HORNOS ELÉCTRICOS
El horno eléctrico se introdujo por primera vez en Estados Unidos en 1906 y en la actualidad representan cerca del 30% de la producción de acero de este país. La fuente de calor es un arco eléctrico continuo, que se forma entre los electrodos y el metal cargado (fig. 5.2). Este tipo de hornos generan temperaturas tan altas como 1925°C (3500°F). Existen normalmente tres electrodos de grafito, que pueden ser hasta 750mm (30 pulg) de diámetro y de 1.5 a 2.5 m (5 a 8 pies) de longitud. Su altura dentro del horno se puede ajustar en respuesta a la cantidad de metal presente y al desgaste de los electrodos. En el horno eléctrico se introducía originalmente el arrabio aunque en la actualidad se utiliza chatarra de acero y una pequeña cantidad de carbono y de cal a través del techo abierto. El techo se sierra y se bajan los electrodos. Se establece la conexión y dentro de un periodo aproximadamente 2 horas, el metal se funde, dependiendo del tamaño del horno, toma de 4 a 12 horas generar el calor para el acero. Entonces se añaden los elementos de aleación como cromo, níquel y tungsteno. La corriente entonces es desconectada, se elevan los electrodos, el horno es inclinado y el metal fundido es vaciado en una olla de traslado, que es un recipiente utilizado para la transferencia y vaciado del metal fundido desde el cual se vacía en lingotes. Las capacidades de los hornos eléctricos van de 60 a 90 toneladas de acero por día. La calidad del acero producido es mejor que el de hogar abierto o del proceso de oxigeno básico.
Figura 1.1 Esquematización de hornos eléctricos (Fuente: KALPAKJIAN, SEPORE y SCHMID, STEVEN.2002. Manufactura, ingeniería y tecnología. Cuarta Edición)
Para pequeñas cantidades, los hornos eléctricos pueden ser de tipo de inducción. El metal se coloca en un crisol, que es un recipiente grande, fabricado de material refractario y rodeado por una bobina de cobre, a través de la cual se hace pasar una corriente alterna (fig. 1.1). La corriente inducida en la carga, funde el metal. Estos hornos también se utilizan para volver a fundir el metal para su colado. Los hornos eléctricos se dividen en
Hornos de arco eléctrico o
Hornos de arco eléctrico directo
o
Hornos de arco eléctrico indirecto
Hornos de inducción
HORNOS DE ARCO ELÉCTRICO
Las dos clases de hornos calentados eléctricamente usan una fuente de calor de arco. La calidad del metal es buena. El
horno de arco eléctrico directo,
(fig. 7.9) en el cual el arco
corre del electrodo de carbono al metal que se va a fundir, se usa sobre todo para la fusión de aceros de herramientas y materiales de aleación en los cuales la composición y las propiedades desarrolladas deben controlarse con mucho cuidado.
Figura 1.2. Esquematización de un horno de a rco eléctrico directo. (Fuente: MOORE, Harry y KIBBEY, Donald.1997. Materiales y procesos de fabricación. Tercera Edición.
Debido a que es necesario el oxígeno para la combustión, el horno puede estar cerrado herméticamente para excluir el aire y otros gases. Los electrodos se espacian automáticamente por sí mismo de la superficie del charco fundido después de que el arco se ha iniciado, y el control de temperatura se establece por la potencia suministrada a estos electrodos, los cuales pueden ser de más de un pie de diámetro en los hornos más grandes. El horno está montado de modo que puede inclinarse para vaciarlo después de que se ha terminado el proceso de fusión.
Figura 1.3. Esquematización de un horno de arco eléctrico directo trifásico con r evestimiento tipo ácido y básico. (Fuente: MOORE, Harry y KIBBEY, Donald.1997. Materiales y procesos de fabricación. Tercera Edición.
