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Nombre del Alumno: José David Cinta de la Cruz

Matrícula: U149053R0004

Materia: Procesos de Manufactura

Nombre del Maestro: María de Jesús Pérez Aguilera

Tarea: Actividad 3 Procesos de fundición

Fecha de Entrega: 21 octubre del 2015.

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Proceso de fundición de un metal ferrosoEl proceso para producir piezas u objetos útiles con metal fundido se le conoce

como proceso de fundición. Este proceso se ha practicado desde el año 2000 ac.

Consiste en vaciar metal fundido en un recipiente con la forma de la pieza u objeto

que se desea fabricar y esperar a que se endurezca al enfriarse.

Los metales ferrosos son aquellos que, su principal componente es el hierro y, sus

principales características son su gran resistencia a la tensión y dureza.

METALES FERROSOS

• Hierro dulce

• Acero

• Hierro fundido

– Hierro de primera fusión

– Fundición gris

– Fundición blanca

– Hierro fundido moteado

– Hierro fundido maleable

– Hierro nodular

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Para lograr la producción de una pieza fundida es necesario hacer las siguientes

actividades:

◦ Diseño de los modelos de la pieza y sus partes internas

◦ Diseño del molde

◦ Preparación de los materiales para los modelos y los moldes

◦ Fabricación de los modelos y los moldes

◦ Colado de metal fundido

◦ Enfriamiento de los moldes

◦ Extracción de las piezas fundidas

◦ Limpieza de las piezas fundidas

◦ Terminado de las piezas fundidas

◦ Recuperación de los materiales de los moldes

Tipos de hornos

Horno de aire o reverbero.

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El horno de reverbero es un tipo de horno generalmente rectangular, cubierto por

una bóveda de ladrillo refractario y con chimenea, que refleja (o reverbera) el calor

producido en un sitio independiente del hogar donde se hace la lumbre. Es

utilizado para realizar la fusión del concentrado de cobre y separar la escoria, así

como para la fundición de mineral y el refinado o la fusión de metales de bajo

punto de fusión como el aluminio.

Tales hornos se usan en la producción de cobre, estaño y níquel, en la producción

de ciertos hormigones y cementos y en el reciclado del aluminio. Los hornos de

reverbero se utilizan para la fundición tanto de metales férreos como de metales

no férreos, como cobre latón, bronce y aluminio.

Horno de oxigeno básico

El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la

línea básica y a la inyección del oxígeno.

Este horno fue inventado por Sir Henry Bessemer a mediados de 1800

El Proceso BOF se originó en Austria en 1952, fue hecho para convertir arrabio

con bajo contenido de fosforo (0.3%) se bautizó con las iniciales LD Lanza de Linz,

Luego la técnica se extendió para arrabios de alto fosforo, mediante la adición al

chorro de oxigeno de polvo de piedra caliza. Entonces se logró la producción de

aceros con arrabio de contenidos con alto fosforo que llegan al 2%.

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PARTES

• Cámara de Acero, recubierta por dentro con material refractario, montada en

chumaceras que le permiten girar

• Lanza de oxigeno enfriada con agua

¿QUE SE LE AGREGA?

• 75% de Arrabio (Metal Caliente)

• Chatarra (que se encuentra en cajas previamente pesada)

• *Carbono

• *Ferroaleaciones

• A través de la lanza se le inyecta oxígeno y polvo de piedra caliza

PROCESO:

1. Se inclina el horno Con ayuda de una grúa puente y se añade el arrabio, el

fundente y a veces chatarra

2. Se pone el horno en vertical y se baja la lanza para inyectar oxigeno (se lleva

aproximadamente un tiempo de 15 minutos). En el metal fundido las impurezas se

queman; el oxígeno reacciona con el carbono del arrabio y lo elimina en forma de

bióxido/ monóxido de carbono.

3. Se inclina el horno y se saca la escoria que flota sobre el acero

4. Se vierte el acero sobre la cuchara y se añaden carbono y ferroaleaciones

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Horno de Crisol

Este tipo es el más sencillo de los hornos y todavía se encuentran en algunas

pequeñas fundiciones que trabajan aleaciones de metales no férreos. En las

fundiciones que trabajan con hierro fundido pueden tener emplea para coladas

pequeñas y urgentes. No se emplea para el acero, a pesar de que es un hecho

cierto que los mejores aceros ingleses del siglo pasada eran obtenidas en baterías

de este tipo de hornos. Están constituidas de un crisol de grafito apoyado sobre

ladrillos refractarios y rodeados por todas partes de coque partido que se

enciende, alcanza la incandescencia por la inyección de aire. El crisol alcanza de

este modo temperaturas más elevadas y la carga metálica que contiene se funde

sin entrar en contacto con los gases de combustión.

