Hornos de cubilote

Este es un tipo de horno cilíndrico vertical de aproximadamente 6 metros de alto, el cual lleva los metales en el colocados, hasta el estado líquido y permite su colado, puede ser utilizado para la fabricación de casi todas las aleaciones de Hierro, tiene ventilación forzada por toberas ubicadas en la parte inferior del mismo.

El material se distribuye en forma de capas de aproximadamente 30 o 40 cm en su interior, alternado con carbón el cual permite que el proceso sea continuo.

Este tipo de horno esta recubierto de material refractario en su interior, el cual debe ser inspeccionado antes de cada carga ya que debido a la temperatura que se evidencia en su interior ( aprox. 1500 C) podría perforar la estructura tubular y caer sobre los operarios que se encuentran realizando el proceso de colado en la base del horno.

Este material refractario esta usualmente constituido por ladrillos refractario que como tales tiene caras lisas, y son muy resistentes a la temperatura y la abrasión, su precio suele ser superior a 10 veces el del ladrillo convencional, se los suele clasificar según su composición en 4 grandes grupos; Los ácidos aquellos que contiene arcilla, sílice y sulfato de aluminio, suelen ser más baratos que el resto y mientras más sílice son más resistentes al metal. La segunda clasificación la hace aquellos denominados como Básicos constituidos por Oxido de Manganeso son más resistentes que los anteriores, pero más costosos, tenemos también los neutros que son elaborados por elementos neutros como la magnesia. Y aquellos denominados especiales constituidos por carburos y circonio útiles por su capacidad de lubricación, eventualmente se colocan elementos cerámicos en todas estas mezclas con el objetivo de mejorar aún más la resistencia mecánica y térmica del conjunto.

Es usual que el colado se realice en moldes de arena en la base del mismo, el proceso comienza con la elaboración del modelo que es la pieza que se desea reproducir, usualmente es hecha en madera o yeso, pero cuando la producción es en masa se la maquina en metales “blandos “como el aluminio, es evidente que debe ser ligeramente más grande que la pieza que se desea fabricar ya que existe contracciones del metal cuando se enfría, son necesarias las previsiones para evacuación de gases, usualmente conocidos como venteos.

Luego se procede a la fabricación de la matriz de arena o molde la cual se comienza compactando la arena alrededor del modelo, cuando se requiere fabricar una pieza que es hueca se debe provisionar un “macho” que es un elemento sólido colocado en la matriz para que allí no ingrese el metal fundido, es importante anotar que siempre se esta trabajando se lo hace en negativo, es decir donde no se requiere metal se coloca el macho y donde si se lo requiere se lo coloca el modelo que evidentemente deberá ser extraído previo al colado, es usual también que se coloquen modelos de cera , la cual se derrite conforme ingresa el metal ocupando su lugar para ulteriormente enfriarse.

El personal asignado a este proceso es muy experimentado y debe tener las protecciones respectivas.

En el país la utilización de cubilotes esta orientada a la fabricación fundamentalmente de piezas para alcantarillado (rejillas, tapas de revisión), herramientas manuales para el área de la construcción y elementos de bronce, usualmente su instalación se encuentra complementado con un taller de maquinas herramientas para dar el acabado a las piezas por el producidas. 

 Recursos útiles sobre Acero y Hierro para la construccion: Andec, Acería de Ecuador

Hornos

    Los hornos fueron utilizados desde los tiempos prehistóricos. Existen sobre su origen narraciones fabulosas, de las cuales la más popular es el mito de Prometeo, quien con el uso del fuego había enseñado a la humanidad la práctrica de la metalurgia. Generalmente se admite que los primeros hornos fueron destinados a cocer pan, pero desde épocas remotísimas se usaron también para la cocción de objetos de barro, así como para licuar determinados metales y sus aleaciones (oro, plata, plomo, cobre y zinc en particular).  

Modelo de horno para fusión de crisoles

 

    Los primeros hornos destinados a la fusión de metales fueron, con toda probabilidad, hornos de crisol. Estos hornos son de calentamiento indirecto; esto quiere decir que la carga no está en contacto directo ni con los combustibles ni con los productos de la combustión. A su vez, estos pueden ser: 

de cuba con crisol separable (hornos ordinarios de fundición y horno de Pascalis), con crisol fijo y horno transportable (Piat), con crisol fijo y horno basculante (horno simplex, Morgan, Basse y Selve, Buess, Badische Maschinenfabrik).

de reverbero (como los de crisoles múltiples empleados en la fabricación de acero crisol), de llama larga.

     Muchas veces se agrupan los hornos según las finalidades a que se destinan, y así se habla de: hornos metalúrgicos, hornos de fundición, hornos para la fusión de aleaciones, hornos para tratamientos térmicos, hornos cerámicos, hornos de vidrio, hornos de acero, hornos de cemento, hornos para recocer, hornos de caldeo, hornos de desecación, tostación, sublimación, calcinación, afinado, hornos de cocer pan, hornos de pastelería, etc.

    Para la producción del acero, es decir la transformación del hierro del alto horno (arrabio) por reducción del carbono, se emplean los hornos Siemens-Martin. 

    La plaza del horno tiene una solera, en donde se colocan los crisoles en dos filas, que está formada por una gruesa capa de arena de cuarzo muy refractaria, colocada sobre una tapa de palastro inclinada hacia uno de los costados. El calor producido por la mezcla de gas y aire provoca una temperatura muy alta, entre 1490 y 1580 °C. En la parrilla del gasógeno se va echando el combustible desde el cilindro, el cual se quema inmediatamente, pasando los gases por los conductos desembocando en el hogar del horno.

 

Modelo de Horno Siemens-Martin

    Una clasificación interesante de los hornos responde al tipo de combustible que emplea para producir el calor:

para combustibles sólidos, que queman carbón de leña, hulla, coque para combustibles líquidos, diesel, alquitrán, petróleo, bencinas,

querosene para combustibles gaseosos (gas de gasógeno, gas de alumbrado,

mezcla oxhídrica, mezcla oxiacetilénica) eléctricos

Modelo de horno para cementación

 

   Para obtener el acero por carburación del hierro forjado (arrabio), proceso que se llama carburación, se colocan hierro y carbón vegetal en polvo en capas alternadas, en unas grandes cajas de ladrillos refractarios que son calentados por el hogar. 

   La solera del horno de cementación, que es rectangular, está cubierta por una bóveda rebajada, recorrida por numerosos agujeros. Los gases de la combustión salen del hogar y rodean completamente a las dos cajas acodadas por un gran número de canales. Los canales desembocan debajo de la bóveda del horno, y atraviesan varias pequeñas chimeneas que conduce a una gran campana cónica, que termina en una chimenea, la cual conduce los gases de la combustión al aire libre, a una altura suficiente para que no moleste.

    El acero bruto, también llamado crudo o pudelado, se obtiene en el mismo horno y por las mismas operaciones que el hierro pudelado, sin más diferencia que lo elevado de la temperatura que debe emplearse. Durante mucho tiempo tuvo que usarse el carbón vegetal para producir el acero por este método si se quería obtener un buen producto. Actualmente puede conseguirse este resultado con mucho menos gasto del que supone el uso constante del carbón vegetal, sometiendo el carbón de hulla a una preparación previa por medio del agua, triturándolo y lavándolo en cribas para separar el azufre que contiene, causa de las malas cualidades que comunica al acero. Pudelar es hacer dulce el hierro colado, quemando parte de su carbono en hornos de reverbero.

 

Modelo de horno para pudelar Ponsard

 

    Otra forma moderna de producir calor, aprovecha las efectos de la corriente eléctrica para así lograr temperaturas sumamente altas, entre 3000 y 4000 °C. Así, encontramos los:

Hornos de arco voltaico (aprovechando la caída de tensión en un gas ionizado, generalmente el aire)

Hornos de resistencias (efecto Joule, por la circulación directa o indirecta de la corriente por el material a fundir)

Hornos de inducción (desarrollando corrientes inducidas en la masa o material a calentar)

Hhornos de alta frecuencia (provocando en el mismo la aparición de corrientes parásitas)

    Los hornos de cubilote se emplean para fundir hierro y arrabio y obtener el hierro gris de calidad mecánica, que se conoce también como hierro dulce. La carga se realiza por un tragante superior (60 % de hierro, 20 % de arrabio, 15 % de carbón de coque y un 5 % de piedra caliza, o vidrio o marmol para preparar ), mientras que el aire precalentando y el combustible inicial entran por la parte inferior. 

