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• Xavier Kevin Peña Lavado

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2016 Ciudad universitaria

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA TERCER EXAMEN PIROMETALURGIA I.-BLOQUE TEORICO

1.-Explicar el Procesamiento Piro metalúrgico del Wolframio, países productores a nivel mundial, Diagrama de Flujo, Aleaciones ASTM existentes y aplicaciones actuales.

MERCADO MUNDIAL –HISTORIA APT

DE

TUNGSTENO

PRODUCCION

Y

SUMINISTRO

Paratungstato de amonio, es un material cristalino blanco finamente dividido. Se produce mediante la evaporación de una solución purificada de tungstato de amonio para obtener cristales puros de paratungstato. China, que posee las reservas más grandes del mundo y los costos más bajos de producción, ha inundado el mercado mundial llevando los precios del APT y los de concentrado de WO3 por debajo de los costos de producción de la mayoría de los demás productores. Los precios del APT reducidos por los productores chinos, solamente se sitúan marginalmente por debajo de los precios de los concentrados, en aproximadamente US$ 50/MTU (unidad de tonelada métrica = 10 kg). Varias minas de tungsteno y muchos productores de APT en América, Asia y Europa se han visto obligados a salir del negocio y cerrar. Además, se han abandonado rápidamente los programas de exploración y de desarrollo de minas localizadas fuera de la China. El paratungstato de amonio es un producto intermedio en la producción de metales de tungsteno y de otrosproductos de tungsteno.

2.- Explicar el Procesamiento Piro metalúrgico del Vanadio, países productores a nivel mundial, Diagrama de Flujo, Aleaciones ASTM existentes y aplicaciones actuales.

En esta reacción redox, el azufre se oxida de +4 a +6, y el vanadio se reduce de +5 a +3: V2O5 + 2SO2 → V2O3 + 2SO3 El catalizador se regenera por oxidación con el aire: V2O3 + O2 → V2O5 PRODUCCIÓN MUNDIAL: Tres países, Africa del Sur, Rusia y R.P de China se reparten la producción mundial de minerales de Vanadio, que en 1993 se estimó en 28000 TM de metal contenido, sin incluir la producción de Estados Unidos, cuyos datos no indica el U.S Bureau of mines, debido al secreto estadístico que rige en este país cuando el número de empresas productoras es muy reducido. La producción mundial, excluido Estados Unidos, registró un aumento del 5% respecto a 1992.

3.-Describa como se diseñan Convertidores piro metalúrgicos, especificaciones técnicas, comparación con otros modelos de convertidores existentes.

HORNOS CONVERTIDORES El convertidor metalúrgico o sencillamente convertidor es un equipo utilizado en metalurgia extractiva para la operación de conversión. Consiste esencialmente en un horno que contiene el baño fundido. Sus formas y dimensiones son variables, pero entre los arreglos más comunes se puede mencionar los convertidores horizontales y los verticales. En ambos casos el equipo tiene forma cilíndrico similar, con una abertura en su parte superior (boca), y es capaz de realizar un movimiento basculante (inclinación o rotación para cada caso), esencial tanto para recibirlos diferentes materiales alimentados, como para descargar el metal ya procesado. La conversión puede realizarse por oxidación selectiva de uno o varios componentes del baño fundido, al introducir gas (con frecuencia aire o una mezcla enriquecida del mismo) ya sea a través de una serie de aberturas en su coraza llamadas toberas o por medio de un tubo que se introduce desde su boca hasta el baño fundido, llamado lanza. De esta forma, los elementos indeseables e impurezas son eliminados ya sea por su incorporación en la escoria o por volatilización y/o arrastre en los gases de salida. PROCEDIMIENTO BESSEMER Para el procedimiento Bessemer el convertidor se reviste interiormente de ladrillos refractarios de sílice (no menos de 94.5% de SiO2) y arena cuarzosa, los que suelen fundirse a 1710°C. Este revestimiento no se corroe por las escorias de

carácter ácido, por consiguiente en este convertidor solo pueden tratarse arrabios al silicio. El aire que entra en la masa fundida suministra el oxígeno que en primera instancia interactúa con el hierro para formar óxido ferroso (FeO). Por consiguiente las impurezas comienzan a oxidarse en dos direcciones: por al oxígeno del aire que pasa a través del metal y por el óxido ferroso que se forma y disuelve en el metal fundido. Durante la inyección de aire para hacerlo pasar a través del metal se diferencias tres períodos característicos:  La oxidación del hierro, silicio, manganeso y la formación de la escoria.  La quema del carbono  La desoxidación o la desoxidación-carburación PROCEDIMIENTO THOMAS En este convertidor el interior se reviste de material refractario básico, ladrillos de magnesita en las paredes y el fondo con una mezcla de brea de carbón mineral y dolomita. Como fundente para la formación de la escoria se utiliza la cal viva (CaO) con un contenido mínimo de los óxidos ácidos sílice (SiO2) y alúmina (Al2O3).Surge de la necesidad de tratar las fundiciones con alto contenido de fósforo, obtenidas de menas ferrosas que se encuentran bastante propagadas en la corteza terrestre. A su vez el contenido de sílice debe ser muy bajo (menos de 0.5%) para evitar el uso excesivo de fundente neutralizador. El proceso de fundición en un convertidor Thomas se efectúa del modo siguiente: primero se carga el convertidor con la cal, después se vierte el hierro fundido, se inicia el viento y se gira el convertidor a la posición vertical. Lo primero que pasa es a oxidación del hierro según la reacción: Fe + ½O2 ------> FeO

El óxido ferroso formado se disuelve en el metal y oxida el resto de las impurezas Si, Mn, C y el fósforo .Se distinguen tres períodos:  Oxidación del silicio y el manganeso.  Combustión intensa del carbono.  Oxidación del fósforo.