El elemento más importante es el crisol, compuesto de grafito con la adición

eventual de un carburante, mezclado con aglutinantes adecuados, por ejemplo

arcilla o alquitrán. Los crisoles se construyen con estampas de acero sobre la que

es fuertemente prensado el material de aquellos. Se acaban en el torno, y

después de secados se introducen en cajones de material refractario y se someten

a acción en hornos adecuados a temperaturas elevadas.

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Hornos Martín-Siemens

Este tipo de hornos de reverbero se emplean principalmente para la fusión y afino

del acero destinado a la fabricación de lingotes, y representaron la forma de

fabricación de acero más extendido en Gran Bretaña y Estados Unidos. Su

capacidad puede variar entre 25 y 500 toneladas. Hace años se empleaban

hornos más pequeños, de 15 a 30 toneladas, pero estos han sido sustituidos casi

completamente por los hornos eléctricos. Sin embargo existen todavía en

funcionamiento algunos hornos para fabricar piezas coladas grandes, con pesos

de 50 toneladas o más. Por lo que daremos la descripción de dichos hornos.

El horno Martín-Siemens es calentado con aceite, gas de coquería, gas de

gasógenos o una mezcla da gas de alto horno y de coquería, si se dispone de ella.

Cuando se emplea un gas de poco poder calorífico, como el gas de gasógeno o la

mezcla citada, es fundamental precalentar el gas en un regenerador. El aire se

recalienta siempre para conseguir la máxima economía térmica y lograr una

elevada temperatura de llama.

El horno es un recipiente rectangular con puertas para combustible y gases en

ambos extremos. Estas puertas pueden responder a diversos diseños, pero en

todo caso deben dirigir los gases hacia abajo, hacia la carga o baño del metal. La

llama y los gases calientes pasan por encima del baño y salen por el extremo

opuesto del horno. Los gases de la combustión atraviesan uno o dos

regeneradores antes de perderse en la chimenea; frecuentemente se colocan

calderas después de los regeneradores para recuperar el calor perdido y

conseguir la mejor recuperación posible de los productos de la combustión

mediante válvulas refrigeradas con agua y entonces al horno se le calienta desde

el extremo opuesto. Si se emplea combustibles de alto poder calorífico, como los

aceites o alquitranes de creosota y aún el gas de coquería, no suele precalentarse

el combustible y solo hay que precalentar el aire en cada uno de los extremos del

horno.

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Horno de cubilote

El cubilote se emplea casi exclusivamente para la producción de fundición de

hierro, aunque también se utiliza algunas veces con dimensiones más pequeñas

para fundir cobre si se necesitan grandes cantidades de este metal. No sirve para

fundir latón o bronce porque se produce una oxidación excesiva del zinc o del

estaño, aunque a veces se funde el cobre en el cubilote y luego se añaden al

caldo las adiciones maleantes necesarias.

El cubilote consiste en una envuelta cilíndrica de acero que reposa verticalmente

sobre una placa base sostenida usualmente por 4 columnas o vigas de acero. La

mayoría de los modernos se pueden abrir por el fondo, llevan compuertas

centradas en la placa base que pueden abrirse hacia abajo después de un ciclo de

funcionamiento para vaciar todos los residuos acumulados. Al principio se

construían los cubilotes sobre una base de mampostería envés de soportarlos con

columnas, todavía están en uso este tipo de hornos y se llaman de fondo fijo.

La envuelta de acero suele ser de chapa de aproximadamente 6 mm de espesor y

se construye por roblonado o por sopladura. En los hornos más granees se

emplean chapas de hasta 12 mm de espesor. Hay una caja o cintura de viento

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situada de 60 a 150 cm. de altura y rodea a toda la envuelta. El aire es

suministrado a la caja de viento mediante un ventilador o un soplador y pasa al

interior del horno a través de toberas que pueden estar situadas en la caja de

viento o bajo ella. El número de toberas depende del tamaño del horno y es

corriente disponer de una tobera por cada 15 cm. de diámetro interno. La altura a

la que deben colocarse las toberas respecto del fondo de trabajo del cubilote

depende de la capacidad que se necesite para el caldo.