    Es un horno de cuba, con tiro natural o atmosférico en donde la acción directa del combustible actúa sobre la carga, con inyección de aire o toberas (son los antiguos hornos de manga, así llamados por la manga de cuero de la que iban provistos para conducir el aire de los fuelles hasta las toberas: altos hornos, cubilotes, hornos para fundir piritas).

    El que vemos a la derecha corresponde a una maqueta en escala reducida, hecha por los alumnos a principios de siglo, copia de los hornos que posee esta Escuela en su Taller de Fundición.

 

Modelo de horno de cubilote

Hornos    Los hornos fueron utilizados desde los tiempos prehistóricos. Existen sobre su origen narraciones fabulosas, de las cuales la más popular es el mito de Prometeo, quien con el uso del fuego había enseñado a la humanidad la práctrica de la metalurgia. Generalmente se admite que los primeros hornos fueron destinados a cocer pan, pero desde épocas remotísimas se usaron también para la cocción de objetos de barro, así como para licuar determinados metales y sus aleaciones (oro, plata, plomo, cobre y zinc en particular).  

Modelo de horno para fusión de crisoles

 

    Los primeros hornos destinados a la fusión de metales fueron, con toda probabilidad, hornos de crisol. Estos hornos son de calentamiento indirecto; esto quiere decir que la carga no está en contacto directo ni con los combustibles ni con los productos de la combustión. A su vez, estos pueden ser: 

de cuba con crisol separable (hornos ordinarios de fundición y horno de Pascalis), con crisol fijo y horno transportable (Piat), con crisol fijo y horno basculante (horno simplex, Morgan, Basse y Selve, Buess, Badische Maschinenfabrik).

de reverbero (como los de crisoles múltiples empleados en la fabricación de acero crisol), de llama larga.

     Muchas veces se agrupan los hornos según las finalidades a que se destinan, y así se habla de: hornos metalúrgicos, hornos de fundición, hornos para la fusión de aleaciones, hornos para tratamientos térmicos, hornos cerámicos, hornos de vidrio, hornos de acero, hornos de cemento, hornos para recocer, hornos de caldeo, hornos de desecación, tostación, sublimación, calcinación, afinado, hornos de cocer pan, hornos de pastelería, etc.

    Para la producción del acero, es decir la transformación del hierro del alto horno (arrabio) por reducción del carbono, se emplean los hornos Siemens-Martin. 

    La plaza del horno tiene una solera, en donde se colocan los crisoles en dos filas, que está formada por una gruesa capa de arena de cuarzo muy refractaria, colocada sobre una tapa de palastro inclinada hacia uno de los costados. El calor producido por la mezcla de gas y aire provoca una temperatura muy alta, entre 1490 y 1580 °C. En la parrilla del gasógeno se va echando el combustible desde el cilindro, el cual se quema inmediatamente, pasando los gases por los conductos desembocando en el hogar del horno.

 

Modelo de Horno Siemens-Martin

    Una clasificación interesante de los hornos responde al tipo de combustible que emplea para producir el calor:

para combustibles sólidos, que queman carbón de leña, hulla, coque para combustibles líquidos, diesel, alquitrán, petróleo, bencinas,

querosene

para combustibles gaseosos (gas de gasógeno, gas de alumbrado, mezcla oxhídrica, mezcla oxiacetilénica)

eléctricos

Modelo de horno para cementación

 

   Para obtener el acero por carburación del hierro forjado (arrabio), proceso que se llama carburación, se colocan hierro y carbón vegetal en polvo en capas alternadas, en unas grandes cajas de ladrillos refractarios que son calentados por el hogar. 

   La solera del horno de cementación, que es rectangular, está cubierta por una bóveda rebajada, recorrida por numerosos agujeros. Los gases de la combustión salen del hogar y rodean completamente a las dos cajas acodadas por un gran número de canales. Los canales desembocan debajo de la bóveda del horno, y atraviesan varias pequeñas chimeneas que conduce a una gran campana cónica, que termina en una chimenea, la cual conduce los gases de la combustión al aire libre, a una altura suficiente para que no moleste.

    El acero bruto, también llamado crudo o pudelado, se obtiene en el mismo horno y por las mismas operaciones que el hierro pudelado, sin más diferencia que lo elevado de la temperatura que debe emplearse. Durante mucho tiempo tuvo que usarse el carbón vegetal para producir el acero por este método si se quería obtener un buen producto. Actualmente puede conseguirse este resultado con mucho menos gasto del que supone el uso constante del carbón vegetal, sometiendo el carbón de hulla a una preparación previa por medio del agua, triturándolo y lavándolo en cribas para separar el azufre que contiene, causa de las malas cualidades que comunica al acero. Pudelar es hacer dulce el hierro colado, quemando parte de su carbono en hornos de reverbero.

 

Modelo de horno para pudelar Ponsard

 

    Otra forma moderna de producir calor, aprovecha las efectos de la corriente eléctrica para así lograr temperaturas sumamente altas, entre 3000 y 4000 °C. Así, encontramos los:

Hornos de arco voltaico (aprovechando la caída de tensión en un gas ionizado, generalmente el aire)

Hornos de resistencias (efecto Joule, por la circulación directa o indirecta de la corriente por el material a fundir)

Hornos de inducción (desarrollando corrientes inducidas en la masa o material a calentar)

Hhornos de alta frecuencia (provocando en el mismo la aparición de corrientes parásitas)

    Los hornos de cubilote se emplean para fundir hierro y arrabio y obtener el hierro gris de calidad mecánica, que se conoce también como hierro dulce. La carga se realiza por un tragante superior (60 % de hierro, 20 % de arrabio, 15 % de carbón de coque y un 5 % de piedra caliza, o vidrio o marmol para preparar ), mientras que el aire precalentando y el combustible inicial entran por la parte inferior. 

    Es un horno de cuba, con tiro natural o atmosférico en donde la acción directa del combustible actúa sobre la carga, con inyección de aire o toberas (son los antiguos hornos de manga, así llamados por la manga de cuero de la que iban provistos para conducir el aire de los fuelles hasta las toberas: altos hornos, cubilotes, hornos para fundir piritas).

    El que vemos a la derecha corresponde a una maqueta en escala reducida, hecha por los alumnos a principios de siglo, copia de los hornos que posee esta Escuela en su Taller de Fundición.

 

Modelo de horno de cubilote

Alto horno eléctricoDe Wikipedia, la enciclopedia libre

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Una acería eléctrica produce acero a partir de un horno eléctrico de arco, partiendo de chatarra principalmente sin necesitar de otras instalaciones propias del proceso siderúrgico integral (baterías de coque, sinterizado y horno alto).

La energía empleada para la fusión de la chatarra se logra con un arco eléctrico que se hace saltar entre electrodos que se introducen por la parte superior.

La producción en Europa por este medio es del 35% y en España del 75%.

Contenido[ocultar]

1 Funcionamiento 2 Ventajas e inconvenientes frente al alto horno convencional

o 2.1 Ventajas o 2.2 Inconvenientes

3 Datos técnicos

[editar] Funcionamiento

La carga del horno eléctrico está constituida de chatarra principalmente. En el baño se lleva a cabo una reacción de oxidación – reducción (proceso redox). Durante la fusión oxidante se elimina el fósforo y durante la reductora el óxido de hierro disuelto en el baño y el azufre. Controlar el tipo de atmósfera en el baño es fácil.

El calor se encuentra en la parte superior de la carga, siendo necesario en general usar bobinas electromagnéticas a fin de inducir a una agitación en el recipiente para que el material más frío del fondo alcance la parte superior igualándose de esta forma la temperatura y la composición química.

Para generar escoria se añade cal, caliza, etc. El contenido en nitrógeno suele ser elevado debido a las altas temperaturas generadas inmediatamente por debajo de los electrodos (3500 ºC) aunque se mantiene a un nivel aceptable para la mayoría de los aceros.

Las ferroaleaciones se añaden tanto al horno eléctrico como en cuchara, siendo este proceso el más adecuado para la fabricación de los aceros especiales. Aunque a veces pueden surgir problemas con el carbono desprendido de los electrodos de alta pureza, cocidos al vacío y de alta conductividad. Su tamaño es de 20-75 cm de diámetro y 1,5-3 m de longitud. Según se van quemando se va añadiendo nuevo electrodo a su extremo opuesto.

El arco opera de forma similar sobre una masa fría de chatarra o sobre la superficie del metal liquido. Este hecho y la facilidad de carga del recipiente le convierte en el sistema idóneo para fundir chatarra de baja densidad tales como carrocerías compactas de coches o virutas y desechos procedentes de tornos y talleres mecánicos.

