AUTOMATIZACIN EN LA FUNDICIN
AUTOMATIZACIN DE PLANTA FUNDIDORA
GUSTAVO ADOLFO ECHEVERRI
0030001
PROF. ARTURO JURADO
ING. MECANICO
PROCESOS DE FABRICACIN
UNIVERSIDAD DEL VALLE
SANTIAGO DE CALI
2002
AUTOMATIZACIN EN LA FUNDICIN
El proceso de fundicin
Una pieza fundida, representa la fase final de una serie de
procesos metalrgicos que se mantienen casi inalterables desde que
se descubri la fusin y colada de los metales. En estos procesos hay
tres fases que desde la Edad de Bronce han marcado las pautas de lo
que es una pieza fundida. Estas fases son Moldeo, Fusin y
Colada.
La forma ms primitiva de molde es la que conocemos en la
elaboracin de puntas de lanza, herramientas y tiles de labranza,
que se construan en la Edad de Bronce. Estos moldes se elaboraban
vaciando con tiles duros, la superficie de una piedra arenisca
(rodeno, galdcano etc.). Generalmente el molde lo constituan dos
placas que se complementaban previamente selladas con arcilla y en
las que ya iba incorporado el embudo de colada.
Un molde consta generalmente de dos semimoldes, llamados
semimolde de la parte alta y semimolde de la parte baja. Por lo
general el semimolde de la parte alta lleva incorporado el embudo
de colada, el bebedero y los respiros, y la parte baja del
semimolde aloja los canales de ataque a la pieza y la salida de sta
a los respiros. Estos semimoldes estn alojados en sus respectivas
cajas de moldeo que pueden ser metlicas y rara vez de madera. El
encaje o montado de una caja de moldeo sobre la otra, se hace lo ms
preciso posible a travs de un juego de orejas y guas que cierran
las cajas con ayuda de unas bridas. Los dos moldes son sellados con
barro muy fino para evitar fugas de caldo en la separacin. Este
tipo de moldeo es el que con ligeras modificaciones est vigente en
las fundiciones modernas.
Hay otros procesos de moldeo que se pierden en el tiempo, y que
tienen como protagonista fundamental un material tan conocido como
es la cera. Los moldes utilizados son modelos a la cera perdida,
forman parte de una familia de tcnicas y procesos que se perdieron
en la Alta Edad Media, y que paradjicamente, la tecnologa punta de
la aviacin moderna y naves espaciales, ha recuperado. Esta tcnica
del molde a la cera perdida se ha utilizado tradicionalmente en la
fabricacin de campanas y estatuas de bronce. Los detalles tcnicos
del proceso han quedado bastante ms reflejados en los documentos de
la construccin de campanas por ser ms habitual y popular.
Tenemos el ejemplo de los documentos descubiertos por Jos Snchez
Real en los archivos de la Parroquia de San Miguel de Burjassot
(Valencia), sobre gastos y detalles en la elaboracin de una campana
de 2.600 kilos para la torre del Micalet, ao 1405 - Revista
Investigacin y Ciencia.
HORNOS Y RECIPIENTES DE REFINACIN
El objetivo principal del horno para fabricacin de acero es
quitar al hierro de primera fusin la mayor parte del carbono. Luego
se agrega una cantidad medida de carbono al acero fundido para
darle las propiedades deseadas. Tambin se utiliza desperdicio de
acero y se agregan otros elementos para mejorar las propiedades del
acero. Un horno ya obsoleto en la actualidad, el convertidor
Bessemer, hizo posible la produccin de grandes tonelajes de acero
hacia mediados del siglo XIX. Se construyeron grandes buques,
ferrocarriles, puentes y grandes edificios con el producto de esta
nueva fuente de acero. Sin embargo, muchas de las impurezas
quedaban en el acero y, desde que se us aire inyectado para quemar
el carbono, el nitrgeno de la atmsfera se convirti tambin en una
impureza que debilitaba al acero.
El acero en bruto es adems algunas veces mejorado en hornos,
crisoles, calderos y recipientes para ciertas aplicaciones. Se
involucran pequeos pero crecientes tonelajes.
OTROS METODOS DE REFINADO DEL HIERRO
Aunque casi todo el acero que se fabrica en el mundo se obtiene
a partir del arrabio producido en altos hornos, hay otros mtodos de
refinado del hierro que se han practicado de forma limitada. Uno de
ellos es el denominado mtodo de reduccin directa para fabricar
hierro y acero a partir del mineral, sin producir arrabio.
En este proceso se mezclan mineral de hierro y coque en un horno
de calcinacin rotatorio y se calientan a una temperatura de unos
950C. El coque caliente desprende monxido de carbono, igual que en
un alto horno, y reduce los xidos del mineral a hierro metlico. Sin
embargo, no tienen lugar las reacciones secundarias que ocurren en
un alto horno, y el horno de calcinacin produce el llamado hierro
esponja, de mucha mayor pureza que el arrabio. Tambin puede
producirse hierro prcticamente puro mediante electrlisis haciendo
pasar una corriente elctrica a travs de una disolucin de cloruro de
hierro, pera esta no tiene importancia comercial.
