Buenas prácticas de fundición para hornos de crisol a gas y eléctricos

Históricamente, la industria de la fundición ha empleado predominantemente el horno tipo crisol. En la mayoría de los casos, las fundiciones utilizan fuentes de energía a gas natural o resistencia eléctrica.

En comparación con otras tecnologías de hornos desarrolladas a lo largo de los años, estas superan al horno de crisol a gas en términos de eficiencia energética. La eficiencia energética de los hornos de crisol a gas es la más baja de todas las tecnologías actualmente disponibles, aproximadamente un 20%. La eficiencia energética de las versiones de resistencia eléctrica es de aproximadamente un 57%.

Los hornos de crisol, ya sean a gas o de resistencia eléctrica, proporcionan a las fundiciones una enorme flexibilidad para colar diversas aleaciones, composiciones especiales de aleaciones, manejar cambios frecuentes de aleación y operar en talleres de producción de series cortas.

Como se indicó anteriormente, los hornos de crisol tienen bajas eficiencias energéticas, particularmente las versiones a gas, pero también presentan problemas de comodidad y seguridad para el operador, costos de reemplazo del crisol y costos por tiempos de inactividad. Sin embargo, cumplen bien su función en ciertas fundiciones, según su producto y los requisitos específicos de aplicación de aleaciones.

SELECCIÓN DE CRISOLES:

Utilice esta tabla como una guía básica para elegir el crisol adecuado para el metal que usted está fundiendo.

HORNO	METAL	RANGO DE TEMPERATURA	TIPO DE CRISOL
Gas	Aluminio	650 – 750 C	Si C con esmalte de baja temperatura
	Latón / bronce	1000 – 1400 C	Si C
	Oro / plata	1000 – 1600 C	Si C o grafito arcilloso
	Zinc	400 – 600 C	Si C con esmalte de baja temperatura
Eléctrico	Aluminio	Todos	Si C con esmalte de baja temperatura
	Zinc	Todos	Si C con esmalte de baja temperatura

DIMENSIONAMIENTO DEL CRISOL:

La “regla general”, para hornos de crisol a gas, es que el diámetro interior del revestimiento refractario del horno sea un 20% mayor que el diámetro exterior del crisol, y que la parte superior del revestimiento refractario, el anillo de apoyo, sea un 10% mayor que el diámetro exterior superior del crisol.

Para hornos de crisol con calentamiento por resistencia eléctrica, la “regla general” sugiere mantener un espacio de 2 ½ a 4 pulgadas entre el exterior del crisol y los elementos calefactores. Adicionalmente, el crisol debe ubicarse dentro de los elementos y de la zona de calentamiento.

DISEÑOS DE HORNOS:

En general, independientemente de si el horno es a gas o utiliza resistencia eléctrica, la mejor recomendación de diseño es un horno de forma circular, que refleje el crisol en uso. Si bien existen fabricantes de hornos de crisol de resistencia eléctrica que emplean configuraciones cuadradas, este diseño no calentará el crisol de manera uniforme alrededor de su circunferencia y provocará fallas prematuras del crisol y costos de reemplazo.

La tecnología de elementos calefactores por resistencia eléctrica ha evolucionado drásticamente a lo largo de los años, y existen muchas tecnologías de montaje de elementos muy exitosas y excelentes que se adaptan a configuraciones circulares de hornos. A GAS:

Usted debe posicionar y alinear la línea central del puerto de combustión del quemador para apuntar al punto donde el crisol se apoya sobre la base o bloque pedestal. Debe disparar de forma tangencial alrededor del crisol y dentro del revestimiento refractario del horno, creando un patrón de remolino hasta la parte superior del crisol y a través del conducto de humos del horno.

NUNCA dispare el quemador por encima o por debajo de la base del crisol o del bloque pedestal, ni directamente impactando la superficie exterior del crisol. Mantenga siempre la proporción adecuada de aire/combustible, con una llama ligeramente oxidante (ligeramente verde). El uso de un analizador de gases de combustión debe realizarse periódicamente, y la relación combustible/aire debe ajustarse según sea necesario.

RESISTENCIA ELÉCTRICA:

Con esta tecnología, como se indicó anteriormente, los elementos deben rodear completamente el crisol a una distancia mínima de 2 ½ pulgadas y máxima de 4 pulgadas desde la pared del crisol, encapsulando toda la circunferencia del crisol, de arriba hacia abajo. El sistema de control y la supervisión de los elementos calefactores pueden ser monofásicos o trifásicos, utilizando controles de estado sólido. La detección de fallas de los elementos debe ser monitoreada y debe indicarse mediante alarmas visuales o audibles.

CARGA DE HORNOS DE CRISOL:

Después de precalentar correctamente el crisol y el horno según las pautas del fabricante, coloque la carga dentro del crisol y fúndala. Si es posible, cargue el crisol con chatarra o retornos para proporcionar una base para los lingotes posteriores y más pesados. Se recomienda encarecidamente el uso de pinzas para crisol (FIG: 3), para evitar impactos contra el crisol.

NOTA: El aluminio tiene una tasa de expansión 7 veces mayor que la de un crisol de carburo de silicio.

PAUTAS DE FLUXEO:

Utilice siempre el fundente de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. Tenga en cuenta que sus paredes son porosas a las temperaturas de operación y el fundente penetrará, reduciendo drásticamente la vida útil del crisol.

NO:

• Sobredosificar fundente; utilice la cantidad mínima posible para limpiar el metal fundido
• Agregar fundente al fondo de un crisol vacío; SOLO al metal fundido
• Mantener metales tratados con fundente durante períodos prolongados
• Permitir que el fundente permanezca sobre la superficie del metal fundido durante períodos prolongados
• “Sobrecalentar” el metal fundido

Utilice siempre el fundente adecuado para la aleación que usted está fundiendo.

La “REGLA GENERAL” es: “MENOS ES MEJOR”.

LIMPIEZA DE CRISOLES:

Las paredes laterales y el fondo del crisol deben estar libres de cualquier escoria y/o residuos. La limpieza de las paredes internas del crisol debe realizarse diariamente y/o entre coladas, mientras el crisol aún está al rojo vivo. Raspe las paredes internas con una herramienta que tenga el mismo contorno de la curvatura del crisol.

En el caso de hornos de crisol basculantes (FIG: 4), raspe el interior de las paredes con el horno en posición horizontal.

NOTA: Nunca permita que un remanente de metal fundido se “congele/solidifique” dentro del crisol. Un remanente de metal fundido contendrá escoria y óxidos, los cuales tienen una tasa de expansión 5 veces mayor que la del crisol.

SEGURIDAD:

Además, como en todas las operaciones de fusión de metales, introducir cualquier humedad, como agua o lubricantes, por debajo del nivel del metal fundido representa un riesgo significativo de una explosión de vapor catastrófica y potencialmente mortal. “Houston, tenemos un problema”, por así decirlo.

Adicionalmente, asegúrese siempre de que cualquier carga sólida, ya sean retornos, chatarra o lingotes, esté seca y libre de humedad.

Con hornos de crisol, la práctica común es colocar los lingotes en la parte superior del horno, alrededor del diámetro, para asegurar que estén libres de humedad y proporcionar un precalentamiento antes de la carga.

Existen diversos fabricantes de hornos que ofrecen precalentadores de lingotes para hornos de crisol a gas. Básicamente, estos son cámaras revestidas con refractario por las que pasan los gases de combustión para precalentar los lingotes. En pruebas controladas de laboratorio, se ha demostrado que esto reduce la energía necesaria para fundir una libra de aluminio hasta en un 20%.

La logística de esto en la “vida real” es cuestionable. En términos simples, ¿cómo se carga de manera segura y adecuada un lingote caliente de 25 a 35 lb dentro de un crisol? ¿Qué sucede si los lingotes se dejan demasiado tiempo y comienzan a sudar, gotear o fundirse?

RESUMEN:

En consecuencia, como se indicó al inicio de este artículo, los hornos de crisol tienen un lugar destacado en la historia de la fundición. Son los hornos más utilizados en la industria y tienen una presencia importante en instituciones educativas y centros de investigación de colada de metales. Su uso generalizado se debe a su versatilidad. Permiten cambios rápidos de aleación y tienen un diseño compacto. Además, pueden soportar intervalos prolongados de parada, ofreciendo otras ventajas adicionales.

No obstante, aunque no sean los más eficientes desde el punto de vista energético, los hornos de crisol son y seguirán siendo la mejor opción para ciertas aplicaciones, ya sea a gas o con calentamiento por resistencia eléctrica.

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SOBRE EL AUTOR / DESCARGO DE RESPONSABILIDAD:

Ed Lange es el autor de este artículo. Él se desempeña como consultor de hornos para aluminio y usted puede contactarlo en elange2@cogeco.ca. El contenido se basa en más de 40 años de experiencia de Ed. Su experiencia se centra en el desarrollo, diseño y ventas de equipos para fusión, Hornos de mantenimiento y manejo de metales no ferrosos. El autor no respalda de ninguna manera a ningún fabricante de hornos en particular ni a sus respectivas tecnologías.