Hornos de fusión
La fusión de los metales y las aleaciones se lleva a cabo en hornos que se adecuan a los metales, a la cantidad de piezas a moldear, al tipo y tamaño de la empresa que los utiliza.
En estos hornos no sólo se lleva a cabo la fusión de los metales, sino también el control del material, de las composiciones y, por consiguiente, tendrá que disponer del personal y los medios que hagan posibles estas tareas.
Los principales hornos empleados son:
· Cubilotes
· Reverbero
· Rotativos
· De crisol
· Eléctricos
1.- CUBILOTES
Los cubilotes son hornos de forma cilíndrica vertical que tienen una envoltura formada por una chapa de acero recubierta por el interior con una capa de material refractario de unos 25 cm. de espesor. El horno se sustenta sobre unos pilares que se denominan pies de sostén.
En el fondo llevan unas compuertas que van a abrirse después de las coladas y por ellas se arrojan al exterior las escorias que se van acumulando.
En el frente y cerca del fondo tienen un agujero denominado piquera de colada para la extracción del metal fundido. Ese agujero da a un canal de chapa recubierto también con material refractario que conduce el metal líquido a las cucharas de colada o al antecrisol.
En la parte posterior del horno hay otro agujero, denominado piquera de escoria o escorial, por el que también se extraen las escorias.
Por encima del plano de la piquera de escorias está el plano de toberas, que es por donde va a entrar el aire para facilitar la combustión. Las toberas están separadas unas de otras regularmente y se sitúan alrededor de todo el cubilote. A veces puede haber dos planos de toberas dispuestos de tal manera, que el aire puede entrar al cubilote por un plano, por el otro o por los dos. Este sistema de doble plano es muy aconsejable, ya que las toberas suelen obstruirse con cierta facilidad.
Por encima del plano de toberas se encuentra la caja de viento, que es un sistema propio de ventiladores de tipo centrífugo encargados de proporcionar el caudal de aire necesario a cada tobera.
Por encima hay una plataforma con una puerta de carga llamada tragante, por donde suministramos al horno todo lo necesario, es decir, la carga de metal y coque que a su vez tendrá una mezcla de fundentes (CaCO3).
En la parte superior nos encontramos una cámara de forma cilíndrica llamada cámara de chispas que suele tener un sombrerete. Esta cámara trata de evitar que salgan partículas sólidas e incandescentes que son arrastradas por los gases al exterior.
El tamaño de los cubilotes puede variar y, dependiendo de él, está su capacidad de producción:
P = 6D2
Donde D = diámetro interior (m) y P = producción (Tm/h).
Estos hornos van refrigerados por agua y es necesaria para evitar el desgaste del material refractario.
La aportación de viento caliente se hace utilizando parte de los gases de la combustión para, una vez que pasan por los ventiladores, ser insuflados nuevamente a una temperatura en torno a los 400º C. Esto conlleva una serie de ventajas que son: facilitar la combustión; ahorro de combustible (que puede ser de calidad inferior); pueden conseguirse temperaturas más altas.
El antecrisol es la zona donde se van vertiendo las coladas. Estos antecrisoles pueden ser fijos o móviles e, incluso, basculantes. Están construidos en chapa de acero recubierta en su interior por material refractario.
1.1.- ENCENDIDO DEL CUBILOTE
Para encender el cubilote se utiliza coque metalúrgico. El proceso de encendido es el siguiente:
· Se cierran las compuertas de limpieza y se abren las demás.
· Se coloca la leña en el fondo y, cuando el fuego es sólido, se echa ⅓ del coque.
· Cuando el color del fuego es rojo cereza, se echa otro ⅓ del coque.
· Cuando el fuego vuelve a ser de color rojo cereza se le adiciona otro ⅓ del coque.
· Una vez encendido el coque, se cierran las piqueras y se mira la carga por si hay que adicionar algo.
1.2.- CARGA DEL CUBILOTE
La carga del cubilote no es homogénea, sino que puede tener diversos componentes (chatarra, arrabios,…). La carga de coque depende de la carga metálica, puesto que cada metal necesita más o menos coque. El tamaño de las piezas debe ser, como mucho, ⅓ del diámetro del cubilote. Hay que tener en cuenta que la cantidad de caliza también depende de la cantidad de carga metálica.
1.3.- MARCHA DEL CUBILOTE
A medida que se vayan haciendo sangrías tendremos que ir recargando el horno. Estas quedan espaciadas en torno a una hora y serán más o menos grandes en función de las necesidades. Una vez que no se necesita el horno, no se apaga, sino que se deja mantenido. En el caso en que no se prevean más necesidades próximas, se procede a apagarlo.
Cuando se apaga el horno hay que realizar ciertas operaciones:
· Eliminar los residuos
· Regar con agua
· Separar el coque que no se haya quemado
1.4.- ZONAS DEL CUBILOTE
De arriba abajo:
· Zona de deshidratación: temperatura baja (< 500º C), la carga se va deshidratando e incrementa su temperatura pero no ocurren transformaciones mayores.
· Zona de fusión: aquí la temperatura está en torno a los 1200 – 1500º C. El coque está totalmente incandescente y el metal empieza a fundir.
· Zona de combustión: la temperatura de esta zona se encuentra por encima de los 1500º C. El coque se quema totalmente. Es una zona de máxima temperatura.
· Zona de crisol: es la parte más baja, donde se recibe el metal fundido en la zona superior.
1.5.- FUNCIONAMIENTO DEL CUBILOTE
Como consecuencia del calor producido por la combustión del coque y el oxígeno del aire se produce dióxido de carbono: C + O2 → CO2.
El dióxido de carbono que sube de la zona de combustión se encuentra con el coque encendido en la zona de fusión y se reduce según la reacción: CO2 + C → 2CO.
A la vez que esta reacción, se dan también otras como son la oxidación del silicio y el manganeso e, incluso, de partes del hierro. Estos óxidos de hierro y magnesio reaccionan con la sílice, produciendo silicatos, que, a su vez, reaccionan con la cal y, en cierto modo, van a ser responsables del control adecuado de la fusión y la desulfuración del metal.
2.- HORNO DE REVERBERO
Son un tipo de horno que se utiliza para piezas de gran tamaño. Son más largos que altos. En un extremo tienen el hogar y en el otro la chimenea. Las llamas y todos los productos de combustión van a atravesar el horno, por eso, dando una forma adecuada a la chimenea, el calor se dirige al hogar (solera), haciendo lo mejor posible la fusión de la carga que se va a fundir por un lado al quedar en contacto con la llama y, por otro, por la radiación de calor de la bóveda.
La carga va a ser chatarrilla, chatarra un poco mayor y se suele terminar con un poco de arrabio. El contenido de carbono de toda esa masa no se incrementa, puesto que la carga metálica no tiene contacto directo con el combustible, pero si se producen oxidaciones.
Estos hornos producen una fundición más uniforme, más exacta y, por tanto, más sencilla. Suele durar en torno a las diez horas.
3.- HORNO ROTATIVO
Son una envoltura cilíndrica de acero, recubierta interiormente por material refractario, que termina en dos troncos de cono. En uno disponemos el quemador y, en el otro, la salida de gases, que son aprovechados mediante recuperadores. Este aire nos sirve para conducirlo en el soplado de aire de combustión.
El combustible puede ser gasoil, carbón,…
Se puede decir que estos hornos son hornos de reverbero perfeccionados, puesto que la carga recibe el calor del contacto con la llama y por radiación de la bóveda. También se calienta al ir girando el horno e ir quedando la carga en contacto con las paredes del horno.
La capacidad de estos hornos es muy variada, desde unos 50 Kg. hasta 5 o 6 Tm.
El giro siempre es conseguido de forma mecánica. También puede que no sean rotativos, sino oscilantes.
4.- HORNO DE CRISOLES
Los crisoles son recipientes de arcilla con grafito y otras sustancias. Tienen una tapa y una vez que se cargan y se cierran, se caldea en los denominados hornos de crisoles. Es el procedimiento más antiguo y sencillo para fundir metales que se utiliza actualmente.
Los hornos de crisoles, si bien en su concepción son uniformes, han ido variando tecnológicamente.
La ventaja en este tipo de hornos, que pueden ser fijos o basculantes, es que la carga queda totalmente aislada.
La capacidad suele estar como mucho en 100 Kg.
El crisol hay que sustituirlo cada 20 – 30 sesiones.
5.- HORNOS ELÉCTRICOS
Presentan grandes ventajas respecto a los vistos hasta ahora:
· Consiguen temperaturas más elevadas (hasta 3500º C), que se pueden conseguir más o menos rápidamente, ya que el incremento de temperatura en función del tiempo es regulable a nuestra voluntad.
· Es una operación limpia ya que no hay elementos extraños.
· La atmósfera resultante de la fusión puede ser controlada muy fácilmente, incluso se puede hacer el vacío para evitar las oxidaciones.
· Los revestimientos no sufren tanto, ya que no hay abrasión como consecuencia de las llamas.
· Se pueden instalar en un espacio pequeño.
· Al no haber gases procedentes de la combustión, no contaminan.
5.1.- HORNO ELÉCTRICO POR ARCO
· STASSANO: la forma de producirse el arco es entre dos electrodos. Es el que primero se inventó y hoy día carece de virtualidad. Puede ser basculante o fijo.
· GIROD: el arco se produce a través del electrodo y el baño. La solera tiene que ser conductora.
· HEROULT: en a bóveda se disponen los electrodos. El arco eléctrico pasa a través del baño para ir al otro electrodo.
Casi siempre se utiliza este último modelo y, además, basculante.
5.2.- HORNO ELÉCTRICO POR INDUCCIÓN
· Baja frecuencia: el calor se produce por el efecto Joule de la corriente inducida por corriente alterna a través del metal que queremos fundir.
· Alta frecuencia: el calor lo producen las corrientes de Foucault, ordinariamente consideradas como parásitas, inducidas en el metal, que actúa como núcleo de un selenoide.
· Hornos electrónicos: el calor se produce por la vibración molecular del cuerpo que se trata de calentar cuando es sometido a un fuerte campo de radiaciones electromagnéticas de muy alta frecuencia.
Los hornos eléctricos por inducción presentan las siguientes cualidades:
· Buen rendimiento, puesto que el calor se genera en la masa de metal fundido.
· Las corrientes electromagnéticas producen un movimiento beneficioso, puesto que uniformizan la masa a fundir.
· El control de la transmisión de temperatura se haga más o menos rápido es muy preciso.
· Se puede fundir en vacío.
· Las oxidaciones son muy pequeñas.
5.3.- HORNOS ELÉTRICOS DE RESISTENCIA
Los hornos eléctricos de crisol son el mismo tipo que vimos, al que se le ha dotado de una serie de varillas de Ni-Cr que van a calentarse cuando pase por ellos una corriente eléctrica. Se limitan a aleaciones de bajo punto de fusión.
Los hornos eléctricos de reverbero se calientan cuando pasa una corriente eléctrica a través de una serie de resistencias de Ni-Cr o de grafito en forma cilíndrica dispuestas en un eje vertical.
Los hornos eléctricos rotativos se calientan cuando pasa una corriente eléctrica a través de una serie de resistencias de Ni-Cr o de grafito en forma cilíndrica dispuestas en un eje horizontal.