Balance de Cargas

Facultad de Química, UNAM

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

CALCULO DE CARGAS BALANCE DE CARGA. El balance de carga es un simple balance de materia, en el que se deben considerar los diferentes factores propios de la fusión de metales y aleaciones . El balance de materia establece lo siguiente: Entrada + Acumulaciones + pérdidas = Salidas Entradas:

Acumulaciones + perdidas

Salidas

Materia prima:

Dentro del Horno, es decir durante el proceso de fusión suceden:

Como producto de la fusión se tiene:

Chatarras Retornos Lingotes de Metales puros Arrabios Ferroaleaciones Aleaciones liga o aleaciones madre

Pérdidas de metales por oxidación, volatilización, adherencia de los metales líquidos a las escorias, y atrapamiento de gases, ganancia o absorción de elementos de aleación en algunos hornos de fusión

a) Metal o aleación con la composición química requerida. b) Escoria

Consideraciones: 1.- Clasificación de materias primas. Materia prima primaria Chatarras Retornos Lingotes de metales vírgenes Arrabios.

Materias primas secundarias Ferroaleaciones Aleaciones liga o madre

Materias primas auxiliares Fundentes en cualquier estado, (líquido, sólido o gaseoso.

2. La composición química final o deseada se establece a partir de las normas establecidas del producto a fabricar o de las propias del cliente. En tal caso se fijan rangos de composición de cada elemento o bien cantidades máximas permitidas. Para hacer un balance de carga, como primer punto, se debe determinar el promedio entre los valores máximo y mínimo. 3. Las materias primas seleccionadas (chatarras) para efectuar un balance de carga deben contener a lo máximo los mismos elementos de la aleación a fabricar. En ningún caso deben contener un elemento de aleación extra a la composición química final requerida. Si es permitido seleccionar una chatarra que contenga menos elementos de aleación de los requeridos. Lo faltante se ajustará con las materias primas secundarias. 4. En caso de aleaciones ferrosas, se calculan todos los elementos químicos que componen a la aleación, excepto el hierro. Para aleaciones no ferrosas se calculan todos los elementos. 5. El rendimiento de los elementos de aleación, es decir las pérdidas o probables ganancias de elementos de aleación durante la fusión depende de: • Tipo de horno • Tipo de materia prima y cantidad de ésta, (desde rebabas hasta piezas completas) • Temperatura de trabajo • Tiempo de fusión o velocidad de fusión • Tiempo y temperaturas de holding (mantenimiento) • Suciedades e impurezas anexas a la materia prima. Rendimientos o eficiencias. I.Q.M. Eusebio C. Atlatenco Tlapanco

2009-2

Facultad de Química, UNAM

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Para determinar los rendimientos de los elementos de aleación se deben seguir las siguientes recomendaciones • Los rendimientos serán exclusivos para el horno en el cual se determinen • En cuanto se determinen los rendimientos se deben utilizar los mismos tipos y cantidades de materias primas. • Nunca se debe rebasar el rango de temperaturas de trabajo. • Una vez establecida una velocidad de fusión, se debe de tratar de mantener constante. • La secuencia de carga se debe mantener constante Para determinar los rendimientos se debe hacer el análisis químico de las materias primas a cargar y hacer el cálculo de los elementos introducidos. Una vez fundida y colada la aleación, tomando en cuenta los factores antes mencionados, se debe realizar el análisis químico del producto final. Generalmente los análisis químicos, con respecto a los elementos de aleación son menores en valor en el producto final, que los de la materia prima cargada. La diferencia de los dos valores nos da la indicación del rendimiento. A = % del elemento X en la carga B = % del elemento X en el producto final

R=

B X 100 = % de rendimiento para cada elemento A

6. El porcentaje y tipo de materia prima a utilizar depende de la disponibilidad de ésta en el mercado (chatarras) y de las condiciones de la planta (para el caso de retornos) Metodología: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Establecer el tipo de horno Determinar la composición química final, requerida o deseada. (Bajo normas universales o particulares) Establecer una base de cálculo sencilla Establecer el rango de temperatura de trabajo. Determinar los factores de operación. (rendimientos o eficiencias de los elementos de aleación) Determinar si se efectuará tratamientos del metal líquido que alteren la composición química final de la aleación. 7. Establecer el porcentaje y tipo de materia prima primaria a utilizar. 8. Establecer la composición química de las materias primas primarias, secundarias y auxiliares a utilizar. (Si es posible) 9. Tabular resultados Secuencia de Cálculo: • Calcular la cantidad de elementos requeridos en función de una base de cálculo y de los factores de operación y quizá de los tratamientos del metal líquido que alteren la composición química, por ejemplo la inoculación que modifica la cantidad de silicio en la carga de los hierros colados). • Calcular la cantidad de elementos aportados por la materia prima primaria prefijada en función del porcentaje y tipo de materia prima primaria a utilizar. • Efectuar el balance en función de un “elemento crítico”. • El elemento crítico se ajustara automáticamente. Este elemento será el más caro o el de mayor abundancia en la materia prima primaria. • Realizar el balance para los demás elementos. • Tabular resultados

CALCULO DE CARGAS TABULACION DE RESULTADOS

I.Q.M. Eusebio C. Atlatenco Tlapanco

2009-2

Facultad de Química, UNAM

Materias primas

Kg

%

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Elemento Elemento Elemento Elemento Elemento Elemento de aleación de aleación de aleación de aleación de aleación de aleación a, Kg b, Kg c, Kg d, Kg e, Kg f, Kg

X

O

X

O

X

O

X

O

X

O

X

O

O- Cantidad calculada inicialmente del elemento X. Suma de las cantidades del elemento de aleación aportadas por las materias primas. La cantidad X debe ser igual o aproximadamente igual a la cantidad O. Esta tabulación, efectuada por el ingeniero de proceso, sirve para que el operario (hornero) sepa la cantidad de materia prima a cargar dentro de su unidad de fusión (horno). Debe contener como primer parte los datos necesarios para identificar planta, área de la planta, tipo de horno, tipo de aleación, tipo de pieza, responsable del proceso, etc. Después indicará el tratamiento del metal líquido, tipo de fundente, cantidad y momento en que se haga dicho tratamiento.

I.Q.M. Eusebio C. Atlatenco Tlapanco

2009-2