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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.

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Cubilote

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Hornos de crisol

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Hornos eléctricos  De resistencia  De inducción

Contenido

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Definición. Componentes Equipo auxiliar Productos que se obtienen Aplicaciones Residuos.

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 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.

COMPONENTES:

PARTES DE UN ALTO HORNO •

La cuba: Tiene forma troncocónica y constituye la parte superior del alto horno; por la zona más 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.

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Combustible: que generalmente es carbón de coque. Recuerda que este carbón se obtiene por destilación del carbón de hulla y tiene alto poder calorífico. El carbón de coque, además de actúar como combustible provoca la reducción del mineral de hierro, es decir, provoca que el metal hierro se separe del oxígeno.

El carbono, en su forma industrial de coque, se mezcla con el mineral, con cuyo oxígeno se combina, transformándose, primero en monóxido de carbono (CO) y luego en dióxido carbónico (CO2). FeO + C → Fe + CO (reducción del mineral de hierro – FeO – en metal hierro con CO) FeO + CO → Fe + CO2 (reducción del mineral de hierro – FeO – en metal hierro con CO2) -

Fundente: Puede ser piedra caliza o arcilla. El fundente se combina químicamente con la ganga para formar escoria, que queda flotando sobre el hierro líquido, por lo que se puede separar. Además ayuda a disminuir el punto de fusión de la mezcla.

El mineral de hierro, el carbón 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 sínter. Las proporciones del sínter son: 1. Mineral de hierro .........2 Toneladas. 2. Carbón de coque ..........1 Tonelada. 3. Fundente........................½ Tonelada se introducen por la parte más alta de la cuba. La mezcla arde con la ayuda de una inyección de aire caliente (oxígeno), de forma que, a medida que baja, su temperatura aumenta hasta que llega al •

etalaje: Está separada de la cuba por la zona más ancha de esta última parte, llamada vientre. El volumen del etalaje es mucho menor que el de la cuba. La temperatura de la carga es muy alta (1500 ºC) y es aquí donde el mineral de hierro comienza a transformarse en hierro.La parte final del etalaje es más estrecha.

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Crisol: Bajo el etalaje se encuentra el crisol, donde se va depositando el metal líquido. 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 líquido, llamado arrabio, el cual se conduce hasta unos depósitos llamados cucharas.

Así pues, el producto final del alto horno se llama arrabio, también llamado hierro colado o hierro de primera fusión .

ILUSTRACION DE PARTES, MEDIDAS Y TEMPERATURAS

EQUIPO AUXILIAR:

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Cintas transportadoras para trasportar las materias primas (mineral y coque) al tragante del alto horno Tolvas para almacenar temporalmente estas materias primas ICP (inyección de carbón pulverizado) con equipo para pulverizar el carbón e inyectarlo bajo presión. Con un equipo de carga de campana, las materias primas entran en el horno a través del espacio creado al bajar una pequeña campana invertida. Esta campana se cierra y una campana más 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 través de una rampa giratoria. Máquinas soplantes para impulsar el aire La estufa Cowper para calentar el aire. Es un horno cilíndrico de alrededor 12 m de diámetro y unos 55 m de altura y tiene una cámara llena de ladrillos cuadriculados de sílice. La estufa Cowper es un tipo de intercambiador de calor en el cual el calor producido por la combustión del gas de alto horno se almacena en la cámara de recuperación del calor, después de lo cual se sopla aire frío a través del recuperador de calor para producir el aire caliente precalentado para el horno. Dos o más estufas funcionan en ciclos alternos, proporcionando una fuente continua de aire caliente al horno. Turbina de recuperación de la presión del tragante del alto horno: Por lo general un alto horno funciona con una presión del tragante de alrededor de 250 kPa. Para recuperar la energía del gran volumen de los gases de escape de alta presión, el alto horno está equipado, después de la eliminación del polvo, con una turbina de recuperación de la presión del tragante para generar energía eléctrica usando la diferencia de presión entre el tragante del horno y el gasómetro de almacenamiento de gas.

