Capitulo vii hornos

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hornos del Inge Fausto

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Capitulo vii hornos

  1. 1. Hornos para Fundición I Cantidad de calor Se Necesita producir el calor suficiente para fundir y llegar a la temperatura de colado del metal de la pieza a producir, por lo tanto se requiere producir el calor suficiente para llegar a la temperatura de fusión, para fundirlo y para sobrecalentarlo a la temperatura de colado. Esta operación se lo realiza en los HORNOS para fusión de metales. En el cuadro se tiene los valores correspondientes al calor específico de diferentes metales en estado sólido y liquido, así como el calor latente. Para el cálculo del calor necesario para llegar a la temperatura de colado se aplica la siguiente formula: Q = (Q1 + Q2 + Q3) Kcal. Q = Cp. M (T2 - T1) Q1 = Cps.M (T2 - Tamb) Q2 = Cl.M Q3 = Cpl.M (Tc - Tl)
  2. 2. Donde: Q = Calor necesario para llegar a la temperatura de colado. Q1 = Calor necesario para llegar a la temperatura de fusión. Q2 = Calor necesario para fundir el metal. Q3 = Calor necesario para llegar a la temperatura de colado. Cps = Calor específico en estado sólido. M = Masa des metal a colar. T2 = Temperatura de fusión. Tamb = Temperatura ambiente. Cl = Calor latente. Cpl = Calor específico en estado liquido. Hay que considerar que la cantidad calculada por la formula arriba indicada no es el total del calor necesario producir, para calcular este valor necesitamos considerar el rendimiento del horno, el cual en el caso de hornos de combustible es bastante bajo, esta en el orden de 20%. II Formas de calentamiento. Existen dos formas fundamentales de calentamiento de hornos: Por combustible y Por energía eléctrica. 1) Combustible. a. Definición de combustión.- Es una combinación rápida de una sustancia con el oxígeno con aumento de temperatura y desarrollo de calor. Los elementos indispensables para que se produzca una combustión son: - Comburente. - Combustible. Además de estos elementos presentes, para que se produzca la combustión es indispensable llegar a la temperatura de encendido de los combustibles, en la próxima tabla se presenta algunas temperaturas de encendido. b. Clasificación de los combustibles.- De acuerdo a su presentación los combustibles se clasifican en: Sólido, Líquidos y, Gaseosos. De acuerdo a su origen en: Naturales y Artificiales.
  3. 3. Cada combustible tiene su determinada capacidad de producir calor, la cual esta determinada por el poder calorífico, este concepto indica la cantidad de calor que puede producir una determinada cantidad de masa de combustible. 2) Por energía eléctrica. La energía eléctrica se transforma en energía térmica de acuerdo a la ley de Joule que señala que el calor generado en un circuito eléctrico es igual al cuadrado de la intensidad de corriente I2, por la resistencia ohmica R, por el tiempo t en segundos, durante los cuales fluye la corriente, por
  4. 4. 0,00024,que es la cantidad de calor en calorías desarrollada por un amperio que pasa por un conductor de resistencia de 1 ohm durante un segundo. Es decir: Q = 0,00042. I2.R.t Kcal y: R = K.(ϕ.l/s)j donde: ϕ = resistividad promedio l = longitud de la resistencia s = sección. K = 0,864 sí I en amp. y R en Ohmios(Ω). III- Materiales refractarios Los materiales refractarios se utilizan para construir las paredes, soleras y bóvedas de los hornos, dependiendo del tipo de horno e incluso de la zona del mismo, Igualmente dependiendo del tipo de horno, se utiliza diferentes materiales refractarios, los cuales tienen la cualidad de resistir a altas temperaturas, el choque térmico y tienen un bajo coeficiente de conductividad térmica. Clasificación. Los refractarios se clasifican en: a) Ácidos ( SiO2);resistentes a altas temperaturas, reacciona con otros elementos (refractarios, cenizas, escorias, fundentes). b) Básicos ( CaO o MgO). Resistente a altas temperaturas, reaccionan con elementos ácidos. c) Neutros (alúminas; Al2O3; Al2O3.SiO2). Resistentes a altas temperaturas y no reaccionan. V- Clasificación de los hornos y sus usos.
