- Resumen
- El horno de
cubilote - Metodología
para evaluar los principales parámetros de diseño
y operación - Conclusiones
- Bibliografía
Introducción
Una de las particularidades de la Industria de
Construcción de Maquinaria en varias
provincias de nuestro país, consiste en que en ellas no se
produce acero. Esto
quiere decir que la producción de piezas fundidas se reduce a
tres tipos principales de aleaciones:
hierros fundidos, aleaciones de base aluminio y
aleaciones de base cobre (bronces
y latones). Lo anterior implica que los hornos para la
producción de hierros fundidos ocupan una posición
preponderante para la obtención de piezas fundidas con
este tipo de aleación o familia de
aleaciones.
Al hablar de hornos para la producción de hierros
fundidos, como se sabe, estamos hablando generalmente del llamado
horno de cubilote, ya que en nuestro medio no es muy grande el
volumen de
piezas de hierro fundido
que se producen en otros tipos de hornos, por ejemplo, en hornos
eléctricos de arco o de inducción. Por lo tanto, el buen desarrollo de
la producción de piezas de hierro fundido depende, entre
otros factores, de la forma en que estén diseñados
y se operen los hornos de cubilote.
Considerando lo anterior, nos dimos a la tarea de
desarrollar y poner en práctica una metodología, sobre la base de la información tomada de la literatura
científica, que fuese capaz de evaluar el diseño
y operación de los hornos de cubilote convencionales. En
las condiciones de Cuba, esto
equivale a decir un horno de recubrimiento ácido, de soplo
frío y con una sola hilera de toberas (soplo balanceado).
La metodología se fundamenta en los criterios más
generalizados internacionalmente, sobre cómo deben ser los
principales parámetros de diseño del horno y como
resultado de ello, cuál debe ser el comportamiento
del horno desde el punto de vista de su
funcionamiento.
Resumen
El presente trabajo se
basa en una metodología que considera las más
importantes recomendaciones sobre los parámetros de
diseño del horno y de su operación. En tal sentido,
se evalúan la altura efectiva del horno, el área
total de toberas, las dimensiones de los conductos de aire, entre otros
parámetros de diseño. De igual forma se
evalúan la productividad, el
consumo de
aire, la altura de la cama, el peso de la carga, y otros
parámetros de operación del horno.
I. El
horno de cubilote.
A pesar de que la primera patente de lo que se
considera el cubilote moderno cumplió en 1994
doscientos años de ser otorgada a John Wilkinson
(Inglaterra), se puede decir que el cubilote
mantiene su diseño fundamental hasta nuestros
días. Naturalmente, ha sufrido variaciones
estructurales, se le han incorporado aditamentos, se han
rediseñado algunas de sus partes, particularmente el
sistema
de toberas, pero su concepción inicial de horno
tubular, en posición vertical, con la entrada de la
carga metálica por la parte superior y un contacto
directo entre el combustible sólido y dicha carga
metálica, se ha mantenido inalterable.Esto se debe a una causa fundamental: el cubilote
posee una eficiencia de fusión alta en comparación
con los demás hornos empleados con el mismo fin.
Esto se explica, porque en este tipo de horno la carga
metálica a fundir (arrabio, chatarra de acero,
ferroaleaciones, rechazos de la producción, etc.),
está en contacto directo con el combustible
sólido (coque), que se emplea para su fusión.
Esta eficiencia de fusión se entiende como
la relación que existe entre el calor
potencial que hay en el hierro fundido que sale del
cubilote y el total del calor que entra al proceso
(combustión de coque, procesos
de oxidación de índole exotérmica y
calor sensible en el aire que se sopla dentro del horno).
Así, por ejemplo, en condiciones favorables de
eficiencia (empleando soplo caliente), se pueden alcanzar
valores
algo superiores al 40 %. En cambio,
en condiciones muy desfavorables (soplo frío,
revestimiento del horno en mal estado,
mala operación del horno, etc.), este valor
puede descender hasta 30 % o más. Sin embargo, la
eficiencia de la combustión en este tipo de
horno no sobrepasa el 60 al 70 %, lo cual es un valor bajo
en comparación con los demás hornos que
queman combustible. Esto se debe, principalmente, a que no
se puede hacer un uso total del contenido calórico
del coque sin interferir en los requerimientos
metalúrgicos del proceso, en tanto, el coque y sus
gases de
combustión son elementos activos
en dicho proceso.Por todo lo expresado hasta aquí, es que se
ha afirmado que operar bien un cubilote no es tanto
controlar un proceso metalúrgico, como dirigir una
combustión. Por ese motivo, todo lo concerniente a
las características del combustible empleado,
así como el volumen y presión del aire que se introduce en
el horno (sin olvidar la humedad relativa), posee una
importancia primordial para la buena marcha del mismo.
Paralelo a esto, el horno debe poseer determinadas
relaciones entre sus parámetros de diseño, de
manera tal que el proceso de combustión que se
produzca dentro de él permita obtener un hierro
fundido a la temperatura requerida.El presente trabajo tiene como objetivo
relacionar los parámetros de diseño y
operación, mediante una metodología
pre-establecida, de manera que se obtenga un cuadro general
que caracterice el horno objeto de análisis.- Introducción.
- Estructura.
- Estructura
y funcionamiento del horno de cubilote.
El cubilote está constituido por las siguientes
partes (ver figura No.1, Pág. 7):
- Envoltura cilíndrica de chapa de acero
soldada. - 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). - Chimenea y su correspondiente cobertura. Algunas
veces se añade apagachispas. - Boca de carga: pequeña y provista de una
plancha inclinada para la introducción de las cargas cuando se
realizan a mano, más amplia si se hace
mecánicamente. - Cámara de aire anular, de plancha delgada, que
circunda del todo o en parte la envoltura y dentro de la cual,
pasa aire o viento (enviado por una máquina soplante)
para la combustión del coque. - Toberas, de hierro colado o chapas de acero, en forma
de caja horadada y adaptada al revestimiento para conducir el
aire al interior del cubilote. En la parte correspondiente de
cada tobera, la pared exterior está agujereada y
provista de portillos con mirillas (de mica o cristal) para
vigilar la combustión. - Piquera de escoria. Abertura dispuesta a unos 15 o 20
cm aproximadamente por debajo del plano de toberas, inclinada
de 30 a 40º, respecto a la horizontal, para facilitar la
salida de la escoria. - Puerta lateral de encendido y limpieza. Antes de
cerrarla, al comienzo de la fusión, hay que rehacer el
murete que completa el revestimiento. - Canal de colada, de plancha de hierro, revestido de
masa refractaria. Mantiene la misma inclinación de la
solera (10º), para hacer caer el hierro fundido en el
caldero de colada. - Solera a fondo de cubilote. Consiste en arena de
moldeo apisonada e inclinada 10º hacia la piquera de
sangría del horno. - Plancha base de envoltura cilíndrica; de
hierro colado o chapa fuerte. En su centro hay una abertura del
diámetro de la solera, que puede cerrarse con un
portillo de descarga de uno o dos batientes que se abren hacia
abajo por medio de un cerrojo, de una palanca o quitando el
puntal. A través de ella se descarga el contenido de
coque de la cama, al final de la operación del
horno. - Columnas de apoyo: casi siempre son cuatro, de hierro
fundido y son sostenidas a su vez por unos cimientos de
ladrillos de hormigón. - Crisol: es la parte inferior del cubilote comprendido
entre la solera y el plano de las toberas. Se estima que el
metal ocupa en él, el 46 % del volumen. El 54 % restante
está ocupado por coque incandescente.
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