ILUSTRACION EQUIPO AUXILIAR

PRODUCTOS OBTENIDOS DEL ALTO HORNO: •

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 ºC. En ocasiones, a este metal se le denomina hierro de primera fusión.

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

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 superior del alto horno. Estos gases son, principalmente, dióxido de carbono, monóxido de carbono y óxidos de azufre.

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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.

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

El horno de 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. 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 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 mas 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 esta 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 mas fluida para retirarla con mayor facilidad del cubilote. Ilustracion de horno de cubilote.

Equipos Auxiliares Sin importar la fuente a controlar, cada sistema podrá contener, además del dispositivo de control mismo, los siguientes equipos auxiliares: • Campana, u otro medio para capturar la emisión • Conductos, para transportar el gas desde la fuente hasta, a través, y desde el sistema de control • Sistema del ventilador (ventilador, motor, arrancador, compuertas de entrada/salida, etc.), para mover el gas a través del sistema • Chimenea, para dispersar el gas limpio en la atmósfera.

A continuación se describen cada uno de estos equipos.

Campanas Los sistemas de captación más conocidos como campanas tienen como función captar los contaminantes generados en los procesos industriales. Para que la captación sea efectiva se necesita un buen encerramiento de la fuente de contaminación, con el fin de proporcionar volúmenes mínimos 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 generación del contaminante y deben tratar de usarse siempre y cuando las condiciones físicas del proceso lo permitan; las campanas exteriores son aquellas que se encuentran adyacentes al foco emisor y su orientación 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 diseño, lo que se traduce en menor consumo de energía. La Tabla muestra los tipos de campanas más usuales y sus respectivas capacidades de flujo.

Ductos Son los canales por los cuales será conducida la corriente de gas desde las campanas de extracción a los equipos de limpieza. La velocidad de transporte en ductos se refiere a la velocidad necesaria al interior del ducto para evitar la sedimentación y posterior taponamiento del ducto. Esta velocidad, sin embargo, no podrá ser tan elevada que resulte en un deterioro precoz de la tubería por abrasión. 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 cámaras de expansión provistas de bafles internos por medio de un sistema de ductos. Los gases que salen de la segunda cámara son llevados a un lavador de gases que funciona con agua y finalmente se emiten a la atmósfera por una chimenea de 15.5 metros de altura

Chimenea reciclal.

Horno De Aire O Crisol El proceso más antiguo que existe en la fundición, también se le conoce como horno de aire. Este equipo se integra por un crisol de arcilla y grafito, los que son extremadamente frágiles, los crisoles se colocan dentro de un confinamiento que puede contener algún combustible sólido como carbón o los productos de la combustión. Los crisoles son muy poco utilizados en la actualidad excepto para la fusión de metales no ferrosos, su capacidad fluctúa entre los 50 y 100 kg.

Horno de crisol

HORNOS ELECTRICOS.

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

HORNO ELÉCTRICO POR INDUCCIÓN   

Baja frecuencia: el calor se produce por el efecto Joule de la corriente inducida por corriente alterna a través del metal que queremos fundir. Alta frecuencia: el calor lo producen las corrientes de Foucault, ordinariamente consideradas como parásitas, inducidas en el metal, que actúa como núcleo de un selenoide. Hornos electrónicos: el calor se produce por la vibración molecular del cuerpo que se trata de calentar cuando es sometido a un fuerte campo de radiaciones electromagnéticas de muy alta frecuencia.

Los hornos eléctricos por inducción presentan las siguientes cualidades:     

Buen rendimiento, puesto que el calor se genera en la masa de metal fundido. Las corrientes electromagnéticas producen un movimiento beneficioso, puesto que uniformizan la masa a fundir. El control de la transmisión de temperatura se haga más o menos rápido es muy preciso. Se puede fundir en vacío. Las oxidaciones son muy pequeñas.

Horno por inducción

Equipos Auxiliares

Residuos 

Emisiones de SOx

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Emisiones de Material Particulado (Kg/Ton)

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Emisiones de CO2 (Kg/Ton)

BIBLIOGRAFIA

[1] http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2009/01/altohorno.pdf [2] http://www.ecured.cu/index.php/Archivo:Funcionamiento_Horno_de_cubil ote.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