[editar] Ventajas e inconvenientes frente al alto horno convencional

[editar] Ventajas

[editar] Inconvenientes

Producción en menor escala que el Alto horno Posibilidad de contaminar el acero con elementos residuales de la chatarra

Elevado consumo eléctrico: en España la industria del acero es la de mayor consumo de energía eléctrica con un 6 % del consumo

[editar] Datos técnicos

Para 250 toneladas se usan aproximadamente 60 MW Para una carga entre 150 a 180 toneladas métricas se usan aproximadamente 40 MW Para una carga de 10 toneladas se usan aproximadamente 35 MW

HORNOS BASCULANTES

GENERALIDADES

Los hornos EMISON, SERIE TP, a la contrastada calidad de todos nuestros productos, avalada por más de 50 años de servicio, unen los últimos avances en microelectrónica y aislamiento, aplicados específicamente a hornos para fusión de metales, consiguiendo excepcionales resultados.

Son fruto de un cuidado diseño y todo el know how de un equipo de profesionales especialistas en la construcción de hornos. Como consecuencia ofrecen la más alta rentabilidad con la mínima inversión inicial.

Nuestros hornos ofrecen mínimo mantenimiento, funcionamiento constante y sin averías, fácil manipulación y control del trabajo y la mejor relación de costo por unidad fabricada. El sistema de calefacción eléctrica de la mayoría de nuestros modelos no necesita de trámites oficiales ni proyectos de homologación para su instalación. El horno está fabricado con los más modernos materiales, de gran calidad y conceptos de alta tecnología.

El horno se entrega listo y preparado para empezar a funcionar inmediatamente, y rentabilizar rápidamente la inversión. Nuestro sistema especial patentado de calentamiento utiliza al máximo la energía radiante de las resistencias lo que posibilita la baja potencia instalada del horno. Permiten la máxima repetitividad de los procesos de fabricación, lo que se traduce en la máxima calidad de los procesos, que se traduce en una rentabilidad de la producción sin fallos ni pruebas en cada hornada. El control del proceso mediante microprocesador permite una gran uniformidad en los procesos con la máxima economía.

Además de la garantía de una empresa con más de 50 años en el mercado, siempre fiel y al servicio de sus clientes, EMISON dispone de una empresa propia servicio técnico, SATE, que puede encargarse de formar al personal encargado del funcionamiento del horno, y realizar el mantenimiento preventivo y correctivo.

CONSTRUCCIÓN

El horno se presenta en un atractivo mueble de construcción metálica, basándose en chapas y perfiles de acero laminado en frío, con un tratamiento especial anticorrosivo, de gran robustez y ligereza, con avanzado diseño y pintura epoxídica de agradables tonos, lo que le confiere una larga vida y un acabado estéticamente agradecido.

El mando de accionamiento del sistema de giro del horno puede situarse, en función de las exigencias del usuario, bien en el armario de control general, como en el mismo bastidor cerca relativamente del punto de colada.

En los hornos de gran capacidad de crisol, con el fin de facilitar las labores de eliminación de escorias, afine de grano etc. sobre el metal fundido, el conjunto va equipado con una escalera y plataforma de acceso a la parte superior del horno.

La línea del eje de giro pasa por el pico de colada. Por este motivo la operación de vaciado o colada del crisol resulta absolutamente segura. No se necesita ningún tipo de obra civil pala la colocación del horno

Nuestra condición de fabricantes nos faculta para redimensionar la estructura exterior del horno para adaptarlo mejor al lugar de trabajo en aquellos casos que la disponibilidad de espacio pueda suponer un inconveniente. Todos nuestros equipos cumplen todas las normas exigibles por la CEE

AISLAMIENTO

El aislamiento se realiza mediante fibras minerales y cerámicas de baja masa térmica y gran poder calorífico, cuidadosamente dispuestas en estratos para reducir las pérdidas de calor.

CALENTAMIENTO

Las resistencias eléctricas están colocadas alrededor del crisol e incorporadas a una masa de hormigón refractario que las protege, lo que garantiza una larga vida y gran uniformidad en el calentamiento, evitando el efecto "tira" de las resistencias convencionales soportadas por tubos, que producen un gran calentamiento en la zona de la resistencia y caídas muy altas de la temperatura entre los tubos, provocando tensiones en los crisoles y disminución de la vida de éstos.

Los calentadores están ampliamente sobredimensionados, y son de fácil sustitución con conexionado frío en la parte posterior del horno, protegida por cárter. En el caso de fusión de una resistencia el cambio de la misma es muy sencillo, pudiéndose realizar en pocos minutos por personas no especializadas.

CONTROL DEL PROCESO

El control de la fusión está asegurado por un microprocesador electrónico, con visualizador digital de temperaturas.

De fácil interpretación al ser todas sus lecturas digitales. Tenemos en todo momento a la vista las temperaturas del metal fundido y de la cámara de resistencias y las horas de trabajo del crisol activándose una alarma al llegar a las previstas en el mantenimiento preventivo.

No necesita ningún tipo de atención constante debido a que las alarmas instaladas reclaman la atención en el momento oportuno, pudiendo programar:

                    La puesta en marcha y/o parada de la instalación.

                    La temperatura del metal fundido.

                    La temperatura de mantenimiento nocturna. El horno pasa a ser regulado por este valor automáticamente en función de nuestra selección.

En cuanto a las seguridades, cabe destacar el doble termopar, relé y regulador, y mecánicamente, existen unas seguridades para apertura de la tapa y sistema de giro del horno.

Podemos fabricar hornos eléctricos, a combustible liquido (gasoil), o bien gaseoso (propano, gas natural, etc.).

CARACTERÍSTICAS tipo TP

MODELODIMENSIONES

CRISOLCAPACIDAD

Kg/hPOTENCIA

Kcal/hPRECIO

PRECIOCRISOL

TP - 287 60 x 53 150 90.000 17.970 600TP - 387 63 x 62 200 120.000 22.420 760TP - 412 80 x 62 300 180.000 26.680 980TP - 512 90 x 62 400 240.000 30.400 1.160

 

* HORNOS INDUSTRIALES * EQUIPOS DE SECADO * ARTES DEL FUEGO * EQUIPOS PARA

JOYERÍA *

* TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE METALES * INDUSTRIA DENTAL Y LABORATORIO *

* ESTUFAS, SECADO Y CALEFACCIÓN * HORNOS PARA FUNDICIÓN * HORNOS PARA

LIMPIEZA TÉRMICA *

* CUADROS Y ELEMENTOS DE CONTROL * HORNOS DE ALTA TEMPERATURA  * EQUIPOS

ESPECIALES

* EQUIPOS PARA INCINERACIÓN * HORNOS PARA INDUSTRIAS ALIMENTARIAS  *

INTRODUCCIÓN

Entendemos por hornos industriales los equipos o dispositivos utilizados en la industria, en los que se calientan las piezas o elementos colocados en su interior por encima de la temperatura ambiente. El objeto de este calentamiento puede ser muy variado, por ejemplo:

Fundir.

Ablandar para una operación de conformación posterior.

Tratar térmicamente para impartir determinadas propiedades

Recubrir las piezas con otros elementos, operación que se facilita frecuentemente operando a temperatura superior a la del ambiente.

Hay que señalar que esta definición, aparentemente clara, no lo es tanto en la practica, ya que es frecuente utilizar otros términos tales como:

Estufas, para hornos que operen a baja temperatura pero sin definir esta, normalmente hasta 500-600ºC. En realidad el termino estufa se aplica a un determinado tipo de construcción con doble o triple calderería (la exterior, la intermedia para sujetar el aislamiento y la de canalización de aire o humos). Sin embargo, este tipo de construcción se aplica cada vez mas a mayores temperaturas, invadiendo claramente el campo tradicional de lo que se entendía por hornos industriales. Por otro lado, se sigue denominando horno de revenido a un equipo que realiza este tratamiento aunque sea a 180ºC. (muy frecuente en piezas de automóvil cementadas y templadas) y aunque su diseño sea idéntico al tradicional de una estufa.

Secaderos (también denominados, cuando sea realiza por elevación de la temperatura, estufas de secado). La temperatura de secado puede ser elevada y adoptar una técnica de construcción similar a la de los hornos.

Baterías de coque son las series de hornos en forma de celda utilizadas en la producción del cok, requerido, por ejemplo, en los altos hornos a partir del carbón de hulla (hulla coquizable).

Arcas de recocer en la industria del vidrio.

Incineradores, equipos destinados a la combustión y eliminación de residuos.

