Obtención de funciones de aproximación para determinar el desgaste refractario en el horno de reverbero

Resumen

El presente trabajo trata sobre la obtención de funciones de aproximación para determinar el desgaste refractario de las paredes de trabajo del horno de reverbero de la UEB Colada de Cobre. Se realiza además un diagnóstico de la situación existente en la UEB Colada de Cobre referente a la explotación del horno de reverbero encargado de realizar la fusión de chatarra de cobre.

Para la creación de las datas necesarias para la obtención de las funciones de aproximación, se realizó el seguimiento de 1 campaña de producción de la UEB mencionada, donde se monitorea la temperatura del metal en el horno y en diferentes puntos con el objetivo de relacionar estas temperaturas con el espesor del revestimiento refractario del agregado, para lo que también se obtienen los perfiles de desgastes del mismo.

Con la ayuda del sistema computacional SIAR v2.0, el cual está destinado al diseño del revestimiento refractario de agregados metalúrgicos y el sistema estadístico STATGRAPHICS Plus 5.0, se obtienen las funciones de aproximación para determinar el desgaste refractario de la pared de trabajo. Que sirva de base para elaborar una herramienta a los tecnólogos de la UEB que sea capas de determinar el retiro del revestimiento refractario, además de saber el momento oportuno para la reparación o demolición y para aprovechar mejor el revestimiento y evitar las averías.

Abstract

This work deals with obtainment of approximation functions to determine the thickness on the refractory used in the working walls of the furnace existing in the UEB Colada de Cobre. In this work we carried out a study about the refractory´s characteristics and the factors that impact in the life cycle of the refractory used in the furnace of UEB Colada de Cobre. We also carried out a diagnosis of the present situation in the UEB Colada de Cobre, related to the furnace exploitation in the metallurgist process making plant.

Its objective is to create a date base to obtain the approximation functions to estimate the thickness residual of the furnace wall of the UEB Colada de Cobre. Then the necessary data are taken for the future creation of the approximation functions through this SIAR v2.0 and STATGRAPHICS Plus 5.0 computing programs.

Introducción

El cobre es una de las materias primas con mayor uso industrial, siendo el tercer metal, después del hierro y aluminio, más consumido en el mundo. Como tal tiene múltiples aplicaciones, esto es atribuible a su disponibilidad y capacidad de reciclaje, así son sus propiedades metálicas que hacen del cobre un excelente conductor de calor y electricidad, resistente a los antimicrobianos y la corrosión. Aportando también propiedades como elemento aleante, formando aleaciones para mejorar las prestaciones mecánicas (maquinabilidad, ductilidad y maleabilidad) y resistente a la corrosión y oxidación.

Las producciones de materiales metálicos de cobre como cables eléctricos (tanto de uso industrial como residencial, conductores de cobre en numerosos equipos eléctricos como generadores, motores y transformadores), componentes de coches y camiones (principalmente los radiadores, frenos y cojinetes), redes de transporte de agua (hechas de cobre o latón), etc, se obtiene a través de dos formas, reducción a partir de minerales y fusión de chatarra.

Siendo la última la más expandida, debido al alto precio del mineral de cobre (US $6,674.00/Ton de mineral por US $3,950.00/Ton de chatarra) [10], [16], además de ser un recurso renovable, el cobre reciclado tiene las mismas características químicas, físicas y tecnológicas que el cobre primario. En consecuencia, no sufre pérdidas de rendimiento ni tiene limitaciones para ser reutilizado. La fusión de la chatarra de cobre permite reciclar un material y utilizarlo para crear cualquier objeto, desde una joya hasta un alambre de cobre. Sin embargo, para fundir el metal se necesita aplicar una gran cantidad de calor para grandes cantidades de cobre empleando un horno, proporcionando este calor suficiente. No obstante, es peligroso lidiar con ese nivel de temperaturas, así que por razones de seguridad, como así también para lograr una fusión eficaz, es necesario seguir algunos pasos específicos.

La fusión tanto por mineral como por chatarra se puede realizar en hornos de reverberos, hornos de inducción, hornos de arco eléctricos, hornos de cuba, etc. Para lograr un buen empleo de estos hornos deben contar con requerimientos que son imprescindibles para su buena explotación, por mencionar alguno se destaca: alto nivel de aseguramiento refractario como medio de seguridad y parámetro económico.

