Práctica de Moldeo y Fundición en Farmacia – Procesos de Manufactura (página 2)

Propiedades físicas:    

·        
Estado: Todos los metales son
sólidos a temperatura
ordinaria, excepto el mercurio, que
no se solidifica hasta unos -39°C.

·        
Colores: Los metales ofrecen distintas coloraciones; el
oro es
amarillo; el cobre y el
titanio, rojos; casi todos los demás son más o
menos blancos

Cuadro del color de los
metales:

·        
Usos: Muchos metales son de uso casi universal. Los mas
empleados son: el hierro, cobre,
plomo, estaño,
plata, oro, mercurio, zinc y platino. La importancia de su uso es
debida a su ductilidad, estado en la
naturaleza y
su abundancia respectiva

·         Casi
todos los metales se combinan entre sí y forman aleaciones,
dotadas de propiedades especiales. Estas aleaciones se consideran
metales nuevos que tienen una gran importancia para el
fundidor.

1.2.3 Hierro

Es el más importante de los metales existe en estado
nativo en los meteoritos pero lo que más abunda son sus
compuestos contándose entre ellos el sesquióxido de
hierro, el óxido magnético, el hidrato
férrico, el sulfuro, el carbonato, el silicato, el
fosfato, etc. Su importancia radica en la producción del acero, el cual
representa enormes ventajas en cuanto a características de
dureza y maleabilidad entre otras, en comparación con
aleaciones de otros metales.

1.3 HORNOS EN LOS CUALES EL COMBUSTIBLE Y
EL METAL ESTÁN MEZCLADOS

1.3.1 Altos
Hornos

Principalmente los podemos encontrar de diez a veinte metros
de altura formados por dos troncos de cono unidos por sus bases
mayores y en ellos se hecha mineral, coque, fundente y
carbón vegetal por capas alternadas. Por la acción
del calor se
produce la fusión
de la masa, quedando el hierro en forma de fundición y
formándose silicatos de aluminio, de
calcio, etc.

La masa fundida se va depositando en el fondo del alto horno,
en forma de crisol. Los silicatos son más ligeros que la
fundición, quedan en la parte superior de la masa
líquida constituyendo las escorias, y cuando exceden el
nivel superior del crisol, salen por un orificio llamado "dama".
Al enfriarse se solidifican y se les va retirando con unos
ganchos especiales. De vez en cuando se destapan unos orificios
(piqueras) por donde sale el hierro fundido en forma de chorro el
cual se recoge en unos canales donde se solidifica quedando en
forma de barras conocidas con el nombre de lingotes.

La fundición obtenida en los altos hornos contiene un 5
ó 6% de materias extrañas. Es muy dura y quebradiza
pero se puede taladrar bien y se presta perfectamente al
moldeo.

Afino de la fundición para convertir la
fundición en hierro hay que quitarle los cuerpos
extraños que contiene:

Carbono, azufre, silicio, manganeso, fósforo, etc. Esta
operación es lo que se conoce por afino de la
fundición, y para ella pueden seguirse dos procedimientos,
según se emplee el carbón vegetal o bien el coque o
la hulla.

1. Método de forja catalana: consiste en tratar la
   fundición por carbón vegetal en exceso el cual
   se hecha en un recipiente refractario de forma rectangular y
   encima se coloca la fundición. La combustión se activa mediante una
   fuerte corriente de aire que
   entra por las toberas. Al fundir el metal cae en gotas sobre
   la parte más caliente hogar,  al pasar
   frente a la entrada del aire los cuerpos extraños
   quedan oxidados, obteniéndose una masa de hierro casi
   puro.
   1. Afino: consiste sencillamente en colocar la
      fundición sobre coque incandescente, al ser fundida
      ira cayendo gota a gota y con el aire que entra por las
      toberas se irán oxidando los cuerpos
      extraños que acompañan al hierro,
      recogiéndose este en canales donde queda en forma de
      lingotes.
   2. Pudelado: consiste en someter la fundición a una
      elevada temperatura y a una corriente de aire en un horno
      de reverbero llamado horno de pudelar, donde se
      continúa y se termina la descarburación de la
      fundición.
2. Método inglés: el más usado
   comúnmente, comprende dos operaciones
   distintas, que son el afino y el pudelado.

