HORNOS Y ARENAS PARA MOLDEO
LAURA BIBIANA VALERO PAEZ
DIEGO RAFAEL JOYA CARDENAS
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERIAS FISICO-MECANICAS
ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA
BUCARAMANGA
2013
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laboratorio, Apuntes de Ingeniería Industrial
Asignatura: laboratorio d emateriles, Profesor: , Carrera: Ingeniería Industrial, Universidad: UPSA-M
Tipo: Apuntes
2013/2014
1 / 18
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HORNOS Y ARENAS PARA MOLDEO
LAURA BIBIANA VALERO PAEZ
DIEGO RAFAEL JOYA CARDENAS
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERIAS FISICO-MECANICAS
ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA
BUCARAMANGA
HORNOS Y ARENAS PARA MOLDEO
LAURA BIBIANA VALERO PAEZ
DIEGO RAFAEL JOYA CARDENAS
Grupo H
Profesor
Huber Alexander Anaya Palencia
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERIAS FISICO-MECANICAS
ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA
BUCARAMANGA
TABLAS
Tabla 1 PROPIEDADES FÍSICAS PERTENECIENTES A LAS ARENAS UTILIZADAS EN
FUNDICIÓN..................................................................................................................................... 16
Tabla 2 TABLA COMPARATIVA DE ARENAS DE FUNDICION............................................ 17
TABLA DE ILUSTRACIONES
- INTRODUCCIÓN
- HORNOS INDUSTRIALES
- TIPOS DE HORNOS
- CUBILOTE
- HORNOS DE CRISOL
- Crisol móvil
- Crisol estacionario
- Crisol basculante
- HORNOS DE ARCO ELECTRICO
- HORNOS DE INDUCCION
- TIPOS DE HORNOS
- ARENA PARA MOLDEO.....................................................................................................
- CLASIFICACIÓN DE LA ARENA
- Arena Sílice:
- Arena de Cromita
- Arena de Olivino
- Arena de Circonio
- Arena Cerabeads
- Arena de Bauxita..................................................................................................
- Chamota
- CLASIFICACIÓN DE LA ARENA
- BIBLIOGRAFÍA
- Ilustración 1 HORNO DE CUBILOTE
- Ilustración 2 HORNOS DE CRISOL
- Ilustración 3 HORNOS DE ARCO ELÉCTRICO......................................................................................
- Ilustración 4 HORNO DE INDUCCIÓN
HORNOS INDUSTRIALES
Son equipos utilizados en la industria para procesos de fundición de metales y aleaciones, estos generan calor y lo mantienen en un compartimiento cerrado de esta manera logran el calentamiento de la carga o material que se desea fundir, el horno es necesario para fundir aluminio y acero pero también se puede usar par hierro y bronce. Los hornos pueden variar según su capacidad y tamaño por eso hay que tener en cuenta los siguientes aspectos.
El costo de la operación en el horno Producción requerida del horno Capacidad para mantener la pureza de la carga y su composición Tiempo y temperatura con las que se realiza el proceso
TIPOS DE HORNOS
CUBILOTE: es un horno cilíndrico vertical, 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, puede tener desde 0.8 a 1. metros de diámetro. Se utiliza para fundir hierro en donde la carga está constituida por hierro (mezcla de arrabio y chatarra), coque, fundente y otros elementos de aleación que se cargan por una puerta localizada a la mitad de la altura del horno. El combustible para este horno es el coque y se realiza la combustión por medio de aire que se introduce en aberturas cerca del fondo de la carcasa, el fundente es un compuesto alcalino que reacciona con las cenizas del coque y otras impurezas para así formar escoria, la cual sirve para proteger la fundición de la atmosfera interior del cubilote y reducir las pérdidas de calor. Cuando se produce la fusión del hierro, está listo para el sangrado y así posteriormente pasar a la cañaleta de vaciado. (ilustración 1)
Una ventaja del cubilote es que los costos de materias primas y operación son inferiores comparados con otros dispositivos de fusión, considerando el tonelaje equivalente.
Ciertas limitaciones también son características del horno de cubilote.
Porcentajes de carbono con el hierro abajo del 2.8 %, son difíciles de obtener.
Elementos de aleación, como cromo o molibdeno, son parcialmente oxidados.
No es posible obtener temperaturas superiores a 1550 °C.
Ilustración 1 HORNO DE CUBILOTE
HORNOS DE CRISOL
Tambien llamados hornos calentados indirectamente, ya que el metal se funde sin entrar en contacto directo con los gases de combustión, lo cual evita que la composición de la carga varié por efectos de los gases de combustión, estos hornos utilizan un recipiente o crisol, hecho de material refractario (arcilla y grafito) o de acero aleado a alta temperatura para contener la carga a fundir, además tienen una tapa para cierre hermético. El horno utiliza combustibles gaseosos, como el aceite, gas o carbón pulverizado debido a que liberan el calor necesario
La carga está constituida por chatarra de hierro, elementos aleantes y piedra caliza, estos hornos tienen un consumo de potencia alto lo que sube los costos del proceso, sin embargo tienen capacidades grandes de fusión (25 a 50 ton/h); las temperaturas del horno son elevadas aproximadamente llegan a los 3500° C y una ventaja respecto a los otros hornos es que no producen gases de combustión ni polvos. Algunas veces el mecanismo que se utiliza para vaciar el acero fundido es el sistema de basculación o giro hidráulico.
Ilustración 3 HORNOS DE ARCO ELÉCTRICO
HORNOS DE INDUCCION
Para realizar el proceso de fundición se usa corriente alterna a través de una bobina que genera un campo magnético en el metal, esto causa el calentamiento del metal y su fusión, los hornos de inducción permiten la fundición de todo tipo de metales ferrosos y no ferrosos. El material refractario se debe escoger según el tipo de material que se desea fundir.
Las ventajas de realizar este proceso son:
Bajo porcentaje de desperdicio por oxidación Cargas eléctricas estables por lo tanto menor variación en el voltaje Alta tasa de fusión debido a un mayor al factor de potencia, lo que brinda mayor productividad Mejores condiciones laborales disminución de la intensidad de ruido, calor y mayor seguridad Agitación natural del material de fundición, esto ayuda a controlar el proceso de aleación y mejorar la calidad y la pureza
Costos de operación bajos No contamina el medio ambiente La velocidad de calentamiento es muy elevada y la temperatura se controla fácilmente
Ilustración 4 HORNO DE INDUCCIÓN
ARENA PARA MOLDEO
La arena es un conjunto de partículas de rocas disgregadas. En geología se denomina arena al material compuesto de partículas cuyo tamaño varía entre 0,063 y 2 mm. Una partícula individual dentro de este rango es llamada grano de arena. Una roca consolidada y compuesta por estas partículas se denomina arenisca. Las partículas por debajo de los 0,063 mm y hasta 0,004mm se denominan limo, y por arriba de la medida del grano de arena y hasta los 64 mm se denominan grava. El componente más común de la arena, en tierra continental y en las costas no tropicales, es la sílice, generalmente en forma de cuarzo. Sin embargo, la composición varía de acuerdo a los recursos y condiciones locales de la roca. Gran parte de la fina arena hallada en los arrecifes de coral, por ejemplo, es caliza molida que ha pasado por la digestión del pez loro. En algunos lugares hay arena que contiene hierro, feldespato o, incluso, yeso. Según el tipo de roca de la que procede, la arena puede variar mucho en apariencia. Por ejemplo, la arena volcánica es de color negro mientras que la arena de las playas con arrecifes de coral suele ser blanca. La arena es transportada por el viento, también llamada arena eólica, (pudiendo provocar el fenómeno conocido como calima) y el agua, y depositada en forma de playas, dunas, médanos, etc. En el desierto, la arena es el tipo de suelo más abundante. La granulometría de la arena eólica está muy concentrada en torno a 0,2 mm de diámetro de sus partículas. Para que una
Resistencia al metal y al ataque acido de la escoria adecuado
Conocida como un excelente refractario y excelente resistencia al calor. La silica exhibe un drástico cambio en el volumen cuando se incrementa la temperatura, los fundidores han aprendido a compensar este problema a través del uso de aditivos específicos
2. Arena de Cromita
La arena de Cromita es una arena especial con muy buenas propiedades a elevadas temperaturas, proporciona una alta resistencia a la penetración del metal líquido, y comparativamente con otras arenas produce un enfriamiento más rápido de la pieza fundida. La dilatación térmica es mucho más baja que la arena de sílice con lo que se reducen también los problemas derivados de la expansión de la arena. Se suministra con una granulometría 45-65 AFA y el contenido típico de sus óxidos mayoritarios es Cr2O3: 46%, FeO: 27%, Al2O3: 15% y MgO:10%.
La arena de cromita es compatible con todos los procesos químicos de confeccionamiento de moldes y machos. Actualmente se utilizan grandes cantidades de arena de Cromita en la industria de la fundición para la fabricación de moldes y machos. La arena de Cromita es aplicable a todos los tipos de aceros y muy apropiada para las piezas de acero al cromo, cromo-níquel y acero al manganeso. Tiene la ventaja sobre la arena de sílice de que es menos reactiva con el óxido de manganeso, reduciendo, de este modo, los problemas de calcinación.
3. Arena de Olivino
La arena de Olivino es una arena especial para la fabricación de moldes y machos en la industria de la fundición. Su carácter básico la hace adecuada en la fabricación de piezas fundidas de acero al manganeso, comparativamente con la arena de sílice es menos reactiva con el óxido de manganeso. La dilatación térmica de la arena de olivino es menor que la de la arena de sílice y tiene una alta resistencia al choque térmico, con lo que se reducen también los problemas derivados de la expansión de la arena. El tamaño granulométrico para la fabricación de moldes es de 50-60 AFA y la composición típica expresada en
Óxidos es MgO: 48%, SiO2: 41% y Fe2O3: 8%.
El Olivino en grano de 2 a 6 mm se emplea en la industria siderúrgica para el taponado de hornos de sangrado lateral, EBT y OBT. Los valores de SiO2 que tiene la arena no es sílice libre, se encuentra combinado como orto silicato de magnesio (Mg2SiO4) por lo que su aporte de Silicio a la colada es residual.
El Olivino 100 120 AFA se utilizada en la industria del refractario como materia prima en la fabricación de masas gunitables para aplicación en la industria siderúrgica.
4. Arena de Circonio
La arena de Circonio presenta excelentes propiedades refractarias, baja dilatación térmica y elevada conductividad térmica. Su composición es Silicato de circonio (ZrSiO4) y tiene una densidad aparente aproximada de 2,7 gr/c.c.. Se emplea en la fabricación de machos y moldes sometidos a altas temperaturas como es el caso de piezas de acero y piezas masivas de fundición. Las propiedades de la arena de circonio permiten reducir o eliminar el veining, evitar las reacciones metal/molde y aumentar la velocidad de enfriamiento.
5. Arena Cerabeads
Cerabeads es una arena sintética cuya composición es Silicato de alúmina (3Al2O32SiO2), presenta excelentes propiedades refractarias, una alta permeabilidad y dilatación térmica similar a la arena de circonio. El tamaño es de 65 AFA, tiene una densidad aparente de 1,7 gr/c.c. y la forma de sus granos es redondeada, lo cual, le confiere una alta fluidez. La arena cerabeads es compatible con todos los procesos químicos de confeccionamiento y muy es apropiada para piezas de acero aleado o machos sometidos a altas solicitaciones térmicas como por ejemplo pasos de aceite en motores de combustión.
6. Arena de Bauxita
La arena de Bauxita es un producto obtenido por fusión y que contiene aproximadamente un 75% de Al2O3. Esta arena sintética presenta excelentes propiedades refractarias, una alta permeabilidad y dilatación térmica similar a la arena de cromita. Se presenta en diferentes tamaños siendo el más habitual el de 65 AFA y tiene una densidad aparente de 2 gr/c.c. La arena de Bauxita se puede
Tabla 1 PROPIEDADES FÍSICAS PERTENECIENTES A LAS ARENAS UTILIZADAS EN FUNDICIÓN
Tabla 2 TABLA COMPARATIVA DE ARENAS DE FUNDICION
Tipo de arena
Dilatación térmica linear [10-^6 K-^1 ]
20 300C 20 600C 20 800C
Sílice 14.0^ 23.0^ 17.
Cromita 7.1^ 7.5^ 7.
Circonio 3.4 4.1 4.
Cerabeads 3. 5 4.0 4.
Bauxita 7.1 7.3 7.