Debido a que históricamente no ha existido estabilidad en el uso correcto de los aseguramientos refractarios de dichos agregados. Existen grandes deficiencias en la producción y aumento del índice económico, debido a los daños ocasionados por mal uso como: mal procedimiento a la hora de la carga, pérdida de calor producido por el agregado y bajo rendimiento del agregado, además de prolongación del período de fusión.

Aunque se han realizado numerosos cambios interesantes en el uso de diferentes marcas y tipos de refractarios con buenos resultados en los períodos de pruebas y seguimiento, no se han obtenido los resultados que se requieren para este tipo de producción, debido a la situación tan cambiante que presenta el mercado internacional en la actualidad.

En el caso de los hornos de reverberos que son un tipo de horno generalmente rectangular, cubierto por una bóveda de ladrillo refractario y con chimenea, la cual refleja (o reverbera) el calor producido en un sitio independiente del hogar donde se hace la fusión. En estos horno el combustible no está en contacto directo con el contenido, sino que lo calienta por medio de una llama insuflada sobre él desde otra cámara; siendo por tanto el calentamiento indirecto. Es uno de los hornos más utilizado para realizar la fusión de la chatarra de cobre y separar la escoria, así como para la fundición de mineral y el refinado [9].

Estos hornos requieren de paredes compuestas de múltiples capas de materiales refractarios y aislantes que sean capaces de disminuir los déficits en los índices productivos, averías innecesarias que conlleven a la paralización del mismo y de la producción, mayor consumo energético y mayor costo de producción. Algunos de los refractarios empleados en estos hornos son: ladrillos Dinas, ladrillos de Alúmina, ladrillos de Magnesita y de Cromo-Magnesia.

En el caso de Cuba existen producciones de cobre, elaborados por la Empresa de Conductores Eléctricos "Conrado Benítez" (ELEKA), única en su tipo en el país. La misma está constituida por siete Unidades Empresariales de Base (UEB), de ellas cinco son productivas, donde una es la UEB Colada de Cobre, concebida con el fin de producir alambrón de cobre térmico con un alto nivel de pureza; este material se convirtió en el principal renglón exportable de la Empresa de Conductores Eléctricos (ECE) "Conrado Benítez" por la calidad que presenta.

Para lograr la UEB sus objetivos, cuenta con una tecnología de avanzada que integra un horno de reverbero de 50 toneladas de capacidad la cual se emplea en la fusión y refinación de la chatarra de cobre, una máquina de vaciado continuo de 5tn/h de productividad y su tren de laminación.

En el caso del horno de reverbero está presentando problemas con el revestimiento refractario (paredes refractarias) provocando pérdidas de grandes cantidades de calor, prolongación del período de fusión, aumento de los consumos de combustibles conllevando todo esto a crear afectaciones de la productibilidad de la UEB Colada de Cobre. Respecto a este proceso, una de las problémicas que más preocupa a los directivos, tecnólogos y jefes de brigadas de la UEB Colada de Cobre, es la determinación del espesor residual del revestimiento refractario de trabajo en el horno de reverbero para continuar en operación sin afectar el proceso productivo.

El control de este parámetro proporciona la disminución de averías, las cuales, en ocasiones, pueden ser fatales para el propio agregado dejándolo inutilizado. También pueden afectar otros equipos que funcionen de conjunto en el proceso, causando grandes pérdidas económicas y de tiempo por paros y reparaciones. En estos momentos esta determinación se toma visualmente y depende de la experiencia de los tecnólogos o jefes de brigadas, pero existen descorches que se hacen muy difíciles de detectar, por no existir puntos de referencias.

La no existencia de un método seguro para determinar el desgaste refractario en las condiciones de operación del agregado, considerando el período de explotación y los regímenes de trabajo a partir de la colada o estado del refractario, es recomendable retirar el mismo para su reparación o demolición y se eviten averías por errores de decisión, lo cual constituye la situación problemática de la investigación.

A partir de la situación problémica expuesta anteriormente se plantea el siguiente problema científico de la investigación: ¿Cómo estimar el desgaste de las paredes de trabajo del horno de reverbero de fusión de cobre de la UEB Colada de Cobre?

Objeto de estudio: El proceso de diseño de revestimiento refractario de los hornos de reverbero de fusión de cobre.

Campo de acción: El proceso de desgaste del revestimiento refractario en la UEB Colada de Cobre.

Objetivo. Elaborar funciones de aproximación para estimar el espesor residual de las paredes de trabajo del horno de reverbero de fusión de cobre a partir de la toma de la temperatura externa e interna.

Hipótesis: Si se utiliza una función de aproximación que relacione la temperatura externa e interna del horno de reverbero y el espesor del revestimiento refractario, se podrá obtener un procedimiento para determinar el espesor residual de las paredes de trabajo, para así conocer el momento oportuno de la reparación capital del agregado.

Variable independiente: correlación de la temperatura externa e interna del agregado.

Variable dependiente: método para estimar el espesor residual de las paredes. Las tareas a desarrollar son las siguientes:

1. Estudio de los fundamentos teóricos-prácticos del proceso de revestido del horno de reverbero de la UEB Colada de Cobre.

2. Estudio de los fundamentos de los procesos de desgaste del revestimiento del horno de reverbero de la UEB Colada de Cobre.

3. Elaboración del diseño experimental para la toma de datos asociados al comportamiento del desgaste durante la operación del agregado.

4. Generación de las funciones de aproximación.

5. Evaluación de los resultados.

Para este estudio se proponen los siguientes métodos científicos:

Métodos teóricos.

ü Histórico – lógico: Se utilizó en el estudio de los antecedentes históricos- metodológicos y conceptuales relacionados con el objeto de estudio, su desarrollo y evolución, así como las tendencias actuales en los hornos de reverbero.

ü Análisis – síntesis: Se empleó este método en el análisis general y particular de la situación problémica, en determinar los factores que influyen en el desgaste de las paredes de los hornos de reverberos, así como en el trabajo bibliográfico.

ü Análisis documental: Permitió el análisis y estudio de la literatura especializada, así como otras investigaciones relacionadas con el objeto de estudio y diferentes soportes bibliográficos que contribuyeron a sustentar las conceptualizaciones y valoraciones relacionadas con el objeto de estudio.

Métodos empíricos: Las entrevistas y encuestas a técnicos de la producción, se aplicaron con el objetivo de conocer el estado de la explotación del horno de reverbero y los métodos utilizados por el jefe de colada, especialistas y los jefes de turnos para estimar el desgaste de las paredes refractarias.

Métodos estadísticos: En el procesamiento de las datas experimentales obtenidas y en la evaluación de los parámetros estadísticos de ajustes de las funciones de aproximación obtenidas.

Estructura del documento:

Capítulo 1: Diagnóstico de la explotación del horno de reverbero de la UEB Colada de Cobre.

En este capítulo se hace una descripción generalizada de los hornos de reverbero y en especial el horno de reverbero de fusión de cobre de la UEB Colada de Cobre, se caracteriza el mismo haciéndose énfasis en el proceso de fusión por su influencia en la vida útil de los refractarios. Se hace una descripción de los materiales refractarios utilizados y los factores que inciden en la durabilidad de los mismos y su situación de desgaste.

Capítulo 2: Fundamentos teóricos–prácticos empleados para la elaboración del método de determinación de desgaste refractario.

En este capítulo se hace referencia a métodos para la determinación de los espesores de las paredes refractarias de los hornos, a partir de las temperaturas interiores y exteriores. Además se explica la importancia de utilizar funciones de aproximación para estimar el desgaste de las paredes refractarias. También se describe el desarrollo experimental elaborado para la confección de la base de datos y creación de las funciones de aproximación. Así como la descripción de las zonas de mayor desgaste en el horno de reverbero de la UEB Colada de Cobre y los instrumentos utilizados.

Capítulo 3: Propuesta del método para obtener las funciones de aproximación.

En este capítulo se expone el desarrollo del proceso de confección de las funciones de aproximación, se exponen las funciones de aproximación elaboradas para cada zona contemplada en este trabajo, así como análisis económico y medioambiental del empleo del método propuesto para la estimación del desgaste.

Posteriormente se exponen las conclusiones de la investigación realizada, se plantean las recomendaciones para garantizar la continuidad del trabajo y por último las referencias bibliográfica y anexos utilizados en la confección de la tesis.

CAPÍTULO I:

DIAGNÓSTICO DE LA EXPLOTACIÓN DEL HORNO DE REVERBERO DE LA UEB COLADA DE COBRE.