Por medio de  hornos Siemens y convertidores Bessemer se
oxida la fundición o hierro colado, quedándose el
carbono
contenido y obteniéndose el acero.

1.3.2 El Horno de Cubilote.

A pesar de que la primera patente de lo que se considera el
cubilote moderno cumplió en 1994 doscientos años de
ser otorgada a John Wilkinson (Inglaterra), se
puede decir que el cubilote mantiene su diseño
fundamental hasta nuestros días. Naturalmente, ha sufrido
variaciones estructurales, se le han incorporado aditamentos, se
han rediseñado algunas de sus partes, particularmente el
sistema de
toberas, pero su concepción inicial de horno tubular, en
posición vertical, con la entrada de la carga
metálica por la parte superior y un contacto directo entre
el combustible sólido y dicha carga metálica, se ha
mantenido inalterable.

Esto se debe a una causa fundamental: el cubilote posee una
eficiencia de fusión alta en comparación con
los demás hornos empleados con el mismo fin. Esto se
explica, porque en este tipo de horno la carga metálica a
fundir (arrabio, chatarra de acero, ferro-aleaciones, rechazos de
la producción, etc.), está en contacto directo con
el combustible sólido (coque), que se emplea para su
fusión. Esta eficiencia de
fusión se entiende como la relación que existe
entre el calor potencial que hay en el hierro fundido que sale
del cubilote y el total del calor que entra al proceso
(combustión de coque, procesos de
oxidación de índole exotérmica y calor
sensible en el aire que se sopla dentro del horno). Así,
por ejemplo, en condiciones favorables de eficiencia, se pueden
alcanzar valores algo
superiores al 40 %. En cambio, en
condiciones muy desfavorables (soplo frío, revestimiento
del horno en mal estado, mala operación del horno, etc.),
este valor puede
descender hasta 30 % o más. Sin embargo, la eficiencia
de la combustión en este tipo de horno no sobrepasa el
60 al 70 %, lo cual es un valor bajo en comparación con
los demás hornos que queman combustible. Esto se debe,
principalmente, a que no se puede hacer un uso total del
contenido calórico del coque sin interferir en los
requerimientos metalúrgicos del proceso, en tanto, el
coque y sus gases de
combustión son elementos activos en dicho
proceso.

Por todo lo expresado hasta aquí, es que se ha afirmado
que operar bien un cubilote no es tanto controlar un proceso
metalúrgico, como dirigir una combustión. Por ese
motivo, todo lo concerniente a las características del
combustible empleado, así como el volumen y
presión
del aire que se introduce en el horno, posee una importancia
primordial para la buena marcha del mismo. Paralelo a esto, el
horno debe poseer determinadas relaciones entre sus
parámetros de diseño, de manera tal que el proceso
de combustión que se produzca dentro de él permita
obtener un hierro fundido a la temperatura requerida. El cubilote
está constituido por las siguientes partes:

a)     Envoltura cilíndrica de
chapa de acero soldada.

b)    Revestimiento interno de material
refractario (entre este y la envoltura se deja una capa
intermedia de unos 2 cm, rellena de arena seca, para permitir las
dilataciones radiales y axiales de refractario).

c)     Chimenea y su correspondiente
cobertura. Algunas veces se añade apaga-chispas.

d)    Boca de carga: pequeña y provista
de una plancha inclinada para la introducción de las cargas cuando se
realizan a mano, más amplia si se hace
mecánicamente.

e)     Cámara de aire anular, de
plancha delgada, que circunda del todo o en parte la envoltura y
dentro de la cual, pasa aire o viento (enviado por una
máquina soplante) para la combustión del coque.

f)     Toberas, de hierro colado o chapas
de acero, en forma de caja horadada y adaptada al revestimiento
para conducir el aire al interior del cubilote. En la parte
correspondiente de cada tobera, la pared exterior está
agujereada y provista de portillos con mirillas (de mica o
cristal) para vigilar la combustión.

g)    Piquera de escoria. Abertura dispuesta a
unos 15 o 20 cm aproximadamente por debajo del plano de toberas,
inclinada de 30 a 40º, respecto a la horizontal, para
facilitar la salida de la escoria.

