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Tesis   completo Tesis completo Document Transcript

  • 1 UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTROMECÁNICA TRABAJO DE GRADUACIÓN “DISEÑO DE UN HORNO ELÉCTRICO POR ARCO CON CAPACIDAD DE 500 kg. PARA EL TALLER DE FUNDICIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTROMECÁNICA”AUTOR: JHONNY FREDDY COPA ROQUETUTOR: ING. OLKER MALDONADO URIA ORURO, 2009
  • 2 UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTROMECÁNICA DISEÑO DE UN HORNO ELÉCTRICO POR ARCO CON CAPACIDAD DE 500 kg. PARA EL TALLER DE FUNDICIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTROMECÁNICAPROYECTO DE GRADO SOMETIDO A LA UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORUROPARA LA OBTENCIÓN DEL GRADO DE LICENCIADO EN INGENIERÍAELECTROMECÁNICA.AUTOR: JHONNY FREDDY COPA ROQUETUTOR: ING. OLKER MALDONADO URÍATRIBUNALES: ING. RAÚL MAMANI GONZALES ING. BENIGNO RÍOS CONDORI ING. EDGAR FREDDY CRUZ PÉREZ ORURO, JUNIO DE 2009
  • 3 DEDICATORIAA Dios por ser mi constante guía.A mis padres y hermanos por su apoyo incansable.A mi esposa Sandra y a mí querida hijita Madai por suconstante colaboración y comprensión. Quienes através del tiempo supieron inculcarme que con estudioy sacrificio pueden lograrse muchas cosas en la vida.
  • 4 AGRADECIMIENTOSLa conclusión del presente trabajo implica deuda degratitud con muchas personas e instituciones, cuyacooperación han contribuido grandemente a esteproyecto.En principio expreso mis mas sinceros agradecimientosa toda la planta docente de la carrera de INGENIERÍAMECÁNICA ELECTROMECÁNICA, INGENIERÍA ELÉCTRICA eINGENIERÍA INDUSTRIAL, mas toda la planta docente delCICLO BÁSICO, por darme la formación académicaadecuada, sin la cual hubiera sido imposible la buenaejecución del presente proyecto.De igual manera quiero hacer llegar un agradecimientoprofundo al Ing. Olker Maldonado Uría por sucolaboración desinteresada, siendo para mí una gransatisfacción el haber trabajado bajo su tutoría ypoder contribuir al constante crecimiento de lacarrera.Asimismo a mis compañeros y amigos que me colaboraronen la realización de este proyecto; a todos ellos,muchas gracias.
  • 5 CONTENIDO Pag.CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN1.1 ANTECEDENTES 1 1.1.1 PRODUCCIÓN DEL HIERRO Y ACERO 11.2 PROBLEMATIZACIÓN 41.3 OBJETIVOS 6 1.3.1 OBJETIVO GENERAL 6 1.3.2 OBJETIVO ESPECÍFICO 61.4 JUSTIFICACIÓN 61.5 MARCO METODOLÓGICO 7CAPÍTULO II PROCESOS DE FUNDICIÓN2.1 MARCO TEÓRICO 8 2.1.1 HORNOS ELÉCTRICOS 8 2.1.2 HISTORIA 82.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS HORNOS ELÉCTRICOS 10 2.2.1 HORNO DE RESISTENCIA 10 2.2.2 DE ARCO VOLTAICO 10 2.2.3 DE INDUCCIÓN 112.3 CARACTERÍSTICAS DE LOS ACEROS 142.4 ESTRUCTURA GENERAL DE UN HORNO POR ARCO 17 2.4.1 PARTE MECÁNICA 18 2.4.2 PARTE ELÉCTRICA 18 2.4.3 ELEMENTOS COMPLEMENTARIOS 19CAPÍTULO III SISTEMA ELÉCTRICO3.1 ARCO ELÉCTRICO 203.2 APLICACIONES DEL ARCO ELÉCTRICO 213.3 APLICACIONES EN HORNOS ELÉCTRICOS DE ARCO 213.4 SISTEMA ELÉCTRICO DEL HORNO POR ARCO 213.5 EFECTOS ELÉCTRICOS SOBRE LA LÍNEA DE SUMINISTRO 24
  • 6 3.5.1 GENERALIDADES 24 3.5.2 PARÁMETROS ELÉCTRICOS DE OPERACIÓN 24 3.5.3 PRODUCTIVIDAD Y CONSUMO DE ENERGÍA 25 3.5.4 REDUCCIÓN DE LOS CONSUMOS DE ELECTRODOS 27 3.5.5 AUMENTO DE LA PRODUCTIVIDAD DE LOS HORNOS DE ARCO A TRAVES DEL AUMENTO DE LA TENSIÓN SECUNDARIA DE LOS TRANSFORMADORES 28 3.5.6 FLICKER PROVOCADO POR LOS HORNOS DE ARCO 29 3.5.7 FUERZAS ELECTRODINÁMICAS PROVOCADAS POR LAS CORRIENTES QUE CIRCULAN POR LOS BRAZOS Y ELECTRODOS 30 3.5.8 ROTACIÓN DE FASES Y APRIETE DE LOS ELECTRODOS 31 3.5.9 DESGASTE DE REFRACTARIOS 31 3.5.10 OPERACIÓN EN EL PERÍODO DE ESCORIA ESPUMOSA CON ALTOS FACTORES DE POTENCIA (COS FI) 32 3.5.11 ESPECIFICACIÓN DE TRANSFORMADORES Y REACTORES 33 3.5.12 CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA – BANCOS DE CAPACITORES 33 3.5.13 ARMÓNICAS Y FILTROS DE ARMÓNICAS 34 3.5.14 SOBRETENSIONES 35 3.5.15 PROTECCIÓN CONTRA SOBRECORRIENTE 363.6 ELECTRODOS 37 3.6.1 EL CARBONO 37 3.6.2 CARACTERÍSTICAS SECUNDARIAS 37 3.6.3 APLICACIONES 38 3.6.4 HISTORIA 39 3.6.5 ABUNDANCIA Y OBTENCIÓN 40 3.6.6 PRECAUCIONES 40 3.6.7 ELECTRODO DE CARBÓN O GRAFITO 41 3.6.8 COMPOSICIÓN DE LOS ELECTRODOS 42 3.6.9 APLICACIONES PRINCIPALES 42 3.6.10 USOS 423.7 MEDIDAS DE AHORRO GENERALES 43
  • 73.8 MEDIDAS ADICIONALES PARA HORNOS DE ARCO ELÉCTRICO 44CAPÍTULO IV ESTRUCTURA MECÁNICA4.1 HORNOS DE ARCO ELÉCTRICO 454.2 ESTRUCTURA 464.3 OPERACIÓN DEL HORNO 474.4 EJEMPLO DE UN HORNO PARA COLADA CONTÍNUA 484.5 BALANCE ENERGÉTICO 49 4.5.1 GENERALIDADES 49 4.5.2 COMPONENTES BÁSICOS DEL BALANCE ENERGÉTICO 50 4.5.3 BALANCE ENERGÉTICO EN FUNCIONAMIENTO ESTABLE 52 4.5.4 BALANCE ENERGÉTICO EN FUNCIONAMIENTO REAL 544.6 LADRILLOS REFRACTARIOS 55 4.6.1 LADRILLOS REFRACTARIOS CON ALTO CONTENIDO EN ALUMINA 55 4.6.2 LADRILLOS REFRACTARIOS CON ALTO CONTENIDO DE SÍLICE 554.7 CARACTERÍSTICAS DE LOS LADRILLOS REFRACTARIOS 564.8 MANTENIMIENTOS EN HORNOS 57 4.8.1 PREVENTIVO 58 4.8.2 PREDICTIVO 59 4.8.3 FALLAS FRECUENTES 604.9 NORMAS PARA HORNOS 60 4.9.1 REGULACIONES PARA ACTIVIDADES PELIGROSAS 61 4.9.2 UBICACIÓN Y CONSTRUCCIÓN 61 4.9.3 CONTROLES DE SEGURIDAD 62 4.9.4 CONTROL DE FUEGO 62 4.9.5 NORMAS A NIVEL INTERNACIONAL 624.10 NUEVAS TECNOLOGÍAS 63 4.10.1 SENSORES Y CONTROL DE PROCESOS 63 4.10.2 MATERIALES AVANZADOS PARA TEMPERATURAS ALTAS 63 4.10.3 SISTEMAS DE GENERACIÓN DE CALOR 64
  • 8 4.10.4 SISTEMAS DE CONTENCIÓN DE CALOR 64 4.10.5 SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALOR 65 4.10.6 SISTEMAS DE CONTROL DE EMISIONES 65 4.10.7 ENTRADAS AUXILIARES 65CAPÍTULO V CONSUMO ESPECÍFICO DE ELECTRODOS EN HORNOS ELÉCTRICOS DE ARCO – CORRELACIÓN CON LOS FACTORES DE OPERACIÓN5.1 INTRODUCCIÓN 675.2 CONSUMO DE PUNTA Qt (kg/h)Y CONSUMO LINEAL Lc (cm/h) 685.3 CONSUMO TOTAL DE ELECTRODOS, Qt (kg/h) 695.4 CONSUMO ESPECÍFICO DE ELECTRODOS, Qs(kg/t) 715.5 APLICACIÓN PRÁCTICA DE LA FÓRMULA DE Qs (kg/t) 725.6 RELACIÓN “CONSUMO DE ELECTRODOS/CONSUMO DE ENERGÍA” 735.7 CONICIDAD DE LOS ELECTRODOS – DESGASTE LATERAL 735.8 APLICACIÓN PRÁCTICA DE LA FÓRMULA COMPLETA DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE ELECTRODOS Qs (kg/t) 755.9 CONCLUSIONES – FACTORES QUE AFECTAN EL CONSUMO ESPECÍFICO DE ELECTRODOS 775.10 PARÁMETROS ELÉCTRICOS DE OPERACIÓN DEL PROYECTO 77CAPÍTULO VI INGENIERÍA DEL PROYECTO6.1 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD 80 6.1.1 FÓRMULAS A UTILIZAR 80 6.1.2 CÁLCULO DEL VOLUMEN Y PESO MATERIAL A FUNDIR 816.2 DIMENSIONES DE LA ESTRUCTURA 81 6.2.1 DIÁMETRO DEL BAÑO (METAL LÍQUIDO) 81 6.2.2 ALTURA DE LA CUBA O CÁMARA DE REACCIÓN 81 6.2.3 ESPESOR DE LA PLANCHA 82 6.2.4 FLECHA DE LA BÓVEDA, TECHO O TAPA Dr (De 15%) 826.3 ESPESOR LADRILLO REFRACTARIO (SECTOR CILINDRO) 82 6.3.1 CALCULANDO EL RADIO EXTERIOR 83 6.3.2 CALCULANDO ÁREAS INTERNA Y EXTERNA DE LAS PAREDES DEL HORNO 83
  • 9 6.3.3 CÁLCULO ÁREA MEDIA LOGARÍTMICA 83 6.3.4 DETERMINACIÓN COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD (LADRILLO) 846.4 CÁLCULO ESPESOR PAREDES (SECTOR SEMIESFERA INFERIOR) 84 6.4.1 CÁLCULO EXTERIOR SEMIESFERA INFERIOR 85 6.4.2 CALCULANDO LAS ÁREAS INTERNA Y EXTERNA DE LAS PAREDES DEL HORNO 85 6.4.3 CÁLCULO DEL ÁREA MEDIA LOGARÍTMICA 85 6.4.4 CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD NECESARIA DEL LADRILLO EN LA PARTE DE LA SEMIESFERA 866.5 CÁLCULO ESPESOR REFRACTARIO (SECTOR TECHO O BÓVEDA) 86 6.5.1 CALCULANDO LAS ÁREAS INTERNA Y EXTERNA TECHO O BÓVEDA 87 6.5.2 CÁLCULO DEL ÁREA MEDIA LOGARÍTMICA 87 6.5.3 CÁLCULO COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD NECESARIA DEL TECHO O BÓVEDA 876.6 CÁLCULO DE LA PRODUCTIVIDAD Y CONSUMO DE ENERGÍA 886.7 DISPOSICIÓN DE ELECTRODOS 886.8 DIMENSIONADO PORTAELECTRODOS 90 6.8.1 CÁLCULO ÁREA DE LA JUNTA COBRE (PORTAELECTRODO) Y ELECTRODO (CARBÓN GRAFITO) 90 6.8.2 CÁLCULO DEL ÁREA DE LA JUNTA 90 6.8.3 CÁLCULO PERÍMETRO DEL ELECTRODO 90 6.8.4 CÁLCULO ALTURA DEL PORTAELECTRODO 91 6.8.5 CÁLCULO ESPESOR DEL PORTAELECTRODOS 916.9 CÁLCULO DEL ENGRANE DE VOLTEO 93 6.9.1 PARA EL ENGRANE DE VOLTEO 1 95 6.9.2 PARA EL ENGRANE DE VOLTEO 2 976.10 COEFICIENTE DE DEFORMACIÓN DEL PORTAELECTRODOS 986.11 CÁLCULO DE LOS TRANSFORMADORES 1006.12 CÁLCULO DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN 1036.13 CÁLCULO DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE ELECTRODOS 107
  • 1 0CAPÍTULO VII ESTUDIO ECONÓMICO7.1 GENERALIDADES 1137.2 COSTO DEL PROYECTO 113 7.2.1 MATERIALES E INSUMOS 113 7.2.2 MANO DE OBRA 114 7.2.3 EQUIPO Y MAQUINARIA 114 7.2.3.1 DESGASTE DE HERRAMIENTA 114 7.2.3.2 IMPUESTOS DE LEY (IT e IVA) 114 7.2.4 GASTOS GENERALES 1157.3 ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS 115CAPÍTULO VIII CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESBIBLIOGRAFÍA 133PLANOSANEXO A TABLAS Y CUADROS DE CONSUMO DE ELECTRODOSANEXO B CATÁLOGO DE ACEROS MEPSAANEXO B CATÁLOGO DE LADRILLOS Y CASTABLES REPSALISTA DE FIGURAS Pag.Fig. 1.1.- Proceso de obtención del arrabio. 1Fig. 1.2.- Forma física a) Magnetita b) Hematites roja c) Hematites parda 3Fig. 1.3.- Proceso Industrial del Mutún (Fuente: EL DEBER). 7Fig. 2.1.- Taller de fundición con dos hornos de arco eléctrico. 8Fig. 2.2.- Arco Eléctrico en un horno. 11Fig. 2.3.- Horno de Inducción. 12Fig. 2.4.- Esquema de un Horno Eléctrico de inducción. 12Fig. 2.5.- Simbología utilizada en un horno de Inducción. 13
  • 1 1Fig. 2.6.- Estructura de Horno eléctrico por arco. 18Fig. 3.1.- Forma de un Arco Eléctrico. 20Fig. 3.2.- Esquema eléctrico básico. 22Fig. 3.3.- Esquema eléctrico de la subestación del horno. 23Fig. 3.4.- Circuito equivalente. 24Fig. 3.5.- Electrodos de grafito y accesorios. 42Fig. 4.1.- Partes de un horno eléctrico por arco. 46Fig. 4.2.- Horno para colada continua. 48Fig. 5.1.- Consumo Lineal 69Fig. 5.2.- Consumo Total 70Fig. 5.3.- Consumo por oxidación lateral. 74Fig. 6.1.- Esquema de cálculo de la capacidad. 80Fig. 6.2.- Dimensiones del horno. 81Fig. 6.3.- Mampostería cilindro. 82Fig. 6.4.- Mampostería semiesfera. 84Fig. 6.5.- Dimensiones de parte inferior del horno. 84Fig. 6.6.- Dimensiones de la bóveda o tapa del horno. 86Fig. 6.7.- Disposición geométrica de los electrodos. 89Fig. 6.8.- Área de contacto cobre – grafito. 90Fig. 6.9.- Dimensiones del portaelectrodo. 91Fig. 6.10.- Forma del portaelectrodo. 91Fig. 6.11.- Área del portaelectrodo. 92Fig. 6.12.- Disposición de las cargas. 93Fig. 6.13.- Diagrama de esfuerzos cortantes. 95Fig. 6.14.- Diagrama de momentos flectores. 95Fig. 6.15.- Diagrama de fuerzas en el engrane 1. 95Fig. 6.16.- Diagrama de fuerzas en el engrane 2. 97Fig. 6.17.- Diámetros del portaelectrodo. 98Fig. 6.18.- Circuito propuesto. 133Fig. 6.19.- Forma de los electrodos. 140
  • 1 2Fig. 6.20.- Características y altura del horno eléctrico. 141LISTA DE TABLAS Pag.Cuadro 1.1.- Minerales de hierro. 2Cuadro 2.1.- Propiedades de los materiales. 17Cuadro 3.1.- Datos del Grafito 37Cuadro 4.1.- Valores típicos de conductividad térmica (λ) 57CUADRO 6.1.- Tensiones a la flexión admisibles σadm en (N/mm2) 98CUADRO 6.2.- Características eléctricas del horno. 101CUADRO 6.3.- Datos técnicos transformador de baja. 134CUADRO 6.4.- Datos técnicos transformador de alta. 135
  • 1 3 SIMBOLOGÍAV : Tensión de arco.P : Potencia de arco.b: Distancia entre la faz del electrodo.RI: Índice de erosión de refractarios.Qt : Consumo de punta de electrodos (kg/h).Qs : Consumo específico de electrodos (kg/t).Lc : Consumo lineal de electrodos (cm/h).Ws: Peso específico del grafito (kg/cm3).Secc: Sección del electrodo (cm2).I: Corriente o amperaje (A).D: Diámetro del electrodo en pulgadas.Wh: Consumo específico de energía eléctrica (t/h).X: Reactancia operacional del horno (Ohm).Tan fi: Tangente del ángulo fi.K: Calidad de los electrodos.qee: Consumo de energía eléctrica.Kox: Factor proporcional a la intensidad de oxidación.Tox: Tiempo de exposición a la oxidación (h).H: Distancia bóveda – baño (m).Tint: Temperatura interior (ºK).Text: Temperatura exterior (ºK).Pacero: Peso del acero (kg) o (t).Vacero: Volumen del acero (m3).ρacero: Densidad del acero (kg/m3).s: Diámetro del segmento esférico (m).h: Altura segmento esférico (m).r: Radio segmento esférico (m).Dbaño: Diámetro del baño (m).Dinterior: Diámetro interior (m).Hbaño: Altura baño (m).H1 : Altura de la cuba o cámara de reacción (m).Htotal: Altura total del horno (m).Dr : Flecha de la bóveda (m).Db : Diámetro de la bóveda (m).Hr : Altura de la bóveda (m).rint: Radio interior (m).rext: Radio exterior (m).eladrillo: Espesor ladrillo (m).eplancha: Espesor plancha (m).Enecesaria: Energía para una tonelada de acero (kWh/t).Qe : Energía necesaria (kWh).Qn : Energía neta para la fundición (W).Aext: Área externa cilindro (m2).Aint: Área interna cilindro (m2).Am : Área media logarítmica cilindro (m2).Kladrillo: Conductividad térmica ladrillo cilindro (W/m ºK).Sint: Diámetro semiesfera interior (m).Sext: Diámetro semiesfera exterior (m).Hsemiesfera: Altura semiesfera (m).Ktladrillo: Conductividad térmica ladrillo tapa (W/m ºK).Atext: Área externa techo (m2).Atint: Área interna techo (m2).
  • 1 4Atm: Área media logarítmica techo (m2). : Rendimiento (%).Dreac: Diámetro zona de reacción (m).Dal electrodo: Diámetro al electrodo (m).Delectrodo: Diámetro del electrodo (mm).dc : Densidad de corriente por el electrodo (A/cm2).ρc : Densidad de corriente junta cobre-electrodo (A/mm2).Ajunta: Área junta cobre-electrodo (mm2).Hpe: Altura portaelectrodo (mm).Pefectivo: Perímetro efectivo portaelectrodo (mm). Eléctrica: Densidad eléctrica (A/mm2).e: Espesor portaelectrodo (mm).ereal: Espesor real portaelectrodo (mm).R1 = Wr1: Reacción 1 engrane de volteo (kN).R2 = Wr2: Reacción 2 engrane de volteo (kN).Wt1: Reacción tangencial 1 engrane de volteo (kN).Wt2: Reacción tangencial 2 engrane de volteo (kN).W1 y W2: Carga total 1 y 2 engrane de volteo (kN).Tp1 y Tp2: Par torsión 1 y 2 engrane de volteo (Nm).Pd: Paso diametral (mm-1).z: Número de dientes del engrane de volteo.N1 y N2: Potencia de accionamiento 1 y 2 engrane de volteo (kW).n: Velocidad de rotación (rpm).Vr: Velocidad de desplazamiento (m/seg).σb1 y σb2: Tensión a la flexión admisible (N/mm2).B: Ancho de la cara del diente (mm).Ao : Área inicial portaelectrodo (mm2).Af : Área final portaelectrodo (mm2).αCu: Coeficiente de dilatación lineal del cobre (1/ºC).∆t: Diferencia de temperaturas (ºC o ºK).εp : Coeficiente de deformación del portaelectrodo.σCu: Resistencia a la tracción del cobre (N/mm2).Ecu: Módulo de elasticidad del cobre (N/mm2).Pmax: Presión máxima del perno (N/mm2).Fmax: Fuerza máxima del perno (N/mm2).Aperno: Área del perno (mm2).#perno: Número de pernos.IBH: Corriente de baja del horno (A).UBH: Tensión de baja del horno (V).STB: Potencia aparente transformador de baja (KVA).IAH: Corriente de alta del horno (A).UAH: Tensión de alta del horno (V).STA: Potencia aparente transformador de alta (KVA).Nu: Número de Nusselt.Pr: Número de Prandt.Gr: Número de Grashof.
  • 1 5 RESUMENEl tema que trata el presente trabajo de investigación:“DISEÑO DE UN HORNO ELÉCTRICO POR ARCO CON CAPACIDAD DE 500 kgPARA EL TALLER DE FUNDICIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA YELECTROMECÁNICA”, abarca en principio en el capítulo 1 arealizar una justificación del porque la propuesta presentada.En el capítulo 2, se describen algunos hornos eléctricosutilizados para la fusión y características de algunosmateriales que son posibles de fundir.En el capítulo 3, se hace una descripción del sistemaeléctrico que tiene un horno eléctrico por arco, definiendo enprincipio algunos fenómenos y características de loscomponentes eléctricos como por ejemplo los electrodosutilizados.En el capítulo 4, describe la estructura mecánica del hornoeléctrico por arco. En realidad se hace una descripción de losladrillos refractarios una parte esencial del horno.En el capítulo 5, se hace descripción de un estudio acerca deun componente importante, como es el desgaste de loselectrodos a causa de su operación. De la misma forma se tieneuna aplicación práctica de estas relaciones de una fundicióncon un horno de estas características ubicadas en la ciudad deOruro.En el capítulo 6, se realiza cálculos y dimensionamiento delos componentes tanto mecánicos como eléctricos, paraposterior plasmarlos en planos.En el capítulo 7, se hace un estudio económico tomando encuenta la estructura mecánica, el sistema eléctrico propuestoy el costo total.Para culminar en la parte de anexos se incorpora cuadros delos que se extrajo información, catálogos de aceros yladrillos refractarios. Jhonny Freddy Copa Roque
  • 1 6 CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN1.1 ANTECEDENTES1.1.1 PRODUCCIÓN DEL HIERRO Y EL ACEROEl diagrama general de la fusión primaria del hierro integra ala mayoría de las actividades que se desarrollan en el procesoproductivo. No se debe olvidar que los diagramas de flujo sonuna de las herramientas utilizadas por los ingenieros y que de ngenierosmanera automática los deben aplicar o elaborar. Fig. 1.1. Proceso de obtención del arrabio. 1.1.-El consumo mundial de productos de acero acabados en 2005registró un aumento de aproximadamente un 6% y superaactualmente los mil millones de toneladas. La evolución delconsumo aparente resulta sumamente dispar entre lasprincipales regiones geográficas. El consumo aparente,excluida China, experimentó una caída del 1,0% debida,fundamentalmente, a la notable disminución observada en Europay Norteamérica. China, por el contrario, registró un
  • 1 7incremento del consumo aparente del 23% y representa en laactualidad prácticamente un 32% de la demanda mundial deacero. En Europa y Norteamérica, tras un año 2004 marcado porun significativo aumento de los stocks motivado por lasprevisiones de incremento de precios, el 2005 se caracterizópor un fenómeno de reducción de stocks, registrándose lasiguiente evolución: -6% en Europa, -7% en Norteamérica, 0,0%en Sudamérica, +5% en CEI, +5% en Asia (excluida China), +3%en Oriente Medio (Fuente: Wikipedia, la enciclopedia libre).La producción mundial de acero bruto en 2005 ascendió a1.129,4 millones de toneladas, lo que supone un incremento del5,9% con respecto a 2004. Esa evolución resultó dispar en lasdiferentes regiones geográficas. El aumento registrado se debefundamentalmente a las empresas siderúrgicas chinas, cuyaproducción se incrementó en un 24,6%, situándose en 349,4millones de toneladas, lo que representa el 31% de laproducción mundial, frente al 26,3% en 2004. Se observóasimismo un incremento, aunque más moderado, en India(+16,7%). Asia produce actualmente la mitad del acero mundial,a pesar de que la contribución japonesa se ha mantenidoestable. Paralelamente, el volumen de producción de lasempresas siderúrgicas europeas y norteamericanas se redujo enun 3,6% y un 5,3% respectivamente (Fuente: Wikipedia, laenciclopedia libre). Los procesos para la obtención de hierrofueron conocidos desde el año 1200 a.C. Los principalesminerales de los que se extrae el hierro son: Cuadro 1.1.- Minerales de hierro. Hematita (mena roja) 70% de hierro Magnetita (mena negra) 72.4% de hierro Siderita (mena café pobre) 48.3% de hierro Limonita (mena café) 60-65% de hierro
  • 1 8La mena café es la mejor para la producción de hierro, existengrandes yacimientos de este mineral en Estados Unidos y enSuecia. En todo el mundo se pueden encontrar grandescantidades de pirita, pero no es utilizable por su grancontenido de azufre. a b c Fig. 1.2.- Forma Física: a) Magnetita, b) Hematites Roja, c) Limonita o Hematites Parda.Para la producción de hierro y acero son necesarios cuatroelementos fundamentales: 1. Mineral de hierro 2. Coque 3. Piedra caliza 4. AireLos tres primeros se extraen de minas y son transportados ypreparados antes de que se introduzcan al sistema en el que seproducirá el arrabio.El arrabio es un hierro de poca calidad, su contenido decarbono no está controlado y la cantidad de azufre rebasa losmínimos permitidos en los hierros comerciales. Sin embargo esel producto de un proceso conocido como la fusión primaria delhierro y del cual todos los hierros y aceros comercialesproceden.A la caliza, el coque y el mineral de hierro se les preparaantes de introducirse al alto horno para que tengan lacalidad, el tamaño y la temperatura adecuada, esto se logra
  • 1 9por medio del lavado, triturado y cribado de los tresmateriales.En nuestro país actualmente se tienen industrias que realizaneste trabajo, sin embargo la producción de acero esinsuficiente ante la creciente demanda de repuestos de grandesempresas transnacionales como los son INTI RAYMI y SANCRISTOBAL, solo mencionar algunos ejemplos. Las empresasnacionales dedicadas al rubro de la fundición utilizan métodosque en su mayoría son por procesos de fusión por inducción,entre estas se citan: Industrias Eduardo, Fundición Chavarria,Tecno Acero entre otras. Y métodos de fusión por arcoeléctrico los utilizan: Fundición Aceros Tesa, FundiciónTaurus y Fundición Catavi (otrora parte de la COMIBOL, queactualmente está paralizada).De la misma manera en los últimos tiempos en nuestro país seha descubierto un gran potencial siderúrgico (YACIMIENTO DELMUTÚN), con una reserva importante de hierro con una pureza(riqueza) promedio del 50 %, que es la materia base de lasdiferentes aleaciones de acero. La empresa que realiza lostrabajos de montaje de la planta (JINDALL STEEL), realizarálos trabajos de transformación del mineral de hierro en acero(perfiles, planchones, palanquilla y fierro de construcción).Dentro de todo este proceso dicha empresa utilizará un hornoeléctrico por arco para transformar los pellets de hierro enacero para su posterior obtención de los productosanteriormente mencionados, mediante un proceso denominadocolada continua.1.2 PROBLEMATIZACIÓN¿Cuál es la problemática?La problemática que se pretende resolver es, la necesidad deformar recursos humanos en la carrera de Ingeniería Mecánica yElectromecánica, capacitados en el área de la fundición del
  • 2 0acero. Y como carrera con acreditación al MERCOSUR esnecesario tener un equipamiento para satisfacer estanecesidad.¿Por qué un horno eléctrico por arco?En primer término un proceso de fusión mediante este tipo dehorno, nos permite fundir aceros de diferentes variedades eincluso algunas aleaciones. Este proceso también permiteobtener elevadas temperaturas suficientes para la fundicióndel acero y otras aleaciones especiales.¿Cuál es la aplicación de la fundición en el desarrollo de lospaíses?Es sumamente elevada la importancia de la producción de piezasfundidas, casi todas las máquinas y aparatos tienen piezas defundición. No hay rama en la construcción de maquinaria, laindustria de fabricación de aparatos y en la mismaconstrucción, donde no se utilicen piezas fundidas. Lafundición es uno de los métodos mas viejos utilizados aún enla antigüedad para producir artículos de metal, inicialmentese cobre y bronce, luego de hierro colado y mas tarde de aceroy otras aleaciones. El rápido desarrollo de la tecnologíaplantea ante la producción de piezas fundidas el problema dela satisfacción de las demandas de las diferentes ramas de laindustria en piezas fundidas y elevación constante de suproducción. Es por esa razón que se han desarrollado métodosde fundición con el fin de obtener piezas fundidas de diversascaracterísticas, como por ejemplo los aceros en sus diferentesvariedades, que en hornos que utilizan combustibles es muydifícil su obtención y además el costo que representa, asícomo su impacto ambiental y regular distribución.
