consumido en el mundo. Como tal tiene
múltiples aplicaciones, esto es atribuible a su
disponibilidad y capacidad de reciclaje, así son sus
propiedades metálicas que hacen del cobre un excelente
conductor de calor y electricidad, resistente a los
antimicrobianos y la corrosión. Aportando también
propiedades como elemento aleante, formando aleaciones para
mejorar las prestaciones mecánicas (maquinabilidad,
ductilidad y maleabilidad) y resistente a la corrosión y
oxidación.
Las producciones de materiales metálicos de cobre
como cables eléctricos (tanto de uso industrial como
residencial, conductores de cobre en numerosos equipos
eléctricos como generadores, motores y transformadores),
componentes de coches y camiones (principalmente los radiadores,
frenos y cojinetes), redes de transporte de agua (hechas de cobre
o latón), etc, se obtiene a través de dos formas,
reducción a partir de minerales y fusión de
chatarra.
Siendo la última la más expandida, debido
al alto precio del mineral de cobre (US
$6,674.00/Ton de mineral por US $3,950.00/Ton de chatarra)
[10], [16], además de ser un recurso renovable, el cobre
reciclado tiene las mismas características
químicas, físicas y tecnológicas que el
cobre primario. En consecuencia, no sufre pérdidas de
rendimiento ni tiene limitaciones para ser reutilizado. La
fusión de la chatarra de cobre permite reciclar un
material y utilizarlo para crear cualquier objeto, desde una joya
hasta un alambre de cobre. Sin embargo, para fundir el metal se
necesita aplicar una gran cantidad de calor para grandes
cantidades de cobre empleando un horno, proporcionando este calor
suficiente. No obstante, es peligroso lidiar con ese nivel de
temperaturas, así que por razones de seguridad, como
así también para lograr una fusión eficaz,
es necesario seguir algunos pasos específicos.
La fusión tanto por mineral como por chatarra se
puede realizar en hornos de reverberos, hornos de
inducción, hornos de arco eléctricos, hornos de
cuba, etc. Para lograr un buen empleo de estos hornos deben
contar con requerimientos que son imprescindibles para su buena
explotación, por mencionar alguno se destaca: alto nivel
de aseguramiento refractario como medio de seguridad y
parámetro económico.
Debido a que históricamente no ha existido
estabilidad en el uso correcto de los aseguramientos refractarios
de dichos agregados. Existen grandes deficiencias en la
producción y aumento del índice económico,
debido a los daños ocasionados por mal uso como: mal
procedimiento a la hora de la carga, pérdida de calor
producido por el agregado y bajo rendimiento del agregado,
además de prolongación del período de
fusión.
Aunque se han realizado numerosos cambios interesantes
en el uso de diferentes marcas y tipos de refractarios con buenos
resultados en los períodos de pruebas y seguimiento, no se
han obtenido los resultados que se requieren para este tipo de
producción, debido a la situación tan cambiante que
presenta el mercado internacional en la actualidad.
En el caso de los hornos de reverberos que son un tipo
de horno generalmente rectangular, cubierto por una bóveda
de ladrillo refractario y con chimenea, la cual refleja (o
reverbera) el calor producido en un sitio independiente del hogar
donde se hace la fusión. En estos horno el combustible no
está en contacto directo con el contenido, sino que lo
calienta por medio de una llama insuflada sobre él desde
otra cámara; siendo por tanto el calentamiento indirecto.
Es uno de los hornos más utilizado para realizar la
fusión de la chatarra de cobre y separar la escoria,
así como para la fundición de mineral y el refinado
[9].
Estos hornos requieren de paredes compuestas de
múltiples capas de materiales refractarios y aislantes que
sean capaces de disminuir los déficits en los
índices productivos, averías innecesarias que
conlleven a la paralización del mismo y de la
producción, mayor consumo energético y mayor costo
de producción. Algunos de los refractarios empleados en
estos hornos son: ladrillos Dinas, ladrillos de Alúmina,
ladrillos de Magnesita y de Cromo-Magnesia.