El fondo de los hornos de fondo móvil se hace con arena de moldeo a través de un

agujero de limpieza practicado en el fondo de la envolvente. Este agujero se

emplea en los cubilotes de fondo fijo para extraer los residuos al finalizar la colada.

El agujero tiene aproximadamente 120 cm2 de y durante el funcionamiento del

horno se tapa con una placa de hierro que se mantiene en posición mediante una

barra.

Horno de inducción

Un Horno de inducción es un horno eléctrico en el que el calor es generado por la

inducción eléctrica de un medio conductivo (un metal) en un crisol, alrededor del

cual se encuentran enrolladas bobinas magnéticas.

El principio de calentamiento de un metal por medio de la inducción fue

descubierto por Michael Faraday en 1831 mientras se encontraba experimentando

en su laboratorio.1

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Una ventaja del horno de inducción es que es limpio, eficiente desde el punto de

vista energético, y es un proceso de fundición y de tratamiento de metales más

controlable que con la mayoría de los demás modos de calentamiento. Otra de sus

ventajas es la capacidad para generar una gran cantidad de calor de manera

rápida. Los principales componentes de un sistema de calentamiento por

inducción son: el cuerpo de bobinas, conformado por las bobinas de fuerza (donde

como están dispuestas físicamente es donde hay mayor agitación del baño

líquido) y por las bobinas de refrigeración, la fuente de alimentación, la etapa de

acoplamiento de la carga, una estación de enfriamiento, el material refractario que

protege a las bobinas del baño líquido y la pieza a ser tratada.

Las fundiciones más modernas utilizan este tipo de horno y cada vez más

fundiciones están sustituyendo los altos hornos por los de inducción, debido a que

aquellos generaban mucho polvo entre otros contaminantes. El rango de

capacidades de los hornos de inducción abarca desde menos de un kilogramo

hasta cien toneladas y son utilizados para fundir hierro y acero, cobre, aluminio y

metales preciosos. Uno de los principales inconvenientes de estos hornos es la

imposibilidad de refinamiento; la carga de materiales ha de estar libre de

productos oxidantes y ser de una composición conocida y algunas aleaciones

pueden perderse debido a la oxidación (y deben ser re-añadidos).

REQUISITOS PRINCIPALES DE UN METAL FUNDIDO ANTES DEL VACIADO

SON:

Que su composición química y pureza se haya mantenido durante la fusión.

Que se encuentre a la temperatura de vaciado correcta.

La obtención de temperatura de vaciado correcta es sumamente importante si se

vacía el metal o la aleación a una temperatura demasiado baja puede no fluir

adecuadamente y no llenar todas las regiones del molde y en el mejor de los

casos se puede resultar un vaciado con numerosas rechupes.

El uso de una temperatura de vaciado innecesariamente alta por otra parte puede

conducir a una fusión gaseosa y la formación de burbujas en el vaciado resultante.

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Durante la fusión pueden ocurrir cambios en la composición de la carga, es

probable que esto suceda cuando uno de los ingredientes es volátil a la

temperatura de vaciado de la aleación.

La fuente más común de impurezas durante un proceso de fusión es el

combustible o los productos de la combustión.

Según (Ballay) podemos clasificar en cuatro grupos una serie de fundiciones

especiales que respondan a necesidades muy variadas:

Fundiciones grises y metálicas

Fundición blanca especial

Fundiciones refractarias

Fundiciones resistentes a la corrosión.

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La tabla siguiente muestra los puntos de fusión de los metales más comunes.

METALES PUNTO DE FUSION

Estaño 240°C (450°F)

Plomo 340°C (650°F)

Cinc 420°C (787°F)

Aluminio 620°-650°C (1150°-1200°F)

Bronce 880°-920°C (1620°-1680°F)

Latón 930°-980°C (1700°-1800°F)

Plata 960°C (1760°F)

Cobre 1050°C (1980°F)

Hierro fundido 1220°C (2250°F)

Metal monel 1340°C (2450°F)

Acero de alto carbono 1370°C (2500°F)

Acero medio para carbono 1430°C (2600°F)

Acero inoxidable 1430°C (2600°F)

Níquel 1450°C (2640°F)

Acero de bajo carbono 1510°C (2750°F)

Hierro forjado 1593°C (2900°F)

Tungsteno 3396°C (6170°F)

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Colada continúa

La colada o vaciado es uno de los procesos más antiguos que se conocen para

trabajar los metales, es el proceso que da forma a un objeto al entrar material

líquido en una cavidad formada en un bloque de arena aglomerada u otro material

que se llama molde y dejar que se solidifique el líquido.

En casi todos los hogares y oficinas hay numerosos objetos hechos por colada o

moldeo. El automóvil normal emplea una gran variedad de piezas de diferentes

materiales, hechas con diversos procedimientos de colado o vaciado.

Colada continua es un procedimiento con el que se producen barras que avanzan

y se solidifican a medida que se va vertiendo el metal líquido en una lingotera sin

fondo, que se alimenta indefinidamente.

Con este proceso se pueden formar, directamente del acero líquido, secciones

semiacabadas sin tener que pasar por la fase de lingote y las etapas de

recalentamiento y de laminación de desbaste.

Proceso.

En una lingotera abierta por ambos extremos y enérgicamente refrigerada, se

forma una capa sólida en la vena de la colada que se cuela por su interior.

Se hace descender la capa sólida llena de metal líquido que se desprende de la

lingotera por contracción al enfriarse, para hacer progresar en el aire la

solidificación a la totalidad de la barra.

Elementos principales de una instalación de colada continúa de acero.

1. Cuchara de colada. (De vaciado por arriba o por el fondo)

2. Depósito distribuidor. (Asegura la perfecta separación de la escoria)

3. Lingotera. (Abierta por los dos extremos, sometida a movimiento alternativo)

4. Sección de refrigeración. (Corriente de agua o agua pulverizada)

5. Mecanismo enderezador. (Rodillos que obligan a pasar la barra entre ellos)

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6. Mecanismo de corte. (Oxicorte, con varios sopletes para seccionar la barra)

7. Sistema de extracción. (Avance continuo, almacenamiento de barras).

Tipos de máquinas de colada.

1. Máquina de molde recto vertical.

2. Máquina de descarga curva.

3. Máquina de molde curvado.

Lingoteras:

Son hechas de placas de cobre ensambladas con un espesor de 6 a 7mm, con

envoltura de placas de acero para perfiles grandes y medios, y de tubos de cobre

de espesor de 6 a 12 mm, con camisa externa que forma el conducto para

circulación del agua, estos para perfiles pequeños.

Las lingoteras fijas tienen de 1500 a 2500 mm de longitud y las lingoteras

oscilantes tienen de 600 a 800mm, estas son las más usadas.

El agua que realiza la refrigeración absorbe 1/3 del calor. Sobre el nivel del metal

en la lingotera o a través de una ranura en la parte superior se lubrica el paso de

la barra por la lingotera con aceite de colza o con cera de parafina.

Movimiento oscilante de la lingotera:

Permite mayores velocidades de colada.

La lingotera desciende a una velocidad ligeramente superior a la de la barra,

produciéndose el "deslengüetado negativo". Las carreras de la lingotera están

entre 10 y 60 mm, según la sección.

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Enfriamiento secundario:

En la sección de enfriamiento la barra se solidifica totalmente, en esta sección hay

una batería de boquillas que rocían con agua pulverizada la barra y grupos de

rodillos guía y rodillos soportes que la conducen. El enfriamiento debe ser

uniforme y el mínimo indispensable.

Velocidad de extracción y capacidad de colada:

Se superan los 12 m/min para secciones pequeñas. La duración de la colada en la

cuchara se limita a 45 minutos con vaciado de fondo y a 75 minutos con

inclinación de la cuchara.

Ventajas de la colada continúa:

En la colada ordinaria se tienen los siguientes defectos:

1. Rechupes, uso de mazarotas, pérdidas de metal.

2. Segregaciones originan diferencias de composición entre cabecera y pie y entre

paredes y centro de los lingotes.

3. Es necesario producir desbastes intermedios y lingotes cada vez mayores; por

consiguiente se deben aumentar tamaños de hornos y laminadores.

En la colada continua:

1. No hay rechupe porque el hueco que se produce a causa de la contracción se

llena inmediatamente.

2. Se reduce la importancia de segregación transversal y desaparece la

longitudinal, pues las secciones de la barra son relativamente pequeñas.

3. La colada continua es más rápida y sencilla que la colada en lingoteras, se

disminuye por eso su costo de operación, se suprimen los hornos de fosa de

precalentamiento de los lingotes y los trenes desbastadores.

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Uso o aplicación del material fundido

Acero FundicionesHerramientas

Cacharros de cocina y cubiertos

Electrodomésticos

Clavos

Farolas

Tapas de alcantarillas

Motores.

Usos del acero:

En la construcción de puentes o de edificios: El acero puede tener múltiples

papeles. Sirve para armar el hormigón, reforzar los cimientos, transportar el agua,

el gas u otros fluidos. Permite igualmente formar el armazón de edificios, sean

estos de oficinas, escuelas, fabricas, residenciales o polideportivos. Y también

vestirlos (fachadas, tejados).En una palabra, es el elemento esencial de la

arquitectura y de la estética de un proyecto.

En el sector de la automoción: Este sector constituye el segundo mercado acero,

después de la construcción y las obras publicas. Chasis y carrocerías, piezas de

motor, de la dirección o de la transmisión, instalaciones de escape, carcasas de

neumáticos,... el acero representa del 55 al 70% del peso de un automóvil.

En lo cotidiano: latas, botes, bidones. Numerosos envases son fabricados a partir

de hojas de acero, revestidas en ambas caras de una fina capa de estaño que les

hace inalterables. Denominados durante largo tiempo hierro blanco (debido al

blanco del estaño), los aceros para envase se convierten en latas de conserva o

de bebidas y también en botes de aerosol para laca, tubos para carmín de labios,

botes, y latas o bidones para pinturas, grasas, disolventes u otros productos que

requieren un medio hermético de conservación.

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Hierro:

Aplicación

El hierro es el metal duro más usado, con el 95 % en peso de la producción

mundial de metal. El hierro puro (pureza a partir de 99,5 %) no tiene demasiadas

aplicaciones, salvo excepciones para utilizar su potencial magnético. El hierro

tiene su gran aplicación para formar los productos siderúrgicos, utilizando éste

como elemento matriz para alojar otros elementos aleantes tanto metálicos como

no metálicos, que confieren distintas propiedades al material. Se considera que

una aleación de hierro es acero si contiene menos de un 2,1 % de carbono; si el

porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición.

El acero es indispensable debido a su bajo precio y tenacidad, especialmente en

automóviles, barcos y componentes estructurales de edificios.

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Conclusión

El proceso de fundición es un procedimiento complejo, el cual se desarrolla como

dos flujos de producción paralelos, que en determinado momento se unen para

dar forma y terminación a la pieza. Este consta de cinco etapas, las cuales son:

1. Preparación de mezcla

2. Moldeo

3. Fusión

4. Vertido

5. Desmolde, limpieza, acabado

Cada una con su respectiva tecnología

Podemos decir que el proceso de fundición guarda en si métodos y tecnologías

que han ido mejorando a lo largo del tiempo, y que hoy en día muchos de ellos

persisten para la obtención de metales y aleaciones más resistentes a las

utilidades y exigencias necesarias.

Cada uno de las etapas en el proceso de fundición, está destinado a obtener un

resultados con propiedades específicas que ayudaran al material a mejorar su

calidad y rendimiento para sea el trabajo que se necesite realizar, cuidando muy

de cerca sus dimensiones y acabados que deberán ser más precisos al usar los

diferentes modelos de molde que existen en la industria de este tipo de actividad.

Como se comentó anteriormente el proceso de fundición se aplica no solo a

metales sino a otra diversidad de materiales no ferrosos, mas es importante

resaltar la importancia que tiene para nosotros el conocer de estos procesos que

tienen como finalidad mejorar las propiedades mecánicas de los materiales que se

usan en la industria ayudándonos al momento de seleccionar los mismos

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Bibliografía

http://campusvirtual3.sabes.edu.mx/pluginfile.php/56282/mod_resource/content/

1/Produccion_de_matales_ferrosos_1.pdf

http://campusvirtual3.sabes.edu.mx/pluginfile.php/56283/mod_resource/content/

1/Produccion_de_matales_ferrosos_2.pdf

http://campusvirtual3.sabes.edu.mx/pluginfile.php/56280/mod_resource/content/

1/Procesos_de_Fundicion.pdf