Para evitar ambigüedades en este estudio denominaremos hornos a todos aquellos equipos o instalaciones que operan, en todo o en parte del proceso, a temperatura superior a la ambiente, realizándose el calentamiento de forma directa sobre las piezas (inducción, perdidas dieléctricas, resistencia propia) o de forma indirecta por transmisión de calor de otros elementos (resistencias eléctricas, tubos radiantes eléctricos o de combustión, hornos de llamas, etc.). Esta transmisión de calor puede realizarse por llamas (lecho fluidificado), convección (hornos con fuerte recirculación de los humos, del aire o de la atmósfera protectora sobre las piezas) y radiación (de resistencias, de tubos radiantes, de llamas o de las paredes refractarias interiores).

Unicamente consideramos los hornos industriales, es decir, los utilizados en todo tipo de industria, dejando fuera los hornos domésticos, por ejemplo.

La energía calorífica requerida para el calentamiento de los hornos puede proceder de:

Gases calientes producidos en la combustión de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos que calientan las piezas por contacto directo entre ambos o indirectamente a través de tubos radiantes o intercambiadores en general.

Energía eléctrica en diversas formas:

Arco voltaico de corriente alterna o continua

Inducción electromagnética

Alta frecuencia en forma de dielectricidad o microondas

Resistencia óhmica directa de las piezas

Resistencias eléctricas dispuestas en el horno que se calientan por efecto Joule y ceden calor a la carga por las diversas formas de transmisión de calor. A los hornos industriales que se calientan por este medio se denominan hornos de resistencias.

TIPOS DE HORNOS

En este apartado nombrare esencialmente los hornos de fusión de metales aunque existen otros tipos de hornos utilizados en la industria.

CUBILOTES

Los cubilotes son hornos cilíndricos verticales compuestos de una envoltura de chapa de acero dulce de 5 a 10mm. de espesor, con un revestimiento interior de mampostería refractaria de unos 250mm. de espesor. El horno descansa sobre cuatro columnas metálicas denominadas pies de sostén del cubilote.

El fondo de los cubilotes modernos lleva que se abren después de las coladas, para vaciar todas las escorias acumuladas allí.

En el frente y a nivel del fondo llevan los cubilotes un agujero denominado piqueta de colada, para la extracción del metal fundido. A este agujero va adosado un canal de chapa con revestimiento refractario, que conduce el metal en estado liquido a las cucharas de colada o al antecrisol.

En la parte posterior del horno hay otro agujero para la extracción de las escorias, por lo que se denomina piqueta de escoria o escorial. La piqueta de escorias esta en un plano mas alto que la piqueta de colada. El volumen del metal fundido que puede contener el cubilote es el comprendido entre el plano horizontal que pasa por la piqueta de escorias y el fondo del cubilote, a cuyo nivel, como hemos dicho antes, esta la piqueta de colada. Esta parte del cubilote se denomina crisol y su volumen esta calculado para que pueda contener, como máximo, dos cargas metálicas fundidas.

A unos 200mm. por encima del plano de la piqueta de escorias se encuentra el plano de toberas de entrada de aire, espaciadas unas de otras regularmente en la circunferencia del cubilote y en la cantidad aproximada de una por cada 15cm. del diámetro del horno. En general, el numero de toberas oscila entre 4 y 8. Los cubilotes modernos llevan doble hilera de toberas con una caja especial de registro que permite enviar a una u otra hilera el aire. Así cuando se obtura alguna tobera, se envía el aire a las toberas de la otra hilera. Al

quedarse sin viento la tobera se funde la escoria que la tapa y queda desobturada automáticamente.

Inmediatamente por encima del plano de toberas esta situada una caja de viento que rodea el cubilote y que recibe y distribuye a las toberas el aire necesario para la combustión, que es suministrado por un ventilador (en la figura) a una presión de 300mm. a 1000mm. de columna de agua

Ý, por fin, a unos 3,5 a 4,5m. Por encima del plano de toberas se encuentra la plataforma y puerta de carga o tragante, por la que se introducen las cargas alternadas de metal y cok mezclado con el fundente, que generalmente es caliza (CO3Ca).

Termina el cubilote con una cámara también cilíndrica pero de menos diámetro, denominada cámara de chispas, donde se precipitan las partículas incandescentes que arrastran los gases y que podrían producir incendios en los edificios vecinos.

REFRIGERACIÓN POR AGUA.- Los cubilotes modernos, que han de funcionar ininterrumpidamente largos periodos de tiempo, llevan camisas de agua para refrigeración de la zona de fusión; esta refrigeración exige un gasto de combustible algo mayor pero queda compensado con creces con el ahorro de refractario y gastos de reparación.

CARGA MECÁNICA.- Los cubilotes pequeños se cargan a mano, pero los grandes están provistos de montacargas verticales o inclinados, con descarga automática de las vagonetas en el tragante.

INSUFLACIÓN DE VIENTO CALIENTE.- Los cubilotes más modernos llevan instalación de precalentamiento del aire soplado hasta una temperatura de 400ºC utilizando el calor sensible y el de combustión completa de los gases extraídos del mismo cubilote, que se queman en un recuperador, por el que pasa previamente el aire soplado antes de ser introducido en el horno. El recalentamiento del aire soplado tiene las siguientes ventajas:

1º. Permite alcanzar temperaturas hasta de 1500ºC, lo que facilita la obtención de fundiciones blancas y especiales y las adiciones en el canal y en la cuchara de coladas.

2º. Se ahorra combustible.

3º. Permite emplear cok de calidad inferior.

ANTECRISOL.- La sangría del metal fundido, que en los cubilotes es intermitente, puede hacerse continua vertiendo el caldo en un antecrisol colocado junto a la piqueta de colada. Estos antecrisoles pueden ser fijos, de ladrillo refractario o bien móviles y basculantes, construidos con chapa revestida con refractario. Algunos llevan también un sistema de caldeo para mantener fundido el metal.

Los antecrisoles mejoran la calidad de a fundición haciéndola más homogénea, mejor desulfurada y con una mas completa separación de la escoria.

HORNOS DE REVERBERO

Los hornos de reverbero se utilizan para la fundición de piezas de grandes dimensiones, tanto de metales férreos como de metales no férreos, como cobre latón, bronce y aluminio.

Los hornos de reverbero son de poca altura y gran longitud. En uno de los extremos se encuentra el hogar donde se quema el combustible, y en el extremo opuesto la chimenea. Las llamas y productos de la combustión atraviesan el horno y son dirigidos, por la bóveda de forma adecuada hacia la solera del horno, donde está situada la carga del metal que se desea fundir. Esta carga se calienta, no solo por su contacto con las llamas y gases calientes sino también por el calor de radiación de la bóveda del horno de reverbero.

Aproximadamente, la superficie de la solera es unas tres veces mayor que la de la parrilla y sus dimensiones oscilan entre un ancho de 150 a 300cm. y una longitud de 450 a 1500cm. La capacidad de los hornos de reverbero es muy variable y oscila entre los 45 kg. a los 1000 kg. que tienen los empleados para la fusión de metales no férreos, hasta las 80 Tm. Que tienen los mayores empleados para la fusión de la fundición de hierro.

HORNOS ROTATIVOS

Los hornos rotativos están formados por una envoltura cilíndrica de acero, de eje sensiblemente horizontal, que termina con dos troncos de cono, uno en cada extremo. En uno de los extremos está situado el quemador y en el otro la salida de los gases quemados, que generalmente pasan por un sistema de recuperación de calor para precalentar el aire de soplado antes de ser evacuados por la chimenea. Todo el interior del horno está revestido con un material refractario. El combustible puede ser gasoil o carbón pulverizado.

Los hornos rotativos se han considerado como hornos de reverbero perfeccionados, ya que además de calentarse la carga por el contacto de las llamas y gases y por la radiación de a bóveda caliente, se calienta también por el contacto directo con la parte superior del horno, que al girar queda bajo la carga. Con esto se consigue un notable acortamiento del tiempo de fusión, pues se logra evitar el efecto aislante de la capa de escorias, que flota sobre el baño, que en los hornos de reverbero ordinarios dificulta el calentamiento de la masa del metal.

La capacidad de los hornos rotativos para la fusión de los metales varia ordinariamente entre los 50 kg. y las 5 Tm. Aunque se han llegado a construir hornos para la fabricación del acero de hasta 100 Tm. Los hornos pequeños se hacen girar, y los hornos grandes mecánicamente,

También se construyen hornos oscilantes que no llegan a girar, sino solamente oscilar de un lado a otro

Los hornos rotativos se emplean para fundir toda clase de metales y aleaciones, como cobre, bronce, latón, aluminio, fundiciones, maleables, aceros, etc.

HORNOS DE CRISOLES

Los crisoles so recipientes de arcilla mezclada con grafito y otras substancias, provistos de tapa para cierre hermético, que una vez cargados y cerrados se caldean en los denominados hornos de crisoles, utilizando como combustible carbón o, mas modernamente, gasoil.