Tipos de hornos empleados en plantas fundidoras :
HORNO CRISOL
PROCESO CRISOL ABIERTOCualquier proceso de produccin de acero a
partir de arrabio consiste en quemar el exceso de carbono y otras
impurezas presentes en el hierro. Una dificultad para la fabricacin
del acero es su elevado punto de fusin, 1.400 C, que impide
utilizar combustibles y hornos convencionales.
Para superar la dificultad se desarroll el horno de crisol
abierto, que funciona a altas temperaturas gracias al precalentado
regenerativo del combustible gaseoso y el aire empleados para la
combustin.
En el precalentado regenerativo los gases que escapan del horno
se hacen pasar por una serie de cmaras llenas de ladrillos, a los
que ceden la mayor parte de su calor. A continuacin se invierte el
flujo a travs del horno, y el combustible y el aire pasan a travs
de las cmaras y son calentados por los ladrillos. Con este mtodo,
los hornos de crisol abierto alcanzan temperaturas de hasta 1.650
C.
El horno propiamente dicho suele ser un crisol de ladrillo plano
y rectangular de unos 6 10 m, con un techo de unos 2,5 m de altura.
Una serie de puertas da a una planta de trabajo situada delante del
crisol. Todo el crisol y la planta de trabajo estn situados a una
altura determinada por encima del suelo, y el espacio situado bajo
el crisol lo ocupan las cmaras de regeneracin de calor del horno.
Un horno del tamao indicado produce unas 100 toneladas de acero
cada 11 horas.
El horno se carga con una mezcla de arrabio (fundido o fro),
chatarra de acero y mineral de hierro, que proporciona oxgeno
adicional. Se aade caliza como fundente y fluorita para hacer que
la escoria sea ms fluida. Las proporciones de la carga varan mucho,
pero una carga tpica podra consistir en 60.000 Kg. de chatarra de
acero, 11.000 Kg. de arrabio fro, 45.000 Kg. de arrabio fundido,
12.000 Kg. de caliza, 1.000 Kg. de mineral de hierro y 200 Kg. de
fluorita. Una vez cargado el horno, se enciende, y las llamas
oscilan de un lado a otro del crisol a medida que el operador
invierte su direccin para regenerar el calor.
Desde el punto de vista qumico la accin del horno de crisol
abierto consiste en reducir por oxidacin el contenido de carbono de
la carga y eliminar impurezas como silicio, fsforo, manganeso y
azufre, que se combinan con la caliza y forman la escoria. Estas
reacciones tienen lugar mientras el metal del horno se encuentra a
la temperatura de fusin, y el horno se mantiene entre 1.550 y 1.650
C durante varias horas, hasta que el metal fundido tenga el
contenido de carbono deseado. Un operario experto puede juzgar el
contenido de carbono del metal a partir de su aspecto, pero por lo
general se prueba la fundicin extrayendo una pequea cantidad de
metal del horno, enfrindola y sometindola a examen fsico o anlisis
qumico. Cuando el contenido en carbono de la fundicin alcanza el
nivel deseado, se sangra el horno a travs de un orificio situado en
la parte trasera. El acero fundido fluye por un canal corto hasta
una gran cuchara situada a ras de suelo, por debajo del horno.
Desde la cuchara se vierte el acero en moldes de hierro colado para
formar lingotes, que suelen tener una seccin cuadrada de unos 50 cm
de lado, y una longitud de 1,5 m.
Estos lingotes -la materia prima para todas las formas de
fabricacin del acero- pesan algo menos de 3 toneladas. Actualmente
se han puesto en prctica mtodos para procesar el acero de forma
continua (colada continua) sin tener que pasar por el proceso de
fabricacin de lingotes.
HORNO DE HOGAR ABIERTO o CRISOL
El HORNO DE HOGAR ABIERTO semeja un horno enorme, y se le
denomina de esta manera porque contiene en el hogar (fondo) una
especie de piscina larga y poco profunda (6m de ancho, por 15 m de
largo, por 1 m de profundidad, aproximadamente).
El horno se carga en un 30% a un 40% con chatarra y piedra
caliza, empleando aire pre-calentado, combustible lquido y gas para
la combustin, largas lenguas de fuego pasan sobre los materiales,
fundindolos. Al mismo tiempo, se quema (o se oxida) el exceso de
carbono y otras impurezas como el fsforo, silicio y manganeso.
Este proceso puede acelerarse introduciendo tubos refrigerados
por agua (lanzas), los que suministran un grueso flujo de oxgeno
sobre la carga.
Peridicamente, se revisan muestras de la masa fundida en el
laboratorio para verificar la composicin empleando un instrumento
denominado espectrmetro. Tambin se determinan los niveles de
carbono.
Si se est fabricando acero de aleacin, se agregarn los elementos
de aleacin deseados. Cuando las lecturas de composicin son
correctas, el horno se cuela y el acero fundido se vierte en una
olla de colada.
El proceso completo demora de cinco a ocho horas, mientras que
el Horno de Oxgeno Bsico produce la misma cantidad de acero en 45
minutos aproximadamente. Debido a esto, este horno ha sido
virtualmente reemplazado por el de Oxgeno Bsico.
HORNO DE OXIGENO BASICO
Es un horno en forma de pera que puede producir una cantidad
aproximadamente de 300 toneladas de acero en alrededor de 45
minutos.