  5. 5. Considerando la forma de calentamiento los hornos se dividen en: A.- De Combustible: A1.-En contacto Llama y carga: Reverbero A2.-Sin contacto Llama y carga: Crisol móvil Basculante B.- Hornos Eléctricos: B1.-De Resistencia: De Arco: Radiante B2.- Inducción Sin núcleo La fusión de los metales y aleaciones tiene lugar en hornos específicos para cada clase de metal y aleación, al tamaño o cantidad de piezas a moldear y también al tipo de taller de fundición. Estos hornos sirven para la realización correcta de la fusión de los metales; es necesario que el fundidor que dirige la operación un profundo conocimiento de los factores y elementos que intervienen en la fusión, debiendo estar, además, apoyado en lo posible por un laboratorio para ensayos rápidos que permitan corregir la marcha de la fusión y sobre todo la composición del material para que se ajuste a las características deseadas. V.- Cubilotes 1.- Estructura. Los cubilotes son hornos cilíndricos verticales compuestos de una envoltura de chapa de acero de 3 a 6 mm. de espesor, con un revestimiento interior de mampostería refractaria de unos 250 mm. de espesor, y de una capa de aislante de unos 20 a 50
  6. 6. mm. El horno descansa sobre cuatro columnas metálicas denominadas columnas de apoyo(3). La base de los cubilotes lleva compuertas (1 y 2) que se abren después de las coladas, para vaciar todas las escorias acumuladas allí. En el frente y a nivel del fondo tienen los cubilotes un agujero denominado piquera de colada(16), para la extracción del metal fundido. A este agujero va adosado un canal de chapa con revestimiento refractario, que produce el metal en estado líquido a las cucharas de colada o al antecrisol. En la parte posterior del horno, a un plano m s alto, hay otro agujero para la extracción de las escorias, por lo que se denomina piquera de escoria o escorial. El volumen del metal fundido que puede contener el cubilote es el comprendido entre el plano horizontal que pasa por la piquera de escorias y el fondo del cubilote, a cuyo nivel, como hemos dicho antes,
  7. 7. esta la piquera de colada. Esta parte del cubilote de denomina crisol(Zona V) y su volumen esta calculado para que pueda contener, como máximo, dos cargas metálicas fundidas. A unos 200 mm. por encima del plano de la piquera de escorias se encuentra el plano de toberas(6) de entrada de aire, espaciadas unas de otras regularmente en la circunferencia del cubilote y en la cantidad aproximada de una por cada 15 cm. del di metro del horno. En general, el número de toberas oscila entre 4 y 8. Los cubilotes modernos llevan doble hilera de toberas con una caja especial de registro que permite enviar el aire a una u otra hilera. Así cuando se obtura alguna tobera, se envía el aire a las toberas de la otra hilera. Al quedarse sin viento la tobera obstruida, se funde la escoria que la tapa y queda desobturada automáticamente. Inmediatamente por encima del plano de toberas está situada una caja de viento(7) que rodea el cubilote y que recibe y distribuye a las toberas el aire necesario para la combustión, que es suministrado por un ventilador a una presión de 300 mm. a 1.000 mm. de columna de agua. Y, por fin, a unos 3,5 a 4,5 metros por encima del plano de toberas se encuentra la plataforma y puerta de carga o tragante(13), por la que se introducen las cargas alternadas de metal y coke mezclado con ‚el fundente, que generalmente es caliza. Termina el cubilote con una cámara también cilíndrica pero de menor diámetro denominada cámara de chispas(12), donde se precipitan las partículas incandescentes que arrastran los gases y que podrían producir incendios en los edificios vecinos. La capacidad de producción del cubilote es función de su diámetro interno y puede calcularse aproximadamente por la fórmula P = 6Dý siendo D el diámetro interior del cubilote expresado en metros y P la capacidad de producción de toneladas-hora. Para mejorar el rendimiento del cubilote se puede utilizar flujo de aire precalentado, a una temperatura de 400ºC. También, si se desea aumentar la vida útil de los refractarios de la zona más caliente, se puede utilizar refrigeración por medio de camisas de agua. 2.- Encendido del cubilote El encendido es la operación más importante para obtener una buena marcha del cubilote. El combustible utilizado en el cubilote es siempre coke metalúrgico obtenido de la destilación de la hulla.
  8. 8. El tamaño del coke para encendido debe ser 1/7 a 1/8 del diámetro interior del cubilote. La cantidad de coke necesaria para el primer encendido debe ser suficiente para llenar el crisol y formar el lecho de fusión, cuya altura a partir del eje de toberas viene dada por El encendido se realiza de la siguiente manera: se cierran las compuertas de limpieza del fondo del cubilote y se dejan abiertas piquera, escorial y toberas. Se coloca leña en el fondo del cubilote y se prende. Cuando se ha formado un buen fuego se echa un tercio del coke preparado para el encendido (crisol m s altura del lecho) y se espera hasta que el coke esté uniformemente encendido al rojo cereza. En este momento se echa otro tercio de coke y cuando está también encendido se completa la carga con el último tercio de coke. Mientras tanto se habrá estado calentando el canal de la piquera con buen fuego de mechero y también las cucharas de colada, que deben estar por lo menos de 800ºC a 1.000ºC. Una vez encendido todo el coke, se tapa el escorial y la piquera con arena de moldeo corriente y una mezcla de arcilla y pizarra. Al cabo de dos o tres horas estar todo el coke al rojo cereza. Se comprueba la altura que ha quedado por medio de una barra con escuadra que se introduce por la parte superior del cubilote y entonces se añade el coke que falte para que la altura del lecho sobre el plano de toberas, sea la del cuadro. A continuación se empieza a cargar el horno rápidamente. Cuadro 3.-Cargas del cubilote. La carga del cubilote se realiza cargando alternativamente capas de unos 40 a 50 cm. de espesor o altura de cargas metálicas y cargas del mismo espesor de coke junto con caliza. Las cargas metálicas del cubilote para la producción de fundición de hierro se componen de arrabio, chatarra de fundición de hierro y chatarra de acero. El tamaño de los trozos de chatarra o lingotes ser inferior a un tercio del di metro del cubilote. Las cargas de coke dependen de la composición de la carga metálica, pues si esta contiene mucha chatarra de acero se consumirá más coke para recarburarla. Si suponemos que la composición de chatarra de acero es de un 50%, se cargará aproximadamente un 13% de coke. Su tamaño debe ser de 1/10 a 1/12 del diámetro interno del cubilote. El peso de la caliza que se añade junto con la carga de coke varía de 3 a 5% de la carga metálica.
  9. 9. Por ejemplo, para la fundición de maquinaria corriente, una carga tipo está compuesta por: Arrabio......................60% Chatarra de fundición gris...40% Coke.........................13% de la carga metálica. Caliza........................4% de la carga metálica. Aproximadamente cabe en el cubilote de cinco a ocho cargas, recordándose que la última carga sea siempre metálica pues si es de coke se irá mucho calor por la chimenea. En cuanto se ha terminado la carga, se pone en marcha el ventilador y se cierran las mirillas que llevan los cubilotes al nivel del plano de toberas. 4.- Marcha de la fusión en el cubilote. La frecuencia de las sangrías del cubilote dependerán del tamaño de las piezas a fundir, pues si son grandes, las sangrías serán más espaciadas, hasta esperar que se llene de metal fundido todo el crisol. La escoria se sangra cada 45 a 60 minutos. A medida que baja la carga y hay espacio disponible, se sigue añadiendo capas de metal y capas de coke con caliza para reemplazar al metal fundido y al coke quemado y así se debe continuar hasta el final de la colada. En cuanto se ha obtenido todo el metal necesario, se deja de cargar el cubilote y se mantiene el soplado hasta que todo el metal cargado se haya fundido, en cuyo momento se para el ventilador. A continuación se abre la base para descargar todos los residuos, enfriándolos con riego de agua. El coke no quemado, que se puede aprovechar, ser aproximadamente la mitad del necesario para el encendido del horno en la colada siguiente. Una vez frío el horno, se repara cuidadosamente el revestimiento refractario. Las mermas del metal cargado por pérdidas mecánicas entre las escorias y oxidación del hierro, silicio y manganeso, superan el 3%. Pero para calcular el peso del metal necesario para la obtención de un peso determinado de piezas se ha de contar con las que salen defectuosas, el metal perdido en bebederos, etc. Teniendo en cuenta todo esto se acostumbra a cargar 150 kg. de materiales metálicos por cada 100 kg. de fundición que se desea obtener.
  10. 10. 5.- Zonas del cubilote Una vez en marcha normal el cubilote puede dividirse su altura de arriba a abajo en las siguientes zonas: I). Zona de precalentamiento.- Comprende esta zona toda la altura del cubilote desde el tragante hasta la zona siguiente, en que empieza la fusión. En esta zona las temperaturas son relativamente bajas, inferiores a los 500ºC y en ella la carga se deseca y eleva su temperatura, pero sin que ocurra ninguna transformación. II). Zona de fusión (1.200ºC a 1.250ºC).- En esta zona y con el coke incandescente, el metal empieza a fundir y cae gota a gota a la zona siguiente, que es de temperatura m s elevada. III y IV). Zona de combustión (1.500ºC a 1.600ºC).- Esta zona está situada de 50 a 100 cm. por encima del plano de toberas y es donde se quema el coke y en la que se alcanzan las temperaturas m s elevadas. V). Zona de crisol (1.350ºC a 1.500ºC).- Es la zona comprendida entre el plano de toberas y el fondo del cubilote o sea, la zona de crisol. En esta zona es donde se acumula el metal fundido. 6.- Funcionamiento del cubilote El cubilote es, sobre todo, un horno de fusión en el que únicamente se trata de fundir, fundición de hierro por medio del calor producido por la combustión, a ser posible completa, del coke por medio del oxígeno del aire inyectado por las toberas según la reacción: C + O2 = CO2 El anhídrido carbónico formado (CO2) a nivel de las toberas al ascender por la zona de combustión hacia la chimenea y encontrarse con el coke al rojo cereza en la zona de fusión, se reduce según la reacción: CO2 + C = 2CO Este óxido de carbono (CO) se quema en los cubilotes modernos provistos de doble hilera de toberas por medio del oxígeno del aire inyectado en exceso por la hilera de toberas superior según la reacción: CO + ½(O2) = CO2
  11. 11. En la marcha ideal del cubilote el contenido de óxido de carbono (CO) de los gases de la chimenea debería ser por tanto nulo, pero en la práctica esto nunca se consigue. Además de las reacciones anteriores tienen lugar las siguientes transformaciones: El hierro, al caer fundido a través de las masas de coke incandescente, se carbura aproximadamente hasta un 3,5% , que es el porcentaje medio de carbono que tiene la fundición gris de hierro. Además, se oxida el silicio, el manganeso y en parte el hierro. Si + O2 = SiO2 2Mn + 3/2(O2) = Mn2O3 Fe + ½(O2) = FeO Pero los óxidos de hierro y de manganeso reaccionan con la sílice (SiO2) dando silicatos: FeO + SiO2 = SiO3Fe MnO + SiO2 = SiO3Mn Estos silicatos reaccionan con la cal (CaO) que se habrá formado al descomponerse la caliza por el calor (CO 3 + Ca = CaO + CO2), según las reacciones: SiO3Fe + CaO = SiO3Ca + FeO SiO3 + CaO = SiO3Ca + MnO Los silicatos de cal quedan en la escoria, pero los óxidos metálicos reaccionan nuevamente con la sílice (SiO2) También tiene lugar la desulfuración del metal del azufre aportado por el coke por medio de la cal: SFe + CaO = SCa + FeO El sulfuro de cal como es insoluble en la fundición, queda en la escoria. Las escorias formadas representan de un 5% a un 6% de la carga y están compuestas por una mezcla de sulfuros y silicatos cálcicos. VI.- Hornos de reverbero
  12. 12. 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 esta situada la carga del metal que se trata de 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. Aproximadamente la superficie de la solera es una tres veces mayor que la de la parrilla y sus dimensiones oscilan entre un ancho de 150 a 300 cm. y una longitud de 450 a 1.500 cm. La capacidad de los hornos de reverbero es muy variable y oscila entre los 45 kg. a los 1.000 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 de reverbero rotativos Los hornos rotativos están formados por una envoltura cilíndrica de acero, de eje sensiblemente horizontal, que termina con dos troncos de soporte, uno en cada extremo . En uno de los extremos está situado un quemador y en otro la salida de los gases quemados que, generalmente, pasan por un sistema de recuperación de calor para precalentar el aire soplado antes de ser evacuados por la chimenea. Todo el
  13. 13. interior del horno está revestido con un material refractario. El combustible puede ser de 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 la 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 hasta de 100 Tm. Los hornos pequeños se hacen girar a mano y los hornos grandes mecánicamente. También se construyen hornos oscilantes, que no llegan a girar sino solamente oscilar a un lado y a otro. Los hornos rotativos se emplean para fundir toda clase de metales y aleaciones como cobre, bronce, latón, aluminio, fundiciones grises, maleables, aceros, etc. VII.- Hornos de crisoles Los crisoles son 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
  14. 14. hornos de crisoles, utilizando como combustible carbón o, m s 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 emplear siempre por la economía de su instalación, sobre todo para fundir pequeñas cantidades. Los hornos de crisoles clásicos eran del tipo de foso y se colocaban en ellos los crisoles rodeados de carbón, a una distancia mínima de 10 centímetros 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 vació, 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 completamente aislada y, por tanto, no se altera su composición por efecto de los gases producidos en la combustión. La capacidad de los crisoles se suele valorar en kilos de bronce, dando a cada kilo el valor de un punto. Por ejemplo, con un crisol de 50 puntos se pueden fundir 50 kg. de bronce. La capacidad en otro metal cualquiera se valora por la fórmula:
  15. 15. p = 83/N.d. Siendo N el número de puntos del crisol y d la densidad del metal. La duración de los crisoles no llega, en general a las veinticinco fusiones. VIII.- Hornos eléctricos Los hornos eléctricos tienen grandes ventajas para la fusión de los metales, siendo las más destacadas las siguientes: 1. Pueden obtenerse temperaturas muy elevadas hasta de 3.500oC en algunos tipos de hornos eléctricos. 2. Puede controlarse la velocidad de elevación de temperatura, y mantener esta entre límites muy precisos, con regulaciones completamente automáticas. 3. La carga queda por completo libre de contaminación del gas combustible. 4. 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 vació. 5. Tienen mayor duración los revestimientos que en los demás tipos de hornos. 6. Se instalan en espacio reducido. 7. Su operación se realiza con mayor higiene que la de los hornos de otros tipos. Para la fusión de los metales se emplean tres tipos de hornos eléctricos: Hornos de arco. Hornos de inducción y; Hornos de resistencia. A.- 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 sistema Soderberg. Los electrodos Soderberg se forman en el mismo horno, llenando las camisas que llevan los portaelectrodos de una mezcla formada por antracita, coke metalúrgico, coke de petróleo y grafito amasados con alquitrán.
  16. 16. Se emplean tres sistemas para producir el arco: a) 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 todavía esta en uso 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, cuyo movimiento, además, asegura una buena mezcla de la carga. Estos hornos son monofásicos. Su capacidad oscila entre 25 y 250kg., y se emplean para fundir hierro y metales no férreos, como cobre, latones bronce e incluso níquel. El tiempo de la operación dura 30 a 60 minutos. En los hornos m s 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. b) 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. c) 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 triangulo equilátero. La cuba es cilíndrica, 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 hasta de 1.600øC 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.
  17. 17. B.- Hornos eléctricos de inducción En los hornos eléctricos de inducción, el calor se genera por corrientes inducidas por una corriente alterna.
  18. 18. 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: 1. Su rendimiento es muy elevado por generarse calor únicamente en la masa metálica a fundir. 2. Las corrientes electromagnéticas que circulan por el metal producen movimientos en la masa fundida, que uniformizan su composición. 3. La temperatura puede regularse con gran precisión. 4. Con estos hornos es posible fundir en vacío. 5. Las pérdidas por volatilización y oxidación son muy reducidas. a.- Hornos de inducción de baja frecuencia o industriales. Los primeros modelos de estos hornos 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 esta n formados por un crisol cuyo fondo esta 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. El calor producido por la corriente que circula por la espira que forma el metal viene dado por la expresión: Q = 0,00024 I.R.t kcal. Siendo R la resistencia del circuito, es decir de la espira que, en general, es muy pequeña; I la intensidad de la
  19. 19. corriente inducida, que es muy grande y t el tiempo que dura la operación. Se construyen hornos de baja frecuencia en potencias comprendidas entre 10 y 500 Kw. para fusión de toda clase de metales y aleaciones, en instalaciones para fundición, en arena en coquilla y a presión, además de otros usos especiales, como formación de aleaciones, calentamiento para forja, etc. b.- Hornos de inducción de alta frecuencia Estos hornos están formados por un crisol refractario que contiene el metal, rodeado de una espiral de tubo de cobre por el que circula una corriente de alta frecuencia, que crea un campo magnético variable, calentándose la masa del metal contenida en el crisol por las corrientes de Foucault inducidas por el campo magnético. El tubo de cobre de la espiral que rodea el crisol esta refrigerado por agua que circula por su interior. El calor producido viene dado por la fórmula: Q = O,24 K.F.v.e.B.t En la que K es un coeficiente que depende de la naturaleza del metal. F la frecuencia en ciclos por segundo, v el volumen total del núcleo, es decir del metal, e el espesor del núcleo, o sea el diámetro interior del crisol B el valor de la inducción y t el tiempo que dura la operación. Como puede verse, el calor producido en estos hornos es proporcional al cuadrado de la frecuencia, por esto se utilizan corrientes de frecuencia elevada superiores siempre a los 50 ciclos por segundo que tiene normalmente la corriente eléctrica en red. En general las frecuencias de las corrientes eléctricas para la alimentación de hornos industriales para fusión de metales varían de 300 a 30.000 ciclos por segundo, producidas por osciladores de tubos catódicos. La potencia del horno y, por tanto, la temperatura se regula variando la frecuencia. Se construyen hornos de alta frecuencia con capacidades de pocos gramos para fundir metales preciosos, hasta de varias Tm. y 2.000 Kw de potencia. Los hornos pequeños tienen su armazón formado por un material no magnético para evitar su calentamiento por inducción. Los hornos grandes, que forzosamente han de tener un armazón de acero, llevan entre este y la bobina de tubo de cobre una pantalla magnética de chapa de acero al silicio que también forma parte de la
  20. 20. estructura del horno. El revestimiento refractario puede ser ácido o básico. Los hornos eléctricos de alta frecuencia tienen la ventaja de que en ellos puede fundirse cualquier metal o aleación en las condiciones m s rigurosas, en atmósferas especiales o al vacío, ya que los hornos pueden trabajar herméticamente cerrados. Pero en cambio tienen el inconveniente de su elevado coste de instalación, que todavía encarece más la necesidad de montar condensadores para mejorar el factor de potencia que es muy bajo. Por todo esto no se emplean, generalmente, más que para fundir metales preciosos, níquel y aleaciones de níquel, aceros inoxidables y en experiencias de laboratorio. C3.- 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: los de crisol y los de reverbero. 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. Fausto Oviedo F. ESCUELA POLITECNICA NACIONAL Julio del 2006

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