CONVERTIDOR LD El convertidor LD es un recipiente cuya porción inferior es cilíndrica (denominada barril) y la porción superior es abierta en forma de cono. En uno de sus lados posee un agujero de colada o piquera, encontrándose ésta arriba de la unión del barril y

del cono. Sobre la boca, existe una campana de recolección de gases a efectos de minimizar la contaminación del aire, pudiendo bajar ésta sobre la boca del convertidor para formar un sello bastante estanco. El oxígeno se sopla desde arriba, por medio de una lanza que baja y se introduce al convertidor. El convertidor está diseñado para girarse hacia delante o hacia atrás. La inclinación hacia atrás, de casi 50°, se hace para cargar y mostrar: la inclinación hasta por debajo de la horizontal se emplea para vaciar la escoria remanente, después de la colada. El giro hacia el frente, de 135° o más, se empleará para vaciar el acero o sea efectuar la colada. La cuchara de acero se ubica debajo del convertidor en un carro que viaja sobre rieles y se retira desde abajo del convertidor, para que la grúa pueda levantar la cuchara de acero llena. Se usan aparatos complejos para la depuración de los gases que salen del reactor LD. Es difícil la limpieza del gran volumen de gases (humos), ya que las partículas son menores que un micrón. La pérdida de polvos en un LD representa normalmente del 0.5 al 2 % de la carga. Las acerías LD están constituidas generalmente por solamente dos convertidores; uno que está produciendo acero y el otro en reparación de su revestimiento refractario. La instalación de un tercer convertido tradicional permitirá, en principio, aumentar al doble la capacidad productiva de la acería. Hoy en día, la capacidad de un convertidor oscila desde las 30 toneladas hasta las300 toneladas.

4.-En qué nivel están las investigaciones piro metalúrgicas en la actualidad, qué nuevos materiales se están trabajando a nivel industrial? PROCESOS PIROMETALÚRGICOS En la actualidad la pirometalurgia no ferrosa, y particularmente la del cobre, enfrenta grandes desafíos en el ámbito del control de procesos, tales como aumentar la intensidad material y energética de sus operaciones, y garantizar una mayor disponibilidad de equipos cumpliendo al mismo tiempo con estrictas normas ambientales. Todo esto en un escenario de disminución progresiva de las leyes en los minerales y con contenidos de impurezas cada vez mayores. Roberto Parra, director del proyecto “Caracterización espectral de fases fundidas y reacciones a alta temperatura de interés en el control y diagnóstico de procesos en la pirometalurgia del Cu”, explica que actualmente la industria siderúrgica dispone de procesos y tecnologías pirometalúrgicas más eficientes que los empleados en la producción no ferrosa. Por ejemplo, dice, la industria del acero entrega al mercado una diversidad de productos que pueden diferir ampliamente en sus especificaciones y, por lo tanto, en las condiciones de producción. No obstante, una amplia gama de productos es obtenida empleando los mismos equipos y procesos, y por los mismos operadores. Oportunidad y posibles aplicaciones

Entre las aplicaciones que se espera implementar están las relacionadas con el diagnóstico de condiciones operacionales a partir del análisis del espectro de combustión de sulfuros, tanto para la etapa de fusión como para la de conversión.

Se espera validar en terreno durante este año la aplicación en la operación de los hornos de fusión flash, para monitorear la calidad de la combustión buscando identificar las mejores condiciones que eviten la excesiva formación de polvo en la cámara de reacción, lo que equivale a encontrar la condición de combustión total del concentrado alimentado. Es decir, aumentaría la eficiencia de estos hornos CODELCO En el marco de la estrategia para el desarrollo del negocio de fundición y refinería, se realiza la validación en División Chuquicamata de innovaciones en sensores para instrumentar hornos de fusión con el propósito de mejorar el control del proceso de fusión. Este desarrollo se transfiere a División El Teniente el que será implementado en 2015. En el año se elabora el Programa de innovación tecnológica para las fundiciones de Codelco. Además, en respuesta a la nueva normativa ambiental, se desarrolla un plan de acción para cada una de las fundiciones de la empresa, para dar cumplimiento a la nueva normativa ambiental. Codelco establece un acuerdo de colaboración con la empresa china Dongying Fangyuan Copper Industry Company Ltd. En el marco de esta alianza, se realizan pruebas con reactivos de la empresa china en la refinería de Chuquicamata, durante 2014. 5.-Haga un comentario de los Nano materiales que hoy se están obteniendo para la industria. Nanotubos de carbono: los beneficios esperados son la durabilidad mecánica y la prevención de grietas (en el cemento); la mejora de las propiedades mecánicas y térmicas (en la cerámica); el seguimiento de la salud estructural en tiempo real (NEMS / MEMS); y la mediación electrónica eficaz (en las células solares).