El horno se inclina desde su posicin vertical y se carga con
chatarra de acero fra (cerca de un 25%) y luego con hierro
derretido, despus de ser devuelto a su posicin vertical, se hace
descender hacia la carga una lanza de oxgeno refrigerada por agua y
se fuerza sobre ella un flujo de oxgeno puro a alta velocidad
durante 20 minutos. Este acta como fuente de calor y para la
oxidacin de las impurezas.
Tan pronto como el chorro de oxgeno comienza, se agrega la cal y
otros materiales fundentes. La reaccin qumica resultante desarrolla
una temperatura aproximada de 1.650 C. El oxgeno se combina con el
exceso de carbono acabando como gas y se combina tambin con las
impurezas para quemarlas rpidamente. Su residuo es absorbido por la
capa flotante de escoria.
Despus de haberse completado la inyeccin de oxgeno, se analiza
el contenido de carbono y la composicin qumica de diversas muestras
de la masa fundida.
Cuando la composicin es correcta, el horno se inclina para
verter el acero fundido en una olla de colada.
Aunque se pueden producir algunos aceros de aleacin con este
proceso, el ciclo de tiempo aumenta considerablemente, eliminando
as su ventaja principal. Consecuentemente, el proceso de oxgeno
bsico, como el del hogar abierto, se emplea generalmente para
producir altos tonelajes de acero con un bajo nivel de carbono, que
son los de mayor consumo. Estos aceros con bajo nivel de carbono se
utilizan para barras, perfiles y planchas gruesas y delgadas.
HORNO DE ARCO ELECTRICO
Es el ms verstil de todos los hornos para fabricar acero. No
solamente puede proporcionar altas temperaturas, hasta 1.930C, sino
que tambin puede controlarse elctricamente con un alto grado de
precisin.
Debido a que no se emplea combustible alguno, no se introduce
ningn tipo de impurezas. El resultado es un acero ms limpio.
Consecuentemente, puede producir todo tipo de aceros, desde
aceros con regular contenido de carbono hasta aceros de alta
aleacin, tales como aceros para herramientas, aceros inoxidables y
aceros especiales para los cuales se emplea principalmente. Otras
ventaja sobre el Horno de Oxgeno Bsico es que puede operar con
grandes cargas de chatarra y sin hierro fundido.
El Horno de Arco Elctrico se carga con chatarra de acero
cuidadosamente seleccionada. El arrabio fundido se emplea
raramente. Si la carga de chatarra es muy baja en carbono, se
agrega coque (el cual es casi puro carbono) o electrodos de carbono
de desecho, para aumentar as su nivel.
Al aplicarse la corriente elctrica, la formacin del arco entre
los electrodos gigantes produce un calor intenso. Cuando la carga
se ha derretido completamente, se agregan dentro del horno
cantidades medidas de los elementos de aleacin requeridos.
La masa fundida resultante se calienta, permitiendo que se
quemen las impurezas y que los elementos de aleacin se mezclen
completamente.
Para acelerar la remocin del carbono, el oxgeno gaseoso se
introduce generalmente en forma directa dentro de acero fundido por
medio de un tubo o lanza. El oxgeno quema el exceso de carbono y
algunas de las impurezas, mientas otras se desprenden como escoria
por la accin de varios fundentes.
Cuando la composicin qumica de la masa fundida cumple con las
especificaciones, el horno se inclina para verter el acero fundido
dentro de una olla de colada.
Este horno puede producir una hornada de acero en un perodo de
dos a seis horas, dependiendo del horno individual.
Horno de Arco Elctrico de 125
tmmod.EBT(ARISTRAIN-Olaberria).
USO EN HORNOS ELCTRICOS
Debido a su alta densidad, las Briquetas FIOR/FINMET pueden ser
usadas como una alternativa fuente de metlico, cargadas en cestas o
alimentndolas en forma continua al horno.
En las cargas en cestas es posible reducir el nmero de cargas ya
que las Briquetas son mucho ms densas que la chatarra. Cargadas en
cestas puede hacerse en proporcin de hasta 40% de la carga al
horno.
En carga continua, las briquetas son ms efectivas que el DRI
debido a su alta densidad, la cual permite mejor y mayor penetracin
de la interfase escoria / bao. Es posible cargar en forma continua
hasta el 100% de la carga del horno. Una de las empresas
siderrgicas del grupo SIDETUR, Casima, utiliza en su patrn de carga
ms del 85% de briquetas.
Alimentando en forma continua es posible eliminar todas las
cargas en cestas, reduciendo as los tiempos de colada a colada y
las prdidas trmicas, resultando as un mayor y mejor control de la
energa de fusin inicial con un incremento en la productividad.
Debido al bajo contenido de residuales las briquetas
FIOR/FINMET, sern cada vez mas necesarias para la produccin de
acero de alta calidad.
La fabricacin de acero mediante horno elctrico de arco se basa
en la fusin de chatarras. La energa trmica, necesaria para la
fusin, proviene del arco elctrico que salta entre los electrodos
del horno.