La fusión en crisoles es uno de los procedimientos más antiguos y sencillos para elaborar metales, y todavía se emplea, y probablemente se empleara siempre por la economía de su instalación sobre todo para fundir pequeñas cantidades.

Los hornos de crisoles clásicos eran de tipo de foso, y se colocaban en ellos los crisoles rodeados de carbón, a una distancia mínima de 10cm. de las paredes del horno.

Pero los hornos de crisoles más modernos se construyen para el caldeo de un solo crisol, cuya parte superior sobresale del horno. Si los hornos son fijos se extrae el caldo con cuchara, pero también se construyen hornos de crisol basculantes. En los que la colada resulta más cómoda. En estos tipos de hornos se calienta primero el crisol vacío, hasta que llega al rojo cereza y después se carga.

La ventaja de los hornos de crisoles modernos, tanto fijos como basculantes, es que la carga queda totalmente aislada, y por tanto, no se altera su composición por efecto de los gases producidos en la combustión.

La duración de los crisoles no llega en general, a las veinticinco fusiones.

HORNOS ELÉCTRICOS

Los hornos eléctricos tienen grandes ventajas para la fusión de los metales, siendo las más destacadas las siguientes:

Pueden obtenerse temperaturas muy elevadas hasta de 3500ºC en algunos tipos de hornos eléctricos.

Puede controlarse la velocidad de elevación de temperatura, y mantener esta entre limites muy precisos, con regulaciones completamente automáticas.

La carga queda por completo libre de contaminación del gas combustible.

Puede controlarse perfectamente la atmósfera en contacto con la masa fundida, haciéndola oxidante o reductora a voluntad, e incluso en algún tipo de horno puede operarse en vacío.

Tienen mayor duración los revestimientos que en los demás tipos de hornos.

Se instalan en espacio reducido.

Su operación se realiza con mayor higiene que la de los hornos otros tipos.

Los tipos fundamentales de hornos eléctricos son los que a continuación se indican.

Hornos eléctricos de arco

Los hornos eléctricos de arco están formados por una cuba de chapa de acero revestida de material refractario, provista de electrodos de grafito o de carbón amorfo. Los electrodos de carbón amorfo se forman en el mismo horno, llenando las camisas que llevan los portaelectrodos de una mezcla formada por antracita, cok metalúrgico, cok de petróleo y grafito amasados con alquitrán.

Se emplean tres sistemas para producir el arco:

El arco no pasa por el baño, sino que salta entre los electrodos (horno Stassano). Este es el tipo más antiguo y apenas se emplea. El único horno de este tipo que aun se utiliza es el basculante, cuyo balanceo reparte perfectamente el calor acumulado por el refractario, ya que toda la superficie de este es bañada por el caldo al oscilar el horno. Estos hornos son monofásicos. Su capacidad oscila entre 25 y 250 kg., y se emplean para fundir hierro y metales no férreos, como cobre, latones e incluso níquel. El tiempo de la operación dura de 30 a 60 minutos. En los hornos más modernos el balanceo es producido automáticamente por un motor, al que conmutadores de fin de carrera invierten en sentido de su marcha y producen el balanceo característico.

El arco se cierra entre los electrodos y el baño, a través del cual pasa corriente (horno girod). Estos hornos tienen el inconveniente de que la solera debe ser conductora, generalmente construida con ladrillo de magnesita, y resulta frágil, por lo que han caído en desuso.

El arco salta entre los electrodos por intermedio del baño (Horno Heroult). Son los hornos más empleados, y aunque se construyen monofásicos, generalmente son trifásicos. Con los tres electrodos verticales dispuestos en los vértices de un triángulo equilátero. La cuba es cilindrica, revestida con un material ácido o básico, que reposa sobre ladrillos sílico-aluminosos ordinarios. La bóveda esta revestida de ladrillos de sílice, que resisten temperaturas de hasta 1600ºC, y es desplazable para facilitar la carga.

El cierre de estos hornos es hermético, logrando la estanqueidad de los orificios de paso, por medio de cilindros refrigerados por camisas de agua, que prolongan además la vida de los electrodos.

Los hornos modernos trabajan a tensiones comprendidas entre los 125 y 500 voltios, obteniéndose dentro de cada tensión la regulación de la intensidad y, por tanto, de la potencia del horno, por el alejamiento o acercamiento de los electrodos al baño, lo que se realiza automáticamente.

Casi todos los hornos de este tipo son basculantes para facilitar la colada. Los más modernos llevan un sistema de agitación electromagnética del baño por medio de una bobina montada bajo la solera del horno.

Los hornos eléctricos de arco se emplean para la fusión de acero, fundición de hierro, latones, bronces, aleaciones de níquel, etc.

Hornos eléctricos de inducción

En los hornos eléctricos de inducción, el calor se genera por corrientes inducidas por una corriente alterna. Se distinguen tres clases de hornos de inducción:

Hornos de baja frecuencia. En estos hornos el calor se produce por el efecto joule de la corriente inducida en el metal que se trata de fundir, que actúa como arrollamiento secundario de un transformador. Los primeros modelos estaban formados por un crisol en forma de anillo que constituía la espira del secundario de un transformador, cuyo primario estaba conectado a la red. Pero en la actualidad los hornos de esta clase están formados por un crisol cuyo fondo está en comunicación con un conducto circular, que forma la espira secundaria del transformador de inducción. El metal contenido en el conducto es el que se funde, desplazándose su masa y comunicando el calor al resto del material.

Hornos de alta frecuencia. En los hornos de alta frecuencia el calor lo producen las corrientes de Foucault, ordinariamente consideradas como parásitas, inducidas en el metal, que actúa como núcleo de un solenoide o arrollamiento primario. Estos hornos están formados por un crisol refractario que contiene el metal, rodeado de un arrollamiento de tubo de cobre por el que circula una corriente de alta frecuencia, que crea un campo magnético variable, calentándose la masa de metal contenida en el crisol por las corrientes de Foucault inducidas por el campo magnético. El tubo de cobre del arrollamiento que rodea el crisol está refrigerado por agua que circula en su interior. En general las frecuencias de las corrientes eléctricas para la alimentación de este tipo de hornos, varia de 300 a 30000 ciclos por segundo, producidas por osciladores de tubos catódicos. La potencia del horno y por tanto, la temperatura, se regula variando la frecuencia. Los hornos eléctricos de alta frecuencia tienen la ventaja de que en ellos puede fundirse cualquier metal o aleación en las condiciones más rigurosas, en atmósferas especiales o al vacío, ya que los hornos pueden trabajar herméticamente cerrados. Tienen el inconveniente de su elevado coste de instalación, que todavía encarece mas la necesidad de instalar condensadores para mejorar el factor de potencia que es muy bajo. Por todo esto no se emplean, generalmente, mas que para fundir metales preciosos, níquel y aleaciones de níquel, aceros inoxidables y en experiencias de laboratorio.

Hornos electrónicos. En los 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 (frecuencias de radio). Estos hornos también denominados de perdidas dieléctricas, se emplean para aplicaciones para las que sus cualidades especificas los hagan muy superiores, desde el punto de vista técnico, a los demás hornos, compensando así el mayor coste de la fusión.

CUALIDADES DE LOS HORNOS ELÉCTRICOS DE INDUCCIÓN.- Los hornos eléctricos de inducción se emplean cada día más para la fusión de metales, pues tienen las siguientes cualidades:

Su rendimiento es muy elevado, por generarse calor únicamente en la masa metálica a fundir.

Las corrientes electromagnéticas que circulan por el metal producen movimientos en la masa fundida, que uniformizan su composición.

La temperatura puede regularse con gran precisión.

Con estos hornos es posible fundir en vacío.

Las perdidas por volatilización y oxidación son muy reducidas.

Hornos eléctricos de resistencia

En los hornos eléctricos de resistencia, el calor está producido por el efecto Joule al circular una corriente eléctrica por una resistencia. Se fabrican dos clases de hornos de este tipo para fusión de metales, que son los siguientes:

Hornos eléctricos de crisol. Estos hornos están formados por un crisol rodeado por cintas o varillas de aleaciones de níquel-cromo de alta resistividad que se calienta fuertemente al circular por ellas la corriente eléctrica. Estos hornos sólo se emplean para fundir aleaciones de bajo punto de fusión, como las de soldadura, tipos de imprenta, aleaciones antifricción para cojinetes y aleaciones de aluminio.