Nanopartículas de dióxido de silicio (SiO2 ): los beneficios previstos son el refuerzo de la resistencia mecánica (en el hormigón); la refrigeración, la transmisión de luz y la resistencia al fuego (en la cerámica); propiedades antireflectantes e ignífugas (en las ventanas). Nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2 ): los beneficios esperados son una hidratación rápida, el aumento en el grado de hidratación y la auto-limpieza (en el hormigón); superhidrofilia, antiempañamiento y resistencia a la suciedad (en las ventanas); y la generación privada de energía (en las células solares). Nanopartículas de óxido de hierro (Fe 2 O 3 ): los beneficios esperados son una mayor resistencia compresiva y resistencia a la abrasión en el hormigón. Nanopartículas de cobre: los beneficios esperados son soldabilidad, resistencia a la corrosión y conformabilidad en el acero. Nanopartículas de plata: los beneficios esperados son actividad biocida en recubrimientos y pinturas. II.-BLOQUE EXPERIMENTAL 1.-Explicar los procedimientos de Seguridad en un Laboratorio Piro Metalúrgico. En las fundiciones existen muchos peligros: El ambiente caliente y el potencial de quemaduras o incendios alrededor de los hornos y los crisoles. De los metales fundidos se desprenden gases. Los materiales utilizados en los moldes de arena pueden crear sílice cristalina. Los dispositivos de corte, los chorros de arena y el esmerilado crean polvo. Las bandas transportadoras, las trituradoras y prensas de troquelado presentan peligros de atrapar o aplastar partes del cuerpo. Estas actividades combinadas producen un ambiente ruidoso. Los trabajadores necesitan buenas prácticas de trabajo, ventilación adecuada y equipos de protección personal (PPE, por sus siglas en inglés) para estar seguros. Los PPE le protegen contra el ambiente de la fundición. Use zapatos de cuero, guantes y anteojos con resguardos laterales. Un sombrero con ala le protege contra salpicaduras. Use protección para los oídos en ambientes ruidosos. Cuando trabaje directamente con metales fundidos, en el calor o cerca de las llamas, use un casco de seguridad, delantal, chamarra o capa, chaparreras y polainas de cuero, de tela de fibra de vidrio con recubrimiento de aluminio, de telas sintéticas o de lana tratada. Considere una careta de tela de alambre, dependiendo de las tareas que haga. Ya que los hornos, crisoles y metales en las fundiciones se encuentran a tan altas temperaturas, tenga cuidado al trabajar. No trabaje con equipos o procesos que no conoce. Esté consciente de dónde tiene las manos cuando trabaja con bandas transportadoras y maquinaria automatizada. Todos los equipos que use deberán funcionar debidamente. Inspeccione los equipos de la fundición con frecuencia para detectar grietas o indicios de desgaste. Nunca meta agua al horno o a los crisoles. Cualquier residuo de agua puede ocasionar una explosión peligrosa. Vierta y funda el metal en áreas que tengan una superficie no combustible, tal como metal o arena. Cualquier metal fundido que se derrame puede desplazarse a grandes distancias, por lo que hay que mantener las áreas de trabajo libres de obstáculos. Se debe tener a la mano un extinguidor Clase D, junto con una pala y arena limpia y seca para combatir incendios. De los metales fundidos se desprenden gases que pueden ser peligrosos si se respiran. Cuando sea posible, use metales limpios para alimentar los hornos. El fundir chatarra puede generar gases provenientes de pinturas, lubricantes, recubrimientos o aditivos de plomo, níquel o cromo que son peligrosos si se respiran. Use buena ventilación por medio de campanas de extracción y use equipos de respiración aprobados médicamente para usted, que le queden bien y en los que usted haya recibido capacitación para utilizar. La arena de los moldes frecuentemente contiene sílice. Quedar expuesto a sílice cristalina, puede causar silicosis, una enfermedad de los pulmones, o cáncer del pulmón. Use buena ventilación y medidas de control del polvo, tales como materiales de fijación para controlar la sílice cristalina. Empacar los moldes, sacudirlos o limpiar las piezas fundidas también puede ser una fuente de sílice cristalina, por lo tanto se deben usar equipos de respiración y trabajar en un área con buena ventilación. Los procesos cerrados y/o automatizados pueden reducir aún más su exposición a sustancias peligrosas en el aire.

2.-Cuales son los procedimientos que se sigue en la Obtención del Oro y Plata Refinada a partir de minerales auríferos? La extracción de oro con cianuro se puede utilizar en zonas donde haya finas rocas que contienen oro. La solución de cianuro de sodio se mezcla con rocas finas, que anteriormente se haya comprobado que puedan contener oro y/o plata. Para lograr que se separen de las rocas en forma de solución de cianuración del oro y/o Cianuración de plata, se le añade zinc a la solución, lo que precipita los residuos de zinc y también los de metales deseados como el oro y la plata. Se elimina el zinc con ácido nítrico o ácido sulfúrico, dejando la plata y/o barras de oro, que generalmente se funden en lingotes que luego son enviados a una refinería de metales para su transformación final con agua para convertirlos en metales puros en un 99,9999 %. Medgold fue una de las primeras empresas en utilizar este método. Avances en los años setenta han promovido el uso del carbón en la extracción de oro de la solución de filtración. El oro es absorbido por la matriz porosa del carbono. El carbón activo tiene una superficie interna tan grande que quince gramos (media onza), podrían cubrir 18,000 m².1 El oro puede ser separado del carbono mediante el uso de una solución fuerte de alcohol, soda cáustica y cianuro. A esto se le conoce como la lución o desorción. El oro se adhiere a lana de acero por medio de electro-obtención. Unas resinas de oro específicas también pueden ser utilizadas en lugar de carbón activo, o donde se requiera la separación selectiva de oro, de cobre o de otros metales disueltos. La técnica con cianuro es muy simple y sencilla de aplicar, también es un método muy popular para el procesamiento de oro y plata de bajo grado. Como en la mayoría de los procesos químicos industriales, existen riesgos ambientales que se presentan con este método de extracción, además de la alta toxicidad del cianuro en sí.

3.-Como podría obtenerse aleaciones de Magnesio, Zinc y Tierras Raras según las normas ASTM? ALEACIONES DE MAGNESIO Las fundiciones de las aleaciones de magnesio son dimensionalmente estables hasta aproximadamente los 95°C. Algunas fundiciones de aleación magnesio-aluminio-zinc pueden experimentar envejecimiento permanente si se usan por encima de esta temperatura por largos períodos. Las coladas de molde permanente (permanent mold-casting) son tan resistentes como las de molde de arena (sand-casting), y pueden proporcionar tolerancias dimensionales más ajustadas, con mejor terminación superficial. Las aplicaciones típicas de la colada por gravedad son componentes de motores de aviación y llantas de vehículos de competición. El magnesio es fácil de trabajar en caliente, por lo que usualmente requiere menos etapas de forjado que otros metales. Curvado, calado y terminado son usualmente las únicas operaciones que se necesitan. Una típica aplicación del forjado de magnesio son los anillos de acoplamiento en fuselajes de misiles. Las aleaciones de magnesio son designadas por un sistema establecido por la A.S.T.M. Las letras que designan los constituyentes aleantes más comunes son: A: Aluminio E: Tierras raras H: Torio K: Circonio L: Litio M: Manganeso Q: Plata S: Silicio Z: Zinc Por ejemplo, la aleación de magnesio AZ31B contiene 3% de aluminio (código de letra A) y 1% de zinc (código de letra Z). ALEACIONES DE ZINC Protección contra la corrosión en acero mediante el cinc.   