HORNO ELCTRICO DE INDUCCIN
Los hornos elctricos de induccin utilizan una corriente inducida
para fundir la carga. La energa es del tipo de induccin sin ncleo
dada por una corriente de alta frecuencia que suministra a la
bobina primaria, enfriada por agua que circunda al crisol. La
corriente de alta frecuencia es alrededor de 1000 Hz, suministrada
por un conjunto motor-generador o un sistema de frecuencia con arco
por vapor de mercurio. El crisol es cargado con una pieza slida de
metal, chatarra o virutas de operaciones de mecanizados, al cual se
le induce una alta corriente secundaria. La resistencia de esta
corriente inducida en la carga se hace en 50 o 90 min., fundindola
en grandes crisoles que contienen arriba de 3.6 Mg. de acero.
Los hornos de induccin, con crisoles aprovechables desde pocos
kilogramos hasta 3.6 Mg. son relativamente bajos en costo, casi
libres de ruido y por lo mismo producen poco calor. Puesto que la
temperatura no necesita ser ms alta que la requerida para fundir la
carga, la chatarra aleada puede ser para refundir sin que sea
"quemada" la calidad del material. Por estas razones a menudo son
encontrados en laboratorios experimentales o fundiciones. En hornos
de arco elctrico, la temperatura alta del arco puede refinar el
metal, siendo una desventaja de la fundicin.
El tipo ms sencillo tiene la cmara de fusin unida a un canal
que, como ya se ha dicho, forma un circuito elctrico secundario
cerrado en el cual se genera el calor. Al poner el horno en marcha,
el canal est lleno de material metlico slido en ntimo contacto para
permitir el cierre del anillo. Primeramente se funde el contenido
del anillo (seccin ms estrecha) y luego, poco a poco, se propaga la
fusin a toda la carga. La mezcla del liquido queda favorecida por
la accin electrodinmica de la corriente.
Para facilitar las coladas subsiguientes conviene dejar siempre
una cierta cantidad de metal liquido en el fondo del horno de forma
que el canal est siempre lleno, es decir, cebado.
ste es uno de los inconvenientes que hay que poner en el pasivo
de esta clase de hornos. A pesar de todo, tuvieron mucha aceptacin
en el campo de la fusin. del bronce, cobre, aluminio y aleaciones
derivadas, y, mas recientemente, incluso para la fusin de la
fundicin gris.
La limpieza del canal es difcil: para comodidad de
funcionamiento estos hornos han sufrido modificaciones importantes
en su desarrollo, y se les han aadido dos cmaras, una para la carga
y otra para la descarga; de este modo:
a. Quedan eliminados los tiempos improductivos, porque la
temperatura del metal se mantiene constante en la cmara de descarga
b incluso cuando se aade metal al vaso de carga a;
b. El metal de la cmara de descarga est siempre limpio, porque
las escorias permanecen en la cmara de carga. El sistema acta a
modo de sifn.
c. Dado que los canales tienden a estrecharse por las
incrustaciones de xidos que se forman durante el funcionamiento,
cada 24 horas, con el horno caliente, se efecta la limpieza que
dura media hora aproximadamente.
d. Los hornos son siempre rebatibles mecnica o hidrulicamente, y
llevan el perno de rotacin bajo la piquera de colada.
e. Los hornos emplean corriente monofsica si son de poca cabida,
y corriente trifsica, con ms canales, si son grandes.
f. El factor de potencia es, aproximadamente, 0,70, lo que
obliga, en la mayora de los casos, a acoplar uno o ms condensadores
para aumentarlo a 0,80.
g. Las prdidas de material por oxidacin son mnimas y el
funcionamiento resulta econmico.
h. El recubrimiento est constituido por materiales refractarios
cuya composicin varia segn los metales que hay que fundir.
El horno de baja frecuencia no puede alcanzar las elevadas
temperaturas necesarias para fundir el acero, por lo que se emplea
casi exclusivamente para aleaciones de cobre-nquel, con ms del 30 %
de este ltimo metal. Puede fundir tambin el hierro colado y metales
y aleaciones ligeras.
El consumo de corriente (kWh/ton) varia segn el metal:
funcionando continuamente es de 300 a 450 kWh/ton para el bronce,
600 a 700 kWh/ton para el hierro colado y 400 a 450 kWh/ton para el
cobre.
Normalmente, para completar la instalacin del horno o de varios
hornos se prepara un tambor de reserva, como se ha indicado
anteriormente.
Siendo estos hornos monofsicos, la instalacin de uno solo
desequilibra la lnea, por lo que es preferible instalar dos o tres
con transformadores de toma Scott.
HORNO ALTO
El horno alto es un reactor vertical, de cuba, en el que se
efecta el proceso de reduccin de los minerales. Con ello se obtiene
un producto intermedio, el arrabio, que posee contenidos totales de
hierro superiores al 95 por ciento.
El horno alto ha demostrado alta eficiencia , adaptabilidad y
capacidad productiva a lo largo de la historia. Adems efecta un
pre-tratamiento del producto obtenido, reduciendo los niveles de
elementos no deseables en el arrabio producido, tales como el
azufre o el silicio. Este arrabio es posteriormente afinado en las
aceras LD.
Aunque el horno alto constituye probablemente el proceso
siderrgico mas complejo , se ha llegado a un elevado nivel
tecnolgico en su diseo y control, lo que junto con el proceso de
acera LD, convierte a estas tecnologas en las ms adecuadas para la
obtencin de elevadas cantidades de aceros de alta pureza y
calidad.
En el horno alto el cok acta como combustible, agente reductor y
aportador de carbono, adems de como soporte de la carga. Por las
toberas se inyecta aire adems de combustibles auxiliares. Por el
tragante superior se cargan materiales como los minerales,
sinterizado, pellets y cok.
Proceso de moldeo en cascada: (SHELL MOULDING)
Lo fundamental es preparar una cscara de arena aglutinada con
plstico alrededor de un moldeo metlico; separarla luego del modelo
, acoplar las partes de nuevo para formar el molde y por ultimo,
colar el metal dentro.
La arena necesaria para el moldeo en cscara es silcea, lavada y
de tamao de grano relativamente fino y bien controlado. Con esta
arena se mezclan resinas fenol-formaldehido rea-formaldehido, se
precalienta el moldeo metlico a temperaturas de 180 a 260C , se
vuelca sobre l la arena y a los pocos segundos vuelve a invertirse
el recipiente, quedando sobre el moldeo una ligera cscara de mezcla
de arena plstica. La placa modelo y la cscara se pasa a una estufa
de cocido en la que se mantiene en el tiempo necesario. Despus se
desprende la cscara de moldeo y se une a la otra media cscara con
adhesivos o mordazas, obtenindose as el molde. El molde cscara se
puede colocar en una caja y rodearlo con perdigones o grava antes
de la colada, o se puede colar sin necesidad de ello. Para obtener
huecos internos en las piezas se utiliza el macho.
APLICACIONES:
Con el molde de cscara se pueden obtener piezas de fundicin,
aceros y metales no ferrosos. Estos moldes son muy estables y se
pueden almacenar por tiempo indefinido sin que se deterioren, o
bien emplearse inmediatamente para la colada. La transicin de las
piezas moldeadas que se obtienen en este procedimiento, no es
inferior a las obtenidas por el procedimiento de moldeo en
cera.
La superficie de la pieza moldeada resulta tan limpia que no
necesita tratamiento mecnico. es un mtodo progresivo y tiene
grandes perspectivas de empleo en el proceso de colada.
LIMITACIONES:
Para este proceso del metal se enfra menos rpidamente que en los
moldes ordinarios de arena, lo que permite disminuir el tamao de
los bebederos y canales de alimentacin, pero da lugar a piezas
moldeadas de un tamao de grano mayor, dando como resultado
propiedades mecnicas deficientes. El tipo de moldes obtenidos en
este proceso solo permite fabricar piezas pequeas.
Moldeo CO2:
Se basa en que al introducir CO2 en una solucin de silicato, se
precipita un cido gelatinoso. Cuando los granos de arena que estn
cubiertos con silicato de sodio se exponen al CO2 , se cementan
juntos, en las puntas de conexin por la gel formada.
Durante la fundicin se desprende lentamente el vapor de agua de
la gel, por lo que la evolucin del gas, se mantiene a un mnimo. El
aglutinante CO2 se mezcla con la arena ya sea en los moldes o
machos, por inyeccin y la endurece.
Existen tres tcnicas para inyectar el CO2 al molde a saber: el
tablero de cubierta de la lanza o de la probeta. La cantidad de CO2
recomendada en cualquiera de las tcnicas es un mximo de 1.4 kgs /
(cm) (cm) depresin, en la lnea, durante unos 20 a 25 segundos.
Entre las ventajas de este mtodo podemos sealar su precisin
dimensional, y una de sus principales desventajas es la
probabilidad de fractura del molde.
Moldeo de precisin con modelos de cera (Invesment casting):
En el proceso a la cera perdida, cuando se construye el modelo
patrn se tiene en cuenta la contradiccin del metal colado,
incluyendo las variaciones de volumen del material del molde
modelado a la temperatura de colado, la contraccin de los moldes de
cera o plstico, las variaciones de dimensiones del molde en su
preparacin y precalentamiento y la propia del metal colado en el
enfriamiento. El mtodo mas corriente consiste en preparar los
moldes modelo colado en dos piezas, con el fin de que luego pueda
extraerse fcilmente los modelos. Los modelos de cera o plstico se
preparan inyectando estos materiales en el molde de moldeo; luego
se extraen y se adhieren a un bebedero central tambin de cera o
plstico. Seguidamente se sumergen en una mezcla destinada a darles
un revestimiento preliminar, o bien se pulveriza sobre ellos; luego
se colocan dentro de una envuelta de metal y se rellena esta con el
material del molde.
Mientras este esta aun liquido, se coloca el molde en una
chamarra de vaco para eliminar burbujas de aire. Despus de seco el
molde, pasadas unas ocho horas, se elimina el material del modelo
calentado suavemente. Seguidamente el molde obtenido se precalienta
a una temperatura alta, de 550 a 1000 C, segn el metal a colar, y
despus se efecta la colada, el precalentamiento es necesario para
eliminar toda traza del material del modelo por quemado y para que
el molde este tan caliente que el metal no enfri rpidamente.
La colada se suele hacer a presin para que el metal llene todos
los detalles del molde. La presin puede lograrse aplicndose aire
comprimido sobre el metal fundido, por centrifugacin o haciendo el
vaco dentro del molde para que la presin atmosfrica force a entrar
el metal.
APLICACIONES: La colada de precisin con modelos de cera se
emplea en la produccin de pequeas piezas, artculos acabados (
piezas o herramientas), de toda clase de aleaciones. La ventaja
especial de este moldeo es que permite obtener piezas de mucha
precisin de metales que no se podran mecanizar o forjar fcilmente.
Quizs las piezas mas conocidas que se fabrican por este
procedimiento son los alabes de las turbinas de gas o de los
motores de reaccin.
LIMITACIONES:
Los inconvenientes de este proceso consisten en el precio
comparativamente elevado de las piezas obtenidas y en que solo
puede aplicarse cuando las dimensiones son relativamente
pequeas.
Moldeo en yeso:
muchas piezas se cuelan tambin en moldes de yeso , que se
preparan de manera parecida a los de arena. El material de moldeo
es yeso calcinado con adicin de silicato de magnesio como material
fibroso que da tenacidad, y tambin de otros productos que aceleran
el fraguado. Los ingredientes se mezclan con agua hasta obtener una
consistencia de crema, y despus se cuela sobre el modelo, y el
molde se lleva a una estufa para secarlo y cocerlo. Las
transformaciones qumicas durante el fraguado son solo
cristalizaciones por adicin de agua. El yeso calcinado (CaSO4 H2O)
se hidrata al mezclarlo con agua, formando CaSO42H2O. En el
fraguado y el cocido el hidrato vuelve a pasar a CaSO H2O,
formndose muchos cristales que se entrelazan originando resistencia
apreciable y bastante permeabilidad.
El material de los moldes es principalmente una mezcla de arena
silcea lavada y yeso, aproximadamente en partes iguales con adicin
de agua. Este material se cuela por separado en las cajas superior
e inferior y, despus del fraguado, se unen las dos mitades del
molde. Se seca el aire durante seis horas aproximadamente y luego
se llevan los moldes a un autoclave de vapor que produce una
estructura mas permeable. Esta mezcla de yeso tiene mayor
conductividad trmica que el yeso corriente de moldeo, y la
solidificacin es mas rpida.
APLICACIONES:
La utilizacin de este proceso de moldeo en diferentes tipos de
aleaciones metlicas se da por la exactitud que presentan estos en
su acabado superficial, as como la facilidad para que el metal
pueda llenar los mas finos detalles del molde.
La exactitud permite eliminar muchas operaciones de mecanizado
de las piezas coladas y estas resultan relativamente exentas de
porosidad externa y con pocas tensiones residuales.
Se pueden colocar en el molde los enfriadores necesarios para
lograr una solidificacin rgida y mejorar as las propiedades
mecnicas de la pieza. El moldeo en yeso solo puede aplicarse a
metales que fundan a menos de 1300 C. Por encima de esta
temperatura se destruye fcilmente el material del molde.
LIMITACIONES:
Las piezas solidificadas en moldes de yeso enfran muy
lentamente, por que el material del molde tiene poca capacidad
calorfica, por lo que el tamao del grano suele ser mas basto de lo
deseable. Debido a estas razones resultan menos resistentes las
piezas coladas en yeso que las moldeadas en arena o en coquilla,
especialmente en el caso de las aleaciones de aluminio.
Colada por inyeccin:
Lo esencial de este proceso es que fuerza el metal a entrar en
el molde bajo presin, solidificando tambin bajo presin.
El molde es metlico, generalmente de acero especial, y compuesto
de dos mitades, una de las cuales lleva el bebedero y la otra algn
dispositivo para expulsar la pieza de molde una vez solidificada.
Para colar se acoplan firmemente las dos mitades del molde y la
maquina inyecta dentro del metal.
Terminada la solidificacin se abre el molde y es expulsada la
pieza.
Hay dos tipos fundamentales de maquinas para este tipo de
coladas. Uno es el embolo y otro el de cmara fra. El primero se usa
para metales de punto de fusin relativamente bajo, mientras que el
de cmara fra es mas adecuado para aleaciones de aluminio y
aleaciones de cobre.
Las maquinas de embolo tienen un horno de fusin y el mecanismo
inyector esta parcial o completamente sumergido bajo la superficie
del caldo. Existen pues, un contacto continuo del mecanismo con el
metal fundido lo que limita los metales susceptibles de inyectarse
con ellas.
El cuello de ganso que inyecta se mantiene a una temperatura muy
prxima a la del metal fundido, por lo que este no solidifica dentro
del mecanismo de inyeccin.
APLICACIONES:
El mtodo de colada a presin se emplea para obtener piezas de
aleaciones con una temperatura de fusin de hasta 1400 C (estao ,
zinc, plomo). El rendimiento que se obtiene con las maquinas de
colado a presin es de aproximadamente 200 piezas por hora en
semiautomtico y de 1000 en automticas y su utilizacin es el trabajo
en piezas pequeas.
Colada continua (Laminacin):
Este tipo de molde consiste en que la fundicin liquida,
maleable, se suministra del cubilote por el canal (bebedero) con
pico ensanchado dirigindola a la ranura que hay entre los rodillos
giratorios de la laminadora. La fundicin liquida inunda la ranura
entre los rodillos, la fundicin entra en contacto con la superficie
fra de estos, y se endurece formando una franja ancha cuyo espesor
se regula por la distancia entre la superficie de los rodillos la
cual varia de 0.6 a 1.2 mm.
APLICACIONES:
Se aplica con preferencias a perfiles de pequea seccin, donde la
friccin y la resistencia a la deformacin son mas notables. Las
laminas obtenidas de la fundicin blanca son sometidas a recocido
para as transformarla en una fundicin maleable y mejorarle sus
propiedades mecnicas. El hierro colado de este tipo se puede
doblar, perforar con clavos y perfilar en estampa.
LIMITACIONES:
Las piezas obtenidas en este mtodo son de muy pequea dimensin,
por lo que se necesita trabajar muy rpidamente.
ALGUNAS EMPRESAS AUTOMATIZADAS
Produccin y tecnologa: Una fbrica de SCHOTT vista por dentro
Para empezar, un par de datos: SCHOTT funde cada da 50 tipos
distintos de vidrio y ms del 90% de los productos del Grupo se
fabrican en plantas totalmente automatizadas. Para mantener sus
instalaciones de fabricacin a la vanguardia de la tecnologa
moderna, SCHOTT invierte cada ao ms de 17.000 millones de Ptas. en
sus fbricas y en bienes de equipo. Para hacernos una idea inicial
de las actividades cotidianas de SCHOTT, hemos enviado a la
reportera radiofnica Ulrike Koslovsky a Maguncia para que nos
ofrezca un reportaje en vivo desde una de las fbricas del Grupo.
"Adelante, Ulrike. Ests en el aire."
El horno de componentes de vidrio para TV ms grande de
Europa
"Les habla Ulrike Koslovsky desde la Fbrica C 3, de SCHOTT
Glaswerke, en Maguncia. Acabo de presenciar cmo se estira vidrio
resistente a las altas temperaturas y cmo se sopla vidrio hueco.
Ahora me encuentro en la seccin en la que se fabrican componentes
de vidrio para TV. Estos componentes se suministran a fabricantes
de tubos de TV de toda Europa.
"Tres hornos de fusin producen diariamente casi 600 toneladas de
vidrio, que es inyectado en 7 prensas. Estas prensas moldean
pantallas y conos para TV, que cubren desde modelos de 14" hasta
modelos para el formato de pantalla panormica de 34". Esta fbrica
de Maguncia produce 15 millones de unidades por ao.
La escena parece tomada de una pelcula de ciencia-ficcin. Unos
brazos robotizados provistos de ventosas giran con gran rapidez,
alzando suavemente las pantallas y trasladndolas sin esfuerzo a lo
largo de la lnea de produccin. Por encima de mi cabeza puedo ver un
rtulo con un lema de la empresa:
"La calidad es responsabilidad de cada uno de nosotros."
"La nave tiene unas dimensiones de 150 x 30 m. Estoy ante el
horno de fusin de vidrio para TV ms grande de Europa. Contiene 380
toneladas de masa de vidrio fundido. A ambos lados del mismo hay
unas cmaras a travs de las que alternativamente se insufla aire
para la combustin y se succionan los gases quemados. Es una
maquinaria imponente!
"Ahora estoy subiendo por lo que ellos llaman el doghouse. Desde
aqu puedo ver un flujo continuo de mezcla de materias primas, que
se adiciona a la masa de vidrio fundido al rojo. No tardar mucho
tiempo en fundirse, porque la temperatura del horno alcanza
aproximadamente 1.550 C.
El puesto de mando
"En el centro de la nave se encuentra el puesto de mando del
horno de fusin. En l hay un inmenso cuadro de mandos semicircular
equipado con toda clase de instrumentacin para monitorizar y
regular los procesos de calentamiento y las temperaturas.
"En una pantalla en color puedo ver lo que ocurre en el interior
del gigantesco horno. Se aprecian claramente los paquetes de mezcla
deslizndose dentro del vidrio fundido. La llama de gas se alza
desde la superficie del vidrio hasta la cpula del horno. No puedo
evitar pensar que el infierno debe ser algo as... slo que estoy
segura de que no est tan limpio ni tan bien organizado.
"En el centro de la nave se encuentra el puesto de mando del
horno de fusin. En l hay un inmenso cuadro de mandos semicircular
equipado con toda clase de instrumentacin para monitorizar y
regular los procesos de calentamiento y las temperaturas.
"En una pantalla en color puedo ver lo que ocurre en el interior
del gigantesco horno. Se aprecian claramente los paquetes de mezcla
deslizndose dentro del vidrio fundido. La llama de gas se alza
desde la superficie del vidrio hasta la cpula del horno. No puedo
evitar pensar que el infierno debe ser algo as... slo que estoy
segura de que no est tan limpio ni tan bien organizado.La
prensa
"Vuelvo al lado contrario del horno. Aqu el vidrio fundido y
purificado recorre un alimentador que le confiere la forma de gotas
con forma de lgrima. Tanto la temperatura como el peso deben ser
regulados con precisin. La ms mnima desviacin puede dar lugar a
productos defectuosos.
