Los cubilotes son hornos de forma

cilndrica vertical que tienen una

envoltura formada por una chapa de

acero recubierta por el interior con una

capa de material refractario.

Muchos de estos hornos van refrigerados

por agua y es necesaria para evitar el

desgaste del material refractario.

ESTRUCTURA DE UN CUBILOTE

El cubilote est constituido por las siguientes partes:

Envoltura cilndrica de chapa de acero soldada.

2. Revestimiento interno de material refractario (entre este y

la envoltura se deja una capa intermedia de unos 2 cm,

rellena de arena seca, para permitir las dilataciones

radiales y axiales de refractario).

3. Chimenea y su correspondiente cobertura.

4. Boca de carga: pequea y provista de una plancha

inclinada para la introduccin de las cargas cuando se

realizan a mano, ms amplia si se hace mecnicamente.

5. Cmara de aire anular, de plancha delgada, que circunda

del todo o en parte la envoltura y dentro de la cual, pasa

aire o viento (enviado por una mquina soplante) para la

combustin del coque.

6. Piquera de escoria. Abertura dispuesta a unos 15 o 20 cm

aproximadamente por debajo del plano de toberas,

inclinada de 30 a 40, respecto a la horizontal, para

facilitar la salida de la escoria.

7. Puerta lateral de encendido y limpieza. Antes de cerrarla,

al comienzo de la fusin, hay que rehacer el murete que

completa el revestimiento.

8. Canal de colada, de plancha de hierro, revestido de masa

refractaria. Mantiene la misma inclinacin de la solera

(10), para hacer caer el hierro fundido en el caldero de

colada.

9. Solera a fondo de cubilote. Consiste en arena de moldeo

apisonada e inclinada 10 hacia la piquera de sangra del

horno.

10. Plancha base de envoltura cilndrica; de hierro

colado o chapa fuerte. En su centro hay una abertura

del dimetro de la solera, que puede cerrarse con un

portillo de descarga de uno o dos batientes que se

abren hacia abajo por medio de un cerrojo, de una

palanca o quitando el puntal.

11. A travs de ella se descarga el contenido de coque

de la cama, al final de la operacin del horno.

12. Columnas de apoyo: casi siempre son cuatro, de

hierro fundido y son sostenidas a su vez por unos

cimientos de ladrillos de hormign.

13.. Crisol: es la parte inferior del cubilote comprendido

entre la solera y el plano de las toberas.

14. Se estima que el metal ocupa en l, el 46 % del

volumen. El 54% restante est ocupado por coque

incandescente.

Los problemas que presenta el horno de cubilote

que usa carbn son:

1. Baja capacidad productiva, que impide el

crecimiento y tambin desarrollar nuevos

mercados.

2. Utiliza un combustible contaminante.

3. Con los aos el horno ha perdido su eficiencia

debido al deterioro de los materiales.

4. Cambios en la calidad de los productos

requerida por el mercado.

5. No permite la obtencin de fundiciones de mejor

calidad, como la que exige el mercado.

En el Per, hay muchas Fundiciones que se dedican a la

produccin y comercializacin de partes y piezas

mediante fundicin y mecanizado, para distintas reas

del sector industrial, agrcola, minero y construccin

entre otras, con una variada gama de productos.

Utilizan en su proceso un horno cubilote tradicional a

carbn (coque) para la confeccin de sus piezas, con

una capacidad Productiva variada, ejemplo 2.000 kg./hr.

Pero estn proyectando la construccin de un nuevo

horno cubilote alimentado por gas natural, con una

capacidad de produccin mnima cercana a los 3.000

kg./hr.

La aportacin de aire caliente se hace

utilizando parte de los gases de la

combustin para, una vez que pasan por los

ventiladores, ser insuflados nuevamente a

una temperatura en torno a los 400 C o

ms. Esto conlleva una serie de ventajas

que son: facilitar la combustin; ahorro de

combustible (que puede ser de calidad

inferior); pueden conseguirse temperaturas

ms altas.

PROYECTO

La sustitucin del viejo horno a carbn por uno nuevo

alimentado por gas natural permitir:

1. Reducir las prdidas energticas producto de una

mayor eficiencia.

2. Aumentar la productividad y la elaboracin de nuevas

piezas.

3. Disminuir las emisiones de partculas, CO2, CO y SO2

debido al uso de un combustible ms limpio.

4. Aumentar y ampliar la calidad del producto por mayor

control y homogeneidad en las condiciones de fusin.

En nuestro pas se emplea todava el horno de

cubilote con carbn.

Se ha adaptado para la fundicin de hierro fundido

gris, fundicin blanca.

Se proyecta para fundicin base para el hierro

fundido nodular.

Horno fijo, mxima capacidad 10,0 tn / h

Produccin continua o intermitente.

Proceso cido o bsico.

FUNCIONAMIENTO DEL CUBILOTE

Pasos de operacin

1.Preparacin del refractario, parrillas.

2.Encendido de la cama de carbn o coque,

del gas.

3.Carga mezcla apropiada. 4.Fusin del metal.

5.Control.

ENCENDIDO DEL CUBILOTE

Para encender el cubilote se utiliza coque

metalrgico o carbn.

El proceso de encendido es el siguiente:

Se cierran las compuertas de limpieza y se abren las dems.

Se coloca la lea en el fondo y, cuando el fuego es slido, se echa el carbn o

coque.(cama de carbn)

Cuando el color del fuego es rojo cereza, se echa ms carbn o coque.

Una vez encendido el carbn o coque, se cierran las piqueras.

CARGA DEL CUBILOTE

La carga del cubilote no es homognea, sino que

puede tener diversos componentes (chatarra de

hierro fundido, acero, arrabio,)

La cantidad de carbn o coque depende de la carga

metlica, puesto que cada metal necesita ms o

menos carbn o coque.

La carga metlica debe ser de tamao pequeo,

menor, del dimetro del cubilote. Hay que tener en

cuenta que la cantidad de caliza tambin depende de

la cantidad de carga metlica.

MARCHA DEL CUBILOTE

A medida que se realicen las sangras se tendr que ir

recargando el horno.

Estas quedan espaciadas y sern ms o menos grandes en

funcin de las necesidades.

Una vez que no se necesita el horno, no se apaga, sino que se

deja encendido.

En el caso en que no se prevean ms necesidades prximas,

se procede a apagarlo.

Cuando se apaga el horno hay que realizar ciertas

operaciones:

Eliminar los residuos.

Regar con agua.

Separar el carbn o coque que no se haya quemado.

ZONAS DEL CUBILOTE

De arriba abajo:

Zona de Precalentamiento: temperatura baja (< 500 C), la

carga se va deshidratando e incrementa su temperatura pero

no ocurren transformaciones mayores.

Zona de fusin: aqu la temperatura est en torno a los 1200 -

1500 C. El carbn o coque est totalmente incandescente y

el metal empieza a fundir.

Zona de combustin: la temperatura de esta zona se

encuentra por encima de los 1500 C. El coque se quema

totalmente. Es una zona de mxima temperatura.

Zona de crisol: es la parte ms baja, donde se recibe el metal

fundido en la zona superior.

FUNCIONAMIENTO DEL CUBILOTE

Como consecuencia del calor producido por la

combustin del carbn o coque y el oxgeno del

aire se produce dixido de carbono:

C + O2 = CO

2.

El dixido de carbono que sube de la zona de

combustin se encuentra con el carbn o

coque encendido en la zona de fusin y se

reduce segn la reaccin: CO2 + C = 2CO.

A la vez que sucede esta reaccin, se dan

tambin otras como son la oxidacin del silicio

y el manganeso e, incluso, de partes del hierro.

Estos xidos de hierro y manganeso

reaccionan con la slice, produciendo silicatos,

que, a su vez, reaccionan con la cal y, en cierto

modo, van a ser responsables del control

adecuado de la fusin y la desulfuracin del

metal.

REACCIONES DURANTE LA FUSIN

REACCIONES DE OXIDACIN:

C + O2 (gas) = CO

2 (gas)

2C + O2 (gas) = 2CO(gas)

2C + CO2 (GAS) = 2CO

Si + O2(gas) = SiO

2(slido)

2Mn + O2 (gas) = MnO (slido)

Si + x FeO = y FeO.SiO2 + 2Fe

Mn + FeO = MnO.FeO

REACCIONES DE REDUCCIN:

SiO2 (refractario escoria) + 2C = Si + 2CO

MnO (escoria) + C = Mn + CO

Al2O

3 (escoria refractario) + 3C = 2Al + 3 CO

CARBURIZACIN DEL FIERRO (DISOLUCIN)

SEPARACIN DE LA ESCORIA.

DIMENSIONAMIENTO DEL CUBILOTE

1. Se toma como base la produccin horaria de

fundicin lquida a obtener.

2. Se calcula la seccin en el plano de toberas

(crisol).

3. Produccin especfica o intensidad de

produccin (A.F.S) o rea especfica (DIN)

4. Todas las otras dimensiones se expresan en

funcin del dimetro del crisol.

SECCIN EN EL PLANO DE TOBERAS

OSANN: 1000 cm2/ H. Tn fundicin.

USA: 1650 cm2/ H. Tn fundicin.

DIN: 1266 1960 cm2/ H. Tn fundicin.

SE TOMA COMO PRODUCCIN ESPECFICA:

75 kg Fundicin lquida / H. dm2

0,75 kg Fundicin lquida / H. cm2

Que equivale a 1333 cm2 / H. Tn fundicin.

Para cubilotes de 2,0 o ms Tn de fundicin horaria.

PRODUCCIN DE UN

CUBILOTE

P (kg / H) = A (cm2) x 0,75 kg / cm

2. H

d = 1,3 P

Puerta de

carga

HB

ht

hc

DC

he

H

D crisol = 1,3 P (cm)

hc = Dc - 25 (cm)

ht = di = Dc (cm)

HB = 2 di (cm)

H (altura total) = (5 6)di (cm)

Altura efectiva (he) o til- va desde

la altura de toberas hasta la

puerta de carga:

he = 2di + 1524 (mm)

he = (4,6 5,67)di (Hutte) (m)

he = (5 7)di (DIN) (m)

he = (4 6)di (Wagganoff) (m)

CLCULO EN BASE AL VOLUMEN DE LOS

GASES DE COMBUSTIN

. . . (%)

3600 100

gV PCV

V = Volumen en m3 desde el nivel de toberas hasta el

plano de carga.

P = Produccin horaria en kg de fundicin lquida.

Vg = Volumen de gases que salen por segundo en m

3/ kg.

= Tiempo d permanencia de los gases en segundos.

C = % de Carbono que corresponde a dicha produccin

horaria.

PARA ESTE CLCULO SE TOMAN LOS SIGUIENTES

DATOS EXPERIMENTALES:

Vg o volumen especfico, OSANN toma como valor medio

experimental: 7,1 m3.kg de carbn.

El tiempo de permanencia es deducido experimentalmente

por OSANN:

Cubilotes grandes para acera = 6,6 s.

Cubilotes, fundicin piezas pesadas = 4,1 s.

Cubilotes, fundicin piezas medianas = 3,7 s.

Cubilotes, fundicin piezas livianas = 3,3 s.

Cubilotes, fundicin piezas tuberas = 3,1 s

CLCULO EN BASE AL TIEMPO DE DESCENSO DE LAS CARGAS

OSANN establece:

V. g = P.

V = Volumen desde el plano de

toberas hasta el plano de

cargas. (m3)

P = Produccin horaria (kg / h).

= Tiempo de descenso de las

cargas (horas).

g = Peso de 1 m3 de carga

(metal + carbn + caliza)

Plano

de

carga

Plano

de

toberas

V1

v2

Hc

Valores experimentales de g

g = 2500 kg/m3 (cubilotes grandes, acera)

g = 1600 (cubilotes para piezas grandes)

g = 1400 (cubilotes, para piezas medianas)

g = 1300 (cubilotes, para piezas livianas)

g = 1200 (cubilotes, para piezas tubera)

OSANN aconseja como tiempo de descenso de las

cargas = 0,75 h = 45 minutos.

DIMENSIONAMIENTO DEL CRISOL

El volumen del crisol se comparte entre el hierro

fundido y el carbn o coque se asume el 50% cada uno.

La carga metlica es igual a (0.1 a 0,5)P (kg)

Volumen del metal = peso de metal / densidad

metal liq.

Volumen del crisol = 2 x volumen de metal

Altura del crisol = volumen de metal / rea seccin tr.

CARACTERSTICAS DEL PISO DEL CRISOL

Es un plano inclinado para facilitar la salida

del metal lquido

El espesor del piso vara: 8 cm

para cubilotes de 780 mm DI,

23 cm, para cubilotes de 2440

mm Di con una pendiente de 1 a

12 hacia el orificio de sangrado.

8 --- 760

DX --- Di

Altura a = 8 + DX

23 --- 2440

Parte opuesta: (12/1) = (Di/y)

Altura b = a + y

DX X

Y

DIMENSIONAMIENTO DE LAS

TOBERAS

La seccin de las toberas

debe ser suficiente para

permitir el ingreso del aire

hasta el centro del

cubilote sin dificultad.

DISTRIBUCIN Y FORMA DE LAS TOBERAS

PUEDEN SER DE SECCIN CUADRTICA (CUADRADA,

RECTANGULAR, TRAPEZOIDAL) O CIRCULAR.

PUEDEN TENER CMARA DE REFRIGERACIN

DEPENDIENDO DEL TAMAO Y CAPACIDAD DEL

HORNO.

S(Total de toberas)

=Si (cubilote)

/ 4 (Wagganoff)

S(Total de toberas

) = Si (cubilote

) / 5 6 S

Tobera = S

(total de toberas) / N toberas

Luego se calcula el dimetro o lados de la tobera segn

la forma que tenga Inicialmente se trabaja con una seccin circular y por equivalencia para las otras

formas.

CMARA DE AIRE O VIENTO

Seccin rectangular:

Scv

= (2,5 3,0) S Tubo de aire

Scv

= a . b

a = 2.b

Scv

= a2/2

SECCIN DE LA TUBERA DE AIRE

S Tubo de aire

= 2.S Salida del ventilador

a

b