Zincado en caliente por inmersión (Galvanizado). Metalizado de cinc (deposición por aspersión). Cincado electrolítico (galvanoplastia).

Aleaciones de cinc para fundición a presión. Aluminio: Si el porcentaje del aluminio es superior al 4.5%, la aleación se aproxima a su eutéctico (5% de aluminio) reduciéndose su resistencia al impacto. En esas condiciones la aleación es frágil, pudiendo agrietarse durante las operaciones de endurecimiento o conformación. Por otro lado, para porcentajes inferiores al 3.5 %, la aleación pierde resistencia y dureza, descendiendo también su fundabilidad, lo que hace difícil la obtención de piezas complicadas y delgadas. También hay alecciones de zinc con cobre, y con tierras raras.

ALEACIONES DE TIERRAS RARAS Didimio es una denominación de un otro elemento de las tierras raras consistente en una mezcla de neodimio y praseodimio, principalmente, y algo de lantano. A su asociación con este elemento se debe su nombre, del griego δίδυμος, que significa gemelo. Se usa en coloración de vidrio para filtros ópticos. Metal de Misch El Mischmetall es una aleación de elementos de tierras raras en diferentes proporciones de forma natural. Una composición típica incluye aproximadamente 50% de cerio y 45% de lantano, con pequeñas cantidades de neodimio y praseodimio. Su uso más común es en el dispositivo de ignición de piedra utilizado en numerosos encendedores y antorchas, aunque una aleación solo de tierras raras sería demasiado suave para producir chispas. Para este propósito, es mezclado con óxido de hierro y óxido de magnesio para formar un material más duro conocido como ferrocerio. Terfenol-D es una aleación de fórmula TbxDy1-xFe2, donde x es aproximadamente 0.3. Es un material magnetostrictivo. Fue desarrollado en la década de 1970 por la Naval Ordnance Laboratory (N.O.L), de los Estados Unidos. Sin embargo, la tecnología para producir eficientemente este material no fue desarrollada sino hasta la década de 1980 por los laboratorios Ames, en un programa de investigación fundado por la armada estadounidense. 4.-Describa los tipos de Hornos industriales que existen y el control de procesos que tienen en la obtención de metales y sus aleaciones. TIPOS DE HORNOS En este apartado nombrare esencialmente los hornos de fusión de metales aunque existen otros tipos de hornos utilizados en la industria.

1. CUBILOTES Los cubilotes son hornos cilíndricos verticales compuestos de una envoltura de chapa de acero dulce de 5 a 10mm. de espesor, con un revestimiento interior de mampostería refractaria de unos 250mm. de espesor. El horno descansa sobre cuatro columnas metálicas denominadas pies de sostén del cubilote. Los cubilotes más modernos llevan instalación de precalentamiento del aire soplado hasta una temperatura de 400ºC utilizando el calor sensible y el de combustión completa de los gases extraídos del mismo cubilote, que se queman en un recuperador, por el que pasa previamente el aire soplado antes de ser introducido en el horno. El recalentamiento del aire soplado tiene las siguientes ventajas: 1º. Permite alcanzar temperaturas hasta de 1500ºC, lo que facilita la obtención de fundiciones blancas y especiales y las adiciones en el canal y en la cuchara de coladas. 2º. Se ahorra combustible. 3º. Permite emplear cok de calidad inferior. 2. HORNOS DE REVERBERO Los hornos de reverbero se utilizan para la fundición de piezas de grandes dimensiones, tanto de metales férreos como de metales no férreos, como cobre latón, bronce y aluminio. Los hornos de reverbero son de poca altura y gran longitud. En uno de los extremos se encuentra el hogar donde se quema el combustible, y en el extremo opuesto la chimenea. Las llamas y productos de la combustión atraviesan el horno y son dirigidos, por la bóveda de forma adecuada hacia la solera del horno, donde está situada la carga del metal que se desea fundir. Esta carga se calienta, no solo por su contacto con las llamas y gases calientes sino también por el calor de radiación de la bóveda del horno de reverbero.