h)     Puerta lateral de encendido y
limpieza. Antes de cerrarla, al comienzo de la fusión, hay
que rehacer el murete que completa el revestimiento.

i)      Canal de colada, de plancha
de hierro, revestido de masa refractaria. Mantiene la misma
inclinación de la solera (10º), para hacer caer el
hierro fundido en el caldero de colada.

j)      Solera a fondo de cubilote.
Consiste en arena de moldeo apisonada e inclinada 10º hacia
la piquera de sangría del horno.

k)     Plancha base de envoltura
cilíndrica; de hierro colado o chapa fuerte. En su centro
hay una abertura del diámetro de la solera, que puede
cerrarse con un portillo de descarga de uno o dos batientes que
se abren hacia abajo por medio de un cerrojo, de una palanca o
quitando el puntal. A través de ella se descarga el
contenido de coque de la cama, al final de la operación
del horno.

l)      Columnas de apoyo: casi
siempre son cuatro, de hierro fundido y son sostenidas a su vez
por unos cimientos de ladrillos de hormigón.

m)   Crisol: es la parte inferior del cubilote
comprendido entre la solera y el plano de las toberas. Se estima
que el metal ocupa en él, el 46 % del volumen. El 54 %
restante está ocupado por coque incandescente.

1.4 HORNOS DONDE EL COMBUSTIBLE Y EL
METAL NO ESTÁN MEZCLADOS

1.4.5 Horno De
Crisol Fijo

Es el procedimiento
más antiguo para obtener acero en estado líquido
homogéneo, con dosificación exacta y sin
inclusiones gaseosas. Los crisoles son de arcilla refractaria a
la cual se le añade el coque y arcilla ya cocida.
También se fabrican crisoles de grafito ( 15 a 75 % )
adicionado de arcilla refractaria y de arena  el crisol dura
más cuanto más grafito contiene. Los crisoles se
calientan en un horno de recuperadores calentado como el
horno Martín Siemens. La solera puede admitir 24
crisoles, que cargan cada uno 10 a 50 kg. de metal. En los
crisoles se puede fundir acero cementado, hierro y una cierta
cantidad de arrabio para tener el contenido de carbono deseado y
mezclas
convenientemente dosificadas.

Los aceros al crisol son productos de
segunda fusión no hay afino. La carga esta afuera de la
acción del combustible y de la atmósfera del horno (
los crisoles llevan tapas ). Por el bajo rendimiento
térmico de los hornos de los crisoles y por el gran
consumo de
crisoles el costo del
producto
resulta elevado y por esta razón este método se
limita solamente a la fabricación de aceros
especiales.

Horno De Crisol
Inclinable Horno Siemens-Martín

Los hornos Siemens-Martin pertenecen al tipo de hornos de
reverbero  y se caracterizan por tener un sistema
recuperador de calor que permite que el aire y los gases
empleados por la combustión sean precalentados . La
fabricación del acero Siemens-Martin esta basada en los
principios
siguientes:

1- Se transforma el arrabio en acero por dilución
añadiendo al arrabio líquido  productos menos
carburados para que disminuya el contenido de carbono del
conjunto. La adición es de chatarra de acero. Este proceso
se denomina de arrabio y chatarra.

2- Se produce una oxidación del "C" 
añadiendo  arrabio líquido, óxidos de
Hierro. La mayor parte del oxígeno
necesario para la descarburación  procede del
mineral  y el resto de la atmósfera del horno. El
proceso se llama arrabio y mineral.

Funcionamiento del horno Siemens-Martin: el gas combustible
procedente del alto horno o  de gasógenos se
envía por la válvula sobre los emparrillados de
ladrillo y entra en el laboratorio
por el canal.

El aire comburente es enviado por la válvula sobre los
emparrillados de ladrillos y se desemboca recalentando en el
horno por el conducto, la llama pasa por la superficie del
baño y los humos salen por los canales, alcanzando los
emparrillados de los recuperadores, escapando por la chimenea por
el fuego de las válvulas.

