Hornos de Resistencia

INTRODUCCION El primitivo desarrollo del acero eléctrico y la aplicación de los hornos eléctricos a la metalurgia del acero, fue principalmente estimulado por el deseo de obtener un producto que compitiera con el acero al crisol, bastante caro. El horno eléctrico obtuvo gran éxito. La idea de la construcción de hornos eléctricos comenzó a tomar forma a mitad del siglo XVIII.

Objetivo: 

Conocer el funcionamiento de los Hornos eléctricos en la Industria Siderúrgica.  Fundamentar la fabricación de aceros en hornos eléctricos de diferentes tipos.  Dar a conocer algunos ejemplos de diseño elaborado para algunos tipos de hornos eléctricos.

HORNOS ELÉCTRICOS: CLASIFICACION DE LOS HORNOS ELECTRICOS Los varios tipos de hornos eléctricos usados actualmente en las industrias metalúrgicas pueden clasificarse como sigue:   

Hornos de Arco eléctrico Hornos de Inducción Hornos de Resistencia

Horno Eléctrico de Arco Es el reactor principal que se usa para la fabricación de los aceros especiales. Utiliza el calor generado por un arco eléctrico para fundir la carga que se encuentra depositado en el crisol. Tiene ventajas respectos a otros hornos como son: Para la fabricación de aceros, el horno de arco es el tipo más utilizado; le siguen los hornos de inducción. Los hornos de resistencia no se utilizan debido a las altas temper aturas involucradas pero si para el calentamiento de otros metales. 

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Instalación más sencilla y menos costosa que la que cualquier horno utilizados para fabricar aceros. Se obtienen temperaturas más elevadas, del orden de los 3500ºC. No se producen gases de combustión, polvos ni humos ni son necesarios chimeneas, recuperadores, etc.

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El aprovisionamiento de materia prima es más fácil y libre.

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Es menor también la absorción de gases por la masa liquida.

Hay dos tipos de hornos eléctricos de arco son: 

Horno eléctrico de arco indirecto.  Horno eléctrico de arco directo.

Horno eléctrico de Arco Indirecto (electrodo x electrodo): En estos hornos el calentamiento directo es por radiación. Los hornos pueden ser del tipo Basculante rotativo o Basculante oscilante, siendo el más común el oscilante. Debido al esfuerzo de flexión y choques mecánicos a que están sujetos los electrodos, estos hornos tienen una c apacidad limitada a un máximo de 2000 Kg. carga sólida a 4000 Kg. c arga líquida. m ás Horno eléctrico de Arco Directo (electrodo ( electrodo x baño x electrodo): Son los hornos de arco más usados en la industria del acero y fundición. Existen dos tipos: 

Horno eléctrico de arco directo trifásico  Horno eléctrico de arco directo monofásico

PARTES DEL HORNO DE ARCO ELECTRICO El horno eléctrico está constituido de las siguientes partes principales: 1. 2. 3. 4.

LA CUBA BOVEDA, PAREDES Y SOLERA ELECTRODOS MECANISMO DE BASCULACION

CUBA: Es la parte del horno que contiene la puerta de carga y la colada. Está hecha de planchas de acero dulce de 4mm de espesor.

BOVEDA, PAREDES Y SOLERA: La bóveda es la tapa del horno, construido con anillos metálicos refrigerados y revestidos con material refractario de alúmina. Las paredes del horno, son las que están en contacto con la masa liquida hasta una dete rminada altura. Están revestidos de ladrillos de magnesita y cromo-magnesita según sea la parte que va estar en contacto con la escoria y la masa fundida. Solera, es la parte que contiene al metal fundido, está revestido de ladrillos refractarios de magnesita o dolomita de 300 a 400mm.

ELECTRODOS: Son de grafito existen varios diámetros y longitudes por e jemplo. 100mm de diámetro y 2m de longitud, se sujetan con mordazas de cobre, refrigeradas por agua, a las barras longitudinales. e l acero fundido a la cuchara de colada, se MECANISMO DE BASCULACIÓN: Para efectos de vaciar el tienen sistemas de basculación o giro hidráulico.

HORNOS DE INDUCCION 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. Los hornos de inducción se pueden clasificar por su frecuencia de trabajo, como: 

Hornos de baja frecuencia: 50 ó 6 0 Hz.  Hornos de media frecuencia: 200 a 10000 Hz.  Hornos de alta frecuencia: sobre 10000 Hz.

LOS HORNOS DE BAJA FRECUENCIA: son utilizados para la fusión, mantenimiento y sobrecalentamiento de fierro y sus aleaciones, aluminio y sus aleaciones, bronce, latón, et c. Normalmente estos hornos mantienen metal líquido los fines de semana, trabajando a baja potencia, pues la partida con carga sólida es muy lenta.

LOS HORNOS DE MEDIA FRECUENCIA: Pueden ser utilizados para la fusión de cualquier tipo de aleaciones, tanto ferrosas como no ferrosas (fundiciones, aceros al car bono y especiales, Al y sus aleaciones, Cu y sus aleaciones, oro, plata y sus aleaciones, aleaciones nobles, etc.), siempre utilizado en refusión (no puede ser usado para fundir minerales).

LOS HORNOS DE ALTA FRECUENCIA: son utilizados en laboratorio y en calentamiento de piezas para tratamiento térmico. Los hornos de inducción específicamente utilizados para la fusión de metales se subdividen en: 

Hornos de canal

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Hornos de crisol

Hornos de Canal: Los hornos de canal se utilizan preferentemente para mantenimiento de la temperatura de un baño de metal líquido. El principal elemento del horno es un canal cerrado de revestimiento cerámico, que es llenado con metal procedente del baño del horno. El horno de canal está constituido básicamente por: 

Un inductor compuesto por un núcleo magnético cerrado, una bobina primaria y un anillo secundario de metal fundido que llena un canal de material r efractario.  Un cuerpo de horno situado encima o a un lado del inductor cuya capacidad de metal es netamente superior a la del canal.

Hornos de Crisol: Los hornos de crisol no requieren núcleo ni canal con metal fundido, siendo la bobina primaria tubular, refrigerada y enrollada alrededor del crisol. Este tipo de horno se utiliza con prefer encia para la producción de aceros y aleaciones e speciales. En un sistema de fusión inductiva los parámetros que están íntimamente ligados son: 

Material a ser fundido, determinado por el usuario.  Tamaño del horno, determinado, generalmente, por el tamaño de la mayor pieza producida.

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Potencia, según la producción por hora necesaria.  Frecuencia, de acuerdo con los tres parámetros anteriores.

HORNOS DE RESISTENCIA Se definen como hornos de resistencia aquellos que utilizan el calor disipado por efecto Joule en una resistencia óhmica, que puede estar constituida por la car ga misma a ser calentada (hornos de calentamiento directo) o por resistencias adecuadas independientes de la carg a (hornos de calentamiento indirecto), por las cuales circula corriente eléctrica. Los hornos de calentamiento directo, el mate rial se coloca entre dos electrodos (en contacto directo con ellos), ofreciendo una resistencia al paso de la corriente, y calentándose. Estos hornos encuentran aplicación generalmente en el trat amiento térmico de metales.

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Los hornos de calentamiento directo, el mate rial se coloca entre dos electrodos electro dos (en contacto directo con ellos), ofreciendo una resistencia al paso de la corriente, y calentándose. Estos hornos encuentran aplicación generalmente en el tratamiento térmico de metales.

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Los hornos de calentamiento indirecto, el material es calentado por radiación, por convección y/o por conducción mediante resistencias colocadas de forma adecuada. La carga a calentar y las resistencias se encuentran contenidas en una cámara aislada térmicamente por medio de materiales r efractarios y aislantes.

Se clasifica 2 hornos de resistencias son: Hornos de resistencia no metálicas y de electrodo radiante.

Hornos de resistencia metálica a) Horno radiante de resistencia no metálica. b) Horno de crisol con resistencia metálica. c) Horno de cámara con resistencia metálica.

Entre las aplicaciones metalúrgicas de estos hornos se encuentran la fusión y mantenimiento de temperatura de metales, generalmente de bajo punto de fusión (aluminio, plomo zinc, estaño, cobre, etc.) y el tratamiento térmico de metales. Los materiales para las resistencias deben poseer, entre otras características, una elevada resistividad eléctrica, alta temperatura de fusión, y resistencia a la oxidación en caliente y a la corrosión en el ambiente gaseoso producto de las reacciones químicas en juego. El tipo de resistencia a escoger para un horno determinado se vincula principalmente a la temperatura de trabajo de éste. Se tienen:

a) Resistencias metálicas: 

Aleaciones austeníticas: Son aleaciones Ni-Cr-Fe para temperaturas de hasta 850°C, dependiendo de los contenidos de estos elementos.  Aleaciones ferríticas: Son aleaciones Cr-Fe-Al para temperaturas de 1100 a 1300°C.

b) Resistencias no metálicas: 

Tubos a base de carburo de silicio para temperat uras de hasta 1500°C.  Silicato de molibdeno para temperaturas de hasta 1700 °C.  Grafito y molibdeno para temperaturas de hasta 1800°C. Las resistencias metálicas se utilizan en forma de hilos co n diámetros variables de fracción de mm a unos 6 mm, comúnmente enrollados en forma helicoidal. Las resistencias no metálicas están constituidas por tubos fijados horizontalmente entre dos paredes del horno o verticalmente entre el piso y la cubierta.

 Hornos Eléctricos De Resistencia El calor originado en este tipo de hornos es debido al paso de la corriente por el alambre o cintas de aleaciones resistentes a la oxidación en altas temperaturas y enrollados en espiral o en Zig - Zag a fin de que puedan desarrollar la máxima longitud en el mínimo espacio. Hay que tener presente que la resistencia de un conductor es proporcional a su longitud a su resistividad e inversamente proporcional a su sección, tal como se e xpresa en la siguiente ecuación:

     Dónde: R= Resistencia en Ohm ρ= Resistividad

l=longitud m S= sección mm

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El calor generado al paso de la corriente se puede expresar según la siguiente relación:

            Donde: I = corriente, amperios R = resistencia, Ohm T = tiempo, segundos Q = calor, Kcal El factor de conversión es:

 La resistividad varía de acuerdo a la temperatura; según la siguiente relación:

       )) Dónde: ρ= Resistividad T= Temperatura de uso. T0 = Temperatura ambiente (20°C) α = factor

Calculo de la Potencia La Potencia del horno eléctrico a resistencia se determina teniendo en cuenta la m asa del material a calentar (M), el calor específico e specífico del material y la temperatura media del horno (TH) y la temperatura exterior (TE):

  ) )         Para el cálculo del flujo de calor e s necesario calcular el área promedio del Horno, siendo A1 el área interior y A2 el área exterior para el caso que:

      El área será:

     Cuando

      El área promedio será:

√       CONCLUSIONES  

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Los aceros finos, en particular los altamente aleados, se obtienen en hornos eléctricos. El empleo del horno eléctrico, considerado el sistema más moderno que existe en el mundo para fabricar acero, así como la planta de hierro esponja, donde se fabrica la materia prima para la acería, son dos de los principales exