Trabajo de Horno Cubilote Calculo

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HORNO CUBILOTE 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. El fondo de los cubilotes modernos lleva que se abren después de las coladas, para vaciar todas las escorias acumuladas allí. En el frente y a nivel del fondo llevan los cubilotes un agujero denominado piqueta de colada, para la extracción del metal fundido. A este agujero va adosado un canal de chapa con revestimiento refractario, que conduce el metal en estado liquido a las cucharas de colada o al antecrisol. En la parte posterior del horno hay otro agujero para la extracción de las escorias, por lo que se denomina piqueta de escoria o escorial. La piqueta de escorias esta en un plano mas alto que la piqueta de colada. El volumen del metal fundido que puede contener el cubilote es el comprendido entre el plano horizontal que pasa por la piqueta de escorias y el fondo del cubilote, a cuyo nivel, como hemos dicho antes, esta la piqueta de colada. Esta parte del cubilote se denomina crisol y su volumen esta calculado para que pueda contener, como máximo, dos cargas metálicas fundidas. A unos 200mm. por encima del plano de la piqueta de escorias se encuentra el plano de toberas de entrada de aire, espaciadas unas de otras regularmente en la circunferencia del cubilote y en la cantidad aproximada de una por cada 15cm. del diámetro del horno. En general, el numero de toberas oscila entre 4 y 8. Los cubilotes modernos llevan doble hilera de toberas con una caja especial de registro que permite enviar a una u otra hilera el aire. Así cuando se obtura alguna tobera, se envía el aire a las toberas de la otra hilera. Al quedarse sin viento la tobera se funde la escoria que la tapa y queda desobturada automáticamente. Inmediatamente por encima del plano de toberas esta situada una caja de viento que rodea el cubilote y que recibe y distribuye a las toberas el aire necesario para la combustión, que es suministrado por un ventilador (en la figura) a una presión de 300mm. a 1000mm. de columna de agua Ý, por fin, a unos 3,5 a 4,5m. Por encima del plano de toberas se encuentra la plataforma y puerta de carga o tragante, por la que se introducen las cargas alternadas de metal y cok mezclado con el fundente, que generalmente es caliza (CO3Ca).

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Termina el cubilote con una cámara también cilíndrica pero de menos diámetro, denominada cámara de chispas, donde se precipitan las partículas incandescentes que arrastran los gases y que podrían producir incendios en los edificios vecinos. REFRIGERACIÓN POR AGUA.- Los cubilotes modernos, que han de funcionar ininterrumpidamente largos periodos de tiempo, llevan camisas de agua para refrigeración de la zona de fusión; esta refrigeración exige un gasto de combustible algo mayor pero queda compensado con creces con el ahorro de refractario y gastos de reparación. CARGA MECÁNICA.- Los cubilotes pequeños se cargan a mano, pero los grandes están provistos de montacargas verticales o inclinados, con descarga automática de las vagonetas en el tragante. INSUFLACIÓN DE VIENTO CALIENTE.- 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. ANTECRISOL.- La sangría del metal fundido, que en los cubilotes es intermitente, puede hacerse continua vertiendo el caldo en un antecrisol colocado junto a la piqueta de colada. Estos antecrisoles pueden ser fijos, de ladrillo refractario o bien móviles y basculantes, construidos con chapa revestida con refractario. Algunos llevan también un sistema de caldeo para mantener fundido el metal. Los antecrisoles mejoran la calidad de a fundición haciéndola más homogénea, mejor desulfurada y con una mas completa separación de la escoria.

CAPACIDAD PRODUCTIVA 800kg/h -10h/día de trabajo

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Para la producción d cubilote media es 0,703kg/hora*cm2 1cm -0,703kg/hora La capacidad de producción es: diámetro interior 1cm2-0,703kg/h Ai- 800kg/h Ai = 800kg*h/0,703kg*h*cm = 1137.98cm2…………1 Ai = 1137.98cm2 REMPLAZANDO A LA FORMULA Ai = π*d2 4 

1 en 2

di = √4(1137.98)cm2 π di = 38.06 cm di = 38 cm DIÁMETRO EXTERIOR De = di +2(a+b)dm Donde: a) Espesor del refractario en el diámetro se toma el radio interior del horno. b) Espesor de capa interna del horno en di (0.1 o 0.2). di= diámetro interior del horno. De= 3.8+2(1.85+01)dm De= 3.8+3.9dm De0 7.7 dm De= 77cm ALTURA DEL CUBILOTE DESDE LA TOBERA HASTA LA BOCA DE CARGA. h= _(7-5)Di (en) h= 3.3*7 dm h=26.6 dm h=2,70 mts. NUMERO DE TOBERAS Según diámetro interior cuando es (-) de 40 cm, en nuestro caso tomaremos 4 toberas para una mejor fluidez de aire para q caliente.

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AREA TOTAL DE LAS TOBERAS El área del cubilote Acub=3,1416*π2 Acub= 3,1416*(25cm)2 Acub = 1134 cm2. Area de la tobera (total) Atob = 25% d Ainterior Atob = π*D2*(0.25) 4 Atob = π (38)2*(0.25) 4 Atob = 283.53cm2 Atob = 284cm2 AREA DE CADA TOBERA Se ha decidido tomar 4 A tob = 284= 71 cm2 4  Area de cadatobera = 71 cm2 DIÁMETRO DE CADA TOBERA (D) d= √4 * A π d=√4*71 π d= 9.50 d= 9.5 cm CAMARA DE VIENTO S2= sección del tubo de entrada S3= sección de la cámara de viento S3=(2.5-3)S2 cm Si el diámetro de la sección S2= 4” (dato de construcción). 4”* 2.54 = 10.16 cm --- diámetro Radio r=5.08 S2 = π*r S2 = 3.1416*5.08 cm S2 = 81.07338

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S2 = 81 cm2 S3 = 3.1416*r2……….1 S3 = 3*81cm2 S3 = 243 cm2 S3 = 3.1416*r2 243cm2= 3.1416*r2 r= √243cm2 3.1416 r= 8.79 r= 8.8cm ALTURA DE LA CÁMARA DE VIENTO h= √2*S3 h= √2*243 cm h= 22.0445 cm h= 22 CALCULO DE REFRACTARIO Perímetro del diámetro interior del horno P=π*di -dato P=π*38 cm P= 119.38 cm P= 119 cm NUMERO DE LADRILLO PARA EL PERÍMETRO Cada ladrillo tiene 6 cm de base p/cl 119 cm = 19.83 = 20 ladrillos/fila CANTIDAD DE ANTRACITA, FUNDENTE Y CARGA METALICA -el peso del carbón será Pc=π *di2 4 Pc= 3.1416*(3.8)2*1.6 dm*0.45 kg/dm3 4 Pc= 8165----8kg -para la carga del fundente Pf = (0.3---o.35) pc kg Pf = peso del fundente Pc = peso de la antracita

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Remplazando SEL……..EN MENOR CANTIDAD pf = 0.3*8.165 pf = 2.4495kg -en mayor cantidad Pf = 0.35*8.165kg Pf = 2.8578kg Pf = 2.86kg MÉTODO ANALÍTICO DEL PESO FUNDENTE Para 20% - pf = 8*20 = 1.6 kg de caliza 100 Para 25% - pf = 8*25 = 2 kg de caliza 100 -Con una reacción de metal antracita de 8ª 1 (con 65kg de metal) y un 10% de cenizas en las antracitas solamente la escoria formada para la antracita será: X=8kg*10% = 0.8kg 100 -la escoria formada por la antracita será de 0.8kg y se necesitara aproximadamente la misma cantidad de fundente para fluidificar es parte de la escoriaPf= 0.8kg de caliza 8kg = 0.8kg/pf 10hr 0.8kg de refractario ----------800 min X ---------------------------10 min X= 0.01 Cantidad de refractario que se va a la escoria = 0.01kg =pf=0.01kg de caliza -otra fuente es la fuente de escoria es el polvo y arena q puede ir unida a la chatarra, aproximada 250gr * carga y se necesitara la misma cantidad de caliza. Pf = 0.25 kg de caliza

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También es fuente de escoria los productos de la oxidación sobre todo el SI, Mn Y Fe, generalmente será: Pf = 0.3kg. de caliza Sumando todos los pesos tendremos: El peso total del fundente = 0.8+o.o1+0.55= 1.36 Peso total de la caliza

pf = 1.36kg/carga

CARAGA METALICA Fijando la carga metálica como 10 veces la carga de antracita es decir: 2.86kg*100= 286 kg/m2 de sección del cubilote Teniendo diámetro del cubilote = 38cm= 0.38 metros 2% Radio del cubilote = 0.19 metros Área del cubilote = π*r2 Área = 3.1416*(0.19)2m Área = 0.1134m2 X = 0.1134 (286kg) X = 32.43 kg de metal Carga de metal = 32kg de metal Sin embargo es de consumo varia según la calidad del hierro colado que hay que refundir: -

Para fundir hierro colado a medio o alto fosforo, el consumo de antracita se reduce al 9% e incluso al 8% en tal caso se deja inalterable la carga de antracita y se aumenta la carga metálica:

P metálico = pc/0.08 = 8.165kg/0,08 = 102.06 kg -

Para fundir cargas con gran contenido de acero o si se quiere obtener hierro colado muy caliente, el consumo de antracita aumentara hasta el 15% y mas. También en este caso se deja inalterable la carga de antracita y se reduce la carga metálica:

P metálica = pc/ 0.15 = 8.165kg/0.15 = 54.43kg Carga del metal = 54kg

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DISEÑO DEL HORNO CUBILOTE Diseño realizado con el software CAD SolidWorks 2013 SP0. Este diseño incorpora 4 toberas para una mejor toma de aire, además de una faja trasportadora, que facilitara la carga del horno, además incluimos una tapa que evita la salida de chispas e incandescencias por la chimenea. Diseño del soporte:

Diseño del Recubrimiento Metálico:

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Diseño del Refractario.

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Diseño de la caja de viento

Diseño de la faja trasportadora

Faja

Ruedas

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Piqueta de metal:

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Tapa:

Diseño Ensamblado:

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Vista Frontal

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Vista Superior

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Vista Inferior: