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Instituto politécnico nacional Escuela superior de ingeniería mecánica y eléctrica unidad profesional Ticomán “Equipos de fundición y mecanización de la fundición” Materia: procesos de manufactura Profesor: Hernández Estrada Ricardo Agustín

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fundicion de metales

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Instituto politcnico nacional

Escuela superior de ingeniera mecnica y elctrica unidad profesional Ticomn

Equipos de fundicin y mecanizacin de la fundicin

Materia: procesos de manufactura

Profesor: Hernndez Estrada Ricardo Agustn

IntroduccinSi bien los mtodos en que se generan los diferentes modelos y piezas para su utilizacin en la industria son de gran importancia, tambin las formas en que se producen las materias primas son de considerarse, puesto que sin ellas lo anterior no sera posible. En el siguiente escrito se describirn los diferentes tipos de hornos utilizados para la fundicin y obtencin de metales.

Equipos de fundicinMaterias primasLos tres materiales bsicos utilizados para obtencin de hierro y acero son el mineral de hierro, la piedra caliza y el coque. Aunque no siempre aparece en estado libre en la naturaleza, el hierro es uno de los elementos ms abundantes del mundo, pues constituye alrededor del 5% de la corteza terrestre. Los principales minerales de hierros son la taconita, la hematitay la limonita. Una vez que el mineral se extrae de las minas, se tritura en finas partculas, se retiran las impurezas por diversos medios y se le da forma de pellets, bolas o briquetas. Los pellets so aproximadamente 65% hierro puro y tienen un dimetro de 25mm. Al mineral de hierro concentrado se le conoce como beneficiado. Algunos minerales de hierro se utilizan sin aglutinar.

El coque se obtiene de grados especiales de carbono bituminoso que se calienta en hornos verticales a temperaturas de hasta 1150 C Y despus se enfran con agua en torres de enfriamiento. Tiene varia funciones en la fabricacin del acero incluyendo:

Generar el nivel de calor requerido para que ocurran las reacciones qumicas necesarias en la produccin de hierro. Producir monxido de carbono, utilizado para reducir el oxido de hierro a hierro.

Los productos qumicos derivados del coque se emplean en la elaboracin de plsticos y compuestos qumicos los gases emitidos durante la conversin del carbn en coque se utilizan como combustible en las operaciones de la planta.La funcin de la piedra caliza es retirar impurezas del hierro fundido, pues reacciona qumicamente con ellas y acta como fundente. Lo cual hace que se fundan a menor temperatura. La piedra caliza se combina con las impurezas y forma la escoria que flota sobre el metal fundido y se retira despus. Como fundente tambin se utiliza la dolomita cuya escoria se usa en la fabricacin de cemento, fertilizantes, vidrio, materiales de construccin, aislamiento de lana mineral y para relleno de caminos.

Fabricacin del hierroPara la fabricacin del hierro las materias primas se colocan dentro de un alto horno. El principio del horno se desarroll en Europa central. El primer horno se construy en Estados Unidos y comenz a operar en 1621. La mezcla de carga se funde en una reaccin a 1650C con el aire precalentado a 1100C e inyectado dentro del horno mediante boquillas llamadas toberas. Aunque pueden ocurrir muchas reacciones, la reaccin bsica es la del oxgeno con el carbono para producir monxido de carbono, que a su vez reacciona con el xido de hierro y lo reduce a hierro. Es necesario precalentar el aire de entrada por que el quemado exclusivo del coque no produce temperaturas lo suficientemente altas para que ocurran estas reacciones.El metal fundido se acumula en el fondo del horno, mientras que las impureza flotan arriba de l. A intervalos de cuatro o cinco horas, se sangra o extrae el metal en carros olla. Con hasta 160 toneladas de hierro fundido en cada uno de ellos. El metal fundido en esta etapa se llama arrabio o hierro cochino; tiene una composicin caracterstica de 4% carbono, 1.5% de silicio, 1% de manganeso, 0.04% de azufre, 0.45 de fosforo y el resto de hierro puro. El metal fundido, se utiliza despus para fabricar hierro y aceros.

Proceso de aceracinEl acero se produjo por primera vez en china y Japn entre los aos 600 y 800 d.c. El proceso de su fabricacin consiste fundamentalmente en refinar el arrabio reduciendo el porcentaje de las impurezas con la adicin de otros elementos. El metal fundido que procede del alto horno se transporta a uno de los tres tipos de horno: De hogar abierto Elctrico Bsico de oxigenoEl nombre de hogar abierto se refiere a la forma del contenedor que se abre directamente a las flamas que funden el metal. Desarrollado durante la dcada de1860, el horno hogar abierto aun es importante en la industria, pero ha sido desplazado por el horno elctrico y el proceso bsico de oxigeno que son ms eficiente y generan aceros de mejor calidad.Horno elctrico La fuente de calor de este tipo de hornos en un arco elctrico que se genera entre unos electrodos u el metal a fundir. Este tipo de aparatos generan temperaturas alrededor de 1925C. En general existen tres electrodos de grafito que pueden llegar a medir 750mm de dimetro y de1.5 a 2.5m de longitud.

Proceso de fundicin Primero se deja caer chatarra de acero y una pequea cantidad de carbn y piedra caliza dentro del horno. Despus se bajan los electrodos. Una vez que se enciende el horno, el metal se derrite en un lapso aproximado de 2 horas. Luego se corta la corriente, se sacan los electrodos, se balancea el horno y el metal fundido se vierte en una olla. La capacidad de los hornos elctricos vara de 60 a 90 toneladas de acero fundido por da.Para cantidades menores los hornos elctricos pueden ser de tipo de induccin. El metal se coloca en un crisol, un recipiente grande fabricado con material refractario y rodeado por una bobina de cobre por la que se hace paras una corriente altea. La corriente inducida en la bobina genera calor y funde el metal.Existen dos tipos bsicos de hornos de induccin: El horno de induccin sin ncleo: Consta de un crisol totalmente rodeado por una bobina de cobre, enfriada por agua por, la que pasa una corriente de alta frecuencia. Debido a que existe una fuerte accin de agitacin electromagntica durante el calentamiento por induccin, este tipo de hornos tiene excelentes caractersticas de mezclado para alear y agregar una nueva carga de metal Horno de canal o ncleo: Este tipo de horno emplea un tipo de corriente de baja frecuencia y tiene una bobina que rodea solo una pequea parte de la unidad. Por lo comn se utiliza en talleres de fundicin no ferrosa y es muy adecuado para sobrecalentamiento, sostenimiento y la transferencia de un horno a otro.

Horno de crisolEl horno de crisol se ha utilizado ampliamente a lo largo de la historia, se calienta con combustibles adems de la electricidad. Pueden ser estacionarios, basculantes o mviles.

CubilotesLos cubilotes son recipientes de acero recubiertos con refractarios, que se alimentan con capas alternas de metal, coque y fundente. Aunque requieren mayores inversiones y han reemplazados por los hornos de induccin, los cubilotes funcionan continuamente, tienen altas capacidades de fusin y producen grandes cantidades de metal fundido.

Fundicin por levitacinLa fundicin por levitacin comprende la suspensin magntica del metal fundido. Una bombilla de induccin calienta en forma simultnea una palanquilla slida y agita y combina la fusin, eliminando as la necesidad de un crisol, que podra ser una fuente de contaminacin con inclusiones de xidos, El metal fundido fluye hacia abajo dentro de un molde de fundicin por revestimiento colocado directamente debajo de la bobina.

Convertidor bsico de oxigenoEl convertidor bsico de oxigeno es el proceso de fabricacin de acero ms rpido. En general se cargan 200 toneladas de arrabio y 90 toneladas de chatarra en un recipiente. Despus se inyecta oxgeno puro dentro del horno por alrededor de 20 minutos mediante una lanza enfriada por agua a una presin de unos 1250 KPa. Se agregan antes fundentes a travs de una rampa. L vigorosa agitacin del oxgeno refina el metal fundido mediante un proceso de oxidacin en el que se produce oxido de hierros. El xido reacciona con el carbono presente en el metal fundido, produciendo dixido y monxido de carbono .Despus re retrae la lanza y se drena el horno balancendolo. El proceso es capaz de refinar 250 toneladas de acero en un tiempo de entre 30 y 50 minutos.

BibliografaManufactura, ingeniera y tecnologa, quinta edicin, S, Kalpakjian and S. R. Schmidt, Editorial Pearson. Mxico, 2008, paginas 150-153 y 315-316