Aproximadamente, la superficie de la solera es unas tres veces mayor que la de la parrilla y sus dimensiones oscilan entre un ancho de 150 a 300cm. y una longitud de 450 a 1500cm. La capacidad de los hornos de reverbero es muy variable y oscila entre los 45 kg. a los 1000 kg. que tienen los empleados para la fusión de metales no férreos, hasta las 80 Tm. Que tienen los mayores empleados para la fusión de la fundición de hierro. 3. HORNOS ROTATIVOS Los hornos rotativos están formados por una envoltura cilíndrica de acero, de eje sensiblemente horizontal, que termina con dos troncos de cono, uno en cada extremo. Los hornos rotativos se han considerado como hornos de reverbero perfeccionados, ya que además de calentarse la carga por el contacto de las llamas y gases y por la radiación de a bóveda caliente, se calienta también por el contacto directo con la parte superior del horno, que al girar queda bajo la carga. Con esto se consigue un notable acortamiento del tiempo de fusión, pues se logra evitar el efecto aislante de la capa de escorias, que flota sobre el baño, que en los hornos de reverbero ordinarios dificulta el calentamiento de la masa del metal. Los hornos rotativos se emplean para fundir toda clase de metales y aleaciones, como cobre, bronce, latón, aluminio, fundiciones, maleables, aceros, etc. 4. HORNOS DE CRISOLES Los crisoles so recipientes de arcilla mezclada con grafito y otras substancias, provistos de tapa para cierre hermético, que una vez cargados y cerrados se caldean en los denominados hornos de crisoles, utilizando como combustible carbón o, mas modernamente, gasoil. La fusión en crisoles es uno de los procedimientos más antiguos y sencillos para elaborar metales, y todavía se emplea, y probablemente se empleara siempre por la economía de su instalación sobre todo para fundir pequeñas cantidades. Los hornos de crisoles clásicos eran de tipo de foso, y se colocaban en ellos los crisoles rodeados de carbón, a una distancia mínima de 10cm. de las paredes del horno. Pero los hornos de crisoles más modernos se construyen para el caldeo de un solo crisol, cuya parte superior sobresale del horno. Si los hornos son fijos se extrae el caldo con cuchara, pero también se construyen hornos de crisol basculantes. En los que la colada resulta más cómoda. En estos tipos de hornos se calienta primero el crisol vacío, hasta que llega al rojo cereza y después se carga. La ventaja de los hornos de crisoles modernos, tanto fijos como basculantes, es que la carga queda totalmente aislada, y por tanto, no se altera su composición por efecto de los gases producidos en la combustión. La duración de los crisoles no llega en general, a las veinticinco fusiones. 5. HORNOS ELÉCTRICOS Los hornos eléctricos tienen grandes ventajas para la fusión de los metales, siendo las más destacadas las siguientes:       

Pueden obtenerse temperaturas muy elevadas hasta de 3500ºC en algunos tipos de hornos eléctricos. Puede controlarse la velocidad de elevación de temperatura, y mantener esta entre límites muy precisos, con regulaciones completamente automáticas. La carga queda por completo libre de contaminación del gas combustible. Puede controlarse perfectamente la atmósfera en contacto con la masa fundida, haciéndola oxidante o reductora a voluntad, e incluso en algún tipo de horno puede operarse en vacío. Tienen mayor duración los revestimientos que en los demás tipos de hornos. Se instalan en espacio reducido. Su operación se realiza con mayor higiene que la de los hornos otros tipos.

Los tipos fundamentales de hornos eléctricos son los que a continuación se indican. 5.1 Hornos eléctricos de arco Los hornos eléctricos de arco están formados por una cuba de chapa de acero revestida de material refractario, provista de electrodos de grafito o de carbón amorfo. Los electrodos de carbón amorfo se forman en el mismo horno, llenando las camisas que llevan los portaelectrodos de una mezcla formada por antracita, cok metalúrgico, cok de petróleo y grafito amasados con alquitrán. 5.2 Hornos eléctricos de inducción En los hornos eléctricos de inducción, el calor se genera por corrientes inducidas por una corriente alterna. CUALIDADES DE LOS HORNOS ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN.- Los hornos eléctricos de inducción se emplean cada día más para la fusión de metales, pues tienen las siguientes cualidades:     

Su rendimiento es muy elevado, por generarse calor únicamente en la masa metálica a fundir. Las corrientes electromagnéticas que circulan por el metal producen movimientos en la masa fundida, que uniformizan su composición. La temperatura puede regularse con gran precisión. Con estos hornos es posible fundir en vacío. Las perdidas por volatilización y oxidación son muy reducidas.

5.3 Hornos eléctricos de resistencia En los hornos eléctricos de resistencia, el calor está producido por el efecto Joule al circular una corriente eléctrica por una resistencia. Se fabrican dos clases de hornos de este tipo para fusión de metales, que son los siguientes:  

Hornos eléctricos de crisol. Estos hornos sólo se emplean para fundir aleaciones de bajo punto de fusión, como las de soldadura, tipos de imprenta, aleaciones antifricción para cojinetes y aleaciones de aluminio. Hornos eléctricos de reverbero. Estos hornos se utilizan exclusivamente para aleaciones cuya temperatura de fusión sea inferior a 1000ºC. Los hornos eléctricos de resistencia de grafito, están formados por una envuelta cilindrica, por cuyo eje horizontal, pasa una barra de grafito, que se calienta al circular por ella la corriente eléctrica. Estos hornos son oscilantes, lo que permite bañar con el metal liquido todo el revestimiento refractario y aprovechar así, directamente, el calor acumulado por este. Los hornos de resistencia de grafito se emplean para la fusión de fundiciones especiales y aleaciones de cobre a temperaturas que pueden llegar hasta los 1350ºC.

5.-Explicar las especificaciones técnicas de los hornos empleados en la Industria Cerámica. Vamos a considerar diversos tipos de hornos empleados actualmente. 1. Hornos de funcionamiento periódico (Intermitentes). Se entiende por hornos intermitentes aquellos que necesitan una interrupción entre los ciclos de cocción. El esquema del proceso es: -

Entrada de los productos. Precalentamiento. Cocción de los productos. Enfriamiento de los productos. Salida de los productos.

Los tiempos que ocupan estas operaciones no son idénticos y difieren considerablemente según el producto a cocer y la naturaleza del proceso. La cocción se realiza según una curva de temperatura que

debe estar adaptada al producto, es decir, que las variaciones de temperatura con el tiempo puedan ser soportadas por las piezas sin que aparezcan daños. Debido al sistema de funcionamiento de este tipo de hornos, en los que muros y bóveda están sometidos al mismo ciclo de temperatura del material, interesa que éstos sean capaces de absorber y desprender calor, como mínimo con la misma facilidad que éste. Interesa también, para reducir el gasto de calentamiento, reducir el peso de los mismos y que el calor especifico del revestimiento refractario sea bajo, con el fin de conseguir un mayor rendimiento térmico por este concepto. Con el empleo de los materiales aislantes (Baja densidad) en la construcción del horno se consigue: -

Disminución de los espesores del revestimiento. Disminución de la masa del conjunto. Disminución de la capacidad calorífica. -Mayor resistencia a las variaciones de temperatura. Facilidad de montaje, sobre todo en materiales fibrosos.