El horno de Arco directo entre electrodo y solera conductora fue un esquema desarrollado en
por Girod, el arco salta entre un electrodo y el baño contenido sobre la solera
conductora. Contrarios al caso anterior, son monofásicos o de corriente continua. Hay dos calentamientos. Uno es producido por el arco radiante indirecto, al igual que en los Stassano tratados en párrafo anterior. El otro se deriva del efecto Joule producido por la corriente a su paso por el baño de acero hasta el electrodo de retorno incrustado en la solera. Pueden trabajar con el arco sumergido en la escoria, con lo cual hay ahorro energético y de refractarios, a la vez que hay calentamiento por resistividad Joule de la propia escoria ionizada. A lo largo de las primeras décadas del siglo XX fueron sustituidos
por los hornos de arco trifásico (tipo Heroult) pero desde hace poco tiempo son ellos, trabajando en corriente continua, los que están sustituyendo a los trifásicos, tanto en acería como en metalurgia extractiva (Figura 27-b).
Figura 1.4. Representación esquemática de un horno d e arco eléctrico indirecto tipo Girod. (Fuente: GROOVER, Mikell. 1997. Fundamentos de manufactura moderna, materiales, procesos y sistemas. Primera edición.
El horno de arco eléctrico indirecto se usa sobre todo para fusionar las aleaciones con base de cobre. Se puede usar para otros metales también. El horno consiste en una envolvente cilíndrica de acero revestida con material refractario. El calor se produce por un marco que se inicia y mantiene entre electrodos opuestos. El calor se radía para aumentar la temperatura del revestimiento completo del horno lo mismo que de la carga. La oscilación en el horno hace que el metal fundido fluya sobre el material refractario calentado y capte calor por combustión lo mismo que por radiación.
Figura 1.5. Representación esquemática de un horno d e arco eléctrico indirecto. (Fuente: GROOVER, Mikell. 1997. Fundamentos de manufactura moderna, materiales, procesos y sistemas. Primera edición.
HORNOS DE INDUCCIÓN
En apariencia, un horno de fusión por inducción (figura 9.25) se asemeja a un horno del tipo de crisol o de cuba. El calor se produce por un flujo interno de corriente inducida.
Figura 1.6. Esquematización de un horno de inducción de baja frecuencia. (Fuente: MOORE, Harry y KIBBEY, Donald.1997. Materiales y procesos de fabricación. Tercera Edición.
La energía se suministra al horno en forma de corriente alterna de alta frecuencia que se pasa a través de conductores en el cuerpo del horno para establecer un campo magnético variable de alta frecuencia, el cual pasa a través del metal que se calienta. El metal, que es en sí un conductor, tiene voltajes inducidos que causan el flujo de corrientes parásitas, y, debido al flujo de corriente eléctrica a través de la resistencia (el mismo metal) causa calor, la temperatura del metal se eleva. Es un horno eléctrico en el que el calor es generado por calentamiento por la inducción eléctrica de un medio conductivo, un metal) en un crisol alrededor del cual se encuentran enrolladas bobinas magnéticas. Y son de baja frecuencia (50 ó 60 Hz), de media frecuencia (200 a 10000 Hz) y de alta frecuencia (sobre 10000 Hz).
Figura 1.7 Esquematización de un horno eléctrico por inducción (Fuente: KALPAKJIAN, SEPORE y SCHMID, STEVEN.2002. Manufactura, ingeniería y tecnología. Cuarta Edición)
Los hornos de inducción específicamente utilizados para la fusión de metales se subdividen en: Hornos de canal y Hornos de crisol. Un horno de crisol de fusión por inducción puede tener típicamente 10 t de capacidad de fundición y una velocidad de fusión de 3.5t/h.
BIBLIOGRAFIA
GROOVER,
Mikell.
(1997).
FUNDAMENTOS
DE
MANUFACTURA
MODERNA, MATERIALES, PROCESOS Y SISTEMAS. México. D.F. PRENTICE – HALL HISPANOAMERICA, S.A. Primera edición.
KALPAKJIAN, Sepore y SCHMID, Steven R. (2002). MANUFACTURA, INGENIERIA Y TECNOLOGIA. México. D.F. PEARSON EDUCATIÓN. Cuarta edición.
KRAR, Steve; GILL, Arthur y SMID, Peter. (2009). TECNOLOGIA DE LAS MAQUINAS HERRAMIENTA. México. D.F. Alfaomega Grupo Editor. S.A. Sexta edición.
MOORE, Harry D. y KIBBEY, Donald R. (1997). MATERIALES Y PROCESOS DE FABRICACIÓN, INDUSTRIA METALMECANICA Y DE PLASTICOS. México. D.F. Editorial Limusa, S.A. Tercera Edición.