Periódicamente se invierte el sentido de la corriente
gaseosa girando 90o  las válvulas. El
tiempo que
transcurre entre 2 inversiones es
variable; al principio del afino es de 30 minutos y al final de
la operación, de 15 minutos. Las inversiones son tan
frecuentes para evitar la fusión de los conductos y la
bóveda cuando alcanzan la temperatura máxima de
1600o  C. Espesor del baño  40 a
50 cm. El procedimiento dura de 6 a 9 horas. Al terminar el
procedimiento se pincha el agujero de colada para poder vaciar
el acero líquido a cucharas y después a
lingoteras.

HORNOS
CONVERTIDORES

Bessemer y Thomas

El primer paso para lograr la transformación masiva del
arrabio en acero lo dio el inglés Henry Bessemer en 1856.
La idea de Bessemer era simple: eliminar las impurezas del
arrabio líquido y reducir su contenido de carbono mediante
la inyección de aire en un "convertidor" de arrabio en
acero. Se trata de una especie de crisol, como el que muestra en la
figura 19, donde se inyecta aire soplado desde la parte inferior,
que a su paso a través del arrabio líquido logra la
oxidación de carbono. Así, el contenido de carbono
se reduce al 4 o 5% a alrededor de un 0.5 % . Además el
oxígeno reacciona con las impurezas del arrabio
produciendo escoria que sube y flota en la superficie del acero
líquido. Como la combinación del oxígeno con
el carbono del arrabio es una combustión que genera calor;
Bessemer acertadamente sostenía que su proceso estaba
exento de costos por
energía. Como se muestra en la figura del diseño
original[1].

Convertidor de arrabio en acero inventado por Henry Bessemer.
Un flujo de aire se inyecta por la parte inferior del horno para
que elimine gran parte del carbono y otras impurezas del arrabio
por oxidación. Este diseño fracasó
inicialmente porque el refractario que cubría las paredes
del horno era de tipo "ácido".

Bessemer logró convencer a los grandes señores
del hierro de la época victoriana para que aplicaran
industrialmente los procedimientos que él había
desarrollado a escala de
laboratorio. Se invirtieron enormes recursos en el
proyecto, cuyo
resultado fue un escandaloso fracaso. Bessemer fue obligado a
reponer el dinero a
los industriales y se hundió en el mayor
descrédito. Pero Bessemer no se dio por vencido. Le
costó mucho darse cuenta de que el arrabio que él
había empleado en sus experimentos de
laboratorio era distinto al que explotaban industrialmente los
fundidores ingleses. Por alguna razón, Bessemer
había empleado un arrabio de bajo contenido de
fósforo que contrastaba con el arrabio obtenido de muchos
minerales
nativos de Inglaterra y Europa que eran
muy ricos en este elemento.

La pared del convertidor de Bessemer estaba recubierta con
ladrillos refractarios ricos en óxido de silicio:
sílice. En la jerga de los refractarios a éstos se
les llama "ácidos"
para distinguirlos de los óxidos metálicos, que se
denominan "básicos". La triste experiencia del primer
intento de Bessemer sirvió para demostrar que los
refractarios ácidos entorpecen la eliminación del
fósforo del arrabio. Más tarde Thomas y Gilchrist,
también ingleses, probaron que el convertidor de Bessemer
transformaba exitosamente el arrabio en acero si la pared del
horno se recubría con refractarios "básicos", de
óxido de magnesio por ejemplo. Para quitar el
fósforo y el sílice del arrabio, añadieron
trozos de piedra caliza que reacciona con ambos para producir
compuestos que flotan en la escoria. Esto no se podía
hacer en el convertidor "ácido" de Bessemer porque la
piedra caliza podría reaccionar con los ladrillos de
sílica de sus paredes.

Bessemer instaló su propia acería en Sheffield,
pagó sus deudas, pronto logró una producción
de un millón de toneladas por año y amasó
una gran fortuna. Lo que nunca pudo recuperar fue la confianza de
los industriales ingleses. De muy mala manera fue rechazado su
proyecto para sustituir los rieles de ferrocarril de "hierro"
forjado de esa época por los de acero que ahora todo el
mundo utiliza.

La tecnología para producir, arrabio siempre
estuvo inmersa en un proceso evolutivo. Un paso de una gran
trascendencia se dio en el siglo XVIII, cuando el carbón
mineral sustituyó al carbón de leña en los
hornos. El uso del carbón de leña en las
acerías dejó secuelas dramáticas en muchos
países. En Inglaterra la devastación fue tan brutal
que para mediados del siglo XVIII los bosques ya se habían
agotado. Por más de un siglo Inglaterra tuvo que importar
hierro o arrabio de Suecia, Rusia y de sus
colonias americanas, debido a su insuficiencia de carbón
de leña. Para bien de los bosques, en el siglo XVIII se
inició el uso del carbón mineral para producir
arrabio. El carbón mineral usualmente contiene sustancias
volátiles indeseables para la fabricación del
arrabio. Se desarrollo
entonces un método que consiste en triturar y calentar el
carbón mineral en hornos para que las sustancias
volátiles sean expelidas, dando lugar a un carbón
más refinado llamado coque.

Cuando los convertidores "básicos" de arrabio en acero
entraron en operación, ya se producía carbón
mineral coquizado en plantas avanzadas
donde además de purificar al carbón se,
aprovechaban los gases expelidos. Se obtenían como
subproductos amoniaco, benceno, tolueno, nafta
aromática y brea de alquitrán.

Convertidor De Inyección De Oxigeno

Los convertidores de arrabio en acero ya no son como los de
Bessemer y sus contemporáneos. Conocidos generalmente por
sus iniciales en inglés, los convertidores BOF (Basic
Oxygen Furnace) logran la refinación del arrabio empleando
la misma idea de Bessemer para eliminar las impurezas y el exceso
de carbono por oxidación, además de aprovechar el
calor de la oxidación como fuente de energía para
la fusión. En lugar del soplo de aire que utilizaba
Bessemer, en los BOF la oxidación se hace directamente con
oxígeno. Esta idea también la tuvo Bessemer porque
el aire contiene solamente un 21%, de oxígeno contra un
78% de nitrógeno. Lo que pasó fue que en los
tiempos de Bessemer el oxígeno puro era muy caro, de modo
que no era accesible ni para hacer experimentos en el
laboratorio. Cien años después la situación
era otra porque se desarrollaron métodos
baratos para producir oxígeno y en la escala necesaria
para abastecer a las grandes siderúrgicas.

Consiste en una olla de acero recubierta en su interior con
material refractario del tipo básico, por ejemplo
óxido de magnesio. A diferencia del convertidor de
Bessemer donde se soplaba el aire por la parte inferior, en el
BOF se inyecta el oxígeno por una lanza que entra por la
parte superior. La lanza se enfría con serpentines de
agua,
interiores para evitar que se funda. La carga y la descarga de la
olla se hacen también por la parte superior y por eso la
olla está montada en ejes rotatorios.

Mediante un chorro de oxígeno con polvo de piedra
caliza el arrabio es convertido en acero en un BOF. El
oxígeno reacciona con el carbono del arrabio y lo elimina
en forma de bióxido (o monóxido) de carbono. La
caliza sirve para eliminar impurezas, entre las que destaca el
fósforo.

Una de las grandes ventajas que desde un principio se
observó en los convertidores BOF fue su capacidad para
aceptar hasta un 20% de "chatarra junto con la carga de arrabio
líquido.

La diferencia de precios entre
la chatarra fría y el arrabio líquido ha motivado
la búsqueda de tecnologías para incrementar lo
más posible la carga de chatarra. Algunos éxitos en
esta dirección se han obtenido al adicionar al
oxígeno que entra por la lanza combustóleo y
carburos de silicio y calcio.

La entrada de los convertidores BOF al mercado mundial
fue muy acelerada. En la figura se muestra cómo los BOF
marcaron el fin de los cada ves mas obsoletos convertidores de
Bessemer y de los Siemens-Martin que habían dominado por
décadas.

Convertidor Reductor o Método HYL

En el siglo pasado se propusieron y patentaron muchos
métodos para reducir (desoxidar) a los minerales de hierro
directamente en el estado
sólido. Se sugería el uso de mezclas de gases de
hidrógeno, monóxido de carbono o
hidrocarburos,
por su alto poder desoxidante. Varios de esos métodos eran
técnicamente muy razonables pero ninguno de ellos fue
capaz de competir económicamente con el alto horno. En los
años cincuenta de este siglo resurgió el interés en
muchos países por el desarrollo de tecnologías para
producir hierro esponja. Un gran impulso salió de México,
donde la compañía HYLSA fue pionera de un proceso
de reducción directa muy revolucionario. En 1957 HYLSA
abrió su primera planta en Monterrey.

El proceso HYL utiliza una mezcla de gases rica en
hidrógeno y monóxido de carbono para extraer el
oxígeno del mineral de hierro. La mezcla de gases se
produce a partir de gas natural y
vapor de agua en un dispositivo llamado
reformador[2]. El gas natural y el vapor se
inyectan a una tubería de acero inoxidable que se calienta
con unos quemadores. A altas temperaturas, y con ayuda de
catalizadores que se ponen en el interior de los tubos, ocurre la
reacción química:

Gas natural + vapor de agua é
hidrógeno + monóxido de carbono

El hidrógeno y el monóxido de carbono, agentes
reductores (desoxidantes) sumamente, efectivos, salen del
reformador acompañados de pequeñas cantidades de
gas natural y bióxido de carbono. La tubería se
conecta con los reactores reductores, que no son otra cosa que
enormes vasijas metálicas donde se carga el mineral de
hierro en forma de pequeñas esferas del tamaño de
una canica (a 2 cm, de diámetro).

La unidad reductora consta de una enorme vasija donde se
deposita un aglomerado de esferas del mineral por donde pasa el
gas reductor previamente calentado a altas temperaturas.
Posteriormente el gas residual es enfriado en una tubería
bañada con agua.

Alrededor del 30% del mineral es oxígeno asociado con
el hierro que debe removerse al reaccionar con el
hidrógeno o con el monóxido de carbono. Este
objetivo se
logra en un 85 o un 90% además de añadir al
producto hierro esponja, un 2% de carbono.

HORNOS DE FUNDICIÓN
ELÉCTRICOS

En estos momentos, el acero obtenido en horno eléctrico
representa el 75 % de la producción total. Este hecho
contribuye favorablemente a la conservación del medio
ambiente, pues la energía
eléctrica, a diferencia del carbón, no emite
anhídrido carbónico al ser utilizada.
Además, las empresas
siderúrgicas intensifican su producción en horas
nocturnas, en sábados y festivos, cuando la
generación de electricidad,
mediante plantas nucleares, alcanza una proporción muy
superior a la media.

Pero, además de estas ventajas, del horno
eléctrico se pueden citar otras. éste se alimenta
de chatarra férrica, que se obtiene recuperando residuos
para convertirlos en materia
prima.

Horno De Inducción Eléctrica

En estos hornos  el calentamiento viene a causa de la
corrientes inducidas en la masa metálica por una bobina,
que circunda el crisol, alimentada por una corriente
alterna.

La bobina es constituida de muchos espirales de tubo de cobre
refrigerado por agua , las corrientes inducidas se ponen en la
periferia de la masa metálica y circulan en un estado
anular de pequeño espesor. Este anillo constituye un
espiral cerrado en corto circuito y funciona como el secundario
de un transformador cuyo primario es la bobina exterior. Como se
trata de un solo espiral las corrientes inducidas tienen una
intensidad elevada  y por está razón el
calentamiento de la masa metálica viene con rapidez ( se
puede alcanzar temperaturas entre 2800 y 3000 o
 C).