Hornos eléctricos de reverbero. Se construyen actualmente dos clases de hornos, de resistencia metálica y de resistencia de grafito. En los hornos eléctricos de resistencia metálica, se produce el calor al circular la corriente eléctrica por resistencias de aleación niquel-cromo de gran sección, alojadas en la bóveda del horno. Estos hornos se utilizan exclusivamente para aleaciones cuya temperatura de fusión sea inferior a 1000ºC. Los hornos eléctricos de resistencia de grafito, están formados por una envuelta cilindrica, por cuyo eje horizontal, pasa una barra de grafito, que se calienta al circular por ella la corriente eléctrica. Estos hornos son oscilantes, lo que permite bañar con el metal liquido todo el revestimiento refractario y aprovechar así, directamente, el calor acumulado por este. Los hornos de resistencia de grafito se emplean para la fusión de fundiciones especiales y aleaciones de cobre a temperaturas que pueden llegar hasta los 1350ºC.

BALANCE ENERGETICO

GENERALIDADES

El balance energético de un horno varía fundamentalmente de un horno continuo a uno intermitente. En los hornos continuos interviene la producción en kg/h o en t/h, mientras

que en los intermitentes es más importante la carga introducida en cada operación en kg o en t.

La temperatura en los hornos continuos es prácticamente constante en cada zona a lo largo del tiempo, y la temperatura de la carga varia a lo largo del horno desde la entrada hasta la salida. En los hornos intermitentes la temperatura de la carga varía a lo largo del tiempo, pero se mantiene relativamente constante en todo el horno en un instante dado.

Respecto a los hornos intermitentes deben distinguirse:

Los procesos en los que la temperatura de regulación del horno permanece prácticamente constante.

Los procesos en los que la temperatura del horno sigue un ciclo de calentamiento, mantenimiento y enfriamiento sin extraer la carga del interior del horno.

En los primeros, al introducir la carga, baja, evidentemente, la temperatura del horno, se enfría el revestimiento, aunque cede su calor a la carga, pero la energía cedida por los elementos calefactores se utiliza e calentar el revestimiento nuevamente y la carga hasta la temperatura de regulación del horno, cuyo valor de consigna ha permanecido constante.

En los segundos, al introducir la carga, el horno está a baja temperatura y se calientan simultáneamente la carga y el revestimiento con todos los elementos del interior del horno. Después de un periodo de mantenimiento a la temperatura fijada, la carga se enfría en el interior del horno juntamente con el revestimiento. Es fundamental, por tanto, el calor absorbido por el revestimiento, durante el calentamiento, y cedido en el enfriamiento.

Debe aclararse que el concepto de temperatura del horno es bastante convencional:

Los elementos calefactores (llamas o resistencias eléctricas conectadas) tendrán la mayor temperatura.

La carga, incluso al final del periodo de calentamiento, estará a menor temperatura.

El revestimiento tendrá probablemente, una temperatura mayor a la de la carga e inferior a la de los elementos calefactores. Un termopar con su caña de protección señalara una temperatura intermedia entre las tres citadas que se denomina temperatura del horno.

COMPONENTES BÁSICOS DEL BALANCE ENERGÉTICO

El consumo de energía de un proceso en un horno industrial es una de sus características principales. Se determina calculando los componentes del balance energético, cuando se trata del diseño, o midiéndolos en su funcionamiento real, cuando se trata de un horno construido.

El balance energético se establece tomando como base la producción horaria, en los hornos continuos, y el ciclo completo de una carga, en los hornos intermitentes. Sin embargo, es frecuente que muchos hornos continuos funcionen únicamente durante uno o dos turnos de trabajo al día, por lo que las perdidas de calor, durante las horas de parada del horno, deben también tenerse en cuenta. En todo balance energético es fundamental que las condiciones al final del periodo en que se hacen las mediciones sean las mismas que al comienzo. Por ello, en los hornos intermitentes las mediciones cubren una carga completa o un ciclo completo, y en los hornos continuos las condiciones de trabajo deben ser lo suficientemente constantes como para que las pequeñas variaciones que se produzcan sean despreciables.

Ente los componentes de un balance energético se distinguen los que suponen aportación de calor al proceso y los que absorben calor del sistema.

Aportación de calor

Por las resistencias de calentamiento. Durante el calentamiento de la carga las resistencias están conectadas todo el tiempo, por lo que aportan al horno su potencia nominal, hasta que hasta que la temperatura llega a la de regulación, instante a partir del cual se reduce la potencia conectada. Esto se produce utilizando energía eléctrica para calentar el horno, si se utilizara otro tipo de medio para calentar el horno la temperatura no se regularía tan fácilmente. En los hornos provistos de ventiladores de recirculación debe tenerse en cuenta la energía aportada por dichos ventiladores al interior del horno, que es la energía absorbida en el eje del ventilador y transformada íntegramente en calor, dicha energía disminuye sensiblemente al aumentar la temperatura del horno.

Calor de reacciones exotérmicas. En hornos de recalentar para la industria siderúrgica; se incluye aquí el calor producido en la oxidación de la carga que da lugar a la formación de la cascarilla.

Absorción de calor

Calor útil requerido para calentar y/o fundir la carga.

Calor perdido por la escoria. Debe tenerse en cuenta sobre todo en los hornos de fusión.

Calor a contenedores y soportes de carga.

Calor de reacciones endotérmicas. Es tipo de los hornos de calcinación y de fusión.

Perdidas de calor por conducción a través de las paredes

Pérdidas de calor por aberturas

Pérdidas de calor por el agua de refrigeración

Pérdidas del calor acumulado en el revestimiento.

Pérdidas de calor incontroladas o que resultan imposibles de medición.

BALANCE ENERGÉTICO EN FUNCIONAMIENTO ESTABLE

Denominamos funcionamiento estable de un horno al que es repetitivo a lo largo del tiempo en cuanto a las condiciones de trabajo, sin paradas o cambios importantes en el proceso, sobre todo de temperatura. En un horno continuo supone constancia en las cargas, temperaturas de regulación de las diferentes zonas, velocidades de avance o tiempos de tratamientos constantes a lo largo de un periodo prolongado sin paradas durante la noche, fines de semana, etc.

En un horno discontinuo, que opera por ciclos con enfriamiento del horno, dichos ciclos se repiten sucesivamente sin cambios en las cargas y temperaturas de proceso. Tiene especial importancia el calor almacenado en el revestimiento, del cual una parte importante se pierde en cada ciclo. En los hornos intermitentes de fusión o de mantenimiento, se mantienen constantes las temperaturas del proceso, siendo irrelevantes en el balance energético las pérdidas por calor almacenado.

En el funcionamiento de un horno debe verificarse:

Calor aportado = Calor absorbido

Indico a continuación dos balances energéticos para un horno continuo y otro discontinuo.

Horno continuo

Potencia a la carga útil.................................. qu = 58%

Potencia a las bandejas.................................. qct = 20%

Pérdida por las paredes.................................. qp = 11%

Perdida por las puertas................................... qr = 7%

Calentamiento de la atmósfera....................... qa = 4%

Potencia media total....................................... pm = 100%

Horno intermitente.

Energía útil a la carga....................................qu = 50%

Energía a los contenedores.............................qct = 20%

Pérdidas por las paredes.................................qp = 26,8%

Perdidas por radiación en desplazamiento.....qr = 2%

Perdidas adicionales.......................................qin = 1,2%

Consumo total.................................................ct = 100%

Tanto en hornos continuos como intermitentes, no deben olvidarse dos componentes del consumo energético:

Calor de vaporización de los líquidos que se introduzcan en el horno por requerimientos del proceso y de la posterior disociación del líquido en componentes químicos más elementales.

Calor de vaporización del agua o líquido arrastrado por las piezas de un proceso anterior.

BALANCE ENERGÉTICO EN FUNCIONAMIENTO REAL

El balance energético en funcionamiento estable (producción nominal del horno sin variar las condiciones de trabajo) es aplicable a unos periodos no muy extendidos en el tiempo, ya que en su funcionamiento real es frecuente:

Un cambio en las condiciones del proceso.

Operar con diferentes cargas o producciones de trabajo.

Realizar paradas por: modificaciones en los procesos posteriores al horno, exigencias de mantenimiento, paradas en lasque el horno se desconecta o se mantiene a temperaturas reducidas, etc.

Un cambio de los parámetros de funcionamiento del horno puede suponer un considerable aumento de la energía consumida. Si es preciso elevar las temperaturas de regulación de las distintas zonas que componen el horno, es necesario, por una parte calentar el horno a las mayores temperaturas, lo que requiere energía, y además parar la producción del horno hasta que se alcance el nuevo régimen, lo que da lugar a perdidas de calor sin producción. La energía requerida para calentar el horno y las perdidas de calor, durante el tiempo de calentamiento sin producción, pueden elevar considerablemente el consumo medio.