Para aprovechar las ventajas de estos productos se deben tener en cuenta ciertas precauciones de uso, como son: 1. Debido a su baja resistencia a la abrasión, al esfuerzo mecánico y a su textura porosa, se debe evitar su utilización en instalaciones donde existan estos riesgos. 2. Debido a su estructura porosa, estos materiales son más vulnerables a cualquier agresión química, gaseosa o líquida. Si comparamos distintos aislamientos se observa que la forma de aislamiento qué permite una mayor reducción de peso por m2 (aproximadamente 2/3) y reduce la capacidad calorífica en la misma proporción, así como el espesor del mismo, es la que utiliza fibras cerámicas en la cara caliente.

El empleo de este tipo de aislantes también permite, debido a las consideraciones anteriormente expuestas, reducir los ciclos de cocción en dichos hornos. En la figura se representa un horno intermitente para la cocción y recocción de sanitarios. Puede realizarse con una o dos puertas de entrada y salida, con abertura mediante batiente o con abertura mediante elevación hidráulica. La carga de las vagonetas puede realizarse en altura en una o más capas, gracias al particular sistema de distribución de la energía térmica que prevé una serie de quemadores colocados en sentido vertical.

2 Hornos continuos. Horno Hoffmann. Los hornos continuos aparecieron como una solución más rentable a la fabricación de productos cerámicos. El funcionamiento continuo de los hornos se caracteriza por el desarrollo ininterrumpido de la cocción y la posibilidad de efectuar las diferentes etapas sin variar el ritmo de la producción. El horno Hoffmann fue el primer horno de funcionamiento continuo y se caracteriza por una colocación fija de los productos cerámicos y una cocción móvil. El horno Hoffmann constituyó un progreso considerable en la cocción de tejas y ladrillos. En un principio fue un horno circular, aunque por diversas razones se abandonó esta forma, adoptando hoy en día la forma ovalada. Dicho horno, que todavía se utiliza, presenta dos galerías paralelas unidas en sus extremos por cámaras de paso redondas o rectangulares (Figuras ) Tiene un gran rendimiento térmico evacuando los gases quemados y los productos cocidos a muy baja temperatura. Se llenan de ladrillos todas las cámaras menos dos que sirven de carga y descarga. El combustible se suministra por la cubierta.

En las primeras cámaras los ladrillos ya están cocidos y el aire que entre los enfría calentándose él, sirviendo luego de comburente en la zona de cocción y precalentando los ladrillos recién cargados hasta salir por una válvula próxima a un tabique de papel que se coloca delante de las cámaras de carga y descarga. El tabique se va cambiando de sitio, abriéndose la válvula inmediatamente anterior y usando de carga y descarga las cámaras siguientes de forma rotativa.

3. Horno túnel: Son de hogar fijo moviéndose las piezas a cocer. El horno túnel de llama libre es el más clásico y simple de los hornos túnel. Está constituido por una galería recta con una sección relativamente pequeña y una longitud que puede alcanzar los 130 metros. La galería está provista de puertas a ambos lados (Figuras) El producto cerámico que se va a cocer se coloca en vagonetas que recorren lentamente la galería desde un extremo al otro. Las vagonetas cargadas llenan casi por completo el interior del horno y circulan sobre raíles. A intervalos regulares se introduce una vagoneta de producto crudo y se extrae otra de producto coci-do. El movimiento de las vagonetas en el interior del horno es continuo y uniforme. Las vagonetas están constituidas por una parte metálica inferior, con ruedas, que sostiene una capa de material aislante y refractario; la parte superior del refractario, que sostiene el material que se cuece, tiene espacios a través de los cuales pasan las llamas y productos de combustión. Las vagonetas forman un diafragma horizontal que aísla del calor todo lo que está situado por debajo y en particular las partes metálicas de la vagoneta. Con objeto de que el aislamiento sea más perfecto, los bordes de la vagoneta están prolongados y tienen una forma curva, de modo que estos lados curvos están colocados en dos canales laterales rellenos de arena.Las vagonetas circulan por la acción de un mecanismo de empuje, generalmente hidráulico, que permite el empuje de ambos sentidos. A ambos lados de la zona de cocción, situada en la par te central del túnel, se encuentran los mecheros, que pueden ser de fuel o de gas. La extracción de aire se realiza en la primera parte de la zona de precalentamiento, de tal modo que se crea una corriente de los productos de combustión en sentido opuesto al de circulación de las vagonetas. El calentamiento del material es, de este modo, gradual hasta la temperatura máxima. Una vez atravesada la zona de cocción, se produce un enfriamiento gradual mediante una corriente de aire que circula en contracorriente y que se introduce en el horno por medio de ventiladores. El aire de los ventiladores se calienta al circular entre el material cocido y alcanza la zona de cocción, recuperando así el calor; en la zona de cocción el aire se mezcla con los productos de combustión y, en parte, sirve de aire de combustión. Además, las paredes, en la zona de enfriamiento, presentan unos intersti-cios por los que circula el aire frío.mParte del aire caliente se recupera en los secaderos. Para graduar el enfriamiento y tener la posibilidad de modificar la curva de cocción, en la zona descendiente se tiene el aire de enfriamiento directo, que ha pasado desde la entrada por las vagonetas que van a salir del horno y circula en sentido contrario, y una acción de enfriamiento indirecto obtenido haciendo pasar parte de este aire por los canales situados entre dos paredes del horno.

4. Hornos de rodillos En los hornos de rodillos , estos producen un movimiento, de traslación continuo y suave. Pueden estar preparados para cocer con placas refractarias o sin ellas. El horno túnel de cocción sobre rodillos de piezas cerámicas mediante placas refractarias presenta ciclos de ejecución rápidos y consumos reducidos. Así, los ciclos de cocción son de 2 - 3 horas para hornos sin placas y de 45 - 65 minutos con ellas. Los rodillos pueden ser de material refractario, principalmente sillimanita, o de acero inoxidable tipo Iconel . Los inconvenientes son, en el material refractario, la fragilidad y, en el acero inoxidable, la curvatura de los rodillos. Presentan las mismas zonas características que los hornos túnel (Figura 4.5.6.13), son normalmente de llama libre y utilizan combustible gaseoso, gas natural o GLP. Debido a la cocción en llama libre, el consumo energético especifico es sensiblemente más bajo que en los hornos muflados, siendo del orden de las 2926 KJ/Kg de producto cocido para el caso de monococción de pavimento gresificado y del orden de 2090 KJ/Kg de producto cocido en el caso de cocción de producto esmaltado (bicocción). Otro tipo de diferencias entre estos hornos son la utilización de fibra cerámica refractaria o de ladrillo refractario de calor especifico bajo. Por la inercia térmica es más aconsejable la fibra cerámica, pero por el ataque de diversas sustancias a la fibra cerámica y en especial su deterioro con el tiempo, parece más interesante el ladrillo refractario. Sus características estructurales son: -

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Estructura modular prefabricada. Aislamiento mediante especiales refractarios ligeros de estructura microporosa para los elementos en contacto con el fuego y fibras cerámicas para los no expuestos a la llama. Bóveda del horno en refractario aislante colgando de la carpintería del módulo mediante ganchos de acero inoxidable.

III.-BLOQUE ANALITICO 1.-Hacer un estudio de la tendencia de producción, Fundición y Refinación Nacional del Tungsteno en el año 2015.

Tungsteno – Perú En Perú se anunció el hallazgo de reservas probadas de este mineral de 169.427 toneladas métricas y 2.2 millones de toneladas de recursos; el hallazgo correspondió a Málaga Inc., subsidiaria de Dynacor Mines, de Montreal (Canadá), la única que desde 2006 se dedica a la exploración y explotación de tungsteno en el país andino, exactamente en la localidad de Pasto Bueno, en las alturas de la región Ancash, aproximadamente 410 kilómetros al noroeste de Lima. La calidad del concentrado de tungsteno producido en Pasto Bueno es de las mejores del mundo, ya que presenta niveles muy bajos de impurezas y no registra traza de radioactividad, lo que puede ser un problema en el caso de otros concentrados; es preciso indicar que en 2009 la producción de tungsteno fue de 634 toneladas métricas finas (TMF), lo que significó un crecimiento de 232 por ciento, la más alta del sector minero peruano en comparación con 2008, según el Ministerio de Energía y Minas (MEM). En el presente año, el precio de tungsteno APT (para tungstato de amonio) alcanzó un nuevo récord de 237 dólares por tonelada, según Málaga Inc., cuya meta es producir entre 700 y 1.000 toneladas en 2015. Producción

2.-Buscar y describa una patente USA para la producción de Vanadio Metálico y sus aleaciones. Transcripción de Aceros al Vanadio Serie 61XX Aceros al Vanadio El vanadio se utiliza en la producción de aceros de gran tenacidad para herramientas especiales: duras (resisten altas velocidades) y resistentes a la corrosión. El vanadio tiene una gran tendencia muy fuerte a formar carburos, por esta razón, basta con añadir pequeñas cantidades, y pocos aceros, excepto los de herramientas, contienen más de 0.02% de vanadio. a) Aceros rápidos que suelen contener de 0.50 a 1% de vanadio. b) Aceros de herramientas de diversas clases. Para troqueles indeformables, etc., que suelen tener de 0.10 a 0.30% de vanadio. c) Aceros para muelles cromo-vanadio. Los más utilizados son: •La dureza •La resistencia •La elasticidad •Formación de carburos •Resistencia al desgaste •Forjabilidad •Resistencia a la corrosión Se incrementa: El vanadio y sus compuestos son tóxicos y deben manejarse con cuidado. Provocan daños crónicos y, en grandes dosis, paralizan los centros respiratorios. La máxima cantidad de vapor o polvo de V2O5 admitida es de 0,05 mg/m3. El vanadio se utiliza en la producción de aceros de gran tenacidad para herramientas especiales: duras (resisten altas velocidades) y resistentes a la corrosión Para ello, puesto que no es económicamente rentable añadir el metal al hierro, lo que se hace es obtener una aleación con vanadio (86%), hierro (2%) y carbono (12%) denominada ferrovanadio: se reduce óxido de vanadio (V) con aluminio en presencia de hierro. También se utilizan hojas de vanadio como agente de unión para recubrimiento con titanio del acero. El ferrovanadio se añade a hierro fundido y carbono, y se obtiene el acero al vanadio deseado: es un estabilizador de carburos en la fabricación de aceros; estos carburos son muy refractarios. Alrededor del 80% del vanadio obtenido actualmente lo es para obtener ferrovanadio o para añadirlo al acero. 3.-Investigar en Internet sobre los software y simuladores empleados en Pirometalurgia. MODELACION METSIM METSIM es un software de simulación de procesos químicos metalúrgicos diseñado para asistir al ingeniero en la realización de los balances de masa y energía de procesos complejos.