En el caso de Cuba existen producciones de cobre,
elaborados por la Empresa de Conductores Eléctricos
"Conrado Benítez" (ELEKA), única en su tipo en el
país. La misma está constituida por siete Unidades
Empresariales de Base (UEB), de ellas cinco son productivas,
donde una es la UEB Colada de Cobre, concebida con el fin de
producir alambrón de cobre térmico con un alto
nivel de pureza; este material se convirtió en el
principal renglón exportable de la Empresa de Conductores
Eléctricos (ECE) "Conrado Benítez" por la calidad
que presenta.
Para lograr la UEB sus objetivos, cuenta con una
tecnología de avanzada que integra un horno de reverbero
de 50 toneladas de capacidad la cual se emplea en la
fusión y refinación de la chatarra de cobre, una
máquina de vaciado continuo de 5tn/h de productividad y su
tren de laminación.
En el caso del horno de reverbero está
presentando problemas con el revestimiento refractario (paredes
refractarias) provocando pérdidas de grandes cantidades de
calor, prolongación del período de fusión,
aumento de los consumos de combustibles conllevando todo esto a
crear afectaciones de la productibilidad de la UEB Colada de
Cobre. Respecto a este proceso, una de las problémicas que
más preocupa a los directivos, tecnólogos y jefes
de brigadas de la UEB Colada de Cobre, es la determinación
del espesor residual del revestimiento refractario de trabajo en
el horno de reverbero para continuar en operación sin
afectar el proceso productivo.
El control de este parámetro proporciona la
disminución de averías, las cuales, en ocasiones,
pueden ser fatales para el propio agregado dejándolo
inutilizado. También pueden afectar otros equipos que
funcionen de conjunto en el proceso, causando grandes
pérdidas económicas y de tiempo por paros y
reparaciones. En estos momentos esta determinación se toma
visualmente y depende de la experiencia de los tecnólogos
o jefes de brigadas, pero existen descorches que se hacen muy
difíciles de detectar, por no existir puntos de
referencias.
La no existencia de un método seguro para
determinar el desgaste refractario en las condiciones de
operación del agregado, considerando el período de
explotación y los regímenes de trabajo a partir de
la colada o estado del refractario, es recomendable retirar el
mismo para su reparación o demolición y se eviten
averías por errores de decisión, lo cual constituye
la situación problemática de la
investigación.
A partir de la situación problémica
expuesta anteriormente se plantea el siguiente problema
científico de la investigación:
¿Cómo estimar el desgaste de las paredes de trabajo
del horno de reverbero de fusión de cobre de la UEB Colada
de Cobre?
Objeto de estudio: El proceso de diseño de
revestimiento refractario de los hornos de reverbero de
fusión de cobre.
Campo de acción: El proceso de desgaste
del revestimiento refractario en la UEB Colada de
Cobre.
Objetivo. Elaborar funciones de
aproximación para estimar el espesor residual de las
paredes de trabajo del horno de reverbero de fusión de
cobre a partir de la toma de la temperatura externa e
interna.
Hipótesis: Si se utiliza una
función de aproximación que relacione la
temperatura externa e interna del horno de reverbero y el espesor
del revestimiento refractario, se podrá obtener un
procedimiento para determinar el espesor residual de las paredes
de trabajo, para así conocer el momento oportuno de la
reparación capital del agregado.
Variable independiente:
correlación de la temperatura externa e interna del
agregado.
Variable dependiente: método
para estimar el espesor residual de las paredes. Las tareas a
desarrollar son las siguientes:
1. Estudio de los fundamentos
teóricos-prácticos del proceso de revestido del
horno de reverbero de la UEB Colada de Cobre.
2. Estudio de los fundamentos de los procesos de
desgaste del revestimiento del horno de reverbero de la UEB
Colada de Cobre.
3. Elaboración del diseño experimental
para la toma de datos asociados al comportamiento del desgaste
durante la operación del agregado.
4. Generación de las funciones de
aproximación.
5. Evaluación de los
resultados.
Para este estudio se proponen los siguientes
métodos científicos:
Métodos teóricos.
ü Histórico – lógico: Se
utilizó en el estudio de los antecedentes
históricos- metodológicos y conceptuales
relacionados con el objeto de estudio, su desarrollo y
evolución, así como las tendencias actuales en los
hornos de reverbero.
