PROCEDIMIENTO PARA EL CÁLCULO DE LAS CARGAS METÁLICAS EN EL CUBILOTE
Para el cálculo de la carga metálica en el cubilote se pueden emplear métodos algebraicos y gráficos, estos últimos se realizan por tanteo. En el primer caso (referencia 2) el método se basa en el hecho que la cantidad de fosforo que entra en la carga es igual a la que sale, es decir que se mantiene invariable durante la fusión, el segundo método (véase referencia 1) será el descrito a continuación. El objetivo de este procedimiento es calcular las cargas metálicas para obtener piezas de composición química, estructura o resistencia mecánica determinada cuando se dispone de calidades dadas de fundición en lingotes, chatarra de fundición y de acero, además de ferroaleaciones. “Este método es un medio auxiliar simplemente orientador, ya que el resultado final depende de causas demasiado variables para poder ser previstas con certeza dentro de límites restringidos; es decir, las características finales de las piezas no podrán ser comprobadas hasta después de la colada, y erraría, por lo tanto, quien creyese que las características de una pieza deban corresponder necesariamente a las de la probeta, sea en conjunto o en parte; los espesores y las condiciones de enfriamiento serán, en general, diversas, y por eso serán diversos los resultados, como diversos serán los varios puntos de una misma pieza, especialmente si es de espesores heterogéneos”1. La metodología a seguir básicamente es la siguiente:
• Elegir: composición, estructura y
1
resistencia mecánica. • Seleccionar del patio de almacenamiento
2
las materias primas más adecuadas. • Calcular la composición de las cargas
3
teniendo en cuenta su variación durante la fusión.
En algunos casos, la composición química, la estructura o la resistencia mecánica son prescritas por el cliente, de no ser así, se eligen según la experiencia o consultando en la bibliografía cuales son las composiciones típicas para cierto tipo de piezas según su aplicación, como se muestra en el anexo 5. Para seleccionar las materias primas más adecuadas en primer lugar se tiene en cuenta la historia de las propiedades que se obtiene con cada una y sus ventajas y desventajas, además de ayudarse de tablas en donde se encuentre la composición típica de diferentes tipos de materias primas como en los anexos (1, 2,3 y 4). Para calcular la carga metálica se deben tener en cuenta los cambios en cuanto a composición que ocurren durante la fusión, como se menciono anteriormente. Un ejemplo aclarará el procedimiento: Se debe producir en un cubilote de diámetro de 75 cm engranajes de fundición mecánica de peso de 35 a 40 Kg cada uno, con espesores medios de 20 a 25 mm, fundición que debe alcanzar (con probeta de 20 mm de diámetro) una carga de rotura superior a 22 Kg/mm^2.Determinar la carga metálica necesaria para producir estas piezas. El porcentaje de coque entre carga es del 12%. Solución: el ejercicio se resolverá mediante los siguientes pasos: 1. El taller de fundición dispone de:
Fundición hematita Chatarra de fundición mecánica de primera calidad (20 a 30 mm de espesor).
Chatarra de acero (despuntes de perfiles).
Ferroaleaciones Chatarra de piquera y colada.
• C=3.6%, Si=2.5%, Mn=0.6%, P=0.05%, S=0.05%. (veáse anexo 1) • C=3.3%, Si=1.7%, Mn=0.6%, P=0.3%, S=0.08%. (veáse anexo 2)
• C=0.1%, Mn=0.35%, P=0.08%. (veáse anexo 3)
• Fundición silicosa: 10 a 12% Si. (veáse anexo 4) • Fundición manganesífera: 18 a 20% de Mn.
• Análisis similar al de las piezas a producir.
2. La composición química aconsejable para estas piezas es (véase anexo 5): P 0.35%, maximo.
Mn 0.8%
C 3.3%
Si 1.7%
S 0.08%
3. Del examen de la composición de las materias primas se nota:
El C debe ser reducido en la hematita (3.6 a 3.3).
El Si debe ser reducido en la hematita (2.5-1.7).
El Mn debe ser aumentado.
4. Porcentaje de cada materia prima adicionada: por experiencia se prevé que la proporción adecuada de la carga es como sigue:
30%
• Fundición en lingotes.
30%
• Chatarra de fundición
30%
• Chatarra de piquera y colada.
7%
• Chatarra de acero.
3%
• Ferroaleaciones.
5. Cantidad de cada materia prima adicionada por cada carga de 400 Kg.
0.3*400=120 Kg
• Fundición en lingotes.
0.3*400=120 Kg
• Chatarra de fundición
0.3*400=120 Kg
• Chatarra de piquera y colada.
0.07*400=28 Kg
• Chatarra de acero.
0.03*400=12 Kg
• Ferroaleaciones.
6. Cálculo de cargas: Para cada 400 Kg de carga es preciso añadir:
Si
Mn Si=0.14*(400/100) Si=0.56 Kg. Agregar: 2 pastillas de ferrosilicio de 500 g (4550 %Si): 2*500*0.5=500 g
Mn=0.275*(400/100) Mn=1.100 Kg. Agregar: (1.1*100)/18=6.1 Kg de fundición manganesífera (18%Mn). Redondeado a 7 u 8 Kg por carga.
Los cálculos de las cantidades de cada elemento que aportan en total todas las materias primas y las respectivas que hay que adicionar para cumplir con la composición establecida en el paso 2 se resumen en el anexo 6. Nótese que el fosforo es de 0.216 Kg (véase anexo 6), el cual cumple con la condición de 0.35 % P máximo, en el caso del azufre su valor 0.082 % es muy cercano al requerido 0.082% S. en el caso del silicio y el manganeso simplemente se adiciona la cantidad faltante en forma de ferroaleaciones.
Finalmente la carga metálica está compuesta por:
120 Kg
•Fundición de hematita en lingotes.
120 Kg
•Chatarra de fundición mecánica de primera calidad.
120 Kg
•Chatarra de piquera y colada.
30 Kg
•Chatarra de acero.
1 Kg
•Dos pastillas de 0.5 Kg de Fe-Si al 50%.
8 Kg
•Fundición manganesífera del 18 al 20%.
CONCLUSIONES Para realizar el cálculo de la carga metálica mediante el método de tanteo descrito en el cubilote se debe conocer, o en caso contrario establecer la composición de la fundición que se desea obtener, así como sus propiedades.
Para realizar el cálculo de los constituyentes de la carga metálica conocer la composición química aproximada de la materia prima.
de debe
En el cálculo de los constituyentes de la carga metálica en el cubilote es imprescindible tener en cuenta los cambios de composición química (debido por ejemplo a oxidación) de los elementos de aleación que ocurren durante la fusión.
BIBLIOGRAFÍA 1. TECNOLOGÍA DE LA FUNDICIÓN. EDOARDO CAPELLO. DOCTOR INGENIERO. SEGUNDA EDICION, EDITORIAL GUSTAVO GILI, S.A. BARCELONA. 2. DISEÑO Y OPERACIÓN DEL HORNO CUBILOTE. ARNALDO ALONSO BAQUERO.
ANEXOS Anexo 1. Composición de algunas fundiciones en lingotes de primera fusión para fundición.
Anexo 2. Clasificación de las chatarras de fundición para nuevas coladas y análisis mas probables.
Anexo 3. Análisis medios de chatarras de hierro o acero.
Anexo 4. Ferroaleaciones correctivas de uso más común en las fundiciones.
Anexo 5. Análisis medios para las piezas de fundición más comunes.
Anexo 6. Calculo de la carga para el ejemplo.