El software METSIM, está estructurado en base a una serie de objetos o módulos que representan a una determinada operación unitaria. Estos están agrupados en áreas las cuales permiten crear las cuales permiten crear secciones nuevas desde el área genérica y diversas operaciones unitarias en áreas como: minería, manejo de materiales, connminucion, hidrometalurgia, pirometalurgia y manejo de gases entre otras. DYNSIM DYNSIM es un programa de simulación de procesos completo y dinámico que permite a los usuarios cumplir y superar los retos dinámicos de diseñar y operar una planta procesadora moderna de forma segura y rentable. Acelera el flujo de trabajo de ingeniería integral: diseño, análisis operacional, simulación dinámica, formación del operador, mejoras en el rendimiento de la planta para reducir costos de inversión de capital, mejoras en la producción de procesos y mejora en el apoyo para la toma de decisiones de gestión a la vez que aprovecha las inversiones actuales en tecnología. Los estudios de simulación dinámica que generalmente se realizan con DYNSIM incluyen:  Reducción en la carga de alivio en la columna de destilación.  Estudios de sobrecarga (Surge) y arranque de compresor.  Análisis de despresurización.  Sistemas de control de vapor de refinerías  Análisis del sistema de combustión.  Simuladores de apoyo en toma de decisiones dinámicas.  Los modelos de planta comúnmente simulados en DYNSIM para simuladores rigurosos de formación del operador de alta fidelidad incluyen:  Todas las unidades de refinería Plantas de etileno y procesos petroquímicos MAGMASOFT Magma es un software 3D de análisis e ingeniería CAE para simulación y optimización de procesos de fundición, muy útil para industria de manufactura y metal mecánica.

MagmaSoft evalua el proceso de fundición con análisis computacional en diferentes materiales como acero y alumino, con una tecnología para entender mejor el llenado, solidificación, propiedades mecánicas, esfuerzos termicos, durante el proceso de fundicion. Magma tiene una interface sencilla y opera bajo un modelador de sólidos, puede importar datos CAD para facilitar el proceso de análisis. MagmaSoft ayuda a evitar problemas de colada, predecir problemas de vaciado, problemas de diseño de moldes lo que ayuda a bajar costos de proceso. MagmaSoft se compone de módulos en diferentes áreas para atender la solución completa. Magma aplica diferentes módulos de software para procesos de fundición para ayudar al diseñador en su trabajo MAGMAhpdc un módulo de software para fundición de alta presión MAGMAlpdc programa adicional para procesos de fundición de baja presión MAGMAlostfoam Modulo de software para patrones de espuma para acero y aluminio MAGMAwheel Modulo para solución de procesos de fundición de rines MAGMAdisa Software de Magmasoft para el proceso de moldeo Disamatic MAGMArotacaster Modulo de software para el análisis de llenado y solidificación de fundición por rotación PROCAST ProCast es una suite para simulación de procesos de fundición3D basado en análisis por el método de elementos finitos. ProCAST es un programa de cómputo para simular procesos de fundición y analizar su comportamiento de solidificación de flujo térmico y comportamiento metalúrgico, puede ser usado en fundición por presión, gravedad, con corazones de arena, colada continua, cera perdida, etc. ProCast incluye lector de geometría CAD, manipulación, librería de materiales, malleo con el algoritmo tetraedro. Además un solver térmico para predecir flujo el molde con lo que se puede estimar soplado de corazones, gases, turbulencia y erosión en arena, oxidación, etc, Así como un solver para concentración de esfuerzos para estimar comportamientos mecánicos, fatiga, etc.

4.-Hacer un análisis y síntesis del artículo siguiente en términos de tecnología piro Metalúrgica. http://latinometalurgia.org/admin/expositores/trabajos/DANIEL%20LOVER A%20DAVILA.pdf La pirometalugia no ferrosa es uno de los procesos más antiguos. Se describen brevemente los procesos piro e hidrometalurgicos para la extracción de elementos metálicos, a partir de una variedad de concentrados. Se destacan los procesos Kivset y Ausmelt como los más modernos, así como el INTEC, está encontrando una amplia aceptación para la construcción de nuevas refinerías en el mundo.

Flujograma del proceso Ausmelt

Sistema combinado MP

5.- Hacer un análisis y síntesis del artículo siguiente en términos de tecnología piro Metalúrgica. http://latinometalurgia.org/admin/expositores/trabajos/GINNA%20ALEJAN DRA%20JIMENEZ%20TOVAR.pdf Los materiales metálicos (metales y aleaciones metálicas) son sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o más elementos metálicos, pudiendo contener también algunos elementos no metálicos. Los materiales metálicos tienen una estructura cristalina en la que los átomos están dispuestos de manera ordenada. Tienen un gran número de electrones deslocalizados, que no pertenecen a ningún átomo en concreto, constituyendo el enlace metálico. La mayoría de las propiedades de los materiales metálicos se atribuyen a estos electrones, como por ejemplo, la buena conductividad eléctrica y térmica. Ejemplos de materiales metálicos son el acero, la fundición de hierro, el aluminio, el cobre, el cinc, el titanio, el níquel, etc. Aunque algunos metales son importantes como elementos puros (por ejemplo, el oro y la plata) la mayoría de sus aplicaciones en ingeniería requieren la combinación de éstos a través de una aleación, porque se pueden mejorar propiedades como la resistencia, la dureza y algunas otras que llegan a ser superiores al compararlas con las de los metales puros. Una aleación metálica es un material metálico compuesto de dos o más elementos, de los cuales por lo menos uno es metálico. Los materiales metálicos se clasifican en dos grandes grupos: 1) metales y aleaciones ferrosas, que contienen un alto porcentaje de hierro, como por ejemplo, el acero y el hierro fundido y 2) metales y aleaciones no ferrosas, que no contienen hierro o, si lo contienen, es solo en un porcentaje relativamente pequeño, como por ejemplo, el cobre y el aluminio. Los metales se encuentran en la naturaleza combinados en forma de óxidos, carbonatos, sulfuros, silicatos y haluros, excepto los metales nobles. Estos compuestos no se encuentran con frecuencia puros, sino mezclados con otras materias formando los minerales. La extracción de los metales a partir de los minerales puede realizarse de dos formas: 1) proceso por vía seca o pirometalurgia y 2) proceso por vía húmeda o hidrometalurgia.