Si el horno va a operar a un régimen de temperaturas inferior al anterior, es preciso destinar un tiempo de enfriamiento sin producción, durante el que las perdidas de calor se mantienen prácticamente constantes y que deberán tenerse en cuenta en el balance energético correspondiente.

Los tiempos de calentamiento o enfriamiento antes citados son reducidos en hornos con aislamientos a base de fibras cerámicas, pero pueden ser de varias horas cuando se han utilizados ladrillos u hormigones refractarios y aislantes.

El consumo en los periodos de mantenimiento a temperatura tiene una gran importancia en el consumo energético medio correspondiente a un periodo prolongado.

Además, deben considerarse los períodos de parada total, a los que sigue un calentamiento del horno hasta su puesta a temperatura de régimen que exige una gran cantidad de energía y que, para evitar daños en el revestimiento (a causa del dilatamiento que sufre el revestimiento al aumentar la temperatura), debe hacerse a una velocidad adecuada.

Es frecuente que el calculo del balance energético en funcionamiento estable se haga con meticulosidad, desglosando en detalle todos sus componentes, mientras que el calculo de los consumos energéticos en los periodos de mantenimiento y de parada parcial o total se realice de una forma aproximada y poco minuciosa, lo que puede conducir a una estimación del consumo energético medio muy inferior al real. Es cierto que el calculo de los consumos en los periodos de calentamiento del horno, es complejo y requiere una cierta experiencia deducida de experiencias anteriores, pero es muy peligroso deducir cifras de consumo sin cálculos adecuados, ya que los errores pueden ser muy importantes cuantitativamente.

BIBLIOGRAFIA

J. ASTIGARRAGA. “Hornos industriales de resistencia”. Ed. MC Graw Hill

H. ARIAS, J.M. LASHERAS. “Tecnología mecánica”. Ed. Donostiarra

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Fundición grisDe Wikipedia, la enciclopedia libre

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Bloque motor fundido.

Se denomina fundición al proceso de fabricación de piezas, generalmente en bruto, es decir necesitadas de mecanizados posteriores de acabado, cuya materia prima son aleaciónes metálicas y consistente en fundir la colada líquida del material en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica.

El proceso tradicional es la fundición en arena, por ser ésta un material refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla, adquiere cohesión y moldeabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido. Una de las fundiciones más populares que se realizan son las correspondientes a las de las aleaciones que forman el hierro y el carbono como elementos principales.

Contenido[ocultar]

1 Características de las fundiciones férricas (Fe-C) 2 Características de la fundición gris 3 Propiedades de la fundición gris 4 Referencias 5 Véase también 6 Enlaces externos

[editar] Características de las fundiciones férricas (Fe-C)

Las fundiciones férricas son aleaciones de hierro y carbono cuyo porcentaje está comprendido entre el 2,11 % y el 5%, también contiene cantidades de silicio del 2 al 4%, de manganeso hasta 1%, y porcentajes menores de azufre y fósforo. Se caracterizan porque su colada se puede vaciar del horno cubilote para obtener piezas de muy diferente tamaño y complejidad de acuerdo con sus moldes. Las piezas de fundición de hierro no pueden ser sometidas a deformación plástica, no son dúctiles ni maleables y poco soldables pero sí maquinables, relativamente duras y resistentes al desgaste.

Las fundiciones tienen innumerables aplicaciones y sus ventajas más importantes son:

Más fáciles de mecanizar que los aceros. Se pueden fundir piezas de diferente tamaño y complejidad. No se necesitan equipos ni hornos muy costosos. Absorben bien las vibraciones mecánicas y actúan como autolubricantes. Son resistentes al choque térmico, y tienen buena resistencia al desgaste.

De acuerdo con la apariencia de su fractura, las fundiciones férricas se conocen como grises, blancas, atruchadas, aunque también existen las fundiciones maleables, nodulares y especiales o aleadas.[1]

[editar] Características de la fundición gris

Las llamadas fundiciones grises son las más utilizadas en la industria metalúrgica para la producción de piezas que requieran operaciones de mecanizado finales debido a que son muy mecanizables en todo tipo de máquinas herramienta excepto en rectificadoras, admiten bien el taladrado, el roscado y son soldables. Sus principales aplicaciones son la fabricación de bancadas de máquinas, bloques de motores térmicos, piezas de cerrajería, etc.[2]

Las fundiciones grises son aleaciones hipoeutécticas que contienen entre 2,5 y 4% de carbono, además tienen pequeños porcentajes de fósforo y silicio. Funde entre los 1390 y 1420 °C(temperaturas usadas por poder salir con poros si va frio o calcinadas si van

calientes). Tiene un peso específico de (7-7,2) según sea la composición, es muy fluida y tiene la propiedad de llenar bien los moldes por dilatación al solidificarse, la superficie de su fractura es de color gris. Se caracteriza porque una parte del carbono se separa en forma de grafito al solidificarse.

Cuando la fundición gris está constituida por mezcla de grafito y ferrita es la más blanda y la que menor resistencia mecánica presenta; la resistencia a la tracción y la dureza aumentan con la cantidad de carbono combinada que existe, alcanzando su valor máximo en la fundición gris perlítica.[3]

[editar] Propiedades de la fundición gris

Resistencia a la tracción: la fundiciíon gris tiene una carga de rotura a la tracción pequeña, en torno a los 15 kg/mm² y llega a los 30 , 40 y 45 kg/ mm² según sea su composición.

Resistencia a la compresión esta resistencia es mayor, y para las fundiciones grises normales resulta cerca de tres veces la de la tracción, por eso, sus aplicaciones principales se da en piezas sometidas a esfuerzos de compresión, más bien que a los de tracción.

Resistencia a la flexión: puesto que en la flexión las fibras del elemento quedan tensas en la parte convexa, y comprimidas en la cóncava, la resistencia a la flexión varia según la orientacion de la sección.

Resistencia al choque: el choque y la resiliencia son solicitaciones dinámicas, y en su confrontación la fundición se comporta de un modo particular. Las fundiciones grises , resisten muy mal los choques y son frágiles porque no sufren deformaciones plásticas.

Dureza: la dureza de la fundición gris es relativamente elevada, esta varía entre 140 a 250 Brinell según sea su composición. A pesar de su elevada dureza se puede mecanizar fácilmente, porque la viruta se desprende mejor y por la presencia de grafito liberado, que lubrica el paso de la viruta sobre el corte de la herramienta.

Resistencia química: la fundición tiene poca resistencia química, y se deteriora con los ácidos, los álcalis y las oxidaciones.

Otras propiedades: la fundición gris no es dúctil, no es maleable; se puede soldar al latón; en la soldadura oxiacetilénica y en la eléctrica de arco. La fundición puede recibir baño

PRODUCTOS• Piezas de fundición GRIS o NODULAR  - Molinos a viento.  - Transporte Automotor.  - Máquinas y herramientas para el agro.  - Trabajos a Medida

• Repuestos para el Agro  - Bancadas, separadores, para rastras.  - Engranajes para sembradoras.  - Contrapesos para cosechadoras y tractores.  - Otros.

• Repuestos para la Industria.   - Arroceras (molinos y bombeo).  - Papeleras.  - Curtiembres.

  - Otros.

• PADMET  - Cocinas.  - Salamandras.  - Termotanques.  - Flechas y bochas para verjas.  - Adornos de columnas.  - Rondanas para portones.  - Patas y bancos para plazas y jardines.  - Pesas para gimnasia.  - Horno asador.

Laminación en FríoLa laminación en frío es el proceso madiante el que se reduce el grosor y la planitud del acero, aluminio u otros metales en temperaturas inferiores a la del proceso de laminación en caliente. Russula ha implementado proyectos de automatización de alta velocidad de laminación en frío en los siguientes tipos de laminadores:

Laminadores Tándem Laminadores de Decapado y Tándem Acoplados Laminadores en frío reversible Laminadores de "Skin-pass" Laminadores tipo Cluster para acero inoxidable

Control de Laminación en FríoEl control de los parámetros del grosor y la planitud de la lámina es muy importante; los algoritmos son usados continuamente para calcular y ajustar el control de grosor y la distancia entre dos rodillos. El control se puede resumir en las cuatro funciones siguientes:

Control de Planitud, incluyendo refrigeración, flexión, e inclinación de rodillos.

Control Hidráulico de Apertura de rodillos (HGC), que actúa sobre la fuerza de apriete y la posición de los rodillos.

Control de Alargamiento. Control de Espesor, incluyendo control Feed-forward y caudal másico.