1.1 Características de fusión de concentrados de cobre en los hornos de reverberos.

Los objetivos principales de la fusión en hornos de reverberos consisten en fundir la carga, es decir los concentrados, fundentes y materiales de retorno (chatarra) y en obtener el cobre líquido y escoria de composiciones prefijadas. La fusión en hornos de reverberos se distinguen de otros tipos de fusión y sobre todo de las que se realizan en hornos de cuba [4].

Como es sabido, en los hornos de cuba se debe cargar solamente el material en pedazos ya que los materiales finos, siempre que no estén convertidos en pedazos, se van soplados del horno y se llevan por los gases. En los hornos de reverberos se puede fundir la carga menuda que, durante tal fusión no se va soplada. Por eso la fusión en hornos de reverberos ha sustituido la de los hornos cuba y ha obtenido una gran difusión desde cuando fue descubierto el procedimiento, para enriquecer las menas por flotación y en las fundarías se han comenzado a suministrar los concentrados de flotación en vez de la mena en pedazos.

Los hornos de reverberos difieren de otros por el método de transmitir el calor. En algunos hornos los pedazos de la carga se calientan estando en contacto directo con los gases calientes que atraviesan el lecho de fusión, moviéndose de abajo arriba (hornos cuba). Mientras que en los hornos de reverberos la carga va calentada por el gas caliente de la llama por convención en la superficie de los taludes y por transmisión del calor a costa de la conductividad térmica de la carga.

Sin embargo, los gases más calientes pasan por la bóveda, calentándose su superficie interior y la mampostería calentada de la bóveda que irradia el calor a los taludes de la carga. En virtud de que la bóveda participa en la transferencia de una parte considerable del calor a la carga, estos hornos han recibido el nombre de hornos de reverberos.

Una ventaja importante de fusión de los hornos de reverberos consiste en la posibilidad de utilizar tipos de combustibles más baratos, tales como la hulla pulverizada, mazut y gas natural en ves de coque, combustible costoso que goza de gran demanda.

No obstante, la fusión de los concentrados en los hornos de reverberos tiene una serie de inconveniencias entre los cuales hay que señalar las siguientes:

1. Necesidad de efectuar grandes inversiones para la construcción de los hornos propiamente dicho, así como de los conductos de escape de los gases, de las calderas recuperadoras de calor y de las plantas para fabricación de hulla pulverizada, en caso de que el horno se calienta por hulla pulverizada.

2. Bajo grado de quemadura del azufre en el proceso de fusión (baja desulfuración) y obtención del cobre líquido más pobres en composición con la fusión en otros hornos.

3. Como resultado de lo anterior se usa una escala menor de la capacidad calorífica de los concentrados sulfurados durante la fusión y mayor consumo de combustible.

4. Bajo coeficiente de utilización del calor que se desprende al quemar el combustible el cual constituye el 25-30 % de todo el calor desprendido del horno.

5. Poco contenido de anhídrido sulfuroso (1-2%) en los gases procedentes de hornos de reverberos y, como resultado, imposibilidad de utilizar en forma económica el azufre que se contiene en los gases para la producción del ácido sulfúrico.

6. Pequeña duración de servicios (campañas) de un horno de reverbero entre las reparaciones generales y gran consumo de materiales refractarios costosos como: ladrillos Dinas, ladrillos de Alúmina, ladrillos de Magnesita y de Cromo-Magnesia.

1.1.1 Estructura de los hornos de reverberos.

En la actualidad los hornos de reverberos modernos tienen dimensiones interiores en plano como por ejemplo las siguientes: largo 28-35, ancho 7-10, alto 4 m. En el área de la solera de los hornos de reverberos varía de 180 a 330 m2. La masa total alcanza, sin fundamento, 2000-3000 ton, el baño líquido de cobre, la escoria y la carga pesan cerca de 1000 ton [4].

Las paredes se hacen, para toda la altura, de ladrillos altamente refractarios de magnesita los cuales soportan bien la acción corrosiva del baño líquido y la escoria. La mampostería interior de las paredes, por encima del nivel del baño de cobre y de escoria, se halla bajo la protección del lecho de fusión que va cargando a lo largo de las paredes en forma de taludes, y puede estar hecha de ladrillos Dinas, menos costosos. La parte exterior de la mampostería de las paredes se levanta, utilizando ladrillos de chamota que es más barato. Las partes importantes de la mampostería interior de las paredes del horno situadas en la zona del baño y en los lugares de salida del cobre líquido y la escoria se prefieren hacer de ladrillos de cromo-magnesita, más resistentes y refractarios.

Muchas son las fábricas en que las partes correspondientes de la mampostería por fuera del horno están revestidas por planchas de acero o cobre enfriadas por el agua. Las partes superiores de las paredes son de 575 a 600 mm de espesor; en la parte inferior, en la zona de la masa fundida, estas se ensanchan hasta 1500 mm. Las paredes interiores del horno se terminan por una mampostería escalonada llamada adaraja y destinada para mantener la carga.

La solera y el fondo del horno se colocan entre las paredes y se descansa sobre el fundamento. El fondo del horno se hace de varias hiladas de ladrillos, rojos en la parte inferior del fondo (cerca del fundamento) y refractarios en la parte superior del mismo. Estos ladrillos van asentados haciendo una bóveda invertida (arco invertido). Por arriba de la mampostería de ladrillos se rellena una solera gruesa de arena cuarzosa pura (95% de SiO2) con 5-8% de arcilla refractaria. Durante el funcionamiento del horno la solera de cuarzo viene poco a poco degenerándose y va sustituida en gran parte por la magnetita precipitada del baño líquido de cobre y escoria.

Los últimos años la estructura de la solera de los hornos ha sufrido grandes cambios y se hace de ladrillos refractarios de cromo-magnesita asentados formando una bóveda invertida, así como de retacado de magnesita. Para esto la solera se calienta hasta 1400-1600 0C y se rellena de escoria caliente de convertidor que se obtiene al soplar el cobre líquido sin fundente. Tal escoria de convertidor contiene mucha magnetita. Esta escoria se mantiene cierto tiempo en el estado fundido, luego, su temperatura se baja hasta de 900-1000 0C y se impregna por magnetita desmenuzada para la profundidad de 150-170 mm. El espesor de tal solera es mayor que el de la solera cuarzosa y alcanza 1,5 m.

La bóveda es la parte más vulnerable de un horno de reverbero, sobre todo las primeras secciones de la misma dispuestas en la proximidad de la pared de hogar. La resistencia de la bóveda determina la duración de la campaña del horno. Antes las bóvedas eran construidas solamente en forma arco. El arco se hacia de ladrillos Dinas que se caracterizan por tener una baja la conductibilidad térmica, proporcionando así la disminución de las pérdidas de calor.

La luz del arco, es decir su anchura, alcanza 10 m. El espesor o la altura del ladrillo Dina son igual a 500 mm y más raramente a 380 mm. La flecha del arco constituye aproximadamente 1/10-1/12 parte de la anchura interior del mismo. El arco del los ladrillos Dina se apoya en ladrillos de arranque del arco los cuales se colocan en las vigas U por ambos lados del horno y mantenidos por los elementos de fijación del horno.

En la actualidad los hornos de reverberos modernos tienen una mayor difusión de las bóvedas de estructuras suspendidas. Estas bóvedas se hacen de ladrillos refractarios de magnesita o de ladrillos de cromo-magnesita termorresistente. Las ventajas de la bóveda de estructura suspendidas consisten en la posibilidad de crear en el horno una temperatura más alta y una gran resistencia a la acción corrosiva de los óxidos principales de la frita al fundir una carga tostada.

La estructura suspendida ofrece la posibilidad de construir las bóvedas y, por consiguiente, los hornos de cualquier anchura lo que no es posible al emplear estructuras de arco. La bóveda suspendida se puede reparar durante el funcionamiento del horno reemplazando los bloques o las secciones por separado. Por eso la duración de servicios de tal bóveda es mayor que la de la bóveda en arco.

Las bóvedas suspendidas son rectas y se hacen de ladrillos en forma de paquetes sujetos por láminas de hierro que van colgadas de ganchos en la estructura de fijación del horno. Como regla general, las bóvedas efectúan la fusión de los concentrados tostados. La mampostería de la bóveda suspendida se hace de ladrillos amarrados los cuales adquieren cada ves mayor importancia ya que la armadura, colocada a presión dentro de tales ladrillos, previene la aparición de grietas y aumenta la resistencia de las partes inferiores de los ladrillos a la oscilación de la temperatura.

Actualmente se han comenzado a emplear las bóvedas suspendidas de empuje. La bóveda cuyo radio es de 8 500 mm se compone de "arcos" hechos de ladrillos de cromo-magnesita. Entre los ladrillos de un "arcos" están colocados en las láminas de acero de 0,8-1,0 mm de espesor. Las bandas salientes de acero en chapas se cuelgan de los angulares los cuales, a su vez, se suspenden de las vigas de arco que se apoyan en las consolas soldadas a los montantes verticales de fijación del horno.

Las ventajas de una bóveda suspendida de empuje consiste en lo que el arco, hecho de pedazos de ladrillos de magnesita o de cromo-magnesita, se conserva cualquiera que sea la anchura de la bóveda y esta última tiene una mayor hermeticidad. Mientras que la bóveda en forma de arco del horno de reverbero tiene un empuje horizontal el cual, al calentarse la misma durante el funcionamiento del horno, aumenta más de tres veces debido a la dilatación térmica del ladrillo. Para mantener la bóveda de un horno de reverbero sirve la estructura de fijación del horno [11].

También una de las partes importantes de los hornos de reverbero es el dispositivo de evacuación de los gases. En los hornos de reverberos modernos este dispositivo se hace inclinado y en forma fuselada con transición suave al conducto de escape de los gases. Tal dispositivo de evacuación de los gases deja pasar una gran cantidad de gases, permitiendo quemar más combustible. Los gases procedentes del horno de reverbero con la temperatura de 1250-1300 0C pasan por el conducto y llegan a las calderas recuperadoras en las cuales el calor de los gases evacuados se utiliza para la producción del vapor. Luego los gases se envían a los colectores de polvos de filtro eléctrico y pasan a la chimenea.

El dispositivo de evacuación de los gases de un horno de reverbero se hace de ladrillos Dinas. El horno de reverbero con el área de la solera igual a 225 m2 tiene conductos de escape de los gases con la superficie de sección transversal igual a 22-25 m2. La velocidad de los gases en el conducto no debe de superar 8 m/s para que en ellos pueda precipitarse el polvo grueso.

Para cargar el lecho de fusión, en la bóveda del horno de reverberos se practica por cada lado del horno, a lo largo de las paredes laterales y a una distancia aproximada igual a 250 mm a partir de la superficie interior de las misma, 20-23 orificios de 300 mm de diámetros en los cuales se ponen las mangas de carga.

El lecho de fusión se carga principalmente a través de los orificios dispuestos a lo largo del horno, comenzando 2-3 m a partir de la pared de hogar en una extensión de 5-7 m. Siempre que el horno de reverbero funcione con una llama larga (extendida), los orificios dispuestos en la bóveda cerca de escorias del horno también se utilizan para cargar el lecho de fusión.

Para la salida de la escoria hay aperturas en la pared trasera del horno o en la extremidad de las paredes laterales, más abajo del espejo del baño de escoria del horno, a la altura de 700-900 mm a partir de la solera. Los agujeros para la salida del cobre líquido se practican en una de las paredes laterales del horno, al nivel de la solera o un poco más arriba. Con el fin de proteger el revestimiento del horno en las aperturas para la salida del cobre líquido se colocan en la mampostería los casquillos de hierro fundido provistos de orificios a través de los cuales logra salir.

En el extremo del hogar del horno hay 4-6 orificios destinados para los quemadores de gas o las toberas. Por encima del nivel de estos orificios hay una apertura para verter la escoria del convertidor. La plataforma de servicio para cargar el lecho de fusión (destinada para los transportadores de rasquetas o de cinta y de lanzadera, así como para los alimentadores pesadores) llamada plataforma del tragantes hace una altura aproximada de 10 m a partir del suelo de modo que entre las vigas de apoyo de esta plataforma y la superficie de la bóveda quede un espacio suficiente para mantener la bóveda durante el funcionamiento del horno.

También es pertinente destacar la importancia de los índices técnico-económico principales de la fusión en hornos de reverberos, destacándose los siguientes:

v Rendimiento especifico de la fusión de la carga.

v Consumo especifico del combustible.

v Paso del cobre a la mata.

v Contenido del cobre en la mata y la escoria.

1.2 Características de materiales refractarios para la construcción de hornos.

Teniendo en cuenta los criterios de la literatura especializada, se define como refractario aquellos materiales fabricados fundamentalmente de óxidos, aunque también por compuestos no oxigenados que se caracterizan por preservar sin variación significativa sus propiedades funcionales en las más disímiles condiciones de trabajo a altas temperaturas; así como aquellos materiales que sin llegar a soportar altas temperaturas tienen un bajo coeficiente de conductividad térmica [12].

Por regla, en los refractarios la conductividad térmica es baja, no descartando que pueda ser elevada en materiales que mantienen sus características a muy altas temperaturas, tales como las magnesitas, cromitas, carbono y altas alúminas [5].

También de un refractario es bueno conocer sus propiedades, ya que estas tienen gran importancia en la selección y uso, su clasificación indica el origen o forma de fabricación, las propiedades proporcionan conocimiento de duración, así como funcionamiento y durabilidad en determinadas condiciones. Las propiedades más significativas en este caso son:

v Refractariedad.

v Porosidad.

v Resistencia mecánica de construcción.

v Resistencia térmica, (Resistencia a los cambios bruscos de temperatura).

v Resistencia a escorias.

v Constancia de volumen.

v Conductividad térmica.

v Conductividad eléctrica.

Un material refractario ideal debe tener las siguientes características:

1. Alta refractariedad.

2. Estabilidad volumétrica a las temperaturas de operación.

3. Estabilidad química (frente a gases, vapores y escorias).

4. Resistencia al choque térmico.

5. Alta resistencia mecánica en caliente.

6. Alta densidad.

7. Baja conductividad térmica.

8. Baja resistencia a la abrasión.

9. Baja conductividad eléctrica a altas temperaturas.

Un refractario aislante es el que presenta las siguientes características:

1. Baja conductividad térmica.

2. Alta refractariedad.

3. Buena resistencia al ataque químico de gases, vapores y escorias.

4. Buenas propiedades mecánicas en caliente.

5. Baja densidad.

1.3 Descripción de la UEB Colada de Cobre.

En el país, la Empresa de Conductores Eléctricos "Conrado Benítez" más conocida como ELEKA, ubicada en el Km 34 de la Carretera Central en el municipio de San José de las Lajas, provincia Mayabeque, única en su tipo en el país, tiene como objeto social producir y comercializar de forma mayorista piezas de repuesto, herramentales, cables, alambres de energía, cables telefónicos y de transmisión de datos, alambres barnizados, alambrón de cobre térmico y granulado de cloruros de polivinilo [7].

Está constituida por siete Unidades Empresariales de Base (UEB), de las cuales cinco son productivas, una de ellas, la UEB Colada de Cobre, concebida con el fin de producir alambrón de cobre térmico con un alto nivel de pureza. El que por la calidad que presenta se convirtió en el principal renglón exportable de la ECE "Conrado Benítez".

Para lograr sus objetivos, cuenta con una tecnología de avanzada que integra un horno de reverbero de 50 toneladas de capacidad que se emplea en la fusión y refinación de la chatarra de cobre, una máquina de vaciado continuo de 5tn/h de productividad y su tren de laminación, contando con una vista en planta y su leyenda mostrada en el Anexo 1 y proceso productivo mostrado en el Anexo 2.

En el caso del horno, es un horno reverbero basculante, que trabaja entre los 1200 y los 1250 ºC de temperatura. Está sometido a cambios bruscos de temperatura (al terminar la colada y durante la carga), que no son dañinos para el refractario (magnesia-cromo y chamota) empleado en su revestimiento interior. El mismo mantiene una producción continua, pues se trabaja por campañas largas. El combustible utilizado para su funcionamiento es el diesel y es compatible con el refractario básico que se encuentra recubriendo el agregado.

Se utiliza ácido bórico para la escoria inicial (licuar) y hexametafosfato de sodio para limpiar el metal de elementos como (Pb, Sn, Zn, S). Estos dos materiales atacan el refractario, pero como se trabaja a tan bajas temperaturas (entre 1120 y 1200 ºC) no es significativa su acción sobre los mismos.

El cobre se trabaja a espejo limpio, es decir, se elimina la escoria inicial y se trata de que todo el tiempo el metal esté libre de escoria, esta solo se forma para eliminar los elementos dañinos existentes en el baño metálico y luego es eliminada.

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