INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR

CENTRAL TCNICO

FUNDICIN DE MATERIALES

HORNOS DE FUNDICION

QUITO DICIEMBRE

HORNOS

Un horno es un dispositivo en el que se libera calor y se transmite directa o indirectamente a una masa slida o fluida con el fin de producir en ella una transformacin fsica o qumica.

Los hornos industriales son los equipos o dispositivos utilizados en la industria, en los que se calientan los materiales y las piezas o elementos colocados en su interior por encima de la temperatura ambiente.

Las partes constitutivas de un horno

Elemento generador

Sistema de alimentacin de material

Cmara principal Aislantes trmicos

Sistemas de medicin y control

Redes de suministro de combustible o cableado de potencia (segn el tipo de combustible)

Ventiladores y sistemas de evacuacin de gases (hornos con combustin)

Redes elctricas

Recubrimiento externo

CIMIENTOS.Los cimientos son la parte del horno que se apoya directamente en el suelo reconocido como apto para se f i n y que sostienen todas las dems partes del horno. Por supuesto, lo nico que se requiere de los cimientos es su absoluta solidez como para aguantar toda la carga esttica de las partes del horno dispuestas encima, as como eventualmente las posibles cargas dinmicas, sin sufrir deterioro alguno. Los cimientos deben tener dimensiones suficientes, como para que la presin contra el suelo no pase los valores admisibles.

PLATAFORMA.La plataforma es el plano inmediatamente superior a los cimientos del horno y el inferior de la mampostera. Para su construccin se emplean distintos materiales: ladrillos refractarios y termoaislantes. El tipo de construccin y el espesor de la plataforma se dictan por la estructura del horno. Su fin principal es dar una superficie sobre la cual pueden ser dispuestas todas las partes inferiores del horno.

SOLERA Solera es la parte del horno sobre la cual se dispone el metal fundido o los materiales a calentarse.Como soporta la carga del material debe ser suficientemente slida, impermeable para el metal lquido, material vtreo y escorias, y qumicamente estable respecto a estas ltimas. En la mayora de los casos tiene una forma de baera bajo los hornos de reverbero o los elctricos de fundicin.

PAREDES Las paredes rodean la zona de trabajo del horno. Generalmente ellas mantienen la bveda. Deben proteger la zona de las prdidas de calor, no permitir el escape de los gases de hogar ni succin del aire de la atmsfera hacia el interior del horno. La cara ms importante de las paredes es la interior. Debe ser pareja, limpia, tener juntas delgadas. Se hacen con ladrillos enteros y sanos tanto de sus caras, como de aristas y ngulos.

La energa calorfica requerida para el calentamiento de los hornos puede proceder de: Gases calientes producidos en la combustin de combustibles slidos, lquidos o gaseosos que calientan las piezas por contacto directo entre ambos o indirectamente a travs de tubos radiantes o intercambiadores en general.

CLASIFICACIN

La clasificacin de los hornos es difcil de establecer, por ello se dice que existe casi un tipo de horno especfico para cada aplicacin.

Por lo tanto, normalmente se clasifican desde ciertos puntos de vista:

De acuerdo con su temperatura de trabajo.

Hornos: Temperaturas de trabajo superiores a 550 C.

Estufas: Temperaturas de trabajo inferiores a 550 C.

De acuerdo con su uso

Hornos de cemento

Hornos de cal

Hornos de coque

Hornos cermicos

Hornos incineradores

Alto Horno, etc.

De acuerdo con su forma de operacin

Continuos

Discontinuos

Peridicos

De acuerdo con su forma de calentar

Directos

Indirectos

De acuerdo con su fuente de energa

Combustibles: slidos, lquidos o gaseosos y mixtos.

Energa elctrica.

Mixtas.

MTODOS DE CALENTAMIENTO EN HORNOS

Dentro de los mtodos de calentamiento con combustibles se encuentran, (Ver

Figura 1).

Directo: La llama y los gases entran en contacto con la carga.

Indirecto: Slo los gases entran en contacto con la carga.

Muflas: Se calienta una recmara que tiene en su interior la carga, por lo que los gases nunca tocan la carga. Especial para cargas que reaccionan o se contaminan con los gases de combustin.

Tubos de Radiantes: este sistema gasta ms combustible para obtener el mismo calentamiento. La llama se encausa por un tubo que alcanza una alta temperatura. Luego el calentamiento se realiza principalmente por radiacin del tubo a la carga.

Figura 1. Tipos de calentamiento en hornos

Recirculacin: La combustin se realiza en una cmara aparte del horno.

Luego mediante un ventilador se introducen los gases el horno y se hacen pasar varias veces por la carga hasta que pierdan la mayor cantidad de energa posible para luego ser evacuados. A gran velocidad. Una gran cantidad de quemadores rodea la carga, produciendo llamas directas sobre ella con el fin de alcanzar un alto gradiente de temperaturas entre la carga y sus alrededores.

TIPOS DE HORNOS

Hornos rotatorios

Los hornos rotatorios (Ver Figura 2), constan de un cilindro largo de acero que gira alrededor de su eje. En el caso de trabajo a altas temperaturas hay que recubrir el cilindro con ladrillo refractario en su interior. Ya sea para aislarlo del exterior o para proteger el acero.

Figura 2. Horno rotatorio con enfriador

Hornos de cuba

Posee una cmara vertical llamada cuba, la cual puede ser cilndrica o cnica. En su interior puede estar cubierta por un refractario segn la temperatura de trabajo. La carga se alimenta por la parte superior llamada tragante. El producto se evacua por la parte inferior. Los gases que calientan, la carga entra a la cuba por la parte inferior y se encuentran con la carga en contracorriente.

Dentro de los hornos de cuba se encuentran los horno para cal, alto horno para obtener arrabio (hierro de primera fundicin), hornos de guijas para calentar aire, hidrgeno, metano, vapor de agua, o en algunos casos como recuperador de calor y el Thermofor que se usa para pirolizar (crakear) petrleo y producir oleofinas, gasolinas y aromticos. (figura3).

Figura 3. Horno de cuba Alto horno

Ref. (Curso de hornos Universidad Pontificia Bolivariana)

Hornos de Reverbero

Es un horno cuyo hogar est separado del material que debe tratar, y en el que los gases de combustin estn en contacto con el material. El objetivo de estos hornos es fundir.

Consta bsicamente de un recipiente refractario de forma rectangular o elptica poco profundo (aprox. 40cm) llamado solera.

Por lo general los hornos de este tipo constan de regeneradores de ladrillo a cada extremo y a un nivel ms bajo que el horno, los cuales son usados para precalentar el aire. (Ver Figura 4)

Figura 4. Horno de reverbero Matin-Siemens

Ref. (Curso de hornos Universidad Pontificia Bolivariana)

Hornos de tnel

Como su nombre los dice, consta de un tnel que puede ser recto o circular, y por el interior del cual se mueve la carga de un extremo a otro.

Para darle movimiento a la carga se utiliza una vagoneta movida sobre rieles o una banda de tela metlica. (Ver Figura 5).

El tnel se divide principalmente en 3 zonas

Zona de precalentamiento

Zona de combustin o de cochura

Zona de enfriamiento

Figura 5. Horno tnel

Los hornos tnel son usados en la industria cermica, ladrillera y de alimentos entre otros.

Hornos de fundicin

Cualquier proceso de produccin de acero a partir del Arrabio consiste en quemar el exceso de carbono y otras impurezas presentes en el hierro.

Una dificultad para la fabricacin del acero es su elevado punto de fusin,

1.400C aproximadamente, que impide utilizar combustibles y hornos convencionales.

Para superar esta dificultad, se han desarrollado 3 importantes tipos de hornos para el refinamiento del Acero, en cada uno de estos procesos el oxgeno se combina con las impurezas y el carbono en el metal fundido.

Cada uno de los tres tipos de hornos, crisol, oxgeno bsico y elctrico, requieren diferentes fuentes de energa y de materias primas. La clase de instalacin se escoge, por tanto, por razones econmicas, la disponibilidad de materias primas o fuentes energticas.

Horno de hogar abierto o crisol

El horno de hogar abierto semeja un horno enorme, y se le denomina de esta manera porque contiene en el hogar (fondo) una especie de piscina larga y poco profunda (6m de ancho, por 15 m de largo, por 1 m de profundidad, aproximadamente). (Ver Figura 6).

Figura 6. Horno de Crisol para metales no ferrosos

Ref. (Curso de hornos Universidad Pontificia Bolivariana)

Horno de arco elctrico

Por lo regular son hornos que slo se cargan con chatarra de acero de alta calidad. Son utilizados para la fusin de aceros para herramientas, de alta calidad, de resistencia a la temperatura o inoxidables. Considerando que estos hornos son para la produccin de aceros de alta calidad siempre estn recubiertos con ladrillos de la lnea bsica.

Existen hornos de arco elctrico que pueden contener hasta 270 toneladas de material fundido. Para fundir 115 toneladas se requieren aproximadamente tres horas y 50,000 kwh de potencia. Tambin en estos hornos se inyecta oxgeno puro por medio de una lanza.

Los hornos de arco elctrico funcionan con tres electrodos de grafito los que pueden llegar a tener 760mm de dimetro y longitud de hasta 12m. La mayora de los hornos operan a 40v y la corriente elctrica es de 12,000 A.

Estos equipos tienen un crisol o cuerpo de placa de acero forrado con refractario y su bveda es de refractario tambin sostenida por un cincho de acero, por lo regular enfriado con agua. Para la carga del horno los electrodos y la bveda se mueven dejando descubierto al crisol, en el que se deposita la carga por medio de una gra viajera.

Estos equipos son los ms utilizados en industrias de tamao mediano y pequeo, en donde la produccin del acero es para un fin determinado, como varilla corrugada, aleaciones especiales, etc.

Tipos de horno de crisol

Hornos pozo

El crisol es removido del horno y llevado hasta los moldes para vaciar el metal. Este horno se puede construir sobre o bajo el nivel del suelo. En ambos casos el horno es fijo. Existen en una variedad de tamao para acomodar crisoles desde 15 a 150 kg de capacidad de latn. Son extremadamente flexibles, tanto en relacin a las aleaciones como a las cantidades. Se pueden usar crisoles distintos para diferentes aleaciones y, hasta cierto punto, crisoles de distinto tamao en un mismo horno.

Hornos Bale-out (de espera)

El metal es retirado del crisol con cucharas y transferido a los moldes. Se utilizan, principalmente, para fundicin bajo presin, donde se necesitan pequeas cantidades a intervalos frecuentes. Capacidades tpicas en el rango de 50 kg a

500 kg de aluminio y 110 kg a 330 kg de latn. Rendimiento mximo: 240 kg de

aluminio por hora

Horno de crisol inmerso

Es el inverso del horno normal de crisol, en el sentido de que la llama quema dentro del crisol que est inmerso en el bao de aleacin de zinc o aluminio, el cual se encuentra en un recipiente refractario. Estos hornos son fabricados con capacidad de fusin de 300 kg a 1000 kg de aluminio por hora. Sus ventajas principales respecto de hornos de llama abierta son una mayor eficiencia, que alcanza a un 40%, y prdidas de metal de tan slo un 1 2%, otorgando una considerable economa financiera.

Horno rotativo de crisol

Se utilizan para la recuperacin de viruta, escoria y otros tipos de chatarra menuda. El horno contiene un crisol con forma de garrafa, con capacidad de 300 kg de limadura de latn y trabaja a un ngulo aproximado de 50 con respecto a la vertical. El cuerpo del horno y el crisol giran constantemente durante la fusin, trayendo el metal para el lado caliente del crisol y tirando la limadura no fundida hacia adentro y abajo del metal ya fundido. De esta forma, la rotacin proporciona una fusin ms rpida y tambin evita la adhesin de la carga a las paredes del crisol, como ocurre frecuentemente con los hornos convencionales. El formato del crisol, y especialmente el cuello estrecho, junto con las condiciones neutras o reductoras dentro del crisol, virtualmente eliminan las prdidas por oxidacin de las cargas y aseguran una alta recuperacin de metal (un porcentaje tpico es la recuperacin de un 94% del metal de limadura de latn 60/40, conteniendo 3% de aceite).

La seleccin del tipo y tamao de horno depender de la aplicacin (por ej. si es para fusin o mantencin), del nmero de aleaciones, la produccin diaria de cada aleacin, la mayor pieza a ser fundida, la continuidad de alimentacin de metal, el tipo de combustible.

Formas de calentamiento en los hornos de crisol

En relacin a la forma de energa utilizada, los hornos de crisol pueden ser operados bsicamente a travs de energa elctrica o de combustibles. En relacin a la energa elctrica, los hornos ms comunes son de resistencia y de induccin. En cuanto a los combustibles, se puede utilizar una serie de formas diferentes (Tabla 1). Cada forma de energa, sea elctrica o en forma de combustible, posee sus ventajas y desventajas que deben ser aprovechadas o evitadas de acuerdo con las condiciones de produccin exigidas, o en funcin de la poltica de abastecimiento adoptada por la empresa.

Tabla 1. Principales tipos de combustible que pueden ser usados en la operacin de los hornos de crisol.

Combustible

Tipo

Poder Calorfico

(Kcal/Kg)

Slido

Lea

3800

Carbn mineral

4000 a 6000

Coque de fundicin

6200 a 7500

Coque de petrleo

8000

Carbn vegetal

6500 a 7000

Lquido

Gasolina

10200

Petrleo diesel

11000 Kcal/litro

Alcohol etlico

7300

Querosene

11600

Petrleo - Fuel-Oil

9820

- OC4

10000

Gaseoso

Gas licuado

10900

Gas de coque

4500

Gas natural

10000

Metano

8500

En la prctica, los combustibles ms utilizados son petrleo y gas. El petrleo no combustiona en su estado lquido original; la manera de alcanzar una gasificacin rpida consiste en proyectarlo finamente subdividido hacia el interior de la cmara de combustin. El elemento mecnico que realiza tal operacin es el quemador.

Los quemadores de petrleo deben cumplir los siguientes objetivos:

Pulverizar el petrleo en gotitas cuyos dimetros varan desde unos 30 a 150 micrones (1 micrn = 0,001 mm).

Mezclar el petrleo, ya en estado nebuloso o de vapor, con el aire.

Mantener la proporcin entre el aire y el petrleo.

El gas combustible propicia las mejores condiciones de servicio, despus de la energa elctrica, en lo que toca a la limpieza de las instalaciones; entretanto, tiene como desventaja el peligro de explosin y el costo relativamente alto.

Medicin de la temperatura

La exactitud con que midan y controlen las temperaturas determinar el xito de la operacin de algunos procesos metalrgicos, como la fundicin, la refinacin y el tratamiento trmico. Tambin tendr un profundo efecto sobre las propiedades de resistencia de muchos metales y aleaciones.

La temperatura de proceso debera controlarse dentro de 2,5 C. Aunque a veces es posible este apretado rango, uno ms prctico es de unos 5 C.

Se deben ejecutar tres pasos en todo proceso de control de temperatura. Antes de poder establecer control, primero se debe "sentir" (detectar) la variable mediante algn mecanismo que responda a cambios en la calidad o valor de la variable. Luego, esta cantidad, o su cambio, deben ser indicados o registrada, previo a ser controlada. Siguiendo la accin de control, el ltimo paso en la secuencia es la transmisin de la salida del controlador al "elemento final", el cual es un componente del proceso en s. Los elementos finales envan por medio de un rel la salida del controlador y causan cambios correctivos en el proceso.

Sensores de Temperatura. Como es a menudo el caso, una variable es medida y luego traducida, o convertida, a otra. Por ejemplo, las temperaturas ambientales se miden por la expansin o contraccin de una columna de fluido o de un metal. Mediante calibracin, estas variables se convierten a lecturas de temperatura numrica.

Estos simples mecanismos, sin embargo, no se adecuan a temperaturas ms elevadas. Los sensores utilizados para medir altas temperaturas son los termopares y los pirmetros. Como sea, ambos utilizan el mismo enfoque anterior; esto es, se mide una variable y se la convierte a otra.

Medicin de la temperatura por el color

Uno de los mtodos ms sencillos para exterminar la temperatura de un metal es mediante la observacin del color del cuerpo caliente. Existe una correlacin trivial entre la temperatura de un metal y su color (Tabla 2). Este mtodo dar slo estimaciones de temperatura aproximadas, excepto cuando lo aplique un observador experimentado. La principal dificultad es que la apreciacin del color vare con los diferentes materiales.

Tabla 2. Variacin del calor con la temperatura.

COLOR

TEMP., C

Rojo tenue

500

Rojo oscuro

620

Cereza oscuro

650

Rojo cereza

700

Cereza subido

800

Naranja oscuro

900

Naranja

950

Amarillo

980

Si se necesita una indicacin o un registro continuo de la temperatura, los instrumentos que se utilicen pueden ser de dos tipos: a) los sistemas mecnicos que funcionan esencialmente por efecto de la expansin de un metal, un lquido, un gas o vapor, y b) los sistemas elctricos que funcionan por medio de la resistencia elctrica medida, un termopar, la radiacin o pirmetros pticos.

Horno de oxigeno bsico

Es un horno en forma de pera que puede producir una cantidad aproximadamente de 300 toneladas de acero en alrededor de 45 minutos

Hornos elctricos

La idea de la construccin de hornos elctricos comenz a tomar forma a mitad del siglo XVIII. Su utilizacin efectiva a escala industrial se inici solamente despus de 1900, obtenindose su mxima aceptacin despus de la 2 Guerra Mundial, cuando la energa elctrica comenz a disminuir de precio tornndose competitiva con los combustibles tradicionales.

TIPOS DE MATERIALES REFRACTARIOS

Refractario de arcilla calcinada.

Estos materiales se denominan tambin silicos aluminios por ser la Slice y la Almina, los constituyentes principales de ellos. Son los ms utilizados, hay dos tipos generales y cinco clases de ladrillo.

Refractario de Slice.

Estn constituidos fundamentalmente por xido de Silicio (SiO2). Se distinguen dos clases de ladrillos calcinados.

Refractarios Aislantes.

Estn fabricados a base de Slice. Existen dos grandes divisiones en los cuales se agrupan los ladrillos aislantes o sea los ladrillos aislantes quemados, o ladrillos aislantes prensados.

Refractarios de Tipos especiales.

Son refractarios que se pueden obtener de fabricantes particulares, empleados para condiciones especficas severas, son muy costosos. Entre otros tenemos: Caoln de alto cocido, Carburos, Sulfuros, Boruros, Nitruros, entre otros.

Especialidades refractarias.

Bajo esta denominacin se agrupan los refractarios no conformados. Empleados en la construccin de revestimiento monolticos, vaciado de pieza de gran tamao, reparaciones y para pegar ladrillos.

Concretos refractarios.

Son mezclas de materiales refractarios molidos con adecuada granulometra y aditivos ligantes.

Morteros refractarios.

Utilizados para pegar ladrillos entre si y rellenar las juntas entre ellos. El mortero refractario se debe seleccionar cuidadosamente como el ladrillo en el cual va a ser usado y debe ser compatible con la composicin qumica del ladrillo.

BIBLIOGRAFIA

http://processefundsion1111.weebly.com/

http://www.catedu.es/tecnologiautrillas/materiales/web3.htm

http://html.rincondelvago.com/metalurgia_3.html

http://es.slideshare.net/tango67/proceso-siderrgico-y-clasificacin-de-hornos

http://www.escuelaing.edu.co/uploads/laboratorios/9627_fundicion.pdf

http://www.buenastareas.com/ensayos/Tipos-De-Hornos-De-Fundicion/645614.html

http://www.taringa.net/posts/info/8215825/Fundicion-y-moldeo.html