Las principales ventajas alcanzadas como resultado de una correcta automatización en trenes de laminación son:

Produce láminas con mínimas tolerancias. Alta productividad para grados de acero carbón, inoxidables y especiales.

El laminado en frío

El laminado en frío es a metalurgia proceso en el cual el metal es deformido pasándolo a través de los rodillos en una temperatura debajo de su recristalización temperatura. El laminado en frío aumenta la fuerza de la producción y la dureza de un metal introduciendo defectos en la estructura cristalina del metal. Estos defectos previenen resbalón adicional y pueden reducir el tamaño de grano del metal, dando por resultado El endurecer de Pasillo-Petch.

El laminado en frío es el más de uso frecuente disminuir el grueso del metal de la placa y de hoja.

Contenido

1 Metalurgia física de laminado en frío 2 Grado de trabajo frío 3 El laminado en frío como proceso de fabricación 4 Referencias 5 Referencias

Metalurgia física de laminado en frío

El laminado en frío es un método de funcionamiento frío un metal. Cuando un metal es frío trabajado, los defectos microscópicos son nucleated a través del área deformida. Estos defectos pueden ser los defectos del punto (una vacante en el enrejado cristalino) o una línea defecto (un medio plano adicional de los átomos atorados en un cristal). Mientras que los defectos acumulan con la deformación, llega a ser cada vez más más difícil para resbalón, o el movimiento de defectos, ocurrir. Esto da lugar a endurecer del metal.

Si bastantes granos partidos aparte, a grano pueden partir en dos o más granos para reducir al mínimo la energía de tensión del sistema. Cuando los granos grandes parten en granos

más pequeños, la aleación endurece como resultado de Relación de Pasillo-Petch. Si se continúa el trabajo frío, el metal endurecido puede fracturar.

Durante laminado en frío, el metal absorbe energía mucha, algo de esta energía se utiliza a los defectos del nucleate y del movimiento (y deforma posteriormente el metal). El resto de la energía se lanza como calor.

Mientras que el laminado en frío aumenta la dureza y la fuerza de un metal, también da lugar a una disminución grande de la ductilidad. Así los metales consolidados laminado en frío son más sensibles a la presencia de grietas y son fractura frágil propensa.

Un metal que ha sido endurecido laminado en frío se puede ablandar cerca recocido. El recocido relevará tensiones, permitirá crecimiento del grano, y restaurará las características originales de la aleación. La ductilidad también es restaurada por el recocido. Así, después de recocer, el metal puede laminado en frío más a fondo sin fracturar.

Grado de trabajo frío

El metal laminado en frío se da un grado basado en el grado que era frío trabajado. el metal “Piel-rodado” experimenta el menos balanceo, siendo comprimido solamente 0.5-1% para endurecer la superficie del metal y para hacerla más fácilmente realizable para procesos más últimos. Grados más altos son “duros cuarto,” “a medias difícilmente” y “por completo difícilmente”; en el último de éstos, el grueso del metal es reducido por el 50%.

El laminado en frío como proceso de fabricación

El laminado en frío es un proceso de fabricación común. Es de uso frecuente formar el metal de hoja. Las latas de la bebida son cerradas rodando, y las latas de acero del alimento son consolidadas rodando costillas en sus lados. Los molinos de balanceo son de uso general reducir exacto el grueso de los metales de la tira y de hoja.

Referencias

Caña-Colina, Roberto y otros., “Principios físicos de la metalurgia”. 3ro edición. PWS Boston. ISBN 9780534921736

LAMINADO EN CALIENTE

Primero que todo para entender que es el laminado en caliente se debe definir lo que es laminado.

La laminación del acero es la deformación plástica de los metales o aleaciones, realizada por la deformación mecánica entre cilindros.

En el proceso de laminado en caliente (Fig. 1), el lingote colado se calienta al rojo vivo en un horno denominado foso de termodifusión (Fig.2.), donde básicamente las palanquillas o tochos, se elevan a una temperatura entre los 900°C y los 1.200°C. Estas se calientan con el fin de proporcionar ductilidad y maleabilidad para que sea más fácil la reducción de área a la cual va a ser sometido.

Durante el proceso de calentamiento de las palanquillas se debe tener en cuenta:

Una temperatura alta de calentamiento del acero puede originar un crecimiento excesivo de los granos y un defecto llamado “quemado” del acero que origina grietas que no son eliminables.

Una temperatura baja de calentamiento origina la disminución de la plasticidad del acero, eleva la resistencia de deformación y puede originar grietas durante la laminación.

Por tanto la temperatura óptima de trabajo no es un solo valor, sino que varía en cierto rango de temperatura entre un límite superior y un límite inferior.

Fig. 2. Foso de termofusión

A continuación del proceso de calentamiento se hace pasar los lingotes entre una serie de rodillos metálicos colocados en pares que lo aplastan hasta darle la forma y tamaño deseados.

La distancia entre los rodillos va disminuyendo a medida que se reduce el espesor del acero.

El primer par de rodillos por el que pasa el lingote se conoce como tren de desbaste o de eliminación de asperezas. Después del tren de desbaste, el acero pasa a trenes de laminado

en bruto y a los trenes de acabado que lo reducen a láminas con la sección transversal correcta.

Los trenes o rodillos de laminado continuo producen tiras y láminas con anchuras de hasta 2,5 m. Estos laminadores procesan con rapidez la chapa de acero antes de que se enfríe y no pueda ser trabajada. Las planchas de acero caliente de más de 10 cm. de espesor se pasan por una serie de cilindros que reducen progresivamente su espesor hasta unos 0,1 cm. y aumentan su longitud de 4 a 370 metros. Los trenes de laminado continuo están equipados con una serie de accesorios como rodillos de borde, aparatos de decapado o eliminación y dispositivos para enrollar de modo automático la chapa cuando llega al final del tren. Los rodillos de borde son grupos de rodillos verticales situados a ambos lados de la lámina para mantener su anchura. Los aparatos de decapado eliminan la costra que se forma en la superficie de la lámina apartándola mecánicamente, retirándola mediante un chorro de aire o doblando de forma abrupta la chapa en algún punto del recorrido. Las bobinas de chapa terminadas se colocan sobre una cinta transportadora y se llevan a otro lugar para ser recocidas y cortadas en chapas individuales.

A demás de las chapas de acero también se pueden producir perfiles con formas (en H, en T o en L) esto se hace por medio de rodillos que tienen estrías que proporcionar la forma adecuada (Fig.3.).

Fig. 3. Laminado de forma

CONCLUSIONES

El principal factor que se debe controlar en el proceso de laminado en caliente, es la temperatura a la cual se esta calentando el acero. Si el calentamiento es insuficiente el metal será más difícil de trabajar debido a que posee una menor ductilidad y maleabilidad propiedades que se le confieren al calentarlos a una temperatura adecuada.

El proceso de laminado en caliente debe seguir una secuencia: primero calentamiento, pasar la chapa por el tren de desbaste, luego por el tren de laminación y por ultimo el tren de acabado. Si no se respeta esta secuencia se presentan diversos problemas tales como: desgaste excesivo de los rodillos de laminación, excesiva potencia para realizar el trabajo, etc.

BIBLIOGRAFIA

Archivo Internet. Realización del proceso de laminación en caliente en SIDELPA. www.sidelpa.com

V

Laminados en Caliente

Los productos laminados en caliente se producen aplicando un proceso termomecánico para reducción del espesor del planchón sometido a altas temperaturas. Son utilizados por una variedad de consumidores industriales en usos tales como la fabricación de ruedas, piezas automotrices, tubos, cilindros de gas, entre otros. También se emplean en la construcción de edificios, puentes, ferrocarriles y chasis de automóviles o camiones. Los productos laminados en Caliente se pueden proveer como bobinas o láminas

cortadas a una longitud específica. Estos productos también sirven como entrada para la producción de productos Laminados en Frío. Sectores a los cuales está destinado: Industrial, Soldadura, Construcción, Ductos y Tubos soldados, Envases, Automotriz y Forja.

Laminados en Caliente

Los productos laminados en caliente se producen aplicando un proceso termomecánico para reducción del espesor del planchón sometido a altas temperaturas. Son utilizados por una variedad de consumidores industriales en usos tales como la fabricación de ruedas, piezas automotrices, tubos, cilindros de gas, entre otros. También se emplean en la construcción de edificios, puentes, ferrocarriles y chasis de automóviles o camiones. Los productos laminados en Caliente se pueden proveer como bobinas o láminas cortadas a una longitud

específica. Estos productos también sirven como entrada para la producción de productos Laminados en Frío. Sectores a los cuales está destinado: Industrial, Soldadura, Construcción, Ductos y Tubos soldados, Envases, Automotriz y Forja.