ü Análisis – síntesis:
Se empleó este método en el análisis general
y particular de la situación problémica, en
determinar los factores que influyen en el desgaste de las
paredes de los hornos de reverberos, así como en el
trabajo bibliográfico.
ü Análisis documental:
Permitió el análisis y estudio de la literatura
especializada, así como otras investigaciones relacionadas
con el objeto de estudio y diferentes soportes
bibliográficos que contribuyeron a sustentar las
conceptualizaciones y valoraciones relacionadas con el objeto de
estudio.
Métodos empíricos: Las entrevistas
y encuestas a técnicos de la producción, se
aplicaron con el objetivo de conocer el estado de la
explotación del horno de reverbero y los métodos
utilizados por el jefe de colada, especialistas y los jefes de
turnos para estimar el desgaste de las paredes
refractarias.
Métodos estadísticos: En el
procesamiento de las datas experimentales obtenidas y en la
evaluación de los parámetros estadísticos de
ajustes de las funciones de aproximación
obtenidas.
Estructura del documento:
Capítulo 1: Diagnóstico de la
explotación del horno de reverbero de la UEB Colada de
Cobre.
En este capítulo se hace una descripción
generalizada de los hornos de reverbero y en especial el horno de
reverbero de fusión de cobre de la UEB Colada de Cobre, se
caracteriza el mismo haciéndose énfasis en el
proceso de fusión por su influencia en la vida útil
de los refractarios. Se hace una descripción de los
materiales refractarios utilizados y los factores que inciden en
la durabilidad de los mismos y su situación de
desgaste.
Capítulo 2: Fundamentos
teóricos–prácticos empleados para la
elaboración del método de determinación de
desgaste refractario.
En este capítulo se hace referencia a
métodos para la determinación de los espesores de
las paredes refractarias de los hornos, a partir de las
temperaturas interiores y exteriores. Además se explica la
importancia de utilizar funciones de aproximación para
estimar el desgaste de las paredes refractarias. También
se describe el desarrollo experimental elaborado para la
confección de la base de datos y creación de las
funciones de aproximación. Así como la
descripción de las zonas de mayor desgaste en el horno de
reverbero de la UEB Colada de Cobre y los instrumentos
utilizados.
Capítulo 3: Propuesta del método
para obtener las funciones de aproximación.
En este capítulo se expone el desarrollo del
proceso de confección de las funciones de
aproximación, se exponen las funciones de
aproximación elaboradas para cada zona contemplada en este
trabajo, así como análisis económico y
medioambiental del empleo del método propuesto para la
estimación del desgaste.
Posteriormente se exponen las conclusiones de la
investigación realizada, se plantean las recomendaciones
para garantizar la continuidad del trabajo y por último
las referencias bibliográfica y anexos utilizados en la
confección de la tesis.
CAPÍTULO I:
DIAGNÓSTICO DE LA EXPLOTACIÓN
DEL HORNO DE REVERBERO DE LA UEB COLADA DE
COBRE.
1.1 Características de fusión de
concentrados de cobre en los hornos de reverberos.
Los objetivos principales de la fusión en hornos
de reverberos consisten en fundir la carga, es decir los
concentrados, fundentes y materiales de retorno (chatarra) y en
obtener el cobre líquido y escoria de composiciones
prefijadas. La fusión en hornos de reverberos se
distinguen de otros tipos de fusión y sobre todo de las
que se realizan en hornos de cuba [4].
Como es sabido, en los hornos de cuba se debe cargar
solamente el material en pedazos ya que los materiales finos,
siempre que no estén convertidos en pedazos, se van
soplados del horno y se llevan por los gases. En los hornos de
reverberos se puede fundir la carga menuda que, durante tal
fusión no se va soplada. Por eso la fusión en
hornos de reverberos ha sustituido la de los hornos cuba y ha
obtenido una gran difusión desde cuando fue descubierto el
procedimiento, para enriquecer las menas por flotación y
en las fundarías se han comenzado a suministrar los
concentrados de flotación en vez de la mena en
pedazos.
Los hornos de reverberos difieren de otros por el
método de transmitir el calor. En algunos hornos los
pedazos de la carga se calientan estando en contacto directo con
los gases calientes que atraviesan el lecho de fusión,
moviéndose de abajo arriba (hornos cuba). Mientras que en
los hornos de reverberos la carga va calentada por el gas
caliente de la llama por convención en la superficie de
los taludes y por transmisión del calor a costa de la
conductividad térmica de la carga.
Sin embargo, los gases más calientes pasan por la
bóveda, calentándose su superficie interior y la
mampostería calentada de la bóveda que irradia el
calor a los taludes de la carga. En virtud de que la
bóveda participa en la transferencia de una parte
considerable del calor a la carga, estos hornos han recibido el
nombre de hornos de reverberos.
Una ventaja importante de fusión de los hornos de
reverberos consiste en la posibilidad de utilizar tipos de
combustibles más baratos, tales como la hulla pulverizada,
mazut y gas natural en ves de coque, combustible costoso que goza
de gran demanda.
No obstante, la fusión de los concentrados en los
hornos de reverberos tiene una serie de inconveniencias entre los
cuales hay que señalar las siguientes:
1. Necesidad de efectuar grandes inversiones para la
construcción de los hornos propiamente dicho, así
como de los conductos de escape de los gases, de las calderas
recuperadoras de calor y de las plantas para fabricación
de hulla pulverizada, en caso de que el horno se calienta por
hulla pulverizada.
2. Bajo grado de quemadura del azufre en el proceso de
fusión (baja desulfuración) y obtención del
cobre líquido más pobres en composición con
la fusión en otros hornos.
3. Como resultado de lo anterior se usa una escala menor
de la capacidad calorífica de los concentrados sulfurados
durante la fusión y mayor consumo de
combustible.
4. Bajo coeficiente de utilización del calor que
se desprende al quemar el combustible el cual constituye el 25-30
% de todo el calor desprendido del horno.
5. Poco contenido de anhídrido sulfuroso (1-2%)
en los gases procedentes de hornos de reverberos y, como
resultado, imposibilidad de utilizar en forma económica el
azufre que se contiene en los gases para la producción del
ácido sulfúrico.
6. Pequeña duración de servicios
(campañas) de un horno de reverbero entre las reparaciones
generales y gran consumo de materiales refractarios costosos
como: ladrillos Dinas, ladrillos de Alúmina, ladrillos de
Magnesita y de Cromo-Magnesia.
1.1.1 Estructura de los hornos de
reverberos.
En la actualidad los hornos de reverberos modernos
tienen dimensiones interiores en plano como por ejemplo las
siguientes: largo 28-35, ancho 7-10, alto 4 m. En el área
de la solera de los hornos de reverberos varía de 180 a
330 m2. La masa total alcanza, sin fundamento, 2000-3000 ton, el
baño líquido de cobre, la escoria y la carga pesan
cerca de 1000 ton [4].
Las paredes se hacen, para toda la altura, de ladrillos
altamente refractarios de magnesita los cuales soportan bien la
acción corrosiva del baño líquido y la
escoria. La mampostería interior de las paredes, por
encima del nivel del baño de cobre y de escoria, se halla
bajo la protección del lecho de fusión que va
cargando a lo largo de las paredes en forma de taludes, y puede
estar hecha de ladrillos Dinas, menos costosos. La parte exterior
de la mampostería de las paredes se levanta, utilizando
ladrillos de chamota que es más barato. Las partes
importantes de la mampostería interior de las paredes del
horno situadas en la zona del baño y en los lugares de
salida del cobre líquido y la escoria se prefieren hacer
de ladrillos de cromo-magnesita, más resistentes y
refractarios.
Muchas son las fábricas en que las partes
correspondientes de la mampostería por fuera del horno
están revestidas por planchas de acero o cobre enfriadas
por el agua. Las partes superiores de las paredes son de 575 a
600 mm de espesor; en la parte inferior, en la zona de la masa
fundida, estas se ensanchan hasta 1500 mm. Las paredes interiores
del horno se terminan por una mampostería escalonada
llamada adaraja y destinada para mantener la carga.