"Cada gota de vidrio al rojo se precipita dentro de una de las
11 estaciones de trabajo, donde es prensada dentro de un molde
calefaccionado. Las restantes estaciones sirven para el
enfriamiento preliminar, tanto del molde como del componente de
vidrio. Finalmente, el componente de vidrio se retira del molde con
ayuda de una ventosa."
"Mientras las pantallas estn todava calientes se insertan en las
mismas clavijas metlicas (pines) para fijar posteriormente la
mscara de sombra."
Enfriamiento
"El estudio me comunica que se acaba el tiempo, de modo que
describir brevemente cmo se enfran los componentes de vidrio."
"Se cargan sobre una cinta transportadora, en la cual en primer
lugar son recalentados. A continuacin se reduce la temperatura
lentamente, grado a grado, para evitar la formacin de
tensiones."
"Las nicas fases que no estn totalmente automatizadas son los
controles del proceso y de la calidad, que se realizan tanto antes
como despus del moldeo y el enfriamiento. Ah... y segn me han
explicado, tambin posteriormente, durante el afino y el
embalado."
"Bueno, el tiempo se ha acabado y debo desconectar. Pero,
aprovechando que estoy aqu creo que voy a echar un vistazo para ver
cmo se fabrican los conos para los tubos de TV y despus visitar la
Divisin ptica. Te devuelvo la conexin, Guillermo..."
"Gracias por este fascinante reportaje, Ulrike. En una prxima
ocasin quiz podamos ofrecer a nuestros oyentes una descripcin ms
detallada de la innovadora tecnologa de SCHOTT en la prctica. O,
mejor an, quiz quieran visitar ellos mismos la fbrica de
vidrio."
Refinacin y Desgasificacin INFOACERO .CL
Cualquier proceso de produccin de acero a partir del Arrabio
consiste en quemar el exceso de carbono y otras impurezas presentes
en el hierro.
Una dificultad para la fabricacin del acero es su elevado punto
de fusin, 1.400C aproximadamente, que impide utilizar combustibles
y hornos convencionales.
Para superar esta dificultad, se han desarrollado 3 importantes
tipos de hornos para el refinamiento del Acero, en cada uno de
estos procesos el oxgeno se combina con las impurezas y el carbono
en el metal fundido. El oxgeno puede introducirse directamente
mediante presin dentro o sobre la carga a travs del oxgeno en el
aire, o en forma de xidos de hierro o herrumbre en la chatarra.
Esto oxidar algunas impurezas, las que se perdern como gases,
mientras otras impurezas reaccionarn con la piedra caliza fundida
para formar una escoria que ser colada posteriormente.
PROCESO DE VACIO (DESGASIFICACIN) DEL ACERO FUNDIDO.
Despus de ser producido en cualquiera de los hornos de
fabricacin de acero, el acero derretido puede refinarse an ms para
producir acero de alza pureza y homogeneidad. Esto se logra
removiendo los gases (oxgeno, hidrgeno y nitrgeno) en el acero
derretido que fueron absorbidos o formados durante el proceso de
fabricacin.
Si los gases no se remueven antes que el acero se solidifique,
su presencia o sus reacciones con otros elementos en el acero puede
producir defectos tales como: inclusiones (partculas slidas de
xido), sopladuras (bolsas de gas), descascarillamiento (grietas
internas) y fragilidad (prdida de ductibilidad).
La desgasificacin del acero fundido se lleva a cabo exponindolo
a un vaco. La presin enormemente reducida sobre la superficie del
lquido permite que los gases escapen.
El acero fundido puede desgasificarse de varias maneras. Las dos
ms comunes son:
DESGASIFICACION POR FLUJO
DESGASIFICACION EN LA OLLA DE COLADA.
DESGASIFICACION POR FLUJO
En este proceso, el acero fundido se vierte desde la olla de
colada dentro de una lingotera, la cual est completamente encerrada
en una cmara de vaco. Mientras el flujo de acero fundido cae dentro
del vaco, se separa en gotitas. Debido a la reducida presin sobre
el lquido, los gases disueltos revientan y se extraen fuera de la
cmara por medio de una bomba de vaco. Libre ya de gases en la
lingotera, ste se solidifica en un acero de alta pureza.
DESGASIFICACION EN LA OLLA DE COLADA.
En este proceso, el acero derretido se desgasifica en la olla de
colada. Se hace descender un recipiente de vaco calentado de modo
que su boquilla de absorcin quede por debajo del nivel lquido del
acero fundido.
La presin atmosfrica impulsa el acero fundido hacia arriba
dentro de la cmara de vaco, en donde los gases revientan y se
extraen mediante la bomba de vaco. La elevacin del recipiente de
vaco permite que el acero fundido fluya de vuelta, por la fuerza de
gravedad, dentro de la olla de colada. Este ciclo se repite varias
veces hasta que la totalidad el acero fundido en la olla se ha
desgasificado.BIBLIOGRAFA
JURADO,Arturo. Procesos de fabricacin de materiales
metalicos.Universidad del Valle.276 Pg.
www.schottglas.com/iberica/spanish/company/visitation.html
www.expoindustria.net www.ssvsa.cl/fundic.htm www.infoacero.cl
www.ccu.umich,mx www.orinoco-iron.com www.analitica.com.mx