Horno De Arco Eléctrico Directo

El horno eléctrico se introdujo por primera vez en
Estados Unidos
en 1906. Son procedimientos que han alcanzado gran
difusión, pues permiten obtener aceros muy puros,
resistentes y uniformes. En los hornos, el calor se genera
mediante el arco eléctrico, por la resistencia que
la masa de hierro presenta al paso de la corriente o por la
producción en aquella masa de las llamadas corrientes de
Foucault. En uno
de estos procedimientos, se funde en un crisol de arcilla
refractaria, hierro dulce de elevada pureza, con cantidades
perfectamente medidas de fundición de hierro.
Obteniéndose así aceros que se emplean en la
fabricación de herramientas
de precisión e instrumentos delicados. La fuente de calor
es un arco eléctrico continuo, que se forma entre los
electrodos y el metal cargado . En este tipo de hornos se generan
temperaturas tan altas como 1925°C (3500°C). Existen
normalmente tres electrodos de grafito, que pueden ser de hasta
750 mm (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 introduce chatarra de acero y
una pequeña cantidad de carbono y de cal a través
del techo abierto. (Los hornos eléctricos también
se pueden cargar con 100% de chatarra.) El techo se cierra y se
bajan los electrodos. Se establece la conexión y dentro de
un periodo de aproximadamente 2 horas, el metal se funde. 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.

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
oxígeno básico.

Horno De Arco Eléctrico Indirecto

           
Este tipo de horno consta de un crisol elaborado en material
refractario, el cual se encuentra rodeado por una caja
constituida de ladrillo refractarios; en sus paredes laterales,
la caja tiene un par de orificios opuestos por donde se colocan
horizontalmente dos electrodos de grafito comprimido los cuales a
su vez están conectados un transformador, igual que en el
horno de algo eléctrico directo, este horno tiene una
puerta de carga y la boca del horno, además se cuenta con
un mecanismo que inclina completamente el conjunto para la
extracción de las escorias y el acero.

           
Este horno trabaja de similar forma que el horno de arco
eléctrico directo empleando las mismas materias primas,
con excepción de la generación del arco
eléctrico. En el horno de arco eléctrico directo,
el arco se produce entre los electrodos verticales y el metal
mientras que para este se produce entre los dos electrodos
horizontales al acercarse lo suficiente uno al otro.

MOLDEO

           
El moldeo de metales constituye una tecnología de
conformado de materiales
desarrollada en los años veinte y que ha experimentado un
gran avance, fundamentalmente, en los últimos quince
años. Se fabrican, componentes para la industria
médica, militar, aeroespacial, telecomunicaciones, automotriz, etc., con formas
complejas, de propiedades mecánicas elevadas y con forma
casi final. Se estima que el crecimiento anual de esta
tecnología es superior al 50%.

Partes de un molde

1. Vasija de vaciado. Entrada del metal fundido al molde.
2. Bebedero. Conducto por el cual baja el metal fundido para
   la alimentación del metal al molde.
3. Corredor alimentador. Vasija inferior que permite la
   entrada del material a la cavidad. En algunos caso se coloca un
   rebosadero antes del corredor alimentador para que se atrape la
   escoria o partículas extrañas del metal
   fundido.
4. Rebosaderos. Son espacios que pueden ser ciegos o abiertos
   y que sirven para permitir que la escoria del material fundido
   flote y sea atrapada. También sirven para conocer si el
   material llenó en su totalidad la cavidad del
   molde.

FUNDICIÓN CON MOLDE POR
GRAVEDAD

En los moldes de vaciado o hueco se utilizan dos moldes
normalmente de acero, fundición o grafito, que se
aproximan, manual o
automáticamente, generando en la unión la cavidad
con la forma de la pieza y que se separan para expulsarla. El
metal fundido se vierte en el interior de la cavidad por gravedad
o a baja presión por efecto sifón. El resultado,
son piezas con baja porosidad, buen acabado y alta exactitud
dimensional. Es ideal para lotes moderados de pocos miles de
piezas con forma de casco como juguetes,
ornamentos, bases de lámparas …

Como ventaja respecto a otro sistema de moldeo permanente es
la facilidad del sistema de llenado de los moldes. El
inconveniente es en el caso de baja presión es la
contaminación del metal por fusión de parte del
crisol y del molde. Es por ello que sólo se utiliza en
aleaciones de plomo, estaño y aluminio y en casos en que
las impurezas de hierro no perjudiquen al uso de la pieza.

MOLDES TRANSITORIOS O PERDIDOS

Para la confección de los moldes (desechables), se
pueden emplear diferentes materiales como: tierra
sintética, arena aglomerada con aceite de lino
y catalizadores, arena revestida o una combinación de los
mismos. La elección de estos materiales se determina luego
de haber evaluado dimensiones, forma, peso y cantidades estimadas
a producir.