La solera y el fondo del horno se colocan entre las
paredes y se descansa sobre el fundamento. El fondo del horno se
hace de varias hiladas de ladrillos, rojos en la parte inferior
del fondo (cerca del fundamento) y refractarios en la parte
superior del mismo. Estos ladrillos van asentados haciendo una
bóveda invertida (arco invertido). Por arriba de la
mampostería de ladrillos se rellena una solera gruesa de
arena cuarzosa pura (95% de SiO2) con 5-8% de arcilla
refractaria. Durante el funcionamiento del horno la solera de
cuarzo viene poco a poco degenerándose y va sustituida en
gran parte por la magnetita precipitada del baño
líquido de cobre y escoria.
Los últimos años la estructura de la
solera de los hornos ha sufrido grandes cambios y se hace de
ladrillos refractarios de cromo-magnesita asentados formando una
bóveda invertida, así como de retacado de
magnesita. Para esto la solera se calienta hasta 1400-1600 0C y
se rellena de escoria caliente de convertidor que se obtiene al
soplar el cobre líquido sin fundente. Tal escoria de
convertidor contiene mucha magnetita. Esta escoria se mantiene
cierto tiempo en el estado fundido, luego, su temperatura se baja
hasta de 900-1000 0C y se impregna por magnetita desmenuzada para
la profundidad de 150-170 mm. El espesor de tal solera es mayor
que el de la solera cuarzosa y alcanza 1,5 m.
La bóveda es la parte más vulnerable de un
horno de reverbero, sobre todo las primeras secciones de la misma
dispuestas en la proximidad de la pared de hogar. La resistencia
de la bóveda determina la duración de la
campaña del horno. Antes las bóvedas eran
construidas solamente en forma arco. El arco se hacia de
ladrillos Dinas que se caracterizan por tener una baja la
conductibilidad térmica, proporcionando así la
disminución de las pérdidas de calor.
La luz del arco, es decir su anchura, alcanza 10 m. El
espesor o la altura del ladrillo Dina son igual a 500 mm y
más raramente a 380 mm. La flecha del arco constituye
aproximadamente 1/10-1/12 parte de la anchura interior del mismo.
El arco del los ladrillos Dina se apoya en ladrillos de arranque
del arco los cuales se colocan en las vigas U por ambos lados del
horno y mantenidos por los elementos de fijación del
horno.
En la actualidad los hornos de reverberos modernos
tienen una mayor difusión de las bóvedas de
estructuras suspendidas. Estas bóvedas se hacen de
ladrillos refractarios de magnesita o de ladrillos de
cromo-magnesita termorresistente. Las ventajas de la
bóveda de estructura suspendidas consisten en la
posibilidad de crear en el horno una temperatura más alta
y una gran resistencia a la acción corrosiva de los
óxidos principales de la frita al fundir una carga
tostada.
La estructura suspendida ofrece la posibilidad de
construir las bóvedas y, por consiguiente, los hornos de
cualquier anchura lo que no es posible al emplear estructuras de
arco. La bóveda suspendida se puede reparar durante el
funcionamiento del horno reemplazando los bloques o las secciones
por separado. Por eso la duración de servicios de tal
bóveda es mayor que la de la bóveda en
arco.
Las bóvedas suspendidas son rectas y se hacen de
ladrillos en forma de paquetes sujetos por láminas de
hierro que van colgadas de ganchos en la estructura de
fijación del horno. Como regla general, las bóvedas
efectúan la fusión de los concentrados tostados. La
mampostería de la bóveda suspendida se hace de
ladrillos amarrados los cuales adquieren cada ves mayor
importancia ya que la armadura, colocada a presión dentro
de tales ladrillos, previene la aparición de grietas y
aumenta la resistencia de las partes inferiores de los ladrillos
a la oscilación de la temperatura.
Actualmente se han comenzado a emplear las
bóvedas suspendidas de empuje. La bóveda cuyo radio
es de 8 500 mm se compone de "arcos" hechos de ladrillos de
cromo-magnesita. Entre los ladrillos de un "arcos" están
colocados en las láminas de acero de 0,8-1,0 mm de
espesor. Las bandas salientes de acero en chapas se cuelgan de
los angulares los cuales, a su vez, se suspenden de las vigas de
arco que se apoyan en las consolas soldadas a los montantes
verticales de fijación del horno.