  • 2 11.3 OBJETIVOS1.3.1 OBJETIVO GENERAL • Proponer el diseño de este horno tomando en cuenta que esto incluye la estructura metálica (parte mecánica) y su mando respectivo (sistema eléctrico), con una capacidad de 500 kg.1.3.2 OBJETIVO ESPECÍFICO • Determinar y obtener información de las variables que permiten el funcionamiento de estos hornos. • Hacer el estudio de las ventajas y desventajas que este tipo de horno tiene respecto a los otros. • Determinar el tamaño y la capacidad adecuada tomando en cuenta el estudio en el consumo eléctrico. • Analizar algunos fenómenos relacionados con su funcionamiento.1.4 JUSTIFICACIÓNEn nuestra carrera se tiene dos materias relacionadas con estaárea que son MEC–2239 “Mecánica de Fabricación” y MEC-2243“Procesos de Manufactura”, que en su parte de taller no secuenta con materiales y equipos adecuados relacionado con elactual avance siderúrgico en el mundo y en particular Bolivia.Por lo tanto el presente trabajo pretende proponer unequipamiento significativo de nuestro taller para así formaren un futuro cercano profesionales con sólidos conocimientosen esta área.Es de conocimiento nacional e internacional que Bolivia poseeun yacimiento rico en hierro con una reserva que dentro lospróximos 40 años solo se explotará el 2% de toda esta riqueza(Fuente: Matutino EL DEBER 2005).
  • 2 2 Fig. 1.3.- Proceso Industrial del Mutún (Fuente: EL DEBER).1.5 MARCO METODOLÓGICOEste tema de investigación es bastante amplio porque en formageneral abarca muchas áreas relacionadas a la INGENIERÍAMECÁNICA Y ELÉCTRICA en particular, pero se va a requerirotras que darán su aporte significativo. Se utilizará algunoscuadros estadísticos comparando variables de funcionamiento.Se hará cálculos de las partes críticas eléctricas ymecánicas, utilizando para ello softwares de respaldo ydibujo.
  • 2 3 CAPÍTULO II PROCESOS DE FUNDICIÓN2.1 MARCO TEÓRICO2.1.1 HORNOS ELÉCTRICOSUn horno de arco eléctrico (siglas en inglés: EAF “ElectricArc Furnace”) es un horno que se calienta por medio de un arcoeléctrico. Los tamaños de un horno de arco eléctrico van desdela tonelada de capacidad (utilizado en fundiciones) hasta las400 toneladas de capacidad utilizada en la industriametalúrgica. Además, existen hornos de laboratorio que tienenuna capacidad de apenas doce gramos. La temperatura en elinterior de un horno de arco eléctrico puede alcanzar los 1800grados celsius (ºC).2.1.2 HISTORIA Fig. 2.1.- Taller de fundición con dos hornos de arco eléctrico.El primer horno eléctrico de arco fue desarrollado por elfrancés Paul Héroult, con una planta comercial establecida enEE.UU. en 1907. En principio, el acero obtenido en horno porarco eléctrico era un producto especial para la fabricación demáquinas herramienta y de acero para resortes. También seutilizaron para preparar carburo de calcio para lámparas.En el siglo XIX, el horno de arco eléctrico se empezó aemplear en la fundición de hierro. Sir Humphry Davy llevó acabo una demostración experimental del horno en 1810; el
  • 2 4método de soldadura por arco eléctrico fue investigado porPepys en 1815; Pinchon intentó crear un horno electrotérmicoen 1853; y, en 1878 - 79, Sir William Siemens patentó el hornode arco eléctrico. El horno eléctrico de Stassano era un hornode arco que rotaba para mezclar la colada.Los hornos de arco eléctrico fueron utilizados en la SegundaGuerra Mundial para la producción de aleaciones de acero, fuedespués cuando la fabricación de acero por este método comenzóa expandirse. El bajo coste en relación a su capacidad deproducción permitió establecerse nuevas acerías en Europa enla postguerra, y también permitió competir en bajo coste conlos grandes fabricantes de Estados Unidos, tales comoBethlehem Steel y U.S. Steel, con productos de viguería,embarrados, cables y laminados para el mercado estadounidense.Cuando Nucor, que ahora es uno de los mayores productores deacero de los Estados Unidos, decidió entrar en el mercado deaceros alargados en 1969, comenzaron con una acería pequeña,en cuyo interior se encontraba el horno de arco eléctrico, yque pronto le siguieron otros fabricantes. Mientras Nucorcrecía rápidamente a lo largo de la costa este de los EstadosUnidos, las empresas que le seguían con operacionesmercantiles localizadas para aceros alargados y viguería,donde el uso del horno de arco eléctrico permitía flexibilidaden las plantas de producción, adaptándose a la demanda local.Este mismo patrón fue seguido en otros países, en donde elhorno de arco eléctrico se utilizaba principalmente paraproducción de viguería.En 1987, la compañía Nucor tomó la decisión de expandir sunegocio en el mercado de productos laminados, utilizando paraello el horno de arco eléctrico. El hecho de que un horno dearco eléctrico use acero procedente de chatarra como materiaprima tiene un impacto en la calidad de un producto laminado,debido al control de calidad limitado sobre las impurezas quecontienen un acero procedente de chatarra.
  • 2 52.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS HORNOS ELÉCTRICOSProducen temperaturas muy elevadas y son los más indicadospara la desulfuración y desfosforación de la fundición y parala obtención de aceros especiales, porque en ellos el metalque se elabora se halla ya libre de todo cuerpo extraño (aire,gas, carbón, etc.).Pueden usarse para el afinamiento de la fundición cargándolosde trozos de hierro, virutas, etc. Y haciendo luego laadicción de los elementos necesarios. La potencia de loshornos eléctricos se expresa por los kilovatios (kW) decorriente absorbida, que en los hornos de gran capacidadsobrepasan el millar. La cantidad de calor que produce un kWhse obtiene por la fórmula:Los hornos eléctricos pueden ser de resistencia, de arco y deinducción.2.2.1 HORNO DE RESISTENCIASe basa en el principio de que un cuerpo conductor atravesadopor la corriente eléctrica se calienta hasta fundirse.Prácticamente estos hornos (construidos con materiales de altaresistencia eléctrica) se usan hoy mas bien para producirtemperatura hasta 1000 °C para los distintos tratamientostérmicos, y muy pocos para fusión de acero.2.2.2 DE ARCO VOLTAICOEs un flujo de chispas entre dos conductores eléctricosaproximados, que da una luz vivísima y una temperatura de3000°C. Un polo esta constituido por electrodos de grafito ode carbón y el otro es el mismo acero que se quiere fundir.
  • 2 6 Fig. 2.2.- Arco Eléctrico en un horno.En este sistema, que es el más empleado, la corriente pasa através del material y se llama por esto arco directo, mientrasque si el arco se establece entre los extremos se llama arcoindirecto.Existen y funcionan hornos por arco de varios tipos (Stassano,Heroul, Girod, Fiat, etc.) formados por un recipientecilíndrico de chapas y perfilados de hierro revestido dematerial refractario cubiertos de un cielo raso que los cierracompletamente. En la parte delantera hay una puerta para lacarga del material y el agujero de colada; en el cielo raso seencuentran tres agujeros para el paso de los electrodos. Labase es curva y apoya sobre los rieles de manera que se puedeinclinar para verter la colada. Los hornos de arco funcionancon un voltaje muy bajo (150 voltios) y fuerte amperaje (1500a 4000 amperios), y la regulación de los electrodos esautomática.2.2.3 DE INDUCCIÓNNo es mas que un gran transformador en el cual el circuitosecundario esta constituido por material a elaborar. En ellosla corriente de las líneas que circula en las bobinas es depoca intensidad y de gran voltaje, mientras que la corrienteinducida en el circuito secundario, formado por el materialmetálico colocado en la solera o crisol del horno y es de poco
  • 2 7voltaje y gran intensidad. Es este fuerte amperaje lo quedetermina en el horno este aumento de temperatura que funde elacero colocado en el crisol. Fig. 2.3.- Horno de Inducción.Para iniciar el trabajo en esta clase de hornos hay quedepositar en la solera una chapa bien caliente sobre la cualse hace luego la carga del material a tratar. Aunque mascostosos que los hornos a combustión, los eléctricos sonpreferidos por la uniformidad de calentamiento y por la purezay homogeneidad de los aceros obtenidos. Fig. 2.4.- Esquema de un Horno Eléctrico de inducción.El funcionamiento del Horno de inducción es el siguiente: 1. Por medio del control de velocidad se hace funcionar el motor para proporcionarle energía mecánica al alternador de alta frecuencia.
  • 2 8 2. El alternador de alta frecuencia proporciona la energía alterna utilizada por el horno de inducción, esta energía pasa a través de un banco de capacitores automáticos para poder regular el factor de potencia. 3. Un sensor de temperatura registra la temperatura del horno, la señal es transmitida a un indicador de temperatura y a su vez a un controlador o variador de velocidad. 4. El variador de velocidad regula las revoluciones por minuto, al hacer esto esta variando la frecuencia del alternador.Los hornos de inducción utilizan un tipo de simbología quemostramos a continuación: Fig. 2.5.- Simbología utilizada en un horno de Inducción.Ventajas y Desventajas del horno de Inducción • Los hornos son siempre rebatibles mecánica o hidráulicamente, y llevan el perno de rotación bajo la piquera de colada. • Los hornos emplean corriente monofásica si son de poca capacidad, y corriente trifásica, con más canales, si son grandes. • El factor de potencia es, aproximadamente 0,70 lo que obliga, en la mayoría de los casos, a acoplar uno o más condensadores para aumentarlo a 0,80.
  • 2 9 • Las pérdidas de material por oxidación son mínimas y el funcionamiento resulta económico. • Su producción es de gran calidad, con oxidaciones muy reducidas y análisis constantes. • Se obtiene también la supresión de los electrodos, una economía en los gastos de funcionamiento y un menor consumo de corriente eléctrica. • Los gastos de instalación son muy elevados. Se emplean particularmente en las fundiciones de aceros aleados especiales o de aleaciones de hierro colado y en menor escala en las fundiciones de hierro colado gris. • Son menos riesgosos para la planta. • No hacen ruido. • No son construidos en el país.2.3 CARACTERÍSTICAS DE LOS ACEROSAunque es difícil establecer las propiedades físicas ymecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustesen su composición y los diversos tratamientos térmicos,químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceroscon combinaciones de características adecuadas para infinidadde aplicaciones, se pueden citar algunas propiedadesgenéricas: • Su densidad media es de 7850 kg/m3. • En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir. • El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1510 ºC, sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1375 ºC (2500 ºF). Por otra parte el acero rápido funde a 1650ºC • Su punto de ebullición es de alrededor de 3000 ºC (5400 ºF).
  • 3 0 • Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas. • Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres. • Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una lámina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño. • Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico. • Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria, y se deforman al sobrepasar su límite elástico.La fusión consiste en hacer pasar los metales y sus aleacionesdel estado sólido al estado líquido, generando determinadacantidad de calor, bien definida y característica para cadametal o aleación. Dependiendo de su contenido en carbono seclasifican en: • Acero bajo en carbono: menos del 0,25% de C en peso. Son blandos pero dúctiles. Se utilizan en vehículos, tuberías, elementos estructurales, etc. También existen los aceros de alta resistencia y baja aleación, que contienen otros elementos aleados hasta un 10% en peso; tienen una mayor resistencia mecánica y pueden ser trabajados fácilmente. • Acero medio en carbono: entre 0,25% y 0,6% de C en peso. Para mejorar sus propiedades son tratados térmicamente. Son más resistentes que los aceros bajos en carbono, pero menos dúctiles; se emplean en piezas de ingeniería que requieren una alta resistencia mecánica y al desgaste. • Acero alto en carbono: entre 0,60% y 1,4% de C en peso. Son aún más resistentes, pero también menos dúctiles. Se
  • 3 1 añaden otros elementos para que formen carburos, por ejemplo, con wolframio se forma el carburo de wolframio, estos carburos son muy duros. Estos aceros se emplean principalmente en herramientas. • También existe otra clasificación de los aceros al carbono (sin alear) según su contenido en carbono: o Los aceros hipoeutectoides, cuyo contenido en carbono a temperatura eutectoide (727°C) oscila entre 0.02% y 0,77%. o Los aceros eutectoides cuyo contenido en carbono es de 0,77%. o Los aceros hipereutectoides con contenidos en carbono de 0,77% a 2,11% • Aceros inoxidables: uno de los inconvenientes del hierro es que se oxida con facilidad. Hay una serie de aceros a los que se les añaden otros elementos aleantes (principalmente cromo) para que sean más resistentes a la corrosión, se llaman aceros inoxidables. • Fundición: cuando el contenido en carbono es superior a un 2,11% en peso, la aleación se denomina fundición. Generalmente tienen entre un 3% y un 4,5% de C en peso. Hay distintos tipos de fundiciones (gris, esferoidal, blanca y maleable); según el tipo se utilizan para distintas aplicaciones: en motores, válvulas, engranajes, etc.Como se comprende fácilmente, después de que ha alcanzado latemperatura o punto de fusión es necesario aplicar más calorpara poder transformar el metal o la aleación de sólido alíquido. Durante este periodo la temperatura no aumenta y lacantidad de calor generada destinada solamente a disgregar elestado sólido, se llama calor latente de fusión. Sí cuandotoda la masa es líquida, se continúa generando calor, latemperatura vuelve a aumentar y el metal se recalienta.
  • 3 2La siguiente tabla indica los puntos de fusión, caloresespecíficos medios y calores latentes de fusión de algunos delos metales y aleaciones más corrientes empleados enfundición. Cuadro 2.1: Propiedades de los materialesFuente: Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Acero" Metal Temperatura Calor Calor Calor ó de fusión específico específico latente de 0 aleación C del sólido del líquido fusiónEstaño 232 0.056 0.061 14Plomo 327 0.031 0.04 6Zinc 420 0.094 0.121 28Magnesio 650 0.25 ----- 72Aluminio 657 0.23 0.39 85Latón 900 0.092 ----- ----Bronce 900 a 960 0.09 ----- ----Cobre 1083 0.094 0.156 43Fundición 1200 0.16 0.20 70grisFundición 1100 0.16 ---- ----blancaAcero 1400 0.12 ---- 50Níquel 1455 0.11 ---- 582.4 ESTRUCTURA GENERAL DE UN HORNO POR ARCOSe utilizan, principalmente, para la fabricación de acero apartir de chatarra y/o prerreducidos. En un horno eléctrico dearco se pueden distinguir 3 partes fundamentales:
  • 3 3 Fig. 2.6.- Estructura de Horno Eléctrico por arco.2.4.1 PARTE MECÁNICACompuesta de: - Cuba. - Anillos de bóveda. - Plataforma. - Mecanismo de basculación. - Brazos portaelectrodos y columnas. - Mecanismo de accionamiento de electrodos. - Superestructura. - Vigas de suspensión de bóveda. - Mecanismo de elevación y giro de bóveda.2.4.2 PARTE ELÉCTRICACompuesta de: - Seccionador de entrada. - Interruptor general. - Transformador de potencia, (reductor de tensión). - Paneles de mando y control.
  • 3 4 - Embarrado secundario. - Batería de condensadores.2.4.3 ELEMENTOS COMPLEMENTARIOS - Circuito hidráulico. - Equipo de regulación.Por lo regular son hornos que sólo se cargan con chatarra deacero de alta calidad. Son utilizados para la fusión de acerospara herramientas, de alta calidad, de resistencia a latemperatura o inoxidables. Considerando que estos hornos sonpara la producción de aceros de alta calidad siempre estánrecubiertos con ladrillos de la línea básica.Existen hornos de arco eléctrico que pueden contener hasta 270toneladas de material fundido. Para fundir 115 toneladas serequieren aproximadamente tres horas y 50000 kWh. También enestos hornos se inyecta oxígeno puro por medio de una lanza.Los hornos de arco eléctrico funcionan con tres electrodos degrafito los que pueden llegar a tener 760 mm de diámetro ylongitud de hasta 12 m. La mayoría operan a 150 V y lacorriente eléctrica es de 12000 A. Estos equipos tienen uncrisol o cuerpo de placa de acero forrado con refractario y subóveda es de refractario también sostenida por un cincho deacero, por lo regular enfriado con agua. Para la carga delhorno los electrodos y la bóveda se mueven dejando descubiertoal crisol, en el que se deposita la carga por medio de unpuente grúa. Estos equipos son los más utilizados enindustrias de tamaño mediano y pequeño, en donde la produccióndel acero es para un fin determinado, como varilla corrugada,aleaciones especiales, etc.
  • 3 5 CAPÍTULO III SISTEMA ELÉCTRICO3.1. ARCO ELÉCTRICO Fig. 3.1.- Forma de un Arco Eléctrico.En electricidad se denomina arco eléctrico o también arcovoltaico a la descarga eléctrica que se forma entre doselectrodos sometidos a una diferencia de potencial y colocadosen el seno de una atmósfera gaseosa enrarecida, normalmente abaja presión, o al aire libre. Fue descubierto y demostradopor primera vez por el químico británico Humphry Davy en 1800.Para iniciar un arco se ponen en contacto, brevemente, losextremos de dos electrodos, usualmente en forma de lápiz, porlo general de grafito, y se hace pasar una corriente intensa através de ellos. Esta corriente provoca un gran calentamientoen el punto de contacto, que al separarse los electrodos, seforma entre ellos una descarga luminosa similar a una llama.En un arco abierto al aire a presión normal el electrodoalcanza una temperatura de 3500 ºC. Durante el tiempo de ladescarga se produce una luminosidad muy intensa y un grandesprendimiento de calor. Ambos fenómenos, en caso de seraccidentales, pueden ser sumamente destructivos, como ocurrecon la perforación de aisladores en las líneas de transporte
  • 3 6de energía eléctrica o de los aislantes de conductores y otroselementos eléctricos o electrónicos.3.2 APLICACIONES DEL ARCO ELÉCTRICOEl arco eléctrico utilizado de forma controlada se ha empleadocomo fuente de luz, antes de la invención de la lámparaincandescente e incluso después, en la industriacinematográfica para conseguir fuertes intensidades luminosasen la filmación de películas así como en los proyectores delas salas de cine. Los efectos caloríficos del arco eléctricose continúan utilizando en la industria para la soldadura demetales y otros procedimientos metalúrgicos. En este últimotipo de aplicaciones el intenso calor generado por el arcoeléctrico suele utilizarse en hornos especiales para fundirmateriales refractarios. En este tipo de hornos puedenalcanzarse fácilmente temperaturas del orden de los 3500 ºC.La ventaja especial de este procedimiento es una completaindependencia a la hora de elegir los productos a aplicar(chatarra, esponja de hierro, arrabio así como otro tipo dealeación).3.3 APLICACIONES EN HORNOS ELÉCTRICOS DE ARCOLa energía eléctrica también es muy utilizada para laproducción de calor por medio del arco voltaico en los hornosde fundición, es posible fundir a partir de chatarra dehierro, de cobre o de otros metales, de difícil fusibilidad enhornos de reducción de óxidos metálicos (en estos últimos loselectrodos penetran en la masa constituida por los óxidosmetálicos a reducir).3.4 SISTEMA ELÉCTRICO DEL HORNO POR ARCOEn general, los hornos de arco se conectan a una líneaeléctrica de 6.9 a 40 kV. Existen instalaciones conectadasdirectamente a una tensión de 130 kV e incluso 220 kV, pero lo
  • 3 7mas frecuente es disponer un transformador escalón para pasarde la línea de alta tensión (130 o 220 kV) a la tensión deentrada a la subestación del horno, tal como se muestra en lafigura. Fig.3.2.- Esquema eléctrico básico.Dentro de una subestación propia de horno los elementosprincipales son: - Los seccionadores de entrada con fusibles, (1) para la instalación eléctrica del horno y (2) para la puesta a tierra de la línea de entrada. - El interruptor general (3), de diseño específico para hornos de arco, que permite un alto número de maniobras de desconexión del horno en carga. Los dos tipos más utilizados son el interruptor de vacío y el de aire comprimido, quedando para bajas potencias el interruptor magnético al aire. - El transformador de horno (4) para reducir la tensión de entrada (10 a 40 kV y muy frecuentemente 30 kV) a
  • 3 8 las tensiones requeridas para el funcionamiento del horno.Son frecuentes algunos casos: - El sistema de protección (5) con pararrayos auto valvulares de ZnO. - El equipo de filtrado de armónicos y de corrección del flicker, cuando la capacidad de la línea no es suficiente. Fig. 3.3.- Esquema eléctrico de la subestación del horno.A ambos lados del interruptor general (3) se disponen lostransformadores de medida de tensión (6) e intensidad (7) enalta tensión. Asimismo en el lado secundario del transformadorprincipal (4) se disponen los transformadores reductores de
  • 3 9tensión y de medida de intensidad (8), cuyas señales van alpanel de control y al equipo de regulación de electrodos.Por las intensidades muy altas del circuito secundario atensiones del orden de 1000 V y las elevadas tensiones delprimario del transformador (normalmente 10 a 40 kV peropudiendo llegar en ocasiones a 110 – 220 kV), y cableadocorrespondientes para asegurar un funcionamiento continuo, enmuchos casos de 24 horas/día, 7 días/semana.3.5 EFECTOS ELÉCTRICOS SOBRE LA LÍNEA DE SUMINISTRO3.5.1 GENERALIDADESLa alimentación eléctrica de un horno de arco de alta potenciasufre unas variaciones en la potencia demandada que pueden serelevadas, sobre todo en la primera parte de la fusión. Latensión en el arco no es sinusoidal, sino rectangular, lo queintroduce armónicos en el circuito. Asimismo, la intensidad enel circuito secundario tampoco es exactamente sinusoidalaunque la desviación es pequeña. Finalmente, se puedenproducir en el circuito de alta tensión puntas de tensión endeterminadas circunstancias que aconsejan la instalación delimitadores de tensión adecuados.3.5.2 PARÁMETROS ELÉCTRICOS DE OPERACIÓNEl circuito equivalente del horno de arco es muy simple: Fig. 3.4.- Circuito equivalente.X es la reactancia del circuito, V es la tensión en vacío, Vaes la tensión de arco e I es la corriente. El arco es
  • 4 0resistivo, por tanto, la corriente está en fase con la tensiónde arco. La tensión de arco es definida por la longitud delarco. Las principales correlaciones entre los parámetros son(para un circuito monofásico):Puede ser incluida la resistencia de pérdidas del circuitopara calcular el rendimiento eléctrico del horno.Una pequeña complicación es el hecho de la reactancia delcircuito variar en función de la etapa de operación y delcoseno fi. Por ese motivo, para hacer los cálculos de losparámetros operacionales del horno generalmente es necesariopartir de un determinado coseno fi y, para cada etapa deoperación, afectar a la reactancia del correspondiente factoroperacional (que puede variar entre 1,05 e 1,45aproximadamente).3.5.3 PRODUCTIVIDAD Y CONSUMO DE ENERGÍAPara producir una tonelada de acero es necesaria una cantidadde energía que depende del tipo de carga metálica, del tipo deproducto, de la temperatura final, del tipo y cantidad deescoria y de otros factores. Si el horno es mal operado, conelevados tiempos de paradas, con frecuentes aperturas de labóveda o con tiempos de afine muy dilatados, los consumos deenergía por tonelada aumentan.
  • 4 1Sin embargo, de un modo general, para producción de acero, encondiciones normales, se espera que el horno consumaaproximadamente 550 kWh por tonelada de aceroUna porción de esa energía es normalmente producida por mediosquímicos, generalmente inyectando oxígeno, mas la principalparte es suministrada por el arco eléctrico. Como ejemplo,puede ser considerado un horno que opere consumiendo 30 Nm³ deoxígeno por tonelada de acero producida.En este caso, la energía suministrada por la combustión delcarbono será igual a:Y, para completar la producción de una tonelada de acero seránnecesarios:Que serán provistos por el arco eléctrico. La producciónhoraria del horno será proporcional a la potencia activa (kW)e inversamente proporcional al consumo específico de energíaeléctrica.En el ejemplo anterior, si la potencia activa fuese de 44500kW, la productividad sería:
  • 4 2Si el horno tuviese una capacidad de 100 toneladas, el tiempode horno conectado (power on) sería de:Y, si los tiempos de parada por colada fuesen de 0,25 h, eltiempo total para producir las 100 toneladas (tiempo tap totap) sería de 1,25 horas, la productividad real sería:Y, la producción en el período de 24 horas sería:El consumo específico de energía depende fuertemente del tipode carga. Los hornos que utilizan carga de prerreducidos,además de calentar la carga hasta la temperatura de sangrado(1620 a 1735 ºC) precisan proveer la energía necesaria parareducir porcentajes de óxido de hierro que pueden variar entre5 y 10 %. La energía necesaria para reducir una tonelada deóxido de hierro es muy elevada y, por ese motivo, el consumoespecífico de energía operando con carga de prerreducidospuede ser 50 a 100 kWh/t superior al de una carga de chatarra.No obstante, los hornos que operan con alto porcentaje deprerreducidos consiguen actualmente niveles muy elevados deproductividad debido a la excelente escoria espumosa, quepermite la utilización de elevados niveles de potencia portonelada, y a los bajos tiempos muertos.3.5.4 REDUCCIÓN DE LOS CONSUMOS DE ELECTRODOSEl consumo de electrodos es el índice operacional que posee lamayor dependencia con los parámetros eléctricos de operación.Hasta los años 80, el consumo específico de electrodos de un
  • 4 3horno de fusión era de 4 a 6 kilogramos de grafito portonelada de acero producida. Al final de los años 90, losconsumos eran del orden de 1,5 kg/t.La reducción de los consumos de electrodos fue conseguidaprincipalmente a través del aumento de las relacionestensión/corriente. Los transformadores de los hornos fueronmodificados para operar con tensiones más elevadas y, paramantener los bajos cosenos fi, necesarios para estabilizar elarco en la fusión de chatarra, fueron instalados reactores enserie. En el caso de los hornos que operan con carga continuade prerreducidos o, en general, en hornos que operan con buenaescoria espumosa, la reducción de los consumos puede serobtenida operando con altas tensiones y alto coseno fi, sinnecesidad de reactores.3.5.5 AUMENTO DE LA PRODUCTIVIDAD DE LOS HORNOS DE ARCO A TRAVÉS DEL AUMENTO DE LA TENSIÓN SECUNDARIA DE LOS TRANSFORMADORESLa ventaja de la operación con tensiones más elevadas ya eradefendida en el inicio de los años 80. Infelizmente, hasta elfinal de esa década, pocos hornos habían sido modificados. EnBrasil se tuvo la oportunidad de realizar el proyecto delaumento de las tensiones y potencias de los hornos de laSiderúrgica Barra Mansa en 1988, modificando lostransformadores de 24 MVA - 415 V para 30 MVA - 830 VPosteriormente, en los años 90, realizaron una gran cantidadde repotenciaciones en diversos hornos del Brasil y de otrospaíses.Las tensiones más elevadas permiten la operación con potenciasmás altas sin necesidad de modificar el circuito secundariodel horno (barras, cables flexibles, buses, garrasportaelectrodos y electrodos). La inversión se paga en pocosmeses con la reducción de los consumos de electrodos. Para
  • 4 4estabilizar el arco en la fusión es necesario aumentar lareactancia del circuito, instalando reactores serie.En el pasado, la operación con tensiones y potenciasespecíficas elevadas no era posible por causa del elevadodesgaste de refractarios que provocaba. Al final de los años70, las paredes y bóvedas refrigeradas con agua permitieronincrementar un poco las potencias y las tensiones. Elprincipal impulso para operar con altas tensiones y potenciasfue dado por el desarrollo de las escorias espumosas queblindan el arco, protegiendo las paredes, lo cual ocurrió alfinal de los años 80. Actualmente son utilizadas tensiones de900 V y potencias de 45 MW en hornos de apenas 40 toneladas.En los hornos de gran capacidad, que actualmente operan contensiones de 900 a 1300 V, todavía hay margen para aumentarlas tensiones hasta 2000 V o más (en hornos de 150 a 250toneladas que operan con carga continua de prerreducidos),disminuir los consumos de electrodos para menos de 1 kg/t yaumentar la productividad hasta 250 t/h.3.5.6 FLICKER PROVOCADO POR LOS HORNOS DE ARCOLas variaciones de la longitud del arco provocan fluctuacionesde tensión que se propagan por el circuito de alimentaciónhasta llegar a los usuarios de baja tensión. Infelizmente, lafrecuencia de esas fluctuaciones coincide con la frecuencia defluctuación de la iluminación que es detectada por el ojohumano (1 a 15 Hz, aproximadamente), provocando un ciertaincomodidad a los consumidores residenciales. Actualmente, elnivel de flicker es medido por instrumentos calibrados deacuerdo con los estudios de la UIE (Unión Internacional deElectrotermia) realizados a partir de 1980 y posteriormenteadoptados por la norma IEC 868. La unidad de medición es elPst y, de acuerdo con las recomendaciones iniciales, un valorde Pst igual o superior a 1 pu provocaría niveles deperturbación considerados inadmisibles. El valor de Pst de
  • 4 5referencia sería el medido en la Alta Tensión, en el llamadopunto común de acoplamiento con los otros consumidores. Sinembargo, mediciones de campo realizadas posteriormentemostraron que entre la alta tensión y la baja tensión ocurreuna atenuación natural del flicker, que, en ciertos casos,puede llegar a 50 %, concluyéndose que para que el usuarioresidencial, conectado en la baja tensión, observe un efectosimilar a 1 pu, el valor de Pst provocado por el horno sobrela AT debería alcanzar valores muy superiores a 1 pu (2 pu, enel caso de la atenuación de 50 %).Los niveles de flicker son proporcionales a la relación entrela potencia del horno y la potencia de cortocircuito del puntocomún de acoplamiento con los otros consumidores. Por esemotivo, la forma más directa de disminuir los niveles deflicker es el aumento de la potencia de cortocircuito de lared de alimentación o la reducción de la potencia del horno.La primera, normalmente no puede ser realizada o exigeinversiones muy elevadas y, la segunda reduce la productividaddel horno. Actualmente, para reducir el flicker algunasempresas recomiendan los compensadores shunt (SVC), loscuales, utilizando bancos de capacitores fijos y reactanciascontroladas por semiconductores, inyectan en la red cantidadesde energía reactiva de igual amplitud y signo opuesto a lasvariaciones de reactivo demandadas por el horno.Estos dispositivos, en general, son de elevado precio y bajaeficacia en la reducción del flicker.3.5.7 FUERZAS ELECTRODINÁMICAS PROVOCADAS POR LAS CORRIENTES QUE CIRCULAN POR LOS BRAZOS Y ELECTRODOSLas corrientes que circulan por los conductores del hornoprovocan campos magnéticos variables creando fuerzas quepueden llegar a quebrar los electrodos. Adicionalmente, lasfluctuaciones en baja frecuencia de la corriente provocan
  • 4 6vibraciones en brazos y columnas del horno. Las fuerzas sonproporcionales a las corrientes de pico al cuadrado einversamente proporcionales a las distancias entre electrodos.Por ese motivo, en algunos casos, después de la reducción delos diámetros primitivos, realizada con la intención dedisminuir el índice de erosión del arco sobre losrefractarios, ocurrieron aumentos de las vibraciones en brazosy quiebras de electrodos. Por otro lado, como la máximacorriente depende de la tensión y es inversa de la reactancia,en ciertos casos en los cuales fue aumentada la tensión sin eladecuado aumento de la reactancia ocurrieron fallassemejantes.3.5.8 ROTACIÓN DE FASES Y APRIETE DE LOS ELECTRODOSEste tal vez sea el más conocido efecto de los parámetroseléctricos del horno. En general, las empresas que proveenelectrodos y asistencia técnica saben que la rotación de fasesdebe ser antihoraria para que el momento de torsión sobre loselectrodos sea tal que provoque el ajuste de los mismos. Unasecuencia de fases en el sentido horario provoca aflojamientode los electrodos y, eventualmente, la caída de columnas.El problema es que muchas veces se confunde la secuencia defases de alimentación (R, S, T) con la secuencia de fasesfísica (electrodos 1,2 y 3), que es la que realmente interesa,llegándose a conclusiones equivocadas.3.5.9 DESGASTE DE REFRACTARIOSLa erosión provocada por el arco sobre los refractarios fueobjeto de profundos estudios en los años 60 y 70 cuandotodavía no se disponía de paneles refrigerados ni de escoriasespumosas. W. Schwabe definió la expresión que permite evaluarel grado de erosión provocado por el arco sobre las paredesdel horno. Actualmente, la preocupación con los refractarioses menor, pero, de cualquier forma, el índice de erosión de
  • 4 7refractarios continua siendo una herramienta útil para definirel probable desgaste de refractarios cuando la escoriaespumosa no es adecuada o durante los períodos de final defusión cuando la chatarra ya está fundida y todavía no existeescoria espumosa.El índice de erosión de refractarios de Schwabe puede serresumido de la siguiente forma:Donde V es la tensión del arco, P es la potencia del arco yb es la distancia entre la faz del electrodo y la pared delhorno. Los factores que provocan aumento del desgaste delrefractario son los mismos que disminuyen el consumo deelectrodos.3.5.10 OPERACIÓN EN EL PERÍODO DE ESCORIA ESPUMOSA CON ALTOS FACTORES DE POTENCIA (COS FI)Los aumentos de tensión realizados en los años 90 obligaron ainstalar reactores para mantener los cosenos fi en valoresinferiores a 0,80 durante el período de fusión. Sin embargo,especialmente en los hornos que operan con carga continua o,en general, en los hornos que operan con una buena escoriaespumosa, comprobamos que es posible operar con cosenos fipróximo de 1 sin que ocurran inestabilidades del arco oaumentos del factor de reactancia operacional. La operacióncon altos cosenos fi permite la obtención de potencias activasmás altas sin necesidad de aumentar la potencia aparentenominal de los transformadores, posibilitando nuevos aumentosde productividad con reducción de los consumos de electrodos.Para poder aumentar el coseno fi en este período es necesariocortocircuitar los reactores.
  • 4 83.5.11 ESPECIFICACIÓN DE TRANSFORMADORES Y REACTORESPara determinadas capacidades de los hornos y para los nivelesde producción previstos son definidos los parámetroseléctricos de operación: potencia activa promedio, tensiónsecundaria y coseno fi. Una vez conocidos estos parámetros esposible especificar el transformador. Para poder calcular lareactancia del reactor serie, se calcula primero la reactanciaque el circuito debe poseer y se compara con la reactanciaexistente en el circuito. Para operar en la condición de altocoseno fi durante el periodo de escoria espumosa es necesarioprever una forma de cortocircuitar el reactor o de conmutarsus taps con carga. Una vez definidas las principalescaracterísticas del transformador y del reactor es necesarioverificar los aspectos del proyecto eléctrico deltransformador: tipo de conmutación, faja de tensiones máxima amínima, tensión primaria más adecuada, clase de tensión, tipode enfriamiento, tipo constructivo del transformador, ensayos,protecciones, accesorios, etc.3.5.12 CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA - BANCOS DE CAPACITORESDependiendo del punto de conexión a la red eléctrica y de lareglamentación vigente puede ser necesario mantener niveles decoseno fi superiores a 0,85, 0,92, 0,95 o, hasta 0,98, enperíodos de medición mensuales u horarios. Como el horno, almenos durante el período de fusión, opera con cosenos fiinferior a los límites, se hace necesario compensar la energíareactiva para elevar el coseno fi en el punto de conexión conla empresa suministradora de energía.La forma más simple y económica de compensar los reactivos esla instalación de bancos de capacitores fijos. El cálculo dela potencia de los capacitores es bastante simple cuando elcoseno fi de operación es conocido. Al proyectar los bancos de
  • 4 9capacitores hay que tomar la precaución de verificar lafrecuencia de resonancia paralelo de los capacitores con lared, incluyendo el transformador reductor y, en el caso deocurrir una resonancia en alguna de las principalesfrecuencias armónicas generadas por el horno (2a, 3a, 4a, e5a) debe ser modificada la potencia del banco para desplazarla frecuencia de resonancia. Después de definida la potenciaefectiva y la reactancia del banco, deben ser calculadas lastensiones de servicio permanente y los aumentos de tensiónprovocados por las armónicas generadas por el horno para poderdefinir la tensión nominal y la potencia nominal del banco.3.5.13 ARMÓNICAS Y FILTROS DE ARMÓNICASLa principal perturbación provocada por el horno de arco sonlas fluctuaciones de tensión de frecuencia inferior a laindustrial (flicker). No obstante, el horno de arco generatambién corrientes armónicas (frecuencias múltiplos de lafundamental) que a su vez causan distorsiones de la onda detensión de la red. El horno de arco genera una gama bastanteancha de frecuencias armónicas, siendo las de mayor amplitudla 3a, la 2a, la 5a y la 4a, en ese orden. Más, los valorespromedio de las amplitudes de las corrientes armónicas de loshornos son relativamente bajos, en comparación con losgenerados por los convertidores que usan tiristores. En lapráctica, algunos pocos semiciclos de la corriente muestranporcentajes elevados de distorsión, pero, en promedio, éstosno pasan de 5 % para las principales armónicas.La necesidad de filtros de armónicas depende básicamente de laobligatoriedad de cumplir normas más o menos exigentes sobredistorsión de tensión. De un punto de vista práctico, esposible, en gran parte de los casos, instalar los bancos decapacitores sin filtros, desde que se tome la precaución dedesplazar la frecuencia de resonancia paralelo de lasprincipales frecuencias armónicas. La necesidad de instalar
  • 5 0filtros de armónicas es inevitable cuando existencompensadores estáticos (SVC), ya que estos al poseerdispositivos de estado sólido controlados por la variación delángulo de disparo provocan elevados niveles de armónicas.De cualquier forma, en muchos proyectos se decide instalarfiltros de armónicas en la subestación para garantizar que noocurran amplificaciones muy elevadas de las tensiones y de lascorrientes de los bancos de capacitores. Una buena soluciónpuede ser la instalación de filtros de 3a armónica(sintonizados en aproximadamente 2,9 x fundamental). Elproyecto de los filtros debe tomar en consideración lasobretensión de régimen permanente provocada por losinductores sobre los capacitores, además de las sobretensionesprovocadas por las armónicas, las sobretensiones deenergización de los capacitores y los impulsos de tensiónprovocados por las corrientes de inrush de los transformadoresdel horno. En el caso de los filtros de 2a armónica, esteúltimo tipo de sobretensión es crítica y obliga asobredimensionar los bancos de capacitores, encareciendo elproyecto.3.5.14 SOBRETENSIONESEl circuito de alimentación de los hornos de arco es similar acualquier otro circuito de alimentación industrial. Unapeculiaridad de este circuito es el elevado número demaniobras del transformador del horno (generalmente conectadoen 13,8 kV, 23 kV o 33 kV, mas también, en ciertos casos, en46 kV, 69 kV y hasta 120 kV), que puede llegar a 100 por día.Otra característica es la existencia de bancos de capacitoresde alta potencia. Para maniobrar el horno, son utilizadosactualmente interruptores de vacío. Las principalesprotecciones contra las sobretensiones de maniobra son lossupresores de impulsos de maniobra, más conocidos comopararrayos (o apartarrayos) ya que son los mismos dispositivos
  • 5 1utilizados para proteger contra descargas atmosféricas. Estossupresores, a partir de 1980 aproximadamente, pasaron a serfabricados con óxidos metálicos, como el óxido de zinc. En elcaso de un transformador instalado, por ejemplo, en 24 kV, elnivel de aislación del mismo debe ser adecuado para soportartensiones de impulso de hasta 150 kV y los pararrayos, paraese nivel de tensión, normalmente actúan con aproximadamente60 kV. Para los transformadores de horno se recomiendainstalar los pararrayos no sólo entre fase y tierra mastambién entre fases. En el caso de los disyuntores de vacío,existe un fenómeno conocido como múltiples reigniciones queeventualmente (difícilmente) podría provocar sobretensiones dealta frecuencia que podrían averiar al transformador,especialmente cuando existen capacitores de "surge" en elprimario del transformador y capacitores de corrección delfactor de potencia en la subestación principal. Para protegercontra este tipo improbable de sobretensión, un fabricante dedisyuntores de vacío recomienda los circuitos de protecciónRC, conectados entre fase y tierra. Otro tipo de sobretensiónbastante común es el "restrike" que ocurre durante ladesconexión de los bancos de capacitores, cuando losinterruptores no son adecuados o están con defectos. Estassobretensiones son de alta energía y normalmente provocanfallas en los pararrayos.3.5.15 PROTECCIONES CONTRA SOBRECORRIENTEEl ajuste de las protecciones de sobrecorriente de los hornosde arco debe seguir algunos criterios diferenciados. En laoperación normal del horno ocurren cortocircuitos entre loselectrodos y la chatarra que pueden provocar corrientessuperiores al doble de la nominal del transformador durantepocos segundos. Si los relés de sobrecorriente son ajustadosen la forma convencional, actuando rápidamente para corrientesinferiores a las de los cortocircuitos normales de laoperación del horno, ocurrirán frecuentes actuaciones del relé
  • 5 2que perjudicarán la operación del horno. Por otro lado, esconveniente que si la duración de esas sobrecorriente essuperior a algunos segundos, los relés actúen. También seríadeseable que los relés actuasen instantáneamente al ocurrir uncortocircuito en las barras de salida del transformador y,ciertamente, deben actuar instantáneamente en el caso de uncortocircuito en la tensión primaria.3.6 ELECTRODOS3.6.1 EL CARBONOEl carbono es un elemento químico de número atómico 6 ysímbolo C. Es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo delas condiciones de formación, puede encontrarse en lanaturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo ycristalino en forma de grafito o diamante. Es el pilar básicode la química orgánica; se conocen cerca de 10 millones decompuestos de carbono, y forma parte de todos los seres vivosconocidos. Cuadro 3.1.- Datos del Grafito INFORMACIÓN DIVERSA DEL GRAFITO ELECTRONEGATIVIDAD 2,55 (Pauling) 2,5 (Allred y Rochiw) CALOR ESPECÍFICO 710,6 J/(kg × K) (grafito); 518,3 J/(kg × K) (diamante) CONDUCTIVIDAD 3 106 –1 × m–1 (grafito, dirección paralela a los planos); ELÉCTRICA 5 × 102 -1 × m–1 (dirección perpendicular) CONDUCTIVIDAD 19,6 W/(cm × K) (grafito, dirección paralela a los planos); TÉRMICA 0,06 W/(cm × K) (dirección perpendicular); 23,2 W/(cm × K) (diamante)3.6.2 CARACTERÍSTICAS SECUNDARIASEl carbono es un elemento notable por varias razones. Susformas alotrópicas incluyen, sorprendentemente, una de las
  • 5 3sustancias más blandas (el grafito) y la más dura (eldiamante) y, desde el punto de vista económico, uno de losmateriales más baratos (carbón) y uno de los más caros(diamante). Más aún, presenta una gran afinidad para enlazarsequímicamente con otros átomos pequeños, incluyendo otrosátomos de carbono con los que puede formar largas cadenas, ysu pequeño radio atómico le permite formar enlaces múltiples.Así, con el oxígeno forma el dióxido de carbono, vital para elcrecimiento de las plantas; con el hidrógeno forma numerososcompuestos denominados genéricamente hidrocarburos, esencialespara la industria y el transporte en la forma de combustiblesfósiles; y combinado con oxígeno e hidrógeno forma granvariedad de compuestos como, por ejemplo, los ácidos grasos,esenciales para la vida, y los ésteres que dan sabor a lasfrutas; además es vector, a través del ciclo carbono-nitrógeno, de parte de la energía producida por el Sol.3.6.3 APLICACIONESEl principal uso industrial del carbono es como componente dehidrocarburos, especialmente los combustibles fósiles(petróleo y gas natural). Del primero se obtienen, pordestilación en las refinerías, gasolinas, keroseno y aceites,siendo además la materia prima empleada en la obtención deplásticos. El segundo se está imponiendo como fuente deenergía por su combustión más limpia. Otros usos son: • El isótopo carbono 14, descubierto el 27 de febrero de 1940, se usa en la datación radiométrica. • El grafito se combina con arcilla para fabricar las minas de los lápices. Además se utiliza como aditivo en lubricantes. Las pinturas antirradar utilizadas en el camuflaje de vehículos y aviones militares están basadas igualmente en el grafito, intercalando otros compuestos químicos entre sus capas. Es negro y blando. Sus átomos están distribuidos en capas paralelas muy separadas entre
  • 5 4 sí. Se forma a menos presión que el diamante. Aunque parezca difícil de creer, un diamante y la mina de un lapicero tienen la misma composición química: carbono. • El diamante es transparente y muy duro. En su formación, cada átomo de carbono está unido de forma compacta a otros cuatro átomos. Se originan con temperaturas y presiones altas en el interior de la tierra. Se emplea para la construcción de joyas y como material de corte aprovechando su dureza. • Como elemento de aleación principal de los aceros. • En varillas de protección de reactores nucleares. • Las pastillas de carbón se emplean en medicina para absorber las toxinas del sistema digestivo y como remedio de la flatulencia. • El carbón activado se emplea en sistemas de filtrado y purificación de agua. • El carbón amorfo ("hollín") se añade a la goma para mejorar sus propiedades mecánicas. Además se emplea en la formación de electrodos (ejemplo el de las baterías). Obtenido por sublimación del grafito, es fuente de los fulerenos que pueden ser extraídos con disolventes orgánicos. • Las fibras de carbón (obtenido generalmente por termólisis de fibras de poliacrilato) se añaden a resinas de poliéster, donde mejoran mucho la resistencia mecánica sin aumentar el peso, obteniéndose los materiales denominados fibras de carbono. • Las propiedades químicas y estructurales de los fulerenos, en la forma de nanotubos, prometen usos futuros en el incipiente campo de la nanotecnología.3.6.4 HISTORIAEl carbón (del latín carbo-onis, "carbón") fue descubierto enla prehistoria y ya era conocido en la antigüedad en la que semanufacturaba mediante la combustión incompleta de materiales
  • 5 5orgánicos. Los últimos alótropos conocidos, los fulerenos,fueron descubiertos como subproducto en experimentosrealizados con haces moleculares en la década de los 80.3.6.5 ABUNDANCIA Y OBTENCIÓNEl carbono no se creó durante el Big Bang porque hubieranecesitado la triple colisión de partículas alfa (núcleosatómicos de helio) y el Universo se expandió y enfriódemasiado rápido para que la probabilidad de que elloaconteciera fuera significativa. Donde sí ocurre este procesoes en el interior de las estrellas en la fase RH (RamaHorizontal) donde este elemento es abundante, encontrándoseademás en otros cuerpos celestes como los cometas y en lasatmósferas de los planetas. Algunos meteoritos contienediamantes microscópicos que se formaron cuando el SistemaSolar era aún un disco protoplanetario.En combinaciones con otros elementos, el carbono se encuentraen la atmósfera terrestre y disuelto en el agua, y acompañadode menores cantidades de calcio, magnesio y hierro formaenormes masas rocosas (caliza, dolomita, mármol, etc.).El grafito se encuentra en grandes cantidades en EstadosUnidos, Rusia, México, Groenlandia e India.Los diamantes naturales se encuentran asociados a rocasvolcánicas (kimberlita y lamproita). Los mayores depósitos dediamantes se encuentran en el África (Sudáfrica, Namibia,Botswana, República del Congo y Sierra Leona). Existen ademásdepósitos importantes en Canadá, Rusia, Brasil y Australia.3.6.6 PRECAUCIONESLos compuestos de carbono tienen un amplio rango de toxicidad.El monóxido de carbono, presente en los gases de escape de losmotores de combustión y el cianuro (CN) son extremadamentetóxicas para los mamíferos, entre ellos las personas. Los
  • 5 6gases orgánicos etano, etino y metano son explosivos einflamables en presencia de aire. Por el contrario, muchosotros compuestos no son tóxicos sino esenciales para la vida.3.6.7 ELECTRODO DE CARBÓN O GRAFITOEste término se designa a un conductor eléctrico utilizadopara establecer un circuito eléctrico (flujo de electrones),etimológicamente tiene su origen en las palabras elektron yhodos referidas a ambar y conductor respectivamente estetérmino fue acuñado por el físico ingles Michael Faraday. Enuna celda electroquímica se pueden identificar dos electrodosel ánodo que es el que se oxida y el cátodo que se reduce,cuando se habla de elementos polarizados el ánodo es elelectrodo positivo y el cátodo el electrodo negativo. Elgrafito puede ser enriquecido con potasio para mejorar suconductividad. Usualmente los electrodos de grafito sonutilizados en hornos eléctricos para procesamiento de arrabioy/o chatarra El proceso comienza con la llegada de la chatarra .previamente clasificada a la acería, aquí es inspeccionada yluego es cortada o fragmentada en pedazos más menudos loscuales son transportados al crisol de fundición, una vezdeterminada la cantidad a ser fundida se procede a colocar losdos o tres electrodos según sea el caso y luego con ayuda deun trasformador de alto voltaje se produce un arco eléctricoentre ambos electrodos el cual derrite la chatarra, en estemomento el personal calificado procede a ingresar una sondapara verificar la composición de la colada y de ser necesarioprocede a la aditivación respectiva, es necesario recalcar queel uso de escoriantes es común para facilitar la separación dela impurezas; gracias a las lecturas de la sonda se pasa a lafase de afino.Dependiendo de la aplicación, la colada pasa a procesos deconformados específicos como pueden ser la elaboración depalanquilla o elementos diversos elaborados por laminación.
  • 5 7Los electrodos de grafito son muy frágiles por lo cual sureemplazo se realiza asistido con procedimientos muyespecíficos, en algunos casos la rotura de ellos en procesoimplica grandes pérdidas más que por su costo, por el tiempoque lleva cambiarlos afectando seriamente a la continuidad delproceso.3.6.8 COMPOSICIÓN DE LOS ELECTRODOSEl material de electrodo es hecho de "premium needle coke" queasegura la mas alta calidad disponible. El material deelectrodo ha sido usado por años en los Estados Unidos envarias aplicaciones con mucho éxito, es usado en grandes ypequeñas compañías donde las propiedades físicas del grafitoson requeridas, pero no los altos costos del mismo, el tamañomáximo de partículas es de 3/8”, esto muestra una estructurafuerte.3.6.9 APLICACIONES PRINCIPALESSe usan en hornos eléctricos de arco, en hornos paraelaboración de acero, en hornos de fundición para producirmetales ferrosos y no ferrosos. Fig. 3.5.- Electrodos de grafito y accesorios.3.6.10 USOSEs una excelente opción para hacer crisoles, placas, anillosde grafitos, etc. Cuando los materiales de grano fino sonexpuestos a altas temperaturas y no son enfriados antes de ser
  • 5 8expuestos al aire o ventilación se oxidan rápidamente cuandoesto ocurre se desmoronan y no guardan su forma, cuando unmaterial de electrodo se oxida, retiene su forma.3.7 MEDIDAS DE AHORRO GENERALES • Utilice materiales aislantes para disminuir pérdidas de calor. • Utilice autómatas programables para controlar tanto el consumo del horno como otros parámetros del mismo. Entre un horno eléctrico automatizado y otro manual, la diferencia de consumo es alrededor del 25%. • Asegure un buen sellado de las puertas. Hasta el 80% de las pérdidas de un horno puede originarse al abrir las mismas. • Utilice bocas de entrada regulables de forma que la apertura sea la justa para permitir la entrada del material, pero no mayor para evitar pérdidas innecesarias. • Procure trabajar con el horno a carga completa, en lugar de hacer varias cargas parciales. • Cargue rápidamente la materia prima para reducir las pérdidas de radiación del horno. • Igualmente, intente que los tiempos de utilización sean lo más elevados posibles, para evitar tener que precalentar el horno cada vez que se quiere utilizar. • Procure que los tiempos de funcionamiento en vacío sean mínimos. Reduzca tiempos de análisis y de reparación del horno. • Antes de cargar el material, es necesario eliminar cualquier tipo de suciedades que provoquen la formación de escoria. • Precaliente si es posible la carga mediante calor sensible de gases de escape procedente de otros procesos.
  • 5 9 • Puede aprovechar el calor que almacenan para otros procesos, como precalentar otro horno, secar algún producto, etc.3.8 MEDIDAS ADICIONALES PARA HORNOS DE ARCO ELÉCTRICO • Para reducir los tiempos de fundición y mejorar la productividad y el consumo energético, el proceso puede ayudarse insuflando oxígeno durante el proceso de fundición. • Intente maximizar la temperatura de “tapping”. • Controles automáticos de los electrodos minimizan las fluctuaciones de la corriente del arco y mantienen la potencia constante. • En muchos casos, en zonas de la pared del horno a altas temperaturas se pueden colocar enfriadores de agua que disminuyen los tiempos de reparación y el consumo de energía. • Utilice “ultra high power” (UHP) para fundiciones rápidas. Bajos voltajes y grandes corrientes permiten aumentar la velocidad de fundición con menor erosión de material refractario. La eficiencia puede ser hasta 2 veces mayor en comparación con funcionamiento normal. • Un aumento de la potencia del transformador con una nueva unidad o modificando el voltaje secundario del transformador puede aumentar el factor de potencia del horno y aumentando la potencia del mismo, reduciendo los tiempos de “tapping” y el consumo de electrodos. • Calentando las cucharas en hornos de arco eléctrico puede suponer un aumento de la vida útil de los materiales refractarios, evitando humedades y cambios bruscos y continuos de temperatura, disminución de la energía eléctrica mediante la disminución de los procesos de sobrecalentamiento finales y aumento de la producción por la reducción de tiempos del proceso de “tapping”.
  • 6 0 CAPÍTULO IV ESTRUCTURA MECÁNICA4.1 HORNOS DE ARCO ELÉCTRICOSon los más usados en los talleres de fundición. Constan de uncrisol basculante de sección circular, con solera cóncavarecubierta de material refractario y dos aberturas laterales,una para adicionar los materiales de afino o la carga metálica(en los hornos pequeños) y la otra para la piquera. Todo ellova cubierto con una bóveda desmontable (para introducir lacarga metálica) recubierta interiormente de materialrefractario, provista de orificios por donde penetran loselectrodos de grafito, que hacen saltar el arco con la cargametálica situada en la solera. Una vez cargado el horno sehacen descender unos electrodos hasta la superficie del metal.La corriente eléctrica fluye por uno de los electrodos, formaun arco eléctrico hasta la carga metálica, recorre el metal yvuelve a formar un arco hasta el siguiente electrodo. Laresistencia del metal al flujo de corriente genera calor, quejunto con el producido por el arco eléctrico, funde el metalcon rapidez. Hay otros tipos de horno eléctrico donde seemplea una espiral para generar calor. Durante este periododebe existir una capa de escoria en la superficie, para afinarel baño, evitar su oxidación y proteger la bóveda y lasparedes del crisol de la irradiación del calor del arco y delmetal. La duración del proceso es relativamente rápida,permitiendo un control adecuado tanto en la temperatura, comoen la composición del metal. Una vez que ha terminado elproceso, se retiran los electrodos y se procede a la colada enla cuchara, inclinando el horno. Los hornos de este tipo quemás se usan son los trifásicos con capacidad de 3 a 8toneladas, aunque se construyen desde 1 a 100 toneladas. Seemplean para fundir el acero y la fundición gris de excelentecalidad.
  • 6 1 Fig.4.1.- Partes de un horno eléctrico por arco.4.2 ESTRUCTURAEl horno de arco eléctrico puede tener revestimiento ácido obásico. El revestimiento del fondo no participa en el procesode refinación: sirve como recipiente del metal fundido. Elcasco del horno de arco eléctrico esta hecho con planchas deacero soldadas o remachadas que forman una estructurareforzada por viguetas o piezas moldeadas. Esta montado enbalancines que permite inclinar el horno para la colada. Elhorno común tiene dos puertas una para la carga opuesta alcaño de colada y otra para el trabajo situada a 90 gradosentre ambas. El sistema de electrodos mas usado es el deHeroult que consiste de tres electrodos y tres fases con unsolo transformador. El horno tiene un revestimiento deladrillos de magnesita que cubre todo el fondo y las paredeshasta más arriba de la sección expuesta a la escoria. Lasparedes del horno eléctrico pueden ser de un material ácido obásico, las que se usan en la industria son ácidas ya que elmineral hierro, también es ácido. Por encima del nivel a quellega la escoria, las paredes suelen ser de ladrillos desílice o de magnesita con forro de metal. El techo es un domode ladrillos de sílice con tres aberturas de 50 cm para loselectrodos. Hoy en día se construyen hornos eléctricos contecho oscilante, que permite la colocación de la carga porarriba. Los electrodos suelen ser de carbono no cocido o degrafito, generalmente de este último material.
  • 6 24.3 OPERACIÓN DEL HORNODe ordinario, el horno eléctrico trabaja con chatarra, peroexisten otras variantes. El hierro de primera fusión puede serparcialmente refinado en el hogar abierto o en el convertidorde Bessemer y luego se carga en el horno eléctrico para surefinación final. En otro método se toma el arrabio fundido enun cubilote, se traslada a un convertidor y luego al hornoeléctrico para su acabado. Según otra variante, el arrabiofundido en un cubilote se carga sobre un lecho de mineral dehierro en el horno eléctrico. En el horno eléctrico ordinario,la chatarra, que constituye el grueso de la carga, se extiendecon las piezas más gruesas en el fondo y las más ligerasencima. Se agregan piedra caliza, mineral de hierro o escamasde laminación, y tal vez aleaciones ferrosas. Aplicada lacorriente y fundida la chatarra en parte, formando charcos demetal en el fondo del horno, se añaden escamas de laminación omineral de hierro. La caliza y el mineral se descomponen yeliminan los elementos oxidables, carbono, manganeso, fósforoy silicio, en forma de escoria, como en el proceso de hogarabierto. En los aceros corrientes solo es necesario ajustarlas condiciones de la escoria, de modo que el acero tenga latemperatura y la composición deseadas. Entonces, se hace lacolada. Este método se llama la “escoria negra”.Los aceros de aleación y el acero inoxidable requieren mayortratamiento. Después de fundida la chatarra y cubierta con laescoria fundida, se procede a analizar el acero. Si larefinación ha progresado suficientemente, se inclina el hornoligeramente para rastrillar la escoria “negra” por completo afin de separar del acero fundido el fósforo, la mayor partedel azufre y parte del manganeso, del silicio y del cromo dela carga inicial. El acero fundido se cubre entonces con unamezcla de cal, arena, coque y espato de flúor. Esta mezcla sefunde y se forma una escoria reductora “blanca”. Esta escoria“blanca” desoxida el acero tomando el oxígeno del óxido de
  • 6 3hierro disuelto. En algunos casos, se añaden desoxidantes,como el siliciuro de calcio y el aluminio - silicio, paraacelerar la desoxidación. También pueden añadirse óxidos deciertos elementos de aleación como los de cromo, vanadio,volframio y molibdeno, óxidos que son absorbidos por el metalfundido. Además de su capacidad para eliminar el azufre delacero, el horno eléctrico básico tiene la propiedad demantener el acero fundido por largo tiempo en atmósfera nooxidante, lo que permite regular exactamente la temperatura yajustar con cuidado la composición.4.4 EJEMPLO DE UN HORNO PARA COLADA CONTINUA Fig. 4.2.- Horno para colada continua.Resumen:Horno de arco eléctrico para fundir continuamente acero y susaleaciones que incluye al menos un primer cuerpo (11) quecomprende una zona superior (35) para la carga de la materiaprima (17) y una zona inferior (36) para la fundición y elprimer refinado del metal fundido, y al menos un segundocuerpo (12) que incluye una zona (37) con la función dedecantar y refinar el metal líquido y con un orificio desangrado (30) para el metal líquido, formando los cuerposprimero (11) y segundo (12) un solo cuerpo conectados por
  • 6 4medio de un canal (13) a través del cual se transfiere elmetal líquido, cooperando la zona superior (35) del primercuerpo (11) al menos con medios de carga (24), incluyendo loscuerpos primero (11) y segundo (12) al menos un electrodocentral y vertical respectivo (14, 114) y ánodos relativos(15) situados en la parte inferior, incluyendo el primercuerpo (11) en las paredes laterales quemadores calentadores(22) y lanzas supersónicas (23) para inyectar oxígeno eincluyendo el segundo cuerpo (12) en la parte inferior toberas(26) para inyectar carbono, siendo los medios de carga (24) dela materia prima (17) de tipo continuo y estando asociados conmedios para agitar y distribuir (19, 20) la materia prima (17)de manera homogénea, estando el canal (13) asociado con mediospara regular el flujo desde un cuerpo (11) hasta el otro (12).4.5 BALANCE ENERGÉTICO4.5.1 GENERALIDADESEl balance energético de un horno varía fundamentalmente de unhorno continuo a uno intermitente. En los hornos continuosinterviene la producción en kg/h o en t/h, mientras que en losintermitentes es más importante la carga introducida en cadaoperación en kg o en t. La temperatura en los hornos continuoses prácticamente constante en cada zona a lo largo del tiempo,y la temperatura de la carga varía a lo largo del horno desdela entrada hasta la salida. En los hornos intermitentes latemperatura de la carga varía a lo largo del tiempo, pero semantiene relativamente constante en todo el horno en uninstante dado. Respecto a los hornos intermitentes debendistinguirse: • Los procesos en los que la temperatura de regulación del horno permanece prácticamente constante. • Los procesos en los que la temperatura del horno sigue un ciclo de calentamiento, mantenimiento y enfriamiento sin extraer la carga del interior del horno.
  • 6 5En los primeros, al introducir la carga baja evidentemente latemperatura del horno, se enfría el revestimiento, aunque cedesu calor a la carga, pero la energía cedida por los elementoscalefactores se utiliza para calentar el revestimientonuevamente y la carga hasta la temperatura de regulación delhorno, cuyo valor de consigna ha permanecido constante. En lossegundos, al introducir la carga, el horno está a bajatemperatura y se calientan simultáneamente la carga y elrevestimiento con todos los elementos del interior del horno.Después de un periodo de mantenimiento a la temperaturafijada, la carga se enfría en el interior del horno juntamentecon el revestimiento. Es fundamental, por tanto, el calorabsorbido por el revestimiento, durante el calentamiento, ycedido en el enfriamiento.Debe aclararse que el concepto de temperatura del horno esbastante convencional: • Los elementos calefactores (llamas o resistencias eléctricas conectadas) tendrán la mayor temperatura. • La carga, incluso al final del periodo de calentamiento, estará a menor temperatura. • El revestimiento tendrá probablemente, una temperatura mayor a la de la carga e inferior a la de los elementos calefactores. Un termopar con su caña de protección señalará una temperatura intermedia entre las tres citadas que se denomina temperatura del horno.4.5.2 COMPONENTES BÁSICOS DEL BALANCE ENERGÉTICOEl consumo de energía de un proceso en un horno industrial esuna de sus características principales. Se determinacalculando los componentes del balance energético, cuando setrata del diseño, o midiéndolos en su funcionamiento real,cuando se trata de un horno construido. El balance energéticose establece tomando como base la producción horaria, en loshornos continuos, y el ciclo completo de una carga, en los
  • 6 6hornos intermitentes. Sin embargo, es frecuente que muchoshornos continuos funcionen únicamente durante uno o dos turnosde trabajo al día, por lo que las pérdidas de calor, durantelas horas de parada del horno, deben también tenerse encuenta. En todo balance energético es fundamental que lascondiciones al final del periodo en que se hacen lasmediciones sean las mismas que al comienzo. Por ello, en loshornos intermitentes las mediciones cubren una carga completao un ciclo completo, y en los hornos continuos las condicionesde trabajo deben ser lo suficientemente constantes como paraque las pequeñas variaciones que se produzcan seandespreciables. Entre los componentes de un balance energéticose distinguen los que suponen aportación de calor al proceso ylos que absorben calor del sistema. • Aportación de calor. • Por las resistencias de calentamiento. Durante el calentamiento de la carga las resistencias están conectadas todo el tiempo, por lo que aportan al horno su potencia nominal, hasta que la temperatura llega a la de regulación, instante a partir del cual se reduce la potencia conectada. Esto se produce utilizando energía eléctrica para calentar el horno, si se utiliza otro tipo de medio para calentar el horno la temperatura no se regularía tan fácilmente. En los hornos provistos de ventiladores de recirculación debe tenerse en cuenta la energía aportada por dichos ventiladores al interior del horno, que es la energía absorbida en el eje del ventilador y transformada íntegramente en calor, dicha energía disminuye sensiblemente al aumentar la temperatura del horno. • Calor de reacciones exotérmicas. En hornos de recalentar para la industria siderúrgica; se incluye aquí el calor producido en la oxidación de la carga que da lugar a la formación de la cascarilla.
  • 6 7 • Absorción de calor • Calor útil requerido para calentar y/o fundir la carga. • Calor perdido por la escoria. Debe tenerse en cuenta sobre todo en los hornos de fusión. • Calor a contenedores y soportes de carga. • Calor de reacciones endotérmicas. Es tipo de los hornos de calcinación y de fusión. • Pérdidas de calor por conducción a través de las paredes • Pérdidas de calor por aberturas • Pérdidas de calor por el agua de refrigeración • Pérdidas del calor acumulado en el revestimiento. • Pérdidas de calor incontroladas o que resultan imposibles de medición.4.5.3 BALANCE ENERGÉTICO EN FUNCIONAMIENTO ESTABLEDenominamos funcionamiento estable de un horno al que esrepetitivo a lo largo del tiempo en cuanto a las condicionesde trabajo, sin paradas o cambios importantes en el proceso,sobre todo de temperatura. En un horno continuo suponeconstancia en las cargas, temperaturas de regulación de lasdiferentes zonas, velocidades de avance o tiempos detratamientos constantes a lo largo de un periodo prolongadosin paradas durante la noche, fines de semana, etc.En un horno discontinuo, que opera por ciclos con enfriamientodel horno, dichos ciclos se repiten sucesivamente sin cambiosen las cargas y temperaturas de proceso. Tiene especialimportancia el calor almacenado en el revestimiento, del cualuna parte importante se pierde en cada ciclo. En los hornosintermitentes de fusión o de mantenimiento, se mantienenconstantes las temperaturas del proceso, siendo irrelevantesen el balance energético las pérdidas por calor almacenado.En el funcionamiento de un horno debe verificarse: Calor aportado = Calor absorbido
  • 6 8Se indica a continuación dos balances energéticos para unhorno continuo y otro discontinuo.Horno contínuo • Potencia a la carga útil.................. qu = 58% • Potencia a las bandejas................... qct = 20% • Pérdida por las paredes................... qp = 11% • Pérdida por las puertas................... qr = 7% • Calentamiento de la atmósfera............. qa = 4% • Potencia media total...................... pm = 100%Horno intermitente. • Energía útil a la carga..................qu = 50% • Energía a los contenedores...............qct = 20% • Pérdidas por las paredes.................qp = 26,8% • Pérdidas por radiación en desplazamiento.....qr = 2% • Pérdidas adicionales.....................qin = 1,2% • Consumo total............................ct = 100%Tanto en hornos continuos como intermitentes, no debenolvidarse dos componentes del consumo energético: • Calor de vaporización de los líquidos que se introduzcan en el horno por requerimientos del proceso y de la posterior disociación del líquido en componentes químicos más elementales. • Calor de vaporización del agua o líquido arrastrado por las piezas de un proceso anterior.4.5.4 BALANCE ENERGÉTICO EN FUNCIONAMIENTO REALEl balance energético en funcionamiento estable (producciónnominal del horno sin variar las condiciones de trabajo) esaplicable a unos periodos no muy extendidos en el tiempo, yaque en su funcionamiento real es frecuente:
  • 6 9 • Un cambio en las condiciones del proceso. • Operar con diferentes cargas o producciones de trabajo. • Realizar paradas por: modificaciones en los procesos posteriores al horno, exigencias de mantenimiento, paradas en que el horno se desconecta o se mantiene a temperaturas reducidas, etc.Un cambio de los parámetros de funcionamiento del horno puedesuponer un considerable aumento de la energía consumida. Si espreciso elevar las temperaturas de regulación de las distintaszonas que componen el horno, es necesario, por una partecalentar el horno a las mayores temperaturas, lo que requiereenergía, y además parar la producción del horno hasta que sealcance el nuevo régimen, lo que da lugar a pérdidas de calorsin producción. La energía requerida para calentar el horno ylas pérdidas de calor, durante el tiempo de calentamiento sinproducción, pueden elevar considerablemente el consumo medio.Si el horno va a operar a un régimen de temperaturas inferioral anterior, es preciso destinar un tiempo de enfriamiento sinproducción, durante el cual las pérdidas de calor se mantienenprácticamente constantes y que deberán tenerse en cuenta en elbalance energético correspondiente. Los tiempos decalentamiento o enfriamiento antes citados son reducidos enhornos con aislamientos a base de fibras cerámicas, peropueden ser de varias horas cuando se han utilizados ladrillosu hormigones refractarios y aislantes. El consumo en losperiodos de mantenimiento a temperatura tiene una granimportancia en el consumo energético medio correspondiente aun periodo prolongado.Además, deben considerarse los periodos de parada total, a losque sigue un calentamiento del horno hasta su puesta atemperatura de régimen que exige una gran cantidad de energíay que, para evitar daños en el revestimiento (a causa deldilatamiento que sufre el revestimiento al aumentar latemperatura), debe hacerse a una velocidad adecuada. Es
  • 7 0frecuente que el cálculo del balance energético enfuncionamiento estable se haga con meticulosidad, desglosandoen detalle todos sus componentes, mientras que el cálculo delos consumos energéticos en los periodos de mantenimiento y deparada parcial o total se realice de una forma aproximada ypoco minuciosa, lo que puede conducir a una estimación delconsumo energético medio muy inferior al real. Es cierto queel cálculo de los consumos en los periodos de calentamientodel horno, es complejo y requiere una cierta experienciadeducida de experiencias anteriores, pero es muy peligrosodeducir cifras de consumo sin cálculos adecuados, ya que loserrores pueden ser muy importantes cuantitativamente.4.6 LADRILLOS REFRACTARIOSLos Ladrillos Refractarios utilizados son de dos tipos, segúnsu contenido de arcillas con alúminas o sílices. Suscaracterísticas les permiten soportar temperaturas muyelevadas, aunque ambos se comportan de diferente manera.4.6.1 LADRILLOS CON ALTO CONTENIDO EN ALÚMINAEstos ladrillos tienen un coeficiente de dilatación térmicamuy bajo, por lo cual están preparados para soportar altastemperaturas y luego se enfrían sin llegar a presentardilataciones o deformaciones significativas que lo afecten.Son ladrillos de alto costo porque son escasas las arcillascon que se fabrican.4.6.2 LADRILLOS CON ALTO CONTENIDO DE SÍLICEEstos ladrillos pueden soportar altas temperaturas, y adiferencia de los anteriores, se dilatan de maneraconsiderable cuando son sometidos a fases alternativas ycontinuas de calor y frío. Dichos cambios bruscos detemperatura los afecta de tal modo, que finalmente los
  • 7 1desintegra. Se los emplea en aquellos sitios donde lastemperaturas altas son continuas.4.7 CARACTERÍSTICAS DE LOS LADRILLOS REFRACTARIOS • El color que adoptan estos ladrillos se debe al proceso de fabricación; pueden ser amarronados ó pardo blancuzcos. • Piezas de alta densidad. • Poseen textura lisa y homogénea. • Baja conductividad térmica. • Alto punto de fusión.Quizás el dato más importante para el dimensionamiento de lasparedes del ladrillo es su conductividad térmica. Elcoeficiente de conductividad térmica es una característica decada sustancia y expresa la magnitud de su capacidad deconducir el calor. Su símbolo es la letra griega λ.En el Sistema Internacional de Unidades (SI) se mide en:O en el sistema técnico:Y en el sistema anglosajón:El coeficiente de conductividad térmica expresa la cantidad oflujo de calor que pasa a través de la unidad de superficie deuna muestra del material, de extensión infinita, caras planasparalelas y espesor unidad, cuando entre sus caras seestablece una diferencia de temperaturas igual a la unidad, encondiciones estacionarias. Este coeficiente varía con lascondiciones del material (humedad que contiene, temperatura ala que se hace la medición), por lo que se fijan condicionespara hacerlo, generalmente para material seco y 15ºC
  • 7 2(temperatura media de trabajo de los materiales deconstrucción) y en otras ocasiones, 300 ºK (26,84ºC). Cuadro 4.1.- Valores típicos de conductividad térmica (λ) Conductividad Conductividad Material Térmica Material TérmicaAcero 47-58 Hierro 80,2Agua 0,58 Ladrillo 0,80 LadrilloAire 0,02 0,47-1,05 refractarioAlcohol 0,16 Latón 81-116Alpaca 29,1 Litio 301,2Aluminio 209,3 Madera 0,13Amianto 0,04 Mercurio 83,7Bronce 116-186 Mica Moscovita 0,72Cinc 106-140 Níquel 52,3Cobre 372,1-385,2 Oro 308,2Corcho 0,04-0,30 Parafina 0,21Estaño 64,0 Plata 406,1-418,7Fibra de 0,03-0,07 Plomo 35,0vidrioGlicerina 0,29 Poliuretano 0,018-0,025 Vidrio 0,6-1,04.8 MANTENIMIENTO EN HORNOSSe realizan tres actividades de mantenimiento básicas,mantenimiento preventivo, predictivo y correctivo.El mantenimiento preventivo consiste una serie de laboresperiódicas que buscan la correcta operación del sistema en
  • 7 3cada uno de sus componentes mediante un control para prevenirfallos inesperados.4.8.1 PREVENTIVODependiendo del tipo de horno y la fuente de calentamiento,dentro del mantenimiento preventivo diario se debe realizar: • Realizar chequeo de arranque. • Chequear las variables de proceso, temperatura, presión, etc. • Mantener la cámara libre de materiales indeseados, si es de fundición, libre de escoria. • Inspeccionar que las líneas de agua de enfriamiento no presente fugas. • Inspeccionar líneas de suministro de combustibles líquidos. • Inspeccionar las conexiones hidráulicas (solo usar fluidos no inflamables en el sistema). • Chequear si funciona la conexión a tierra. • Asegurar que el sistema de enfriamiento de emergencia en los hornos se encuentre en buenas condiciones de operación. • Inspeccionar sistemas de alarma.En el mantenimiento preventivo mensual se debe realizar: • Ajustar las terminales eléctricas de los contactores y controles. • Remover los platos de la cubierta e inspeccionar los serpentines y las conexiones. • Remover la cubierta e inspeccionar serpentines de enfriamiento y conexiones. • Examinar los elementos internos expuestos al calentamiento (serpentines, resistencias, etc.).
  • 7 4 • Chequear los sistemas mecánicos como ventiladores, rodamientos, correas, etc. • Chequear los filtros de agua fría e hidráulica. • Chequear paso de aire caliente al exterior del horno. • Usar dos métodos independientes para soportar el horno cuando se suspenda para inspección, en el caso de una caída inesperada del mismo debido a la pérdida de presión hidráulica. • Revisar el estado de los aislamientos.Dentro del mantenimiento preventivo semestral se debe: • Calibrar elementos de medición. • Revisar sensores. • Realizar un análisis de la combustión.En el mantenimiento preventivo anual se debe: • Desmontar el sistema y realizar mantenimiento completo, reemplazando piezas desgastadas. • Chequear la condición interna y externa de aislamientos térmicos. • Desmontar el sistema del quemador para limpiar boquillas y ajustar atomización.4.8.2 PREDICTIVOEl mantenimiento predictivo consiste en interpretar lasvariables principales de cada elemento que compone el sistemade aire comprimido, y predecir su vida útil en correctaoperación.Dentro del mantenimiento predictivo se debe realizar: • Análisis vibratorio, resonancia. • Controles no destructivos (líquidos penetrantes, magnetismo). • Análisis metalúrgico.
  • 7 5 • Controles geométricos. • Análisis energéticos.4.8.3 FALLAS FRECUENTESEn general las fallas más frecuentes en hornos se presentanen: • Sistemas de ventilación. • Quemadores. • Aislamientos. • Sistemas de enfriamiento (hornos de fundición).A manera de ejemplo, en hornos rotatorios la falla másfrecuente se relaciona con el desbalance del sistema derotación. Uno de los principales parámetros a controlar en unhorno rotatorio es mantenerlo alineado para minimizar laspérdidas de refractario debido a estrés mecánico. Laalineación de un horno significa posicionar los patines de lossoportes de tal forma que la flexibilidad de coraza del hornose minimiza y los soportes comparten la cargaproporcionalmente.En los hornos túnel es indispensable mantener el horno siemprecaliente para que los refractarios no se fracturen. Losrefractarios al calentarse se expanden y al enfriarse secomprimen, al encender un horno túnel todos los refractariosse encuentran expandidos por el calor si no se mantiene ciertatemperatura aún con el horno sin material para cocer, losrefractarios se comprimen y al calentarlo de nuevo se expandenfracturándose.4.9 NORMAS PARA HORNOSDentro de este ítem se tienen en cuenta regulaciones paraactividades peligrosas en hornos y normas nacionales einternacionales relacionadas con su correcta operación,mantenimiento y diseño.
  • 7 64.9.1 REGULACIONES PARA ACTIVIDADES PELIGROSASEstas normas deben ser aplicadas para la ubicación, diseño,construcción y operación de hornos usados en procesoscerámicos y otros procesos de tratamiento en los que se usacalor.4.9.2 UBICACIÓN Y CONSTRUCCIÓNLos hornos y sus equipos relacionados deben ser localizados: • Teniendo en cuenta la posibilidad de fuego resultante del sobrecalentamiento o el escape de combustibles líquidos o gaseosos y la posibilidad de daño a los edificios y personas resultante de la explosión. • A nivel o por encima del piso. • De tal forma que sea fácil el acceso para inspección y mantenimiento y deben estar adecuadamente despejados con el fin de permitir el funcionamiento óptimo de los orificios de salida. El techo y los pisos de los hornos y otros aparatos de calentamiento deben estar suficientemente aislados y ventilados para mantener temperaturas debajo de los 50 °C.Los hornos y otros equipos relacionados deben ser construidosde materiales no combustibles. Además los marcos de los hornoseléctricos y otros equipos deben tener conexión a tierra.Los hornos y otros equipos relacionados que contengan mezclasde gases inflamables deben tener orificios de desahogo paraliberar las presiones internas y todos los paneles y puertasdeben estar acondicionados de tal forma que cuando esténabiertas, todos los orificios constituyan un área efectiva dedesahogo. Además, deben existir un venteo externo al edificiocon las respectivas protecciones (capuchones a la salida delas chimeneas para evitar la entrada de agua).
  • 7 7Todos los conductos deben construirse con materiales nocombustibles y tener solo la abertura necesaria para laapropiada operación y mantenimiento del sistema. Los conductospasan a través de paredes combustibles, pisos y techos debentener el aislamiento adecuado y despejados para prevenirtemperaturas en la superficie que superen los 50 °C. Losconductos de desahogo no deben descargar cerca de puertas,ventanas u otra toma de aire de manera que permitan la entradade vapor dentro del edificio.4.9.3 CONTROLES DE SEGURIDADDebe existir un número suficiente de controles de seguridad,los cuales deben ser construidos y acondicionados paramantener las condiciones requeridas de seguridad y prevenir eldesarrollo de fuego y explosiones peligrosas. Los controles deventilación deben asegurar la adecuada preventilación yventilación del sistema. Los controles de seguridad delcombustible deben estar acondicionados para minimizar laposibilidad de acumulaciones peligrosas de aire-combustibleexplosivas en el sistema de calentamiento. Los controles deexceso de temperatura deben estar acondicionados para manteneruna temperatura de operación segura dentro del horno y otrosequipos de calentamiento.4.9.4 CONTROL DE FUEGOLos hornos y otros equipos de calentamiento y conductos quecontengan materiales de proceso combustibles deben estarequipados con rociadores automáticos.Se deben instalar extinguidores portátiles cerca del horno yotros equipos de calentamiento.4.9.5 NORMAS A NIVEL INTERNACIONALEntre las normas para hornos a nivel mundial se encuentran:ASME PTC33A Test de eficiencia para incineradoresASME 86-99 Estándares para hornos y estufas
  • 7 8ANSI Z21.47 a 1999 Hornos de quema de gasANSI JIS B 8415-1991 Código general de seguridad de hornosindustrialesISO 5019-4-1988 Aislamientos de ladrillo ydimensionado de hornos.4.10 NUEVAS TECNOLOGÍASDe acuerdo con información “Trazado de Tecnologías paraProcesos de Calentamiento” del Departamento de Energía ytecnologías industriales de los Estados Unidos para lospróximos 20 años se tiene proyectado un desarrollo tecnológicopara mejorar los procesos de calentamiento industrial. Acontinuación se presentan los puntos más relevantes de dichodocumento.4.10.1 SENSORES Y CONTROL DE PROCESOSLa calidad del producto durante un proceso térmico depende dela habilidad para medir, registrar y controlar de maneraefectiva los procesos durante las operaciones de calentamientoque minimicen la variabilidad del producto.Algunos de los últimos mecanismos de control consisten en laoptimización de la relación aire-combustible para reduciremisiones y mejorar la eficiencia energética del horno. En lospróximos años se planea desarrollar sensores no intrusivosbasados en tecnologías ópticas de diagnóstico como sensoresque midan múltiples componentes de emisión (CO2, NOx, CO, O2).4.10.2 MATERIALES AVANZADOS PARA TEMPERATURAS ALTASLa habilidad para incrementar la eficiencia térmica de losprocesos está severamente restringida por la disponibilidad yel costo de materiales de alto desempeño para altastemperaturas. El uso de materiales de alto desempeño podríapermitir el diseño de equipos más compactos, la reducción laenergía y las emisiones, menores costos de operación ymantenimiento e incremento de la productividad. Para esto se
  • 7 9requieren materiales con propiedades como resistencia a altastemperaturas, choque térmico, resistencia a la corrosión,resistencia a altas presiones, conformación y maquinabilidadque varía dependiendo del área de aplicación.4.10.3 SISTEMAS DE GENERACIÓN DE CALOREn equipos para procesos de calentamiento, las fuentes decalor pueden ser sistemas de combustión mediante llama oeléctrico (inducción y resistencia). Para los sistemas decombustión, el desafío consiste en optimizar la eficienciatérmica y los costos de operación de acuerdo con lasregulaciones de emisiones. Esta optimización depende defactores tales como control de los oxidantes de loscombustibles durante todas las etapas de calentamiento,variabilidad en la mezcla del combustible, reacción completa ydesempeño de los quemadores por debajo de su rango deoperación. Con las tecnologías actuales, es difícil reducirlas emisiones y mejorar la eficiencia a un costo que searentable. Para sistemas eléctricos, el desempeño del sistema yel costo depende del costo de la energía que depende de laspérdidas asociadas con su distribución y transmisión, pérdidasen el sistema de enfriamiento (particularmente en sistemas decalentamiento por inducción) y la confiabilidad del suministrode energía.4.10.4 SISTEMAS DE CONTENCIÓN DE CALORLos procesos industriales la generación de calor controlada yla transferencia de calor requiere del uso de una “caja” quepueda contener el calor, mantener la atmósfera deseada,asistir en la transferencia de calor, reducir las pérdidas deenergía y facilitar el manejo del material. El diseño ymantenimiento de la caja tiene impactos en los costosenergéticos, emisiones, productividad, calidad del producto yseguridad del personal. El diseño apropiado, operación y
  • 8 0mantenimiento son importantes en la eficiencia de los procesosde calentamiento industrial.4.10.5 SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALORUn gran porcentaje del total de la energía que entra a lossistemas de calentamiento puede ser recuperado en forma decalor de desecho. El calor de desecho producido en muchasformas, como gases de combustión, agua fría, bandejas, cintas,y en algunos casos, el producto calentado en sí. Hoy losmétodos para recoger, recobrar y usar los calores de desechono son económicamente justificables. Esto es especialmentecierto para bajas temperaturas o calor de bajo grado (aguacaliente o flujo de productos de baja temperatura). Sistemasde recuperación de calor avanzados permiten el ahorro de unacantidad de energía significativa.4.10.6 SISTEMAS DE CONTROL DE EMISIONESDurante los últimos 25 años, las emisiones generadas por lacombustión (NOx, CO, partículas) han sido la mayor preocupaciónen el diseño y la operación de equipos de proceso térmico. Losniveles de emisión y los costos asociados pueden ser reducidosconsiderablemente a partir de tecnologías de controlinnovadoras.Dentro de estas nuevas tecnologías se encuentran losquemadores oscilantes que retardan y evitan la formación deNOx.4.10.7 ENTRADAS AUXILIARESLa atmósfera de proceso (mezcla de gases), usada durante unproceso térmico para muchas operaciones críticas, puede serdeterminante para la calidad del producto y el desempeño delsistema de calentamiento. Estas atmósferas que actúan comoprotección o ligadas al proceso son generadas in situ uobtenidas por una mezcla de gases almacenados (N2, H2, CO2,NH3). Los equipos y métodos que usan atmósferas tienen un
  • 8 1efecto significativo en los costos de operación y laproductividad. El uso de oxígeno puro para la combustióntambién se está volviendo común. La reducción en los costos deproducción, almacenamiento, mezclado y control de estos gasespuede incrementar la eficiencia, reducir las emisiones y enalgunos casos aumentar la productividad y la calidad delproducto(ESTRACTADO DE UN ARTÍCULO DEL INSTITUTO DE ENERGÍA YTERMODINÁMICA – UPB)
  • 8 2 CAPÍTULO V CONSUMO ESPECÍFICO DE ELECTRODOS EN HORNOS ELÉCTRICOS DE ARCO - CORRELACIÓN CON LOS FACTORES DE OPERACIÓN5.1 INTRODUCCIÓNLos aspectos físicos del consumo de electrodos de grafito enhornos eléctricos fueron explicados en un excelente trabajotécnico de W. E. Schwabe.Excluyendo las quiebras, el consumo de electrodos ocurre: ensentido vertical, por el efecto del arco en la punta y, en elsentido horizontal, por el efecto de la oxidación.En la práctica, el consumo de electrodos es computado apenascon base en el consumo vertical. El peso de electrodoconsumido a ser contabilizado, será proporcional a la longitudde la pieza, al peso específico del grafito y a la secciónoriginal del electrodo.Para encontrar la ecuación del consumo total de electrodos(kg/h), se puede partir de una expresión que defina larelación entre la velocidad de consumo vertical y los factoresde operación. Normalmente, esta velocidad de consumo,expresada en centímetros por hora, es llamada de consumolineal.El consumo lineal es proporcional a la corriente al cuadrado einversamente proporcional a la sección de la punta delelectrodo.El desgaste lateral por oxidación influencia indirectamente elconsumo total de electrodos a través de la disminución de lasección de la punta, provocando un aumento del consumo lineal.Sin embargo, un aumento del consumo lineal conduce a una
  • 8 3disminución del tiempo de exposición a la oxidación y, enconsecuencia, a un nuevo aumento del diámetro de la punta.Estos efectos continúan en forma iterativa hasta que la puntadel electrodo alcanza su sección definitiva, correspondiente alas condiciones de operación existentes. El hecho del desgastelateral debe ser proporcional al tiempo de exposición y, portanto, inversamente proporcional al consumo lineal, sirve comobase para relacionar el diámetro de la punta con los factores:densidad de corriente, calidad de los electrodos y altura delhorno.Otra consecuencia de ese relacionamiento entre los consumoslateral y lineal es la de permitir encontrar una ecuaciónúnica para el consumo de electrodos, sin necesidad de separarel consumo de punta del consumo por oxidación, tal como serádemostrado a continuación.5.2 CONSUMO DE PUNTA Qt (kg/h) Y CONSUMO LINEAL Lc (cm/h)Pesquisas de laboratorio y experiencias prácticas muestran queel consumo de punta, en kg/h, es proporcional a la intensidadde corriente al cuadrado. El consumo de punta Qt (kg/h) esindependiente del diámetro del electrodo, y, por tanto: (5.1)Para conseguir el objetivo de desarrollar una ecuación únicaque defina el consumo específico de electrodos sin separar elconsumo de punta del consumo por oxidación, hay que encontrar,en primer lugar, un modelo para el consumo lineal Lc (cm/h).Si el consumo de punta, en kg/h, es proporcional a I2 eindependiente del diámetro de la punta, es fácil concluir,como será visto a continuación, que el consumo lineal, encm/h, es inversamente proporcional al diámetro de la punta alcuadrado (d2).
  • 8 4El peso de punta consumido por hora, será proporcional al pesoespecífico del grafito, a la sección de la punta y a lalongitud de electrodo consumido por hora (Fig. 5.1): Fig. 5.1.- Consumo Lineal (5.2)Donde:Ws = Peso específico en kg/cm3.Lc = Consumo lineal en cm/h.yd = Diámetro de la punta en cm.Por tanto, el consumo lineal Lc será: (5.3)Substituyendo en la fórmula anterior:Y, finalmente, llamando: (5.4) (5.5)Por tanto, el consumo lineal Lc (cm/h) es proporcional a I2 einversamente proporcional a d2.5.3 CONSUMO TOTAL DE ELECTRODOS QT (kg/h)Físicamente, el consumo total de electrodos QT (kg/h) es iguala la sumatoria de los consumos de punta y lateral. Noobstante, es posible calcular el consumo de electrodospartiendo apenas del conocimiento del consumo lineal. El pesodel cilindro equivalente de diámetro D, consumido en un
  • 8 5determinado espacio de tiempo, será proporcional a la alturade electrodo consumida en ese lapso de tiempo, a la sección: (5.6)Del cilindro y al peso específico del grafito, Ws (Fig. 5.2). Fig. 5.2.- Consumo TotalPor tanto, para un horno con 3 electrodos:SubstituyendoDonde:Se obtiene: (5.7)El consumo total de grafito, en kilogramos por hora de hornoconectado, es proporcional a la corriente al cuadrado y a larelación entre el diámetro original del electrodo al cuadradoy el diámetro de la punta al cuadrado.Esta ecuación visualiza, simultáneamente, el consumo de puntay el consumo por oxidación lateral. Si no hubiera oxidación,el desgaste lateral sería nulo y .En ese caso, el consumo total sería igual al consumo de punta: (5.8)
  • 8 65.4 CONSUMO ESPECÍFICO DE ELECTRODOS Qs (kg/t)El consumo específico de electrodos es el consumo deelectrodos referido a la producción de acero, generalmenteexpresado en kilogramos de grafito por tonelada de acero.Partiendo de la fórmula del consumo total de electrodos QT(kg/h), es simple hallar la correlación entre el consumoespecífico Qs (kg/t) y los parámetros de operación.La producción horaria promedio del horno es proporcional a lapotencia activa promedio e inversamente proporcional alconsumo específico de energía eléctrica: (5.9)Producción de acero (t) por hora de horno conectadoEl consumo específico de electrodos Qs (kg/t) es proporcionalal consumo total de electrodos e inversamente proporcional ala producción horaria Wh (t/h): (5.10)Substituyendo en (5.10), el valor QT de la ecuación (5.7) y elvalor de Wh encontrado en la ecuación (5.9): (5.11)Colocando unidades: (5.12)Por tanto, el consumo específico de electrodos es proporcionala una constante K que depende de la calidad de los electrodos,a la relación I²/P que depende de los parámetros eléctricosutilizados, a la relación D²/d², que es función del desgastelateral, y al consumo específico de energía eléctrica qee.La relación I²/P puede ser expresada de la siguiente forma: (5.13)
  • 8 7Donde:X = reactancia operacional total del circuito del horno enohmsyTan fi = tangente del ángulo fi medida en el punto degeneración (barra infinita).Por tanto, sustituyendo en (5.11): (5.14)La ecuación (5.14) es otra forma de expresar la ecuación(5.11) y permite visualizar que para determinada tangente fi,cuanto mayor es la reactancia, menor es el consumo específicode electrodos (sin embargo, recordar que para mantener lapotencia activa después del aumento de la reactancia esnecesario aumentar la tensión secundaria).5.5 APLICACIÓN PRÁCTICA DE LA FÓRMULA DE QS (kg/t)Para utilizar la ecuación (5.14) es necesario hallarpreviamente el valor de K. A través de relevamientosrealizados en 8 hornos, encontramos un valor promedio de Kigual a: (5.15)Este valor de K corresponde a electrodos calidad regularfabricados en el Brasil en el inicio de los años 80, condiámetro igual o superior a 350 mm (14”).Ejemplo de cálculo del consumo específico de electrodos usandola fórmula (5.14): sea un horno con una reactancia operacionaltotal de 4 ohm, factor de potencia 0,80 (tan fi= 0,75),consumo específico de energía de 550 kWh/t y la relación: D²/d² = 2,5Substituyendo esos valores en (5.14):
  • 8 8Este valor de consumo de electrodos es coherente con losvalores que se obtenían en 1980 en hornos que operaban conbajas tensiones y bajas impedancias.5.6 RELACIÓN “CONSUMO DE ELECTRODOS/CONSUMO DE ENERGÍA”El consumo de electrodos es directamente proporcional alconsumo de energía eléctrica. Por eso, para tener una visiónmás clara de los otros factores que afectan el consumo deelectrodos, puede ser utilizada la relación “consumo deelectrodos / consumo de energía eléctrica, Qs/qee”.De (5.11): (5.15.1)Esta relación es usada para comparar los desempeños, en lo quese refiere al consumo de electrodos, de hornos con diferentesconsumos de energía eléctrica.Para el ejemplo del ítem anterior:*Actualmente se obtienen consumos de apenas 2,5 gr/ kWh.5.7 CONICIDAD DE LOS ELECTRODOS - DESGASTE LATERALCuando se desea calcular el consumo específico de electrodos,usando las fórmulas (5.11) y (5.14) para una determinadacondición de operación, en un horno con característicasdefinidas, aparece el obstáculo del desconocimiento del valorde D²/d². En realidad, D²/d² también depende de los parámetroseléctricos de operación y de las dimensiones del horno y delos electrodos. Para poder usar las fórmulas (5.11) y (5.14)en forma más completa, será necesario deducir la correlaciónentre D²/d², los parámetros de operación y las dimensiones delhorno. Esto es lo que será realizado a continuación.
  • 8 9El diámetro de la punta “d” será función del desgaste lateralprovocado en el electrodo por la oxidación.El objetivo es definir el diámetro final d para un determinadotipo de horno y de operación, y, de esa forma poder calcularD²/d².El consumo lateral (D - d) es proporcional al tiempo deexposición del electrodo al medio oxidante y a la intensidadde oxidación (Fig. 5.3). Fig. 5.3.- Consumo por oxidación lateralPor tanto: (5.16)Donde:Kox = factor proporcional a la intensidad de oxidación einversamente proporcional a la capacidad del electrodo parasoportar la oxidación.YTox = tiempo de exposición a la oxidación. Se trata del tiempoque un punto de la columna de electrodos demora para pasar dela altura de la bóveda hasta la punta del electrodo.El argumento que permite relacionar el desgaste lateral conlos parámetros de operación es el siguiente: el tiempo deoxidación, exceptuando los tiempos muertos, es inversamenteproporcional al consumo lineal Lc y directamente proporcional ala altura de oxidación H.Por tanto:
  • 9 0 (5.17)Donde:H = valor proporcional a la distancia bóveda – baño.Sustituyendo (5.18)Concluyéndose que (5.19)A partir de la expresión anterior, se obtiene la siguienteecuación: (5.20)Resolviendo la ecuación anterior, se encuentra: (5.21)Substituyendo (5.21) en (5.11) y en (5.14), se obtiene: (5.22) (5.23)(5.22) y (5.23) son las ecuaciones completas para cálculo delconsumo específico de electrodos en función de los factores deoperación y proyecto.5.8 APLICACIÓN PRÁCTICA DE LA FÓRMULA COMPLETA DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE ELECTRODOS QS (kg/t)Consideramos un horno de 40t operando con factor de potencia0,80 (tan fi = 0.75), reactancia 5 ohms.Para poder calcular el consumo específico de electrodos usandolas fórmulas (5.22) y (5.23) deben ser conocidos los valoresde las constantes K, Kox e H.
  • 9 1Para electrodos calidad regular de diámetro igual o superior a35 cm (14”), fabricados en el Brasil en 1980:YDonde:H, valor proporcional a la altura del horno. Para hornos de10t a 70t, puede ser usado H = 40 C1/2, donde C es la capacidaddel horno en toneladas. Para 40 t.Substituyendo en (5.23):Para una nueva condición de operación, con I = 22 kA y factorde potencia 0,72 (tan fi = 1,04), el nuevo consumo deelectrodos será:El aumento de la intensidad de corriente, de 18 kA a 22 kA,provocó un aumento de 5,5 kg/t para 6,13 kg/t en el consumoespecífico de electrodos. La relación D²/d² pasó de 2,87 a2,3. Se concluye que el aumento del consumo específico deelectrodos ocurrió a pesar de la disminución del consumo poroxidación, en razón del efecto proporcionalmente superior delaumento del consumo de punta.
  • 9 25.9 CONCLUSIONES - FACTORES QUE AFECTAN EL CONSUMO ESPECÍFICO DE ELECTRODOSLas ecuaciones encontradas permiten evaluar los efectosprovocados por los diferentes factores sobre el consumoespecífico de electrodos.De la ecuación (5.11): , se concluye queel consumo específico de electrodos depende de los siguientesfactores:K - CALIDAD DE LOS ELECTRODOSPara igual intensidad de corriente, el consumo de punta enkg/h puede ser mayor o menor dependiendo de la calidad de loselectrodos.5.10 PARAMETROS ELÉCTRICOS DE OPERACIÓN DEL PROYECTOLos parámetros eléctricos del horno son los que realmenteprovocan el principal efecto sobre el consumo de electrodos.En forma resumida se puede decir que, para determinadapotencia activa, el consumo de electrodos depende fuertementede la tensión de arco. Cuanto mayor es la tensión de arco,menor es el consumo de electrodos. Durante la fusión dechatarra, para aumentar la tensión de arco y mantener loscosenos fi inferiores a 0.80, necesarios para estabilizar elarco, la reactancia del circuito debe ser aumentada, para locual son instalados reactores en serie. En el período deoperación con escoria espumosa es posible mantener el arcoestable con cosenos fi próximos a uno, lo que se consigueoperando con baja reactancia.
  • 9 3Kox - Intensidad de oxidación, resistencia del electrodo a laoxidaciónCuanto mayor es la intensidad de oxidación, o menor laresistencia del electrodo a la oxidación, mayor es el consumode electrodos. La velocidad de oxidación Kox, en la forma usadaen este trabajo, dependerá de la temperatura del acero, delcaudal de oxígeno, del tipo de extracción de gases, de laduración porcentual del afine, de los tiempos muertos y deotros factores.K- CALIDAD DE LOS ELECTRODOSCuanto menores sean los factores K y K, menores serán elconsumo de punta y el consumo específico de electrodos. Pero,cualquier factor que provoque una disminución del consumolineal, lleva a un aumento del consumo lateral. Este efectopuede ser visualizado en la ecuación (5.23) a través delfactor K en el denominador del término Kox/K. Esto significaque si fuese desarrollada una calidad de electrodo con consumode punta 20% menor, sin mejorar las propiedades de esteelectrodo en lo que se refiere al consumo por oxidación, lareducción del consumo específico sería inferior a 20%. En lapráctica, un electrodo de calidad premium, además del menorconsumo de punta, posee mayor capacidad para soportar laoxidación, y tanto K y K como Kox son inferiores a los de unelectrodo de calidad regular, permitiendo reducciones deconsumo específico directamente proporcionales a la variaciónde K.H·D/I²- ALTURA DEL HORNO, DENSIDAD DE CORRIENTE EN LOSELECTRODOSCuanto mayor sea la altura útil del horno, mayor será elconsumo específico de electrodos. La altura H corresponde a lalongitud de la parte de la columna de electrodos que permanecedentro del horno sufriendo la mayor intensidad de oxidación.
  • 9 4Densidades de corriente (I²/D) bajas provocan aumentos de losconsumos de electrodos debido al aumento porcentual delconsumo por oxidación lateral. Para resolver esto, a vecespuede ser disminuido el diámetro de los electrodos. Lautilización de agua para reducir el consumo de electrodospuede ser visualizada como una reducción de la altura deoxidación H o como una reducción de la velocidad de oxidaciónKox.qee - CONSUMO ESPECIFICO DE ENERGÍA ELÉCTRICAEl consumo específico de electrodos es directamenteproporcional al consumo específico de energía eléctrica.Ciertos hornos que operan con altos consumos de electrodos, enrealidad pueden estar sufriendo de condiciones de operaciónque provocan alto consumo de energía. Por ese motivo, paraevaluar mejor el desempeño del horno, del punto de vista delconsumo de electrodos, es preferible usar el coeficiente Qs(gr/kWh) que define los gramos de electrodos consumidos porcada kWh empleado (5.15.1).Los modelos encontrados no muestran cualquier correlaciónentre el consumo específico de electrodos y el tiempo "tap totap".
  • 9 5 CAPÍTULO VI INGENIERÍA DEL PROYECTO6.1. DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DEL HORNOPara la determinación de la capacidad del horno debemos tomaren cuenta las características del material en cuestión, que eneste caso es el acero.Con estos datos se realizará a continuación el cálculo de lacarga que determinará la capacidad del horno.En primer lugar se tomará algunas formas geométricas, como semuestra en la figura. Fig. 6.1.- Esquema de cálculo de la capacidad.La posición que adoptará el metal fundido se presenta como unsegmento esférico, cuyas relaciones son las siguientes:6.1.1 FÓRMULAS A UTILIZAR (6.1) (6.2)Diámetro sector esférico (6.3) (6.4)
  • 9 6Datos iniciales:6.1.2 CÁLCULO DEL VOLUMEN Y PESO MATERIAL A FUNDIRReemplazando datos en ecuaciones (6.1), (6.2), (6.3) y (6.4)se tiene:6.2 DIMENSIONES DE LA ESTRUCTURA Fig. 6.2.- Dimensiones del horno.6.2.1 DIÁMETRO DEL BAÑO (METAL LÍQUIDO) (6.5)6.2.2 ALTURA DE LA CUBA O CÁMARA DE LA REACCIÓN (6.6)
  • 9 76.2.3 ESPESOR DE LA PLANCHA (6.7)6.2.4 FLECHA DE LA BÓVEDA, TECHO O TAPA Dr (de 15 %) (6.8) (6.9) (6.10)6.3 ESPESOR LADRILLO REFRACTARIO (SECTOR CILINDRO) Fig. 6.3.- Mampostería cilindro.
  • 9 8DATOS INICIALES:Se utilizará como energía necesaria para fundir unadeterminada carga, el siguiente dato:Entonces tendremos los siguientes cálculos:Se asume que se requerirá un máximo de 3.5 horas para fundirlos 500 kg (0.5 t). Y entonces se tiene:6.3.1 CALCULANDO EL RADIO EXTERIOR (6.11) →6.3.2 CALCULANDO ÁREAS INTERNA Y EXTERNA DE LAS PAREDES DEL HORNO (6.12) (6.13)6.3.3 CÁLCULO ÁREA MEDIA LOGARITMICA (6.14)
  • 9 96.3.4 DETERMINACIÓN COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD (LADRILLO) (6.15)Despejando se tiene:De acuerdo al valor obtenido se indica que para lascondiciones especificadas se requiere un ladrillo concoeficiente de conductividad de 1.021 (W/m ºK), sin embargonos ofrecen ladrillos refractarios con el coeficiente deconductividad de 0.47 a 1.05 (W/m ºK). Entonces el ladrilloelegido está adecuado.6.4 CÁLCULO ESPESOR PAREDES (SECTOR SEMIESFERA INFERIOR) Fig. 6.4.- Mampostería semiesfera. Fig. 6.5.- Dimensiones de parte inferior del horno.
  • 1 0 0DATOS INICIALES:6.4.1 CÁLCULO EXTERIOR SEMIESFERA INFERIOR (6.16) (6.17) (6.18)6.4.2 CALCULANDO LAS ÁREAS INTERNA Y EXTERNA DE LAS PAREDES DEL HORNO (6.19) (6.20)6.4.3 CÁLCULO DEL ÁREA MEDIA LOGARÍTMICA
  • 1 0 16.4.4 CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD NECESARIA DEL LADRILLO EN LA PARTE DE LA SEMIESFERA (6.21)Despejando tenemos:De acuerdo al valor obtenido se indica que para lascondiciones especificadas en la parte de la semiesfera, quecorresponde a la parte baja del horno, se requiere un ladrillocon coeficiente de conductividad de 1.010 (W/m ºK), sinembargo nos ofrecen ladrillos refractarios con el coeficientede conductividad de 0.47 a 1.05 (W/m ºK). Entonces el ladrilloelegido está adecuado.6.5 CÁLCULO ESPESOR REFRACTARIO (SECTOR TECHO O BÓVEDA) Fig. 6.6.- Dimensiones de la bóveda o tapa del horno.El espesor del refractario en el techo o bóveda, es de 230 mm(0.23 m) para hornos de 20 a 40 t y 380 a 480 mm para hornosde 40 t y más.DATOS INICIALES:
  • 1 0 26.5.1 CALCULANDO ÁREAS INTERNA Y EXTERNA TECHO O BÓVEDA6.5.2 CÁLCULO DEL ÁREA MEDIA LOGARITMICA6.5.3 CÁLCULO COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD NECESARIA DEL TECHO O BÓVEDA (6.22)Despejando tenemos:De acuerdo al valor obtenido se indica que para lascondiciones especificadas en la parte de la tapa que tieneforma también de semiesfera, se requiere un ladrillo concoeficiente de conductividad de 0.476 (W/m ºK), sin embargonos ofrecen ladrillos refractarios con el coeficiente de
  • 1 0 3conductividad de 0.47 a 1.05 (W/m ºK). Entonces el ladrilloelegido está adecuado.6.6 CÁLCULO DE LA PRODUCTIVIDAD Y CONSUMO DE ENERGÍAPRODUCTIVIDAD TEÓRICATendremos 0.14 toneladas (t) en 1 hora (h).PRODUCTIVIDAD REALEn una hora de trabajo de fusión, se tendrá algunos minutos enlos que se tomaran muestras, aumentos, operación del horno,etc. Que desembocarán en un tiempo adicional al de la hora. Setomará 15 minutos (25 %).Entonces tendremos:RENDIMIENTOPRODUCTIVIDAD EN 24 HORAS6.7 DISPOSICIÓN DE ELECTRODOSLa mejor disposición de los electrodos de grafito en un hornoeléctrico son los que a continuación se muestran en la figurasiguiente.
  • 1 0 4 Fig. 6.7.- Disposición geométrica de los electrodos.De tal manera que los campos de acción de cada uno de ellos secorta en el centro del horno. La separación entre loselectrodos es S de tal manera que la relación entre eldiámetro del horno D y la separación entre los electrodos es: (6.23)Despejando S de tiene:El diámetro de la zona de reacción máxima será: (6.24) (6.25)Y el diámetro del electrodo será determinado por la siguienterelación: (6.26)
  • 1 0 5Según tabla de electrodos (ver Cuadro A-5 en anexo A)6.8 DIMENSIONADO PORTAELECTRODOS6.8.1 CÁLCULO AREA DE LA JUNTA COBRE (PORTAELECTRODO) Y ELECTRODO (CARBÓN GRAFITO)DENSIDAD DE CORRIENTE DE LAS JUNTAS Dato obtenido de la tesis ELT-114.Se tomará la media.6.8.2 CÁLCULO DEL ÁREA DE LA JUNTA Corriente aproximada de fusión. Fig. 6.8.- Área de contacto cobre – grafito. (6.27) Despejando el área de la junta:6.8.3 CÁLCULO PERÍMETRO DEL ELECTRODOExtraído de catálogo electrodos (ver Cuadro A-5 en anexo A).
  • 1 0 6 do tro ec el D Fig. 6.9.- Dimensiones del portaelectrodo.6.8.4 CÁLCULO ALTURA DEL PORTAELECTRODO Fig. 6.10.- Forma del portaelectrodo.6.8.5 CÁLCULO ESPESOR DEL PORTAELECTRODOSCORRIENTE NECESARIA PARA LA FUSIÓNDe tabla conductores de cobre se elige el # 0000 AWG, suscaracterísticas son las siguientes: 11.68 105.20 300 230NÚMERO DE CONDUCTORESLa densidad eléctrica está definida por: (6.28)
  • 1 0 7Reemplazando datos se tiene:Despejando el área se tiene: (6.29)Se tomará el área del portaelectrodo como un anillo. Fig. 6.11.- Área del portaelectrodos.El área está definida por: (6.30)También (6.31)Reemplazando 6.31 en 6.30 se tiene (6.32)Reemplazando 6.32 en 6.29 (6.33)Ordenando y reemplazando datos:
  • 1 0 8Resolviendo la ecuación de segundo grado se obtiene losiguiente:Sin embargo en determinada etapa de la operación se provocanpicos elevados que sobrepasan los 15000 A en algunos segundos.Por lo que se modificará el cálculo con esta corriente.Resolviendo la ecuación de segundo grado se obtiene losiguiente:Utilizamos un factor de seguridad de 1.7, con este dato setendrá:Se normaliza esta medida a un espesor de 1” (25.4 mm).6.9 CÁLCULO DEL ENGRANE DE VOLTEOTomando en cuenta los volúmenes de las piezas multiplicándolopor la densidad y la gravedad se obtienen las fuerzas queintervienen en diferentes lugares, los que se ubican yplantean de la siguiente forma. Fig. 6.12.- Disposición de las cargas.Los datos de las fuerzas F1, F2 y F3, fueron calculadas enunas planillas Excel que se encuentran en el cuadro A-6, A-7 yA-8 del Anexo A.
  • 1 0 9Utilizando el software MATHCAD 14, se calcula las reaccionesen los dos puntos R1 y R2.
  • 1 1 0 Fig. 6.13.- Diagrama de esfuerzos cortantes. Fig. 6.14.- Diagrama de momentos flectores.6.9.1 PARA EL ENGRANE DE VOLTEO 1 Fig. 6.15.- Diagrama de fuerzas en el engrane 1.CALCULANDO EL COMPONENTE TANGENCIAL (Wt1)
  • 1 1 1CÁLCULO DE LA CARGA TOTAL (W1)CALCULANDO EL PAR TORSIÓN (Tp1)El diámetro primitivo y el número de dientes son: dp = 798 (mm) y z = 57 (dientes)Entonces tenemos:DETERMINANDO LA VELOCIDAD DE ROTACIÓN (n)Como se trata de un horno eléctrico de arco, para realizar elvaciado del metal fundido debe ser inclinado suavemente a finde evitar movimientos bruscos. Se tomará como referencia queen 1 segundo desplazará 1.5 dientes.POTENCIA DE ACCIONAMIENTO (N1)VELOCIDAD DE RODADURA (DESPLAZAMIENTO)PASO DIAMETRALEl paso diametral es la inversa al módulo.CÁLCULO DE LA TENSIÓN A LA FLEXIÓN ADMISIBLE ( )
  • 1 1 2Siendo B el ancho de la cara del diente.6.9.2 PARA EL ENGRANE DE VOLTEO 2 Fig. 6.16.- Diagrama de fuerzas en el engrane 2.CALCULANDO EL COMPONENTE TANGENCIAL (Wt2)CÁLCULO DE LA CARGA TOTAL (W2)CALCULANDO EL PAR TORSIÓN (Tp2)El diámetro primitivo y el número de dientes son: dp = 798 (mm) y z = 57 (dientes)Entonces tenemos:POTENCIA DE ACCIONAMIENTO (N2)CÁLCULO DE LA TENSIÓN A LA FLEXIÓN ADMISIBLE ( )
  • 1 1 3Siendo B el ancho de la cara del diente.Con los datos obtenidos en ambos apoyos, vamos a la siguientetabla: CUADRO 6.1: TENSIONES A LA FLEXIÓN ADMISIBLES (en N/mm2)Material St 37 St 42 St 50 St 60 C 35 C 45 C 60 GG-20 GG-25 GG-45 bonificado I 180 200 240 290 300 360 430 100 150 180 II 140 150 180 220 220 250 310 80 110 140 III 90 100 120 140 140 150 190 50 70 100 I: Carga estática. II: Carga variable (alternativa). III: Carga alternativa en el sentido de la fuerza.Se puede ver ambos resultados son diferentes, por el hecho deque están sometidos a cargas diferentes. En la tabla se ve queel material a elegir son dos, una es el C 35I bonificado y elSt 37I. Debemos hacer notar que las piezas en dimensiones yforma son idénticas, por lo que se elige el C 35I bonificado(aleación de acero al manganeso y posterior tratamientotérmico de templado).6.10 COEFICIENTE DE DEFORMACIÓN DEL PORTAELECTRODOS Fig. 6.17.- Diámetros del portaelectrodo.CALCULANDO EL ÁREA INICIAL A 16 ºC (promedio ambiente)El coeficiente de dilatación lineal del cobre es:
  • 1 1 4COEFICIENTE DE DEFORMACIÓN A 50 ºCEl cobre a utilizar es un DIN 17655 (aleaciones de cobre parafundición). Su designación es G-CuCrF35 y tiene unaresistencia a la tracción de:MÓDULO DE ELASTICIDADAplicando la ley de HookeSiendo t = Espesor de pared. r = Radio del cilindro.Remplazando datos se tiene:Hallando la fuerza máxima que se soportará el perno.Calculando la cantidad de pernos para la sujeción adecuada. (6.34)Tomando un perno de 1” (25.4 mm) y una tensión a la tracciónadmisible de 150 (N/mm2) del perno de acero St-37, se determinasu cantidad.Redondeando tomamos un perno de 1” (25.4 mm).
  • 1 1 56.11 CÁLCULO DE LOS TRANSFORMADORESSe propone la utilización de dos transformadores a los que sedenominará transformadores de alta y baja respectivamente. Elcircuito propuesto es el siguiente: Fig. 6.18.- Circuito propuesto. a) Transformador de bajaDATOS: (6.35)Entonces:Normalizando se tiene un transformador de 400 KVA.En el cuadro A-9 del anexo A, se tiene una tabla en la quemuestra los voltajes de fase, voltaje de arco y la potencia
  • 1 1 6activa. En esta tabla con la tensión nominal de 150 V, seobtienen los siguientes resultados: CUADRO 6.2.-CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DEL HORNO UNIDAD VALOR 1 VALOR 2 VALOR INTERPOLADOVOLTAJE DE FASE (V) 140 160 150VOLTAJE DE ARCO (V) 81.0 92.4 91.83CORRIENTE 1545 1353 1362.6POTENCIA Kw a Cos Ø = 0.80 300Haciendo un nuevo cálculo podemos determinar otra potencia deeste transformador.Tomando como referencia un factor de potencia de 0.85 que eslo óptimo para el funcionamiento del horno tendremos:De acuerdo a este resultado se elige un transformador de 350KVA, este dato es similar o verifica lo mostrado en el cuadroA-2 del anexo A.Los datos técnicos de este transformador serán: CUADRO 6.3.- Datos técnicos transformador de baja. TRANSFORMADOR DE BAJA POTENCIA APARENTE 350 KVA TENSIÓN PRIMARIA NOMINAL 2250 V TENSIÓN SECUNDARIA NOMINAL 150 V CORRIENTE PRIMARIA NOMINAL 100 A CORRIENTE SECUNDARIA NOMINAL 1500 A RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN 15 CONEXIÓN PRIMARIA TRIANGULO CONEXIÓN SECUNDARIA ESTRELLA INTERCAMBIADOR DE TAPS +1 x 20 % (4 TAPS OPERABLES SIN CARGA) -2 x 20 %Este transformador tiene cuatro (4) taps de regulación que sonutilizados en diferentes etapas del proceso. Su descripción esde la siguiente manera:TAP A (180 V), utilizado para realizar perforación de la cargahasta formar líquido en el fondo del horno, por tener unatensión elevada su arco es amplio (arco largo).
  • 1 1 7TAP B (150 V), mantiene una temperatura constante cuando elmetal ya se encuentra en estado líquido (fundido). En esteestado se realizan las aleaciones y dosificaciones del metalpara darle su característica final.TAP C (120 V), baja ligeramente la temperatura cuando esta seha elevado peligrosamente, ya que puede; de alguna maneraafectar a la composición final del tipo de acero a obtener.TAP D (90 V), utilizado para realizar un tratamientodenominado SINTERIZADO, que consiste a la eliminación de lahumedad del ladrillo cuando este ha sido reemplazado en sutotalidad (colada en vacío). b) Transformador de altaDATOS: (6.36)Entonces:Normalizando se tiene un transformador de 400 KVA.Los datos técnicos de este transformador serán: CUADRO 6.4.- Datos técnicos transformador de alta. TRANSFORMADOR DE ALTAPOTENCIA APARENTE 400 KVATENSIÓN PRIMARIA NOMINAL 6900 VTENSIÓN SECUNDARIA NOMINAL 2250 VCORRIENTE PRIMARIA NOMINAL 33 ACORRIENTE SECUNDARIA NOMINAL 100 ARELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN 3.07CONEXIÓN PRIMARIA TRIÁNGULOCONEXIÓN SECUNDARIA TRIÁNGULOINTERCAMBIADOR DE TAPS (OPERABLES SIN CARGA) 2 X 2.5 %
  • 1 1 86.12 CÁLCULO DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓNDatos:CÁLCULO DEL CALOR TRANSFERIDO ENTRE ELECTRODO Y PORTAELECTRODOPERÍMETRO DEL GRAFITOAREA DEL GRAFITOCoeficiente convectivo h para el aire a temperatura ambiente15 ºCNUSSELT (6.37) (6.38)h = Coeficiente convectivo para el aire.K = Función de corrección adimensional.X = Longitud característica (Hpe ó Lx).Gr = Número de Grashof.Pr = Número de PrandtlC = Constante.n = Índice.
  • 1 1 9PRANDT (6.39) = Viscosidad dinámica o absoluta del fluido.Cp = Calor específico del fluido.Kaire = Coeficiente conductivo del aire.GRASHOF (6.40)g = Aceleración gravitacional.ρ = Densidad del fluido.β = Coeficiente de expansión térmica.∆θ = Diferencia de temperaturas.Hallando valores de algunas propiedades utilizando el MANUALDE FÓRMULAS PARA TRANSFERENCIA DE CALOR del autor WONG y a latemperatura ambiente del aire.Aplicando la fórmula (6.32) se tiene:Entonces K es igual a: (6.41)De la tabla WONG
  • 1 2 0Aplicando la fórmula (6.31) tenemos:De la fórmula (6.30) despejando h tenemos: (6.42) (6.43)Realizando algunas operaciones tenemos: (6.44)Reemplazando datos obtenemos:Hallando propiedades y calculando datos para el agua quecirculará dentro de la tubería, a la temperatura de 16 ºC(289.15 ºK). El diámetro del conducto en el portaelectrodoserá de:Se obtienen el número de PRANDT y la conductividad para elagua a la temperatura de entrada, utilizando las tablas delWONG.
  • 1 2 1De tablas del WONG, se obtiene el valor para el número deGRASSHOFHallando la temperatura media del agua.Con este dato calculamos el número de Grasshof (6.45)Reemplazando datos tenemos:Se asume que en cada pasada la temperatura de salida del aguaaumentará 5 ºC respecto de la entrada.De la ecuación de calor sensible, se puede aproximar el flujomásico y el caudal de agua que circula por la tubería. (6.46)Despejando la masa del agua. (6.47)Reemplazando datos.Hallamos el caudal necesario con la siguiente relación: (6.48)
  • 1 2 2La sección de la tubería es:Entonces la velocidad de circulación del agua en losportaelectrodos será:Tomando en cuenta que se tiene tres portaelectrodos el caudalpara el sistema de refrigeración total será:6.13 CÁLCULO DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE ELECTRODOSLos cálculos que a continuación se muestran, corresponden auna aplicación práctica de un horno de característicassimilares al proyecto, pero de mayor capacidad. Los datos quese recopilaron corresponden a los días en los cuales serealizó la fundida e incluso la cantidad y el tipo de materialfundido.Esta empresa funde los siguientes aceros: • Aceros ST-37 (Blando). • Aceros ST-50(Duro). • Aceros al Manganeso. • Fierro Gris. • Fierro Blanco Ni-Hard. • Aceros Inoxidables.Los datos promediados obtenidos, corresponden al mes dejunio/2007, en el que se tuvo una mayor producción.DIÁMETRO DE LOS ELECTRODOS
  • 1 2 3 Fig. 6.19.- Forma de los electrodos.CAPACIDAD DE MATERIAL FUNDIDO NOMINALVALOR PROPORCIONAL DE LA DISTANCIA BÓVEDA – BAÑO Fig. 6.20.- Características y altura del horno eléctrico.VALOR PROMEDIO DE K QUE CORRESPONDE A ELECTRODOS DE CALIDADREGULARFACTOR DE POTENCIA Cos Φ Y Tan ΦCONSUMO ESPECÍFICO DE ENERGÍA ELÉCTRICA qeeEste dato es el óptimo para hornos con capacidades superioresa los 1500 Kg.RELACIÓN DE DISTANCIAS
  • 1 2 4VALOR DE LA REACTANCIA OPERACIONAL DEL CIRCUITO DEL HORNO , Dato obtenido de la tesis ELT-114CÁLCULO DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE ELECTRODOSAplicando la fórmula 5.14:Reemplazando datos tenemosRELACIÓN CONSUMO DE ELECTRODOS/CONSUMO DE ENERGÍAAplicando la fórmula 5.15.1:Reemplazando datos tenemos:* Actualmente se obtienen consumos menores de 2,5 gr/kWh.Este consumo es elevado respecto a la referencia que se tiene,entonces se concluye que existen anormalidades en el proceso yno es óptimo su funcionamiento.APLICACIÓN DE LA FÓRMULA COMPLETA DEL CONSUMO ESPECÍFICO DEELECTRODOSCONSUMO LINEALEste dato se obtuvo de las tablas de consumos correspondientesal mes de junio 2007 (ver Anexo B).TIEMPO DE EXPOSICIÓN A LA OXIDACIÓNAplicando la ecuación 5.17 se tiene:
  • 1 2 5FACTOR PROPORCIONAL A LA INTENSIDAD DE OXIDACIÓNDe la ecuación 5.19 y despejando , se tiene:LA DENSIDAD DEL ELECTRODO DE GRAFITO VARÍA ENTRE LOSSIGUIENTES:Datos obtenidos de la tabla de electrodos de la Airco Speer(ver cuadro A-4 en Anexo A).HALLANDO LA MEDIA ENTRE ESTOS VALORESCALIDAD DE LOS ELECTRODOSFÓRMULA COMPLETAUtilizando la relación 5.23:Reemplazando datos se tiene:Los restantes datos correspondientes a los otros meses, sehallan tabulados en EXCEL, y se muestran en el Anexo B.De acuerdo a los datos recopilados de esta fundición, podemoshacer un análisis acerca de los resultados, que como se veráno son similares a pesar de que en algunos casos se ha fundido
  • 1 2 6el mismo material. También en la duración de las hornadas queen algunos casos son de una hora de diferencia.Existen algunos factores los cuales influyen en el desgasteestos son:POR EL TIPO DE MATERIAL A SER FUNDIDOA continuación algunos detalles. - Se ve que en el acero que se lo denomina BLANDO (ST 36, ST 37), existe mayor desgaste, por el hecho de que este material tiene bajo porcentaje de carbono (entre 0.25 a 0.6 % de C en peso) y el electrodo como es de una composición a base de carbón, este le adiciona en alguna medida haciendo que el electrodo pierda mayor longitud. Estas aleaciones tienden a ser inestables y es por esa razón que tratan de absorber carbón ya sea del electrodo o de los mismos ladrillos. - En el caso del acero denominado DURO (ST 50), este tiene un porcentaje de carbono medio y alto. Generalmente todos estos tipos de acero por su porcentaje de carbono (entre 0.6 a 1.24 % de C), tienden a mantenerse estables sin la necesidad de absorber carbono de los electrodos de grafito. - En el caso de los aceros con aleaciones de manganeso, tienen porcentajes elevados de carbono que está dentro los rangos denominados duros o de alto carbono, sin embargo tienen en su composición un porcentaje que oscila entre 3 a 12 % de Mn. No provocan un desgaste excesivo de los electrodos, en las tablas mostradas por lo general su desgaste es menor con relación a las demás aleaciones. - En el caso de las fundiciones (gris y blanca), su porcentaje se encuentra entre 3 a 4.5 % de C en peso. El desgaste de los electrodos es similar a las aleaciones de Manganeso.
  • 1 2 7NOTA: Datos acerca de las características del acero seencuentran especificadas en el Cap-2 del presente trabajo. Yde la misma manera en catálogos de la empresa MEPSA(Metalúrgica Peruana S. A.) ver en Anexo C.POR LA CALIDAD Y TIPO DE LA MATERIA PRIMA (CHATARRA) - Esta no siempre vienen adecuadamente limpias, en muchos casos son piezas que ya no realizan su trabajo (piezas de maquinarias en desuso y muy corroídas). El sarro provoca que no exista un buen contacto de los electrodos con la carga extendiéndose el tiempo de fusión y formando elevada cantidad de escoria. - Otro ejemplo la chatarra de manganeso, siempre son de tamaños grandes por ejemplo muelas de chancadoras. Estas antes de ser cargadas requieren un cortado con oxígeno a tamaños que no siempre son pequeños, teniendo un espacio grande de vacio. En tal sentido se requerirá de mayor número de cargadas y por lo tanto paras de aproximadamente 30 minutos por cargada. - Se presentan también piezas grandes que no pueden ser cortadas con oxigeno por su elevado espesor (mayor a las 3”). En este caso se lo carga de alguna manera, pero cuando se inicia su fusión cae bruscamente afectando a los electrodos, que en algunas oportunidades rompe el electrodo. - En otro caso por alguna inadecuada selección de la carga, el carbono se eleva por encima de los porcentajes admisibles, se debe bajar este compuesto hasta que se encuentre en los niveles adecuados. Por lo tanto esto provoca el alargamiento del tiempo de fusión.
  • 1 2 8 CAPÍTULO VII ESTUDIO ECONÓMICO7.1 GENERALIDADESLos costos son siempre la parte final e inicial de cualquierproyecto, por lo tanto la parte económica financiera delproyecto trata de emular la realidad económica de la secuenciadel proyecto, es decir en la práctica la persona encargada dela ejecución del proyecto debe hacer en primer lugar unanálisis comparativo de los costos de ambos sistemas (actual ypropuesto), hacer una propuesta de capital a invertir yfinalmente exponer un análisis de rentabilidad del proyecto.El análisis de costos de la implementación de este hornoeléctrico implica muchos componentes que necesariamentetendrían que ser adquiridos de una fundición de acero, por suscaracterísticas.7.2 COSTO DEL PROYECTOpara realizar el desglose correspondiente se utilizadiferentes ítems que hacen referencia a cada una de las partesque comprende el horno eléctrico, para la construcción dealgunas partes es posible utilizar la infraestructuraexistente en el taller mecánico de la carrera, por lo tanto seevaluará el costo de la construcción de algunas partes quebásicamente consta de: - Materiales e insumos. - Mano de obra. - Equipo y maquinaria. - Gastos generales.7.2.1 MATERIALES E INSUMOSLos costos del material utilizados en la construcción de losdiferentes elementos que componen el horno eléctrico han sidotomados de la oferta existente en el mercado local y nacional,los materiales a utilizar deben tener excelente calidad y
  • 1 2 9disponibilidad, además de cumplir todas las normas de calidadestablecidas como ser la ASTM A-36, etc.7.2.2 MANO DE OBRAEl costo de la mano de obra que se utilizará en laconstrucción de los diferentes equipos y accesorios delproyecto es evaluado en función del trabajo a realizar,rendimiento promedio del trabajador, etc. Es convenientemencionar que dicha mano de obra será parte del personal quepodrá ser contratado de acuerdo con la especialidad yjerarquía requerida, también se deberá tomar en cuenta lascargas sociales determinadas por ley, las cuales constituyenun porcentaje considerable del total del costo.7.2.3 EQUIPO Y MAQUINARIALa maquinaria y equipo a utilizar se lo considera en función asu rendimiento y costo horario durante el proceso deconstrucción y montaje del proyecto.7.2.3.1 DESGASTE DE HERRAMIENTAOtro aspecto importante a considerar es el desgaste de equiposy herramientas, para el presente proyecto se ha adoptado comoun 5% del costo de mano de obra.7.2.3.2 IMPUESTOS DE LEY (IT e IVA)Teniendo en cuenta que los costos de mano de obra no otorgacrédito fiscal, y se lo debe considerar sobre el costo totalde la mano de obra, la influencia del IVA e IT (16%) se ladetalla de la siguiente ,manera: MOT = MO + IMPDonde: MOT: Costo mano de obra total. MO: Costo mano de obra. IMP: Impuestos de ley.
  • 1 3 0Como conocemos, los impuestos alcanzan al 16% del total de lamano de obra, entonces: MOT = MO + 0.16 MOT MOT (1-0.16) = MOAdemás si consideramos el 100% del costo de mano de obratendremos:Entonces el impuesto será: IMP = 0.16 MOT = 0.16 (119.05) = 19.05%7.2.4 GASTOS GENERALESLos gastos de la carrera durante la ejecución de un proyecto uobra son de diversa índole y origen, algunos de los cualespueden ser fácilmente identificados y definidos como el casoconcreto del costo de materiales, mano de obra o el desgastede herramienta entre otros. En cambio existen otros gastos quesiendo imputables a la mano de obra misma no son claramentedeterminados, porque no intervienen en forma directa y nopueden ser asignados a ninguno de los rubros anteriormentemencionados, por esta razón se adoptan estos, conocidos comogastos generales y que equivalen al 10% del costo total de laobra.7.3 ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOSLos materiales utilizados tanto en la construcción como elmontaje de equipos del proyecto son desglosados por ítems enlas tablas adjuntas a continuación, que constituyen elanálisis de precios unitarios por componentes y partes de queequipos, tomando para ello como parámetros el precio en elmercado y la cantidad de material requerida, ensamble y manode obra, así como el tiempo necesario en cada uno de losmismos, tomando los parámetros técnicos y sociales de ley.
  • 1 3 1 UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO ESTRUCTURAFACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS MECÁNICA INGENIERÍA MEC - ELM EQUIPO: HORNO PROYECTO ELÉCTRICO ITEM: CUBA HOJA DE GRADO POR ARCO (500 Kg.) 1 de 16 PRECIO PRECIO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD UNITARIO TOTAL TOTAL (Bs) (Bs) (Bs)A: MATERIALES 10947* Plancha cilindrada Pieza 1 5000 5000ST 36 de 13 mm segúnplano* Plancha conformada Pieza 1 4500 4500ST 36 de 13 mm segúnplano* Plancha ST 36 de 6 mm Ø Pieza 2 300 600* Electrodos E 6013 (3.18) Kg 5 15 75* Electrodos E 6013 (Ø4.16) Kg 4 18 72* Disco de corte 9" Pieza 5 20 100* Disco de desbaste 9" Pieza 6 15 90* Oxígeno Tubo 3 120 360* Carburo de calcio Kg 10 15 150B.- MANO DE OBRA 13785* Mecánico de 1ra. Hrs. 88 30 2640* Soldador de 1ra. Hrs. 88 30 2640* Ayudante mecánico Hrs. 88 15 1320* Ayudante soldador Hrs. 88 15 1320 Total 7920* Cargas sociales 50% 3960* Gasto de herramientas 5% 396* Impuestos 1509C.- MÁQUINA YEQUIPOSTOTAL (A+B+C) 24732D.- GASTOS GENERALES (10% DEL TOTAL) 2473E.- GRAN TOTAL 27205
  • 1 3 2 UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO ESTRUCTURAFACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS MECÁNICA INGENIERÍA MEC - ELM EQUIPO: HORNO PROYECTO ELÉCTRICO ITEM: TAPA HOJA DE GRADO POR ARCO (500 Kg.) 2 de 16 PRECIO PRECIO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD UNITARIO TOTAL TOTAL (Bs) (Bs) (Bs) 3 7 9 5A: MATERIALES* Plancha cilindrada Pieza 1 2500 2500ST 36 de 6 mm según plano* Plancha ST 36 de 6 mm Ø Pieza 2 300 600* Electrodos E 6013 (3.18) Kg 5 15 75* Disco de corte 9" Pieza 4 20 80* Disco de desbaste 9" Pieza 4 15 60* Oxígeno Tubo 3 120 360* Carburo de calcio Kg 8 15 120B.- MANO DE OBRA 6892* Mecánico de 1ra. Hrs. 44 30 1320* Soldador de 1ra. Hrs. 44 30 1320* Ayudante mecánico Hrs. 44 15 660* Ayudante soldador Hrs. 44 15 660 Total 3960* Cargas sociales 50% 1980* Gasto de herramientas 5% 198* Impuestos 754C.- MÁQUINA YEQUIPOSTOTAL (A+B+C) 10687D.- GASTOS GENERALES (10% DEL TOTAL) 1069E.- GRAN TOTAL 11756
  • 1 3 3 UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO ESTRUCTURAFACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS MECÁNICA INGENIERÍA MEC - ELM EQUIPO: HORNO PROYECTO ELÉCTRICO ITEM: ARMADURA HOJA DE GRADO POR ARCO (500 Kg.) PORTAELÉCTRODO 3 de 16 PRECIO PRECIO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD UNITARIO TOTAL TOTAL (Bs) (Bs) (Bs)A: MATERIALES 7447* Tubo NW DIN 2440 de 6" Pieza 1 3000 3000sin costura "negro"* Barra plana 50 x 18 Pieza 2 600 1200DIN 1017 ST 37 Ø* Acero redondo 200 Pieza 1 1200 1200 DIN 671 ST 37* Plancha ST 37 de 13 mmØ Pieza 2 600 1200* Electrodos E 6013 (3.18) Kg 5 15 75* Electrodos E 6013 (Ø4.16) Kg 4 18 72* Disco de corte 9" Pieza 5 20 100* Disco de desbaste 9" Pieza 6 15 90* Oxígeno Tubo 3 120 360* Carburo de calcio Kg 10 15 150B.- MANO DE OBRA 13785* Mecánico de 1ra. Hrs. 88 30 2640* Soldador de 1ra. Hrs. 88 30 2640* Ayudante mecánico Hrs. 88 15 1320* Ayudante soldador Hrs. 88 15 1320* Tornero de 1ra. Hrs. 22 30 660 Total 7920* Cargas sociales 50% 3960* Gasto de herramientas 5% 396* Impuestos 1509C.- MÁQUINA YEQUIPOSTOTAL (A+B+C) 21232D.- GASTOS GENERALES (10% DEL TOTAL) 2123E.- GRAN TOTAL 23355
  • 1 3 4 UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO ESTRUCTURAFACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS MECÁNICA INGENIERÍA MEC - ELM EQUIPO: HORNO PROYECTO ELÉCTRICO ITEM: DESCANSO PRINCIPAL HOJA DE GRADO POR ARCO (500 Kg.) 4 de 16 PRECIO PRECIO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD UNITARIO TOTAL TOTAL (Bs) (Bs) (Bs)A: MATERIALES 4600* Pieza fundida ST 37 Pieza 1 4500 4500según detalle de plano Ø* Electrodos E 6013 (3.18) Kg 1 15 15* Disco de corte 9" Pieza 2 20 40* Disco de desbaste 9" Pieza 3 15 45B.- MANO DE OBRA 2297* Tornero de 1ra. Hrs. 44 30 1320 Total 1320* Cargas sociales 50% 660* Gasto de herramientas 5% 66* Impuestos 251C.- MÁQUINA YEQUIPOSTOTAL (A+B+C) 6897D.- GASTOS GENERALES (10% DEL TOTAL) 690E.- GRAN TOTAL 7587
  • 1 3 5 UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO ESTRUCTURAFACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS MECÁNICA INGENIERÍA MEC - ELM EQUIPO: HORNO PROYECTO ELÉCTRICO ITEM: APOYO DESLIZANTE HOJA DE GRADO POR ARCO (500 Kg.) 5 de 16 PRECIO PRECIO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD UNITARIO TOTAL TOTAL (Bs) (Bs) (Bs)A: MATERIALES 10900* Pieza fundida ST 37 Pieza 6 1800 10800según detalle de plano Ø* Electrodos E 6013 (3.18) Kg 1 15 15* Disco de corte 9" Pieza 2 20 40* Disco de desbaste 9" Pieza 3 15 45B.- MANO DE OBRA 1149* Mecánico de 1ra. Hrs. 22 30 660 Total 660* Cargas sociales 50% 330* Gasto de herramientas 5% 33* Impuestos 126C.- MÁQUINA YEQUIPOSTOTAL (A+B+C) 12049D.- GASTOS GENERALES (10% DEL TOTAL) 1205E.- GRAN TOTAL 13254
  • 1 3 6 UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO ESTRUCTURAFACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS MECÁNICA INGENIERÍA MEC - ELM EQUIPO: HORNO PROYECTO ELÉCTRICO ITEM: ENGRANE DE VOLTEO HOJA DE GRADO POR ARCO (500 Kg.) 6 de 16 PRECIO PRECIO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD UNITARIO TOTAL TOTAL (Bs) (Bs) (Bs)A: MATERIALES 6560* Pieza fundida ST 37 Pieza 1 6500 6500según detalle de plano Ø* Electrodos E 6013 (3.18) Kg 1 15 15* Disco de desbaste 9" Pieza 3 15 45B.- MANO DE OBRA 2297* Mecánico de 1ra. Hrs. 22 30 660* Tornero de 1ra. Hrs. 22 30 660 Total 1320* Cargas sociales 50% 660* Gasto de herramientas 5% 66* Impuestos 251C.- MÁQUINA YEQUIPOSTOTAL (A+B+C) 8857D.- GASTOS GENERALES (10% DEL TOTAL) 886E.- GRAN TOTAL 9743
  • 1 3 7 UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO ESTRUCTURAFACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS MECÁNICA INGENIERÍA MEC - ELM EQUIPO: HORNO PROYECTO ELÉCTRICO ITEM: PORTAELECTRODO HOJA DE GRADO POR ARCO (500 Kg.) 7 de 16 PRECIO PRECIO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD UNITARIO TOTAL TOTAL (Bs) (Bs) (Bs)A: MATERIALES 15060* Pieza fundida DIN 1787 Pieza 3 5000 15000SF-CU F 37 (s/plano) Ø* Electrodos E 6013 (3.18) Kg 1 15 15* Disco de desbaste 9" Pieza 3 15 45B.- MANO DE OBRA 2297* Mecánico de 1ra. Hrs. 22 30 660* Tornero de 1ra. Hrs. 22 30 660 Total 1320* Cargas sociales 50% 660* Gasto de herramientas 5% 66* Impuestos 251C.- MÁQUINA YEQUIPOSTOTAL (A+B+C) 17357D.- GASTOS GENERALES (10% DEL TOTAL) 1736E.- GRAN TOTAL 19093
  • 1 3 8 UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO ESTRUCTURAFACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS MECÁNICA INGENIERÍA MEC - ELM EQUIPO: HORNO PROYECTO ELÉCTRICO ITEM: MECANISMO PUERTA HOJA DE GRADO POR ARCO (500 Kg.) 8 de 16 PRECIO PRECIO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD UNITARIO TOTAL TOTAL (Bs) (Bs) (Bs)A: MATERIALES 4427* Pieza fundida GG-18 Pieza 1 1500 1500(Contrapeso s/plano)* Barra plana 50 x 18 Pieza 1 600 600DIN 1017 ST 37* Plancha ST 37 de 10 mm Pieza 2 500 1000 Ø* Acero redondo 25 Pieza 1 600 600DIN 671 St 37 Ø* Electrodos E 6013 ( 3.18) Kg 5 15 75* Electrodos E 6013 (Ø 4.16) Kg 4 18 72* Disco de corte 9" Pieza 5 20 100* Disco de desbaste 9" Pieza 6 15 90* Oxígeno Tubo 2 120 240* Carburo de calcio Kg 10 15 150B.- MANO DE OBRA 6892* Mecánico de 1ra. Hrs. 44 30 1320* Soldador de 1ra. Hrs. 44 30 1320* Ayudante mecánico Hrs. 44 15 660* Ayudante soldador Hrs. 44 15 660* Tornero de 1ra. Hrs. 22 30 660 Total 3960* Cargas sociales 50% 1980* Gasto de herramientas 5% 198* Impuestos 754C.- MÁQUINA Y EQUIPOSTOTAL (A+B+C) 11319D.- GASTOS GENERALES (10% DEL TOTAL) 1132E.- GRAN TOTAL 12451
  • 1 3 9 UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO ESTRUCTURAFACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS MECÁNICA INGENIERÍA MEC - ELM EQUIPO: HORNO PROYECTO ELÉCTRICO ITEM: POLEAS Y ROLDANAS HOJA DE GRADO POR ARCO (500 Kg.) 9 de 16 PRECIO PRECIO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD UNITARIO TOTAL TOTAL (Bs) (Bs) (Bs)A: MATERIALES 9300* Masa fundida ST 37 Pieza 12 500 6000(s/plano para roldanas)* Masa fundida ST 37 Pieza 6 450 2700(s/plano para poleas) Ø* Acero redondo 25 Pieza 1 600 600DIN 671 St 37 (p/pasadores)B.- MANO DE OBRA 3446* Mecánico de 1ra. Hrs. 22 30 660* Tornero de 1ra. Hrs. 44 30 1320 Total 1980* Cargas sociales 50% 990* Gasto de herramientas 5% 99* Impuestos 377C.- MÁQUINA YEQUIPOSTOTAL (A+B+C) 12746D.- GASTOS GENERALES (10% DEL TOTAL) 1275E.- GRAN TOTAL 14021
  • 1 4 0 UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO ESTRUCTURA FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS MECÁNICA INGENIERÍA MEC - ELM EQUIPO: HORNO ITEM: PIQUERA Y PUERTA DE PROYECTO ELÉCTRICO CARGA HOJA DE GRADO POR ARCO (500 Kg.) 10 de 16 PRECIO PRECIO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD UNITARIO TOTAL TOTAL (Bs) (Bs) (Bs)A: MATERIALES 2198* Plancha ST 37 de 10 mm Pieza 5 400 2000* Electrodos E 6013 AWS Kg. 10 15 150* Electrodos E 7018 AWS Kg. 6 13 78* Disco de corte 9" Pieza 6 20 120* Disco de desbaste 9" Pieza 5 15 75* Oxígeno Tubo 2 120 240* Carburo de calcio Kg. 10 15 150B.- MANO DE OBRA 6892* Mecánico de 1ra. Hrs. 44 30 1320* Soldador de 1ra. Hrs. 44 30 1320* Ayudante mecánico Hrs. 44 15 660* Ayudante soldador Hrs. 44 15 660 Total 3960* Cargas sociales 50% 1980* Gasto de herramientas 5% 198* Impuestos 754C.- MÁQUINA YEQUIPOSTOTAL (A+B+C) 9090D.- GASTOS GENERALES (10% DEL TOTAL) 909E.- GRAN TOTAL 9999
  • 1 4 1 UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO ESTRUCTURAFACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS MECÁNICA INGENIERÍA MEC - ELM EQUIPO: HORNO PROYECTO ELÉCTRICO ITEM: SOPORTE CABLE Y HOJA DE GRADO POR ARCO (500 Kg.) CREMALLERA DE APOYO 11 de 16 PRECIO PRECIO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD UNITARIO TOTAL TOTAL (Bs) (Bs) (Bs)A: MATERIALES 6863* Pieza fundida ST 37 Pieza 3 600 1800(S/plano soportes de cable)* Pieza fundida ST 37 Pieza 2 2500 5000(S/plano para cremallera)* Electrodos E 6013 AWS Kg. 1 15 15* Electrodos E 7018 AWS Kg. 1 13 13(s/plano para poleas)* Disco de corte 9" Pieza 1 20 20* Disco de desbaste 9" Pieza 1 15 15B.- MANO DE OBRA 5744* Mecánico de 1ra. Hrs. 44 30 1320* Ayudante mecánico Hrs. 44 15 660* Tornero de 1ra. Hrs. 44 30 1320 Total 3300* Cargas sociales 50% 1650* Gasto de herramientas 5% 165* Impuestos 629C.- MÁQUINA YEQUIPOSTOTAL (A+B+C) 12607D.- GASTOS GENERALES (10% DEL TOTAL) 1261E.- GRAN TOTAL 13867
  • 1 4 2 UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO SISTEMAFACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS ELÉCTRICO INGENIERÍA MEC - ELM PARCIAL EQUIPO: HORNO PROYECTO ELÉCTRICO ITEM: TRANSFORMADORES HOJA DE GRADO POR ARCO (500 Kg.) Y ACCESORIOS PRINCIPALES 12 de 16 PRECIO PRECIO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD UNITARIO TOTAL TOTAL (Bs) (Bs) (Bs)A: MATERIALES 393749* Transformador de 350Kva Pieza 1 175250 1752506.9/2.3 kV(s/especificación)* Transformador de 400Kva. Pieza 1 210300 2103002300/150 V(s/especificación)* Pararrayos p/6900 Kg. 3 2103 6309* Seccionadores fusibles Kg. 3 630 1890B.- MANO DE OBRA 1723* Electricista de 1ra. Hrs. 22 30 660* Ayudante eléctrico Hrs. 22 15 330 Total 990* Cargas sociales 50% 495* Gasto de herramientas 5% 49,5* Impuestos 189C.- MÁQUINA YEQUIPOSTOTAL (A+B+C) 395472D.- GASTOS GENERALES (10% DEL TOTAL) 39547E.- GRAN TOTAL 435019
  • 1 4 3 UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO SISTEMAFACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS ELÉCTRICO INGENIERÍA MEC - ELM PARCIAL EQUIPO: HORNO PROYECTO ELÉCTRICO ITEM: TABLEROS AUTOMÁTICO HOJA DE GRADO POR ARCO (500 Kg.) Y DE CONTROL 13 de 16 PRECIO PRECIO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD UNITARIO TOTAL TOTAL (Bs) (Bs) (Bs)A: MATERIALES 1260* Chapa de acero DIN17100 Pieza 6 210 1260de 3 mmB.- MANO DE OBRA 3446* Mecánico de 1ra. Hrs. 44 30 1320* Ayudante mecánico Hrs. 44 15 660 Total 1980* Cargas sociales 50% 990* Gasto de herramientas 5% 99* Impuestos 377C.- MÁQUINA YEQUIPOSTOTAL (A+B+C) 4706D.- GASTOS GENERALES (10% DEL TOTAL) 471E.- GRAN TOTAL 5177
  • 1 4 4 UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO SISTEMA FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS ELÉCTRICO INGENIERÍA MEC - ELM PARCIAL EQUIPO: HORNO ITEM: INTERRUPTOR DE PROYECTO ELÉCTRICO POTENCIA HOJA DE GRADO POR ARCO (500 Kg.) 14 de 16 PRECIO PRECIO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD UNITARIO TOTAL TOTAL (Bs) (Bs) (Bs)A: MATERIALES 105000* Interruptor de potencia Pieza 1 105000 1050002300 V - 300 AB.- MANO DE OBRA 1723* Electricista de 1ra. Hrs. 22 30 660* Ayudante eléctrico Hrs. 22 15 330 Total 990* Cargas sociales 50% 495* Gasto de herramientas 5% 49,5* Impuestos 189C.- MÁQUINA YEQUIPOSTOTAL (A+B+C) 106723D.- GASTOS GENERALES (10% DEL TOTAL) 10672E.- GRAN TOTAL 117395
  • 1 4 5 UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO SISTEMA FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS ELÉCTRICO INGENIERÍA MEC - ELM PARCIAL EQUIPO: HORNO PROYECTO ELÉCTRICO ITEM: TRAFOS DE CORRIENTE HOJA DE GRADO POR ARCO (500 Kg.) Y ACCESORIOS PRINCIPALES 15 de 16 PRECIO PRECIO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD UNITARIO TOTAL TOTAL (Bs) (Bs) (Bs)A: MATERIALES 6160* Transformador corriente Pieza 3 350 10502000/5 A* Contactor de potencia Pieza 6 210 12605.5 Kw 20 A nominal* Relé térmico 6 - 10 A Pieza 3 210 630* Instrumentos de medición 3 630 1890Amperímetro Pieza 3 140 420Voltímetro Pieza 4 140 560Cos FI Pieza 1 350 350B.- MANO DE OBRA 6892* Electricista de 1ra. Hrs. 88 30 2640* Ayudante eléctrico Hrs. 88 15 1320 Total 3960* Cargas sociales 50% 1980* Gasto de herramientas 5% 198* Impuestos 754C.- MÁQUINA Y EQUIPOSTOTAL (A+B+C) 13052D.- GASTOS GENERALES (10% DEL TOTAL) 1305E.- GRAN TOTAL 14358
  • 1 4 6 UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO SISTEMA FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA RESUMEN DE PRECIOS MECÁNICO INGENIERÍA MEC - ELM ELÉCTRICO EQUIPO: HORNO PROYECTO ELÉCTRICO GASTOS TOTALES HOJA DE GRADO POR ARCO (500 Kg.) 16 de 16 DESCRIPCIÓN TOTAL (Bs)A: GASTOS MECÁNICOS 162332B: GASTOS ELÉCTRICOS 571949C: GRAN TOTAL 734281
  • 1 4 7 CAPÍTULO VIIICONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Después de realizado el presente trabajo se concluye que el tema en cuestión es relativamente nuevo. Habiendo tenido muchos inconvenientes para la obtención de datos. No existe bibliografía adecuada, es por esa razón que muchos datos fueros obtenidos de experiencias de amigos que trabajan en una fundición de acero ubicado en Oruro. En lo que respecta a la industrialización del hierro para obtener el acero no esta muy difundido por el momento, todos sabemos que muchas piezas de acero son importadas de los países vecinos con calidades diferentes. Lamentablemente no se tiene el conocimiento necesario para su control de calidad. Es recomendable que nuestra carrera, adecue los planes de estudio para acceder a conocimiento sobre materiales derivados del hierro (aceros), tomando en cuenta que esta atribución no es exclusividad de los metalurgistas. Contar con laboratorios en los cuales se realice análisis de tipos de aceros y adecuarlos para diferentes partes de una máquina o proceso. El presente trabajo solo es un vistazo de lo que es propiamente la ciencia del acero.
  • 1 4 8BIBLIOGRAFÍA - JULIO ASTIGARRAGA URQUIZA – “Hornos de Arco para la Fusión de Acero”. - SCHWABE, W.E. - “The mechanics of consumption of graphite electrodes in electric steel furnaces”. Reprinted from journal of metals, November 1972. - AIRCO SPEER CARBON-GRAPHITE – “Manual of Carbon & Graphite” - COMISSION OF THE EUROPEAN COMMUNITIES - “Basic properties of high intensity electric arcs used in steelmaking” - JORDAN, G. R. – “Electrode erosion in electric arc furnaces - the controlling parameters” Ironmaking and Steelmaking, nº 4, 1978. - J. ASTIGARRAGA – “Hornos Industriales de Resistencia”. Ed. MC Graw Hill. - H. ARIAS, J.M. LASHERAS – “Tecnología Mecánica”. Ed. Donostiarra. - H. Y. WONG – “Manual de Fórmulas y Datos Esenciales de Transferencia de Calor para Ingenieros”. - ING. JESÚS GUSTAVO ROJAS UGARTE – “Transferencia de Calor” Texto MEC-2251. - LUIS ENRIQUE HEREDIA LINARES – “Estudio del Arco Directo de la Empresa Aceros Tesa y Proposición de Mejoras” ELT- 114. - A. L. CASILLAS – “Máquinas” 34 edición, Madrid Editorial MELSA – pinto. - EDUARD SCHARKUS – “Tablas para la Industria Metalúrgica” 3ra. Edición. - MPT – “Metallurgical Plant and Technology”. Boletines informativos.
  • 1 4 9PLANOS
  • 0 5 1
  • 1 5 1
  • 2 5 1
  • 3 5 1
  • 4 5 1
  • 5 5 1
  • 6 5 1
  • 7 5 1
  • 8 5 1
  • 9 5 1
  • 0 6 1
  • 1 6 1
  • 2 6 1
  • 3 6 1
  • 4 6 1
  • 5 6 1
  • 6 6 1
  • 1 6 7ANEXO A
  • . 6 . 4 5 0 3 2 1 1 . . . . . . 0 4 – – 7 (t) 5 5 0 0 0 0 5. . 5 0 TONELADAS CAPACIDAD EN . 0 . 0 3 3 2 1 1. . . . . 7 . 0 7 1 7 5 5 1 0 0 5 5 – – – – – – – (t) – 5 3 2. 6 . . . . . 0 4 1 . 7 . 0 1 0 0 0 0 1 5 PRODUCCIÓN HORARIA 2 2 1 1 3 5 8 5 2 2 0 4 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - 0 – – – – – – – 7 1 1 5 3 2 2 4 5 (KVA) 0 0 2 5 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 RANGO NOMINAL 7 7 5 3 . . . 4. 8 . 8 . . . 7 4 5 2 5 5 0 0 0 5 5 8 – – – – – 7 – – – 5 9. . 8 . 8 . . (pies) 5 . 6 . . 4 7 0 6 0 0 4 5 0 CUADRO A-1.- DATOS ELÉCTRICOS DEL HORNO DE ARCO. DIÁMETRO DE LA CUBA 7 1 5 2 9 . . 8 . 8 . . . 2. . 4 9 1 0 0 0 0 0 0 2 – – – – – – – – 5 1 1 1 1 . 1 . 6 2 2 . . . . . 8 0 0 (pulg). 1 4 0 2 0 0 0 0 0 0 DIÁMETRO ELECTRODO 1 6 8
  • 1 6 9 CUADRO A-2.- CARACTERÍSTICAS DE HORNOS DE ACERO.CAPACIDAD POTENCIA DEL TENSIÓN NÚMERO DE DURACIÓN CONSUMO DIÁMETRO DE POTENCIA DEL TENSIÓNDEL HORNO TRANSFORMADOR SECUNDARIA COLADAS EN DEL PERIODO ESPECÍFICO ELECTRODOS TRANSFORMADOR SECUNDARIA (t) PARA LA CARGA APROXIMADA 24 HORAS DE FUSIÓN PARA LA DE GRAFITO PARA CARGA APROXIMADA SÓLIDA (KVA) EN (V) PARA PARA CARGA (Hrs) FUSIÓN EN (mm) LÍQUIDA (KVA) EN (V) PARA CARGA SÓLIDA MARCHA CARGA SÓLIDA CONTÍNUA LÍQUIDA kWh/t DE ACERO 0 3 2 0 1 2 0 1 3 8 1 6 0 1 2 0 1 4 0 8 0 5 5 7 5 5 5 7 – – – . . 0 3 0 1 0 8 1 6 0 0 1 0 2 0 0 9 0 1 0 0 5 5 5 7 5 5 – – . . 1 6 0 0 1 0 1 6 0 6 8 1 2 1 0 3 4 8 9 3 5 5 5 7 5 5 5 7 – – – – . 2 8 0 0 1 0 6 1 2 0 1 8 0 4 6 0 9 8 7 7 5 5 5 – – . 3 1 2 0 0 1 0 6 1 2 0 2 0 0 6 9 0 9 8 7 7 5 5 5 – – . 4 1 4 0 0 1 6 1 2 2 2 3 0 8 1 0 1 0 1 7 5 7 5 5 5 – – . 6 2 2 0 0 1 8 0 6 2 2 2 0 1 2 8 0 1 0 5 5 5 5 5 – 8 2 8 0 0 1 8 6 2 2 3 0 0 1 6 0 0 1 0 5 5 5 5 7 – 1 0 3 0 0 1 9 0 4 2 0 0 3 0 0 2 0 0 0 1 0 9 5 5 5 – 1 0 0 0 2 0 0 4 2 4 3 0 2 9 0 0 1 1 5 5 5 7 5 5 5 – 2 0 6 0 0 2 0 0 4 2 4 4 0 0 3 0 1 1 5 5 5 7 5 7 5 5 – . 3 0 8 0 0 0 2 0 0 2 4 0 4 2 4 0 4 0 0 4 6 0 0 1 1 0 1 4 0 5 5 – – .
  • 4 7 ’ 1 5 9 8 6 4 ’ ’ ’ ’ ’ ’ 0 6 ’ ” (PIES) DIÁMETRO DEL CASCO 1 7 1 5 3 1 1 0 6 8 5 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0- 0 – – – – – – – 1 2 1 2 9 1 6 4 0 0 2 5 0 0 0 0 0 0 (LIBRAS) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 CARGA NORMAL 7 2 2 1 1 5 5 5 3 2 0 0 5 5 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 – – – – – – – – 7 1 3 3 2 5 3 1 0 5 5 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 CAPACIDAD DEL TRANSFORMADOR (KVA) 1 3 2 1 6 4 5 9 0 5 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 CUADRO A-3.- TAMAÑO REPRESENTATIVO DE LOS HORNOS DE ARCO TRIFÁSICOS DE USO GENERAL. LIBRAS/HORA CORRIDAS DE ESCORIA 1 7 0
  • 1 7 1 CUADRO A-4.- PROPIEDADES DE LOS ELECTRODOS DE AIRCO SPEEER CARBON – GRAFITE. DENSIDAD APARENTE RESISTIVIDAD LONGITUDINAL DIÁMETRO DEL ELECTRODO (gr/cc) X 10-5 (ohm - pulg) (PULGADAS) PROMEDIO DESVIACIÓN PROMEDIO DESVIACIÓN ESTANDAR ESTANDAR FUNDICIÓN 1 1 / 2 ” 2 1 / 2 ” 1 0 0 0 3 2 0 2 6 7 5 – - - . . . . 3 ” 1 / 8 ” 1 6 9 0 0 3 2 6 2 6 5 7 – - . . . . 6 ” & ” 1 6 2 0 0 3 3 0 3 3 7 7 . . . . 8 ” 1 0 ” 1 6 2 0 0 2 3 8 4 6 5 – . . . . ACERIAS 1 2 ” & 1 4 ” 1 6 4 0 0 2 4 2 9 5 5 . . . . 1 6 ” 2 4 ” 1 6 1 0 0 1 3 0 2 0 7 – . . . .Los electrodos de grafito se utilizan en hornos de arco desde los mas pequeños tamaños para plantas pilotocon capacidades que varían de 300 – 500 libras hasta las grandes productoras de acero con capacidades dehasta 300 toneladas. Los electrodos con diámetro inferior a 14” se utilizan en fundición.
  • 1 7 2 CUADRO A-5.- DIMENSIONES NORMALIZADAS DE LOS ELECTRODOS. TAMAÑO NOMINAL ELECTRODOS Y ESPECIFICACIONES TÍPICAS FORTALEZA DIÁMETRO DENSIDAD RESISTENCIA CENIZAS %DIÁMETRO NOMINAL FLEXIONAL TIPO DE ROSCA NOMINAL (gr/cc) micro-ohm·cm MÁXIMO kg/cm2 75 mm 3” Diámetro 1.56 – 1.68 550 – 750 130 – 180 0.50 M/H 100 mm 4” Diámetro 1.56 – 1.68 550 – 750 130 – 180 0.50 M/H 130 mm 5” Diámetro 1.56 – 1.68 550 – 750 130 – 180 0.50 Nipple 150 mm 6” Diámetro 1.56 – 1.68 550 – 750 130 – 180 0.50 Nipple 200 mm 8” Diámetro 1.66 – 1.76 550 – 750 120 – 170 0.50 Nipple 225 mm 9” Diámetro 1.66 – 1.76 550 – 750 120 – 170 0.50 Nipple 250 mm 10” Diámetro 1.66 – 1.76 550 – 750 120 – 170 0.50 Nipple 300 mm 12” Diámetro 1.66 – 1.76 550 – 750 120 – 170 0.50 Nipple 350 mm 14” Diámetro 1.66 – 1.76 550 – 750 90 – 150 0.50 Nipple *Otros Tamaños o Configuraciones son disponibles bajo pedido.
  • 1 7 3 CUADRO A-6.- DETERMINACIÓN DE LA CARGA F1 DEL HORNO. ITEM VOLUMEN CANTIDAD VOLUMEN VOLUMEN DENSIDAD MASA PESO UNITARIO TOTAL mm^3 mm^3 EN cm^3 g/cm^3 kg kNF1 Electrodo 15882711,32 3 47648133,97 47648,13 1,69 80,53 0,79 Apoyo deslizante 8390859,81 3 25172579,43 25172,58 7,85 197,60 1,94 Armadura porta electrodos 61941805,59 1 61941805,59 61941,81 7,85 486,24 4,77 Portaelectrodos 2467894,60 3 7403683,79 7403,68 8,91 65,97 0,65 Descanso principal 21627073,84 1 21627073,84 21627,07 7,85 169,77 1,67 Roldana deslizante 79375,48 12 952505,76 952,51 7,85 7,48 0,07 Rodamiento 51325 1232810,10 1 1232810,10 1232,81 - 0,68 0,01 Rodamiento 51118 76688,36 1 76688,36 76,69 - 11,00 0,11 Polea cable 1 434564,53 3 1303693,60 1303,69 7,2 9,39 0,09 Polea cable 2 546066,03 3 1638198,08 1638,20 7,2 11,80 0,12 Soporte cable 2143774,90 3 6431324,70 6431,32 7,85 50,49 0,50 Perno sujeción portaelectrodos 48541,55 24 1164997,25 1165,00 7,85 9,15 0,09 Tuerca sujeción portaelectrodos 45592,20 24 1094212,87 1094,21 7,85 8,59 0,08 Perno eje polea cable 1 41032,33 3 123096,99 123,10 7,85 0,97 0,01 Tuerca perno eje polea cable 1 14915,25 3 44745,74 44,75 7,85 0,35 0,00 Perno eje polea cable 2 97465,87 3 292397,62 292,40 7,85 2,30 0,02 Tuerca perno eje polea cable 2 19659,85 3 58979,54 58,98 7,85 0,46 0,00 Perno sujeción brazo deslizante 58310,70 12 699728,35 699,73 7,85 5,49 0,05 Tuerca sujeción apoyo deslizante 11179,91 12 134158,90 134,16 7,85 1,05 0,01 TOTAL 1119,29 10,98
  • 1 7 4 CUADRO A-7.- DETERMINACIÓN DE LA CARGA F2 DEL HORNO. ITEM VOLUMEN CANTIDAD VOLUMEN VOLUMEN DENSIDAD MASA PESO UNITARIO TOTAL mm^3 mm^3 EN cm^3 g/cm^3 kg kNF2 Cuba 67780037,66 1 67780037,66 67780,04 7,85 532,07 5,22 Tapa 16874349,93 1 16874349,93 16874,35 7,85 132,46 1,30 Ladrillo cuba 893699084,68 1 893699084,68 893699,08 1,9 1698,03 16,66 Ladrillo tapa 338844244,05 1 338844244,05 338844,24 1,9 643,80 6,32 Anilla de refrigeracion 441079,61 3 1323238,83 1323,24 7,85 10,39 0,10 Piquera 4732897,68 1 4732897,68 4732,90 7,85 37,15 0,36 Puerta de carga 13487809,14 1 13487809,14 13487,81 7,85 105,88 1,04 Mecanismo puerta 20588677,78 1 20588677,78 20588,68 7,85 161,62 1,59 Engrane de volteo 17293005,46 2 34586010,91 34586,01 7,85 271,50 2,66 Tuerca perno eje polea cable 2 19659,85 6 117959,08 117,96 7,85 0,93 0,01 TOTAL 3593,84 35,26 CUADRO A-8.- DETERMINACIÓN DE LA CARGA F3 DEL HORNO. ITEM VOLUMEN CANTIDAD VOLUMEN VOLUMEN DENSIDAD MASA PESO UNITARIO TOTAL mm^3 mm^3 EN cm^3 g/cm^3 kg kNF3 Mecanismo de volteo 2888142,48 1 2888142,48 2888,14 7,85 22,67 0,22 Eje para volteo 671676,34 1 671676,34 671,68 7,85 5,27 0,05 Tuerca perno eje polea cable 2 19659,85 6 117959,08 117,96 7,85 0,93 0,01 TOTAL 28,87 0,28
  • 1 7 5CUADRO A-9.- TABLA DE CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS PARA HORNOS ELÉCTRICOS POR ARCO. NOTA: DATOS OBTENIDOS DEL “MANUAL OF CARBON & GRAPHITE” DE LA AIRCO SPEER CARBON
  • 2 2 2 2 3 1 1 1 1 1 0 0 0 0 2 2 1 5 1 5 3 9 9 7 9 6 6 8 T / / / / / / / / / / / / / / O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / A L E FECHA 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 FUSIÓN S 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 r o c L F o q T a T K X K H c e P e 2 3 3 3 3 , , , , , , 7 n 6 x x e 1 1 7 2 5 7 4 4 4 1 7 5 5 5 5 5 5 Ф FASE A, 0 , 0 2 1 8 7 0 2 3 9 , , , , 4 , 6 1 1 , 6 , 0 3 3 3 5 3 7 4 4 5 1 , , , , 8 0 0 6 5 5 5 5 5 3 5 1 3 4 5 5 5 3 3 9 3 7 4 6 FASE B 5 5 3 5 3 3 8 0 0 0 c c c k g k o h O D h ^ / W 2 m m m a r k h 2 m / / 1 t / s A 3 3 3 1 5 5 , , , , , , , , , 6 4 / o h o h 1 7 2 , 0 ^ 5 3 4 d 1 · 2 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 r r ^ a a 2 h FASE C DESGASTE EN PULGADAS 7 1 1 , 6 2 3 3 3 3 3 9 , 6 , , , , , , , 4 , 6 1 , , 0 5 3 1 2 1 5 5 3 5 5 5 5 7 7 8 7 EN PULG PROMEDIO 2 2 2 1 1 3 1 1 3 1 1 2 1 1 1 3 3 , , , , , , , , , 9 8 8 0 0 0 9 6 , 8 1 5 0 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 TOTAL DESGASTE I M M M N A A A B B B B O T L L N N L N L D D D D D X G I O A A A A G G G U U U U U R T N N N N I D A A A R R R R R A S A D D D D N N N O O O O O L B E E E O O O O FUNDIDO L S S S MATERIAL E O O O I 2 2 2 2 2 2 R c 3 K s c Q Q 3 3 3 3 3 3 3 6 ` 2 2 s W 7 5 1 5 5 3 1 5 9 0 8 0 0 e 3 kg 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 PESO 0 6 3 3 3 5 , , , 4 , , , 3 6 , , , 4 4 2 2 1 2 5 5 9 4 6 4 h 7 7 7 5 5 5 1 9 7 , , , , , , 5 5 5 5 5 5 5 5 5 3 3 3 9 7 7 TIEMPO 1 5 1 7 6 0 c k k g g K / c / g g m A t / k t / ^ 3 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 D m / W k ^ h PULG A 3 ^ · 2 h 2 2 2 3 , 3 3 3 3 , , , , , , , 3 3 3 3 3 4 4 d 1 5 5 5 5 5 5 5 8 DESGASTE DE ELECTRODOS ENERO 2007 (FUNDICIÓN DE ACERO) 2 2 2 2 2 2 2 2 5 3 1 1 3 , , , , , , , , , , , , , , , 4 4 2 3 1 3 3 3 5 1 1 1 7 9 8 0 0 3 3 3 3 5 3 7 9 6 6 8 6 4 8 8 Lc Fase 1 1 1 2 5 9 7 9 7 , 8 , , 6 , , 6 , 6 , , 4 , , , 6 , 6 , , , 6 4 2 5 1 1 5 5 9 7 9 4 0 6 2 1 3 0 1 3 3 3 9 7 7 0 0 8 6 9 8 8 Lc Total PULG cm/hora cm/hora 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 F F F F F F F F F F F F F F F U U U U U U U U U U U U U U U N N N N N N N N N N N N N N N D I D D D D D D D D D D D D D D I I I I I I I I I I I I I OBS. I D D D D D D D D D D D D D D D A A A A A A A A A A A A A A A S S 1 7 6
  • 2 2 2 2 1 1 1 1 0 0 0 0 0 2 5 3 5 3 5 7 9 9 8 6 8 6 T / / / / / / / / / / / / / O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 T 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / A L E FECHA 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 FUSIÓN S 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 r o c L F o q T a T K X K H c e P e 2 5 n x x e 3 3 3 3 3 , , , , , , , 6 1 , 3 3 7 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 Ф 5 FASE A 1, , 0 0 7 , 2 6 0 2 3 3 , , , , 6 5 5 7 3 3 3 5 3 3 7 4 4 5 7 , , 0 , 0 , 1 5 1 5 5 5 5 3 3 9 2 5 3 9 3 8 4 4 6 2 FASE B 5 5 3 5 3 7 0 0 6 c c c o k k h O D g h ^ 2 m m m / W r a m / / k h s / o o h h t / A d 2 ^ · 2 r r ^ 3 5 3 3 5 3 a a , , , , , , , , 2 4 5 5 3 8 4 6 8 DESGASTE EN PULGADAS 5 5 5 5 5 5 5 5 h FASE C 5 3 , 7 , , 4 3 , 3 3 3 , , , , , , 4 6 4 3 3 3 4 1 1 3 5 5 3 5 5 5 5 3 7 7 0 EN PULG PROMEDIO 2 1 1 1 1 1 1 , 9 6 1 1 1 2 1 3 9 , , 0 , 0 , 0 , , 9 9 9 , 0 3 3 5 5 5 5 5 5 5 5 TOTAL DESGASTE M M M M A A A A B B T L L N N N N D D D D D D D O A A G G G G U U U U U U U T N N A A A A R R R R R R R A D D N N N N O O O O O O O L E E E E O O FUNDIDO S S S S MATERIAL O O O O I 2 2 2 2 2 3 R c K s c Q Q 3 3 3 3 3 3 3 3 2 ` s W 5 1 1 1 7 9 8 0 8 0 0 8 0 e 6 5 kg 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 3 3 , , , , , , 4 4 4 3 3 3 , , 4 , , 4 , 2 2 2 1 4 4 4 h 7 7 7 5 5 1 7 , , 8 , 4 , , , 7 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 3 3 3 7 4 6 PESO TIEMPO 5 1 3 1 7 0 c k k g g K / / c g g A m t / t / k ^ 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 m D 3 W ^ / h PULG 3 k A ^ · 2 2 2 3 , DESGASTE DE ELECTRODOS FEBRERO 2007 (FUNDICIÓN DE ACERO) 3 3 3 3 3 , , , , , , , 3 3 4 4 4 4 h d 4 2 5 5 5 5 5 5 5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 3 1 , , , , , , , , , , , , , , 4 2 5 5 3 1 1 9 9 9 9 6 8 6 6 2 1 7 9 7 9 8 4 4 4 8 8 4 8 Lc Fase 1 1 2 5 5 5 , 7 , 7 , 7 , , 7 , , , , , , , 8 6 8 8 6 1 , , 1 5 5 9 7 8 6 6 8 6 8 0 2 2 2 8 0 1 1 3 3 1 3 7 7 8 5 1 Lc Total PULG cm/hora cm/hora 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 F U F F F F F F F F F F F F F U U U U U U U U U U U U U N 1 N N N N N N N N N N N N N D I 3 D D D D D D D D D D D D D OBS. I I I I I I I I I I I I I D A D D D D D D D D D D D D D S A A A A A A A A A A A A A 1 7 7
  • 2 2 2 2 3 1 1 1 1 0 0 0 0 2 2 2 3 5 7 9 7 0 8 6 4 8 T / / / / / / / / / / / / / O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / A L E FECHA 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 FUSIÓN S 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 r o c L F o q T a T K X K H c e P e 6 n x x e 3 3 3 , , , 1 , 0 3 3 3 4 4 8 4 4 4 3 5 5 5 Ф 5 FASE A 1, 0 , 0 5 3 3 5 3 , , , , 4 , , 8 , 6 3 3 5 3 7 7 7 4 4 0 2 2 5 5 5 5 5 0 5 , 7 , , , 7 0 0 5 1 3 4 8 FASE B 5 3 3 9 3 9 6 4 4 2 2 5 5 3 5 3 0 0 6 c c c k k o h D O g ^ 2 h m m m / W a r / / 2 2 k h s m / o h o h 3 3 3 3 7 , , , , , , , 4 , 5 t / A DESGASTE EN PULGADAS d 3 4 4 8 4 4 ^ 2 5 5 5 5 5 5 5 5 · r r ^ a a 2 FASE C h 5 3 3 3 9 , , , , 4 , 3 3 3 3 3 , 7 7 , , , , , , 4 , 3 1 3 3 6 8 5 3 5 5 5 5 0 8 3 3 3 7 7 0 EN PULG PROMEDIO 2 2 1 1 1 1 1 1 2 1 9 , 1 1 1 1 1 3 , , , , , , , 0 0 0 7 9 1 3 0 8 5 1 5 5 5 5 5 5 5 TOTAL DESGASTE M M M M M M A A A A A A B B T N N N L L N N N D D D G G O A A G G G G G G U U U R R T N N I I A A A A A A R R R A S S D D N N N N N N O O O L E E E E E E O O FUNDIDO S S S S S S MATERIAL O O O O O O I 2 2 2 2 2 2 2 3 R c K s c Q Q 3 3 3 3 3 3 2 ` s W 5 5 7 9 9 0 0 0 8 0 8 0 8 e 1 kg 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 3 3 3 3 , , , , , , 4 4 3 3 1 1 , , 4 , 2 2 2 1 , 5 4 4 4 h 7 7 7 5 1 5 1 , , , , 7 , , 6 5 5 7 7 5 5 5 5 5 5 3 3 3 7 6 4 2 1 7 9 7 0 PESO TIEMPO c k k g g K / c / g g A m t / k t / ^ m 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 3 D W ^ / h PULG 3 k A ^ 2 · 2 DESGASTE DE ELECTRODOS MARZO 2007 (FUNDICIÓN DE ACERO) 2 2 2 , 3 3 3 , , , , , , h 3 3 3 3 3 4 4 d 9 5 5 5 5 5 5 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 5 , , , , , , , , , , , , , , 2 2 2 5 1 1 5 9 7 4 8 4 6 0 2 5 3 1 3 9 7 9 4 6 4 4 4 6 Lc Fase 1 1 7 7 7 7 , , 6 , , 6 , 6 , , 8 , 8 , , 8 , 6 , 6 1 5 , , 2 3 5 3 1 7 6 4 6 8 0 6 2 4 8 5 3 1 1 7 7 7 7 0 0 8 3 0 Lc Total PULG cm/hora cm/hora 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 F U F F F F F F F F F F F F F U U U U U U U U U U U U U N 1 N N N N N N N N N N N N N D I 3 D D D D D D D D D D D D D OBS. I I I I I I I I I I I I I D A D D D D D D D D D D D D D S A A A A A A A A A A A A A 1 7 8
  • 2 2 2 2 2 2 3 1 1 1 1 1 0 0 0 0 2 2 5 3 3 1 5 7 7 9 0 6 4 0 8 4 T / / / / / / / / / / / / / / / / O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / A L E FECHA 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 FUSIÓN S 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 r o c L F o q a T T K X K H c e P e 2 n x x e 7 3 3 3 3 7 7 , , , , , , , 7 , 3 7 4 4 8 8 4 4 4 Ф 5 5 5 5 5 5 5 5 FASE A 1, 0 , 0 , 6 3 3 3 , , , , 7 , , 6 6 7 7 0 2 3 3 3 3 7 7 4 4 4 4 3 3 4 5 5 5 5 5 5 , , , , 8 0 0 6 5 1 5 1 3 FASE B 5 5 3 1 1 9 3 4 0 1 3 5 3 5 3 8 0 0 6 c c c k k o h D O g ^ 2 h m m m / W a r / / 2 2 2 k h s m / o h o h 3 3 3 3 , , 7 , , , , , , , , 8 4 t / 1 8 DESGASTE EN PULGADAS A d 3 7 7 8 4 5 ^ 4 2 · 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 r r ^ a a 2 FASE C h 7 2 3 3 3 3 3 3 , , , 7 , , , , , 4 3 3 7 7 7 , 8 , , , , , , 8 , 2 2 7 1 3 1 1 1 6 8 6 5 5 7 0 8 0 3 3 7 7 7 7 7 7 0 EN PULG PROMEDIO 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 3 , 9 , , 9 , 9 8 1 1 1 1 1 1 , , 0 , , , 5 , 1 1 3 1 1 0 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 TOTAL DESGASTE M M M M M A A A A A B B B B B T L L L L L N N N N N D D D D D D O A A A A A G G G G G U U U U U U T N N N N N A A A A A R R R R R R A D D D D D N N N N N O O O O O O L E E E E E O O O O O FUNDIDO S S S S S MATERIAL O O O O O I 2 2 2 2 2 2 2 2 4 R c K s c Q Q 3 3 3 3 3 3 3 3 2 ` s W 4 1 1 1 9 9 9 9 8 0 8 0 8 0 8 0 e 5 kg 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 3 3 , , , , , , 6 4 4 4 3 , , , , 1 4 4 4 2 2 , 8 5 5 5 4 4 4 h 7 7 7 7 5 5 5 1 , , 9 , , 7 , , 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 3 1 3 3 7 8 3 3 1 7 6 0 PESO TIEMPO c k k g g K / c / g g A m t / k t / ^ m 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 3 D W ^ / h PULG 3 k A DESGASTE DE ELECTRODOS ABRIL 2007 (FUNDICIÓN DE ACERO) ^ · 2 2 2 2 2 2 3 , 3 3 3 3 h , , , 4 , , , , , , , 2 3 3 3 4 4 4 d 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 F F 2 2 2 2 2 2 2 2 2 O O 3 3 1 3 3 3 1 , , , , , , , , , , , , , , , , , 4 R R 2 2 1 5 5 3 1 3 9 7 7 8 6 8 6 8 4 2 M M 5 3 3 9 9 9 9 4 4 4 4 0 6 4 4 4 U U L L A A S C I 1 1 1 1 1 1 O 5 5 7 7 , 8 , 6 , , , 6 , 6 , 6 , , , 6 , 6 M 1 3 1 1 , , , , , , 0 0 2 M 5 3 7 9 9 P 4 6 4 8 4 4 2 5 9 9 8 6 2 2 L P 3 3 3 7 7 9 7 9 0 6 5 5 3 8 E L Lc Fase Lc Total E PULG cm/hora cm/hora T A 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6 F F F F F F F F F F F F F F F F F U U U U U U U U U U U U U U U U U N N N N N N N N N N N N N N N N N D D D D D D D D D D D D D D D D D OBS. I I I I I I I I I I I I I I I I I D D D D D D D D D D D D D D D D D A A A A A A A A A A A A A A A A A S 1 7 9
  • 2 2 2 3 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 2 2 1 5 1 9 7 8 4 8 6 0 8 4 T / / / / / / / / / / / / / / O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / A L E FECHA 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 FUSIÓN S 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 r o c L F o q T a T K X K H c e P e n x x e 3 3 3 , , 7 , , 6 3 5 3 3 7 4 4 4 4 8 3 Ф 5 5 5 5 1, , 0 0 9 , 2 6 6 0 2 2 3 3 3 3 , , , , 7 , , , 9 , 8 0 3 3 3 8 4 4 4 7 , , 0 , 0 , 6 5 1 5 5 5 5 5 5 5 5 3 4 5 5 3 9 3 9 0 4 0 6 FASE A FASE B 5 5 5 3 5 3 9 0 0 0 c c c o k k h D O g ^ 2 h m m m / W a r / / k h s m / o o h h / t A d 3 3 3 3 3 3 3 , , , , , , , , 6 ^ 1 · 2 6 2 ^ r r a a 2 3 3 3 4 8 DESGASTE EN PULGADAS 0 5 5 5 5 5 5 5 5 h FASE C 3 3 3 3 3 3 9 6 , , 4 , , , , , , 2 3 3 3 3 , , , , 7 , 7 , , 2 1 5 1 5 1 6 6 0 5 3 5 5 7 5 7 7 7 7 7 0 0 0 PROMEDIO 2 2 1 2 1 1 1 1 1 2 2 8 , 9 , 9 1 1 1 2 , , , , , , , 7 0 0 0 0 9 7 , 1 1 1 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 TOTAL EN PULG DESGASTE M M M M M M A A A A A A B B T N N L L N N N N D D D D D D O A A G G G G G G U U U U U U T N N A A A A A A R R R R R R A D D N N N N N N O O O O O O L E E E E E E O O FUNDIDO S S S S S S MATERIAL O O O O O O I 2 2 2 2 2 2 4 R c K s c Q Q 3 3 3 3 3 3 3 5 2 ` s W 0 1 1 1 1 9 9 9 0 8 0 8 0 8 e 9 kg 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 PESO 0 6 3 3 , , , 4 1 5 3 3 , , , , , , , 4 4 6 1 2 5 4 4 4 4 h 7 7 7 5 5 5 5 5 5 5 5 5 1 , , 9 , , 7 , , 5 5 5 2 5 3 3 7 0 0 TIEMPO 3 1 7 6 8 0 c k k g g K / c / g g A m t / k t / ^ 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 m D 3 W ^ / h PULG 3 k A ^ · 2 DESGASTE DE ELECTRODOS MAYO 2007 (FUNDICIÓN DE ACERO) 2 2 3 , 3 3 3 , , , , , , 4 2 h 3 3 3 4 4 4 4 4 d 5 5 5 5 5 5 7 PULG F F 2 2 2 2 2 2 2 2 2 O O 1 1 3 3 1 3 , , , , , , , , , , , , , , , R R 2 2 3 3 3 5 3 1 5 5 9 7 9 4 8 2 2 M M 5 1 5 3 1 9 9 6 8 4 4 4 8 U U L L A A S C I 1 1 1 O 5 5 5 , 7 , , , , 7 , 7 , 7 , , , , 7 , 6 6 6 6 M 1 , , , 0 0 M 3 9 7 P 0 8 6 4 0 6 6 4 6 2 2 2 1 7 4 L P 5 5 3 7 9 7 8 6 6 3 5 6 E L Lc Fase Lc Total E cm/hora cm/hora T 2 A 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 F U F F F F F F F F F F F F F F U U U U U U U U U U U U U U N 1 N N N N N N N N N N N N N N D I 5 D D D D D D D D D D D D D D I I I I I I I I I I I I I I OBS. D A D D D D D D D D D D D D D D S A A A A A A A A A A A A A A 1 8 0
  • 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 2 2 5 5 3 1 5 1 9 9 8 0 6 8 6 4 T / / / / / / / / / / / / / / / / O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / A L E 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 FECHA FUSIÓN S 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 r o c L F o q T a T K X K H c e P e 6 3 3 3 3 , , , , , n 6 x x e , 6 5 3 3 3 4 4 4 8 4 4 4 5 5 5 5 5 Ф 5 1, , 0 0 , 8 5 0 2 3 3 3 3 , , , , , , 4 8 6 9 4 3 3 3 3 3 5 3 7 4 4 7 , , 0 , 0 , 4 5 5 1 5 5 5 5 5 5 3 8 4 5 5 3 9 7 3 4 0 8 FASE A FASE B 5 5 3 5 3 9 9 6 0 0 c c c o k k h D O g ^ 2 h m m m / W a r / / k h s m / o o h h t / A d 3 3 3 3 3 3 3 3 3 , , , , , , , , , , 4 ^ · 2 6 ^ r r a a 2 5 3 3 8 8 4 7 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 DESGASTE EN PULGADAS h FASE C 6 3 3 3 3 3 3 , , , , , , , , 4 4 3 3 3 3 3 , 6 7 , , , 4 , , , , 8 , 2 2 3 5 1 3 1 1 1 8 1 5 5 7 7 8 0 3 3 3 7 7 7 7 0 7 PROMEDIO 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 9 9 9 , , 1 1 1 1 1 3 1 1 , , , , , , , , , 0 4 0 9 , 8 1 1 0 0 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 TOTAL EN PULG DESGASTE M M M M M A A A A A B B T L L N N N N N D D D D D D D D D O A A G G G G G U U U U U U U U U T N N A A A A A R R R R R R R R R A D D N N N N N O O O O O O O O O L E E E E E O O FUNDIDO S S S S S MATERIAL O O O O O I 2 2 2 2 2 2 2 2 4 R c K s c Q Q 3 3 3 3 3 3 3 3 2 ` s W 4 1 1 9 7 9 9 9 0 0 8 0 8 0 8 0 e 0 kg 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 e 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 3 3 , , , , , , 4 4 4 3 5 3 3 1 , , 4 , , , 2 2 6 5 4 4 4 4 h 7 7 7 7 5 5 1 , , 7 , , 7 , , 4 6 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 3 3 3 7 0 0 1 5 1 7 7 0 PESO TIEMPO c k k g g K / c / g g A m t / k t / ^ m 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 3 D W ^ / h PULG 3 k A ^ · 2 DESGASTE DE ELECTRODOS JUNIO 2007 (FUNDICIÓN DE ACERO) 3 , 3 3 3 3 3 , , , , , , , h 4 4 3 3 3 3 3 5 4 4 4 d 6 5 5 5 5 5 5 5 6 F F 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 O O 3 1 3 1 3 3 , , , , , , , , , , , , , , , , , R R 2 2 2 5 1 1 1 7 7 7 8 8 6 0 4 0 0 2 2 2 M M 3 3 3 1 9 9 7 9 8 6 6 8 6 4 U U L L A A S C I 1 1 O 5 5 , 7 , , , , , , , , 9 , , , 7 , , 9 , 6 8 8 6 6 6 6 6 6 M 1 1 , , M 5 5 3 5 3 5 3 P 7 7 0 6 0 4 0 0 5 3 L P 5 3 3 3 9 7 7 7 7 7 7 7 7 8 0 1 0 E L Lc Fase Lc Total E PULG cm/hora cm/hora T A 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6 F F F F F F F F F F F F F F F F F U U U U U U U U U U U U U U U U U N N N N N N N N N N N N N N N N N D D D D D D D D D D D D D D D D D OBS. I I I I I I I I I I I I I I I I I D D D D D D D D D D D D D D D D D A A A A A A A A A A A A A A A A A S 1 8 1
  • 2 2 2 2 2 3 1 1 1 1 5 1 3 1 7 0 4 0 8 6 T / / / / / / / / / /