El método de fundición en arena es especialmente
adecuado para la obtención de formas complicadas. En
muchos casos este procedimiento es la única
solución técnica a le que se puede recurrir para
moldear piezas con machos de formas complejas.

Ventajas:         

v  Amplia variedad de tamaños.

v  Geometrías de complejidad media.

v  Válido para cualquier aleación
media.

v  Piezas sin tensiones residuales.

v  Económico: inversión en equipos reducida.

v  Para series cortas o prototipos

v  Rápido y flexible para series cortas o
prototipos.

Inconvenientes:
          

v  Tolerancias dimensionales amplias.

v  Aspecto y calidad superficial pobre.

v  Piezas con resistencia mecánica reducida.

v  Cierta probabilidad
de defectos.

v  Mano de obra cualificada y especializada.

v  Cadencias de producción bajas (artesanal).

v  Almacenaje de moldes limitado

Arena De Moldeo

Para los moldes perdidos es necesario preparar la arena,
añadiéndoles las materias adecuadas para que
adquieran las propiedades convenientes para el buen éxito
de la colada.

Estas propiedades son:

v  Permeabilidad. Se debe tener esa cualidad para
permitir la salida de los gases formados por el contacto del
metal fundido con arena húmeda.

v  Cohesión. Para facilitar el moldeo del arena y
de elaboración del molde.

v  Refractariedad. Para resistir las altas temperaturas
experimentadas en el momento del vaciado del metal fundido.

v  Deslizamiento. Con esa cualidad del metal fundido
pasará sin dificultad en el interior del molde hasta que
éste se llene por completo.

v  Facilidad de disgregación. Cuando la pieza se
fundido por completo y ésta se enfrió, es necesario
deshacer el molde para obtener a la misma; de esta forma es
necesario que la arena no impida disgregar el molde para una
rápida extracción de la pieza.

Clasificación De Las Arenas De Moldeo

Ésta se puede clasificarse según su contenido de
arcilla, la forma de su grano así como las dimensiones del
mismo grano.

Por el contenido de arcilla:

v  Arenas grasas (18 por
ciento de arcilla)

v  Arena semi-grasas (8-18% de arcilla)

v  Arenas magras (5-8% de arcilla)

v  Arenas cívicas (menos de 5% de arcilla)

Por la forma de grano:

v  Arena de grano esfenoidal

v  Arena de grano angular

v  Arena de grano compuesto

Por la dimensión del grano:

v  Arena de grano grueso

v  Arena de grano mediano

v  Arena de grano fino

Aglutinante

Se utilizan para la preparación de las arenas de
moldeo, así como para reforzar a las arenas, y esta manera
lograr que los moldes sean resistentes y no se rompan.

Estos se clasifican de la siguiente forma:

v  Inorgánico de tipo arcilloso: arcilla y
bentonita

v  Inorgánico de tipo cementoso: cementos y
silicatos

v  Orgánico: cereales, lignina, melaza,
alquitrán y aceites vegetales

Negros de fundición

Son utilizados para compensar la dilatación del arena,
así como para crear una capa aislante entre el metal y la
arena, y así poder evitar el arena se haría al
molde, lo cual dificultaría su separación y su
posterior pulimentado.

Estos se clasifican de la siguiente forma:

v  Negro mineral: es polvo de hulla y se agrega al arena
en porciones llevarían del 3 al 6%

v  Negro de estufa: está constituido por grafito,
carbón de leña y arcilla, se utiliza en los moldes
de arena seca

v  Grafito: se utiliza para proteger a los moldes en
verde aplicando se piense como sobre la calidad del molde

Moldes En Arena Verde

Se hacen de una mezcla de arena, arcilla y agua, el
término "verde"

Se refiere al hecho de que el molde contiene humedad al
momento del vaciado. Los moldes de arena verde tienen suficiente
resistencia en la mayoría de sus aplicaciones, así
como buena refractibilidad, permeabilidad y reutilización,
también son los menos costosos. Por consiguiente, son los
más ampliamente usados, aunque también tienen sus
desventajas. La humedad en la arena puede causar defectos en
algunas fundiciones, dependiendo del metal y de la forma
geométrica de la pieza.