Las ventajas de una bóveda suspendida de empuje
consiste en lo que el arco, hecho de pedazos de ladrillos de
magnesita o de cromo-magnesita, se conserva cualquiera que sea la
anchura de la bóveda y esta última tiene una mayor
hermeticidad. Mientras que la bóveda en forma de arco del
horno de reverbero tiene un empuje horizontal el cual, al
calentarse la misma durante el funcionamiento del horno, aumenta
más de tres veces debido a la dilatación
térmica del ladrillo. Para mantener la bóveda de un
horno de reverbero sirve la estructura de fijación del
horno [11].
También una de las partes importantes de los
hornos de reverbero es el dispositivo de evacuación de los
gases. En los hornos de reverberos modernos este dispositivo se
hace inclinado y en forma fuselada con transición suave al
conducto de escape de los gases. Tal dispositivo de
evacuación de los gases deja pasar una gran cantidad de
gases, permitiendo quemar más combustible. Los gases
procedentes del horno de reverbero con la temperatura de
1250-1300 0C pasan por el conducto y llegan a las calderas
recuperadoras en las cuales el calor de los gases evacuados se
utiliza para la producción del vapor. Luego los gases se
envían a los colectores de polvos de filtro
eléctrico y pasan a la chimenea.
El dispositivo de evacuación de los gases de un
horno de reverbero se hace de ladrillos Dinas. El horno de
reverbero con el área de la solera igual a 225 m2 tiene
conductos de escape de los gases con la superficie de
sección transversal igual a 22-25 m2. La
velocidad de los gases en el conducto no debe de superar 8
m/s para que en ellos pueda precipitarse el polvo
grueso.
Para cargar el lecho de fusión, en la
bóveda del horno de reverberos se practica por cada lado
del horno, a lo largo de las paredes laterales y a una distancia
aproximada igual a 250 mm a partir de la superficie interior de
las misma, 20-23 orificios de 300 mm de diámetros en los
cuales se ponen las mangas de carga.
El lecho de fusión se carga principalmente a
través de los orificios dispuestos a lo largo del horno,
comenzando 2-3 m a partir de la pared de hogar en una
extensión de 5-7 m. Siempre que el horno de reverbero
funcione con una llama larga (extendida), los orificios
dispuestos en la bóveda cerca de escorias del horno
también se utilizan para cargar el lecho de
fusión.
Para la salida de la escoria hay aperturas en la pared
trasera del horno o en la extremidad de las paredes laterales,
más abajo del espejo del baño de escoria del horno,
a la altura de 700-900 mm a partir de la solera. Los agujeros
para la salida del cobre líquido se practican en una de
las paredes laterales del horno, al nivel de la solera o un poco
más arriba. Con el fin de proteger el revestimiento del
horno en las aperturas para la salida del cobre líquido se
colocan en la mampostería los casquillos de hierro fundido
provistos de orificios a través de los cuales logra
salir.
En el extremo del hogar del horno hay 4-6 orificios
destinados para los quemadores de gas o las toberas. Por encima
del nivel de estos orificios hay una apertura para verter la
escoria del convertidor. La plataforma de servicio para cargar el
lecho de fusión (destinada para los transportadores de
rasquetas o de cinta y de lanzadera, así como para los
alimentadores pesadores) llamada plataforma del tragantes hace
una altura aproximada de 10 m a partir del suelo de modo que
entre las vigas de apoyo de esta plataforma y la superficie de la
bóveda quede un espacio suficiente para mantener la
bóveda durante el funcionamiento del horno.
También es pertinente destacar la importancia de
los índices técnico-económico principales de
la fusión en hornos de reverberos, destacándose los
siguientes:
v Rendimiento especifico de la
fusión de la carga.
v Consumo especifico del
combustible.
v Paso del cobre a la mata.
v Contenido del cobre en la mata y la
escoria.
1.2
Características de materiales refractarios para la
construcción de hornos.
Teniendo en cuenta los criterios de la literatura
especializada, se define como refractario aquellos materiales
fabricados fundamentalmente de óxidos, aunque
también por compuestos no oxigenados que se caracterizan
por preservar sin variación significativa sus propiedades
funcionales en las más disímiles condiciones de
trabajo a altas temperaturas; así como aquellos materiales
que sin llegar a soportar altas temperaturas tienen un bajo
coeficiente de conductividad térmica [12].
Por regla, en los refractarios la conductividad
térmica es baja, no descartando que pueda ser elevada en
materiales que mantienen sus características a muy altas
temperaturas, tales como las magnesitas, cromitas, carbono y
altas alúminas [5].
También de un refractario es bueno conocer sus
propiedades, ya que estas tienen gran importancia en la
selección y uso, su clasificación indica el origen
o forma de fabricación, las propiedades proporcionan
conocimiento de duración, así como funcionamiento y
durabilidad en determinadas condiciones. Las propiedades
más significativas en este caso son:
v Refractariedad.
v Porosidad.
v Resistencia mecánica de
construcción.
v Resistencia térmica, (Resistencia
a los cambios bruscos de temperatura).
v Resistencia a escorias.
v Constancia de volumen.
v Conductividad térmica.
v Conductividad
eléctrica.
Un material refractario ideal debe tener las siguientes
características:
1. Alta refractariedad.
2. Estabilidad volumétrica a las
temperaturas de operación.
3. Estabilidad química (frente a
gases, vapores y escorias).
4. Resistencia al choque
térmico.
5. Alta resistencia mecánica en
caliente.
6. Alta densidad.
7. Baja conductividad
térmica.
8. Baja resistencia a la
abrasión.
9. Baja conductividad eléctrica a
altas temperaturas.
Un refractario aislante es el que presenta las
siguientes características:
1. Baja conductividad
térmica.
2. Alta refractariedad.
3. Buena resistencia al ataque
químico de gases, vapores y escorias.
4. Buenas propiedades mecánicas en
caliente.
5. Baja densidad.
1.3
Descripción de la UEB Colada de Cobre.
En el país, la Empresa de Conductores
Eléctricos "Conrado Benítez" más conocida
como ELEKA, ubicada en el Km 34 de la Carretera Central en el
municipio de San José de las Lajas, provincia Mayabeque,
única en su tipo en el país, tiene como objeto
social producir y comercializar de forma mayorista piezas de
repuesto, herramentales, cables, alambres de energía,
cables telefónicos y de transmisión de datos,
alambres barnizados, alambrón de cobre térmico y
granulado de cloruros de polivinilo [7].
Está constituida por siete Unidades Empresariales
de Base (UEB), de las cuales cinco son productivas, una de ellas,
la UEB Colada de Cobre, concebida con el fin de producir
alambrón de cobre térmico con un alto nivel de
pureza. El que por la calidad que presenta se convirtió en
el principal renglón exportable de la ECE "Conrado
Benítez".
Para lograr sus objetivos, cuenta con una
tecnología de avanzada que integra un horno de reverbero
de 50 toneladas de capacidad que se emplea en la fusión y
refinación de la chatarra de cobre, una máquina de
vaciado continuo de 5tn/h de productividad y su tren de
laminación, contando con una vista en planta y su leyenda
mostrada en el Anexo 1 y proceso productivo mostrado en el Anexo
2.
En el caso del horno, es un horno reverbero basculante,
que trabaja entre los 1200 y los 1250 ºC de temperatura.
Está sometido a cambios bruscos de temperatura (al
terminar la colada y durante la carga), que no son dañinos
para el refractario (magnesia-cromo y chamota) empleado en su
revestimiento interior. El mismo mantiene una producción
continua, pues se trabaja por campañas largas. El
combustible utilizado para su funcionamiento es el diesel y es
compatible con el refractario básico que se encuentra
recubriendo el agregado.
Se utiliza ácido bórico para la escoria
inicial (licuar) y hexametafosfato de sodio para limpiar el metal
de elementos como (Pb, Sn, Zn, S). Estos dos materiales atacan el
refractario, pero como se trabaja a tan bajas temperaturas (entre
1120 y 1200 ºC) no es significativa su
acción sobre los mismos.
El cobre se trabaja a espejo limpio, es decir, se
elimina la escoria inicial y se trata de que todo el tiempo el
metal esté libre de escoria, esta solo se forma para
eliminar los elementos dañinos existentes en el
baño metálico y luego es eliminada.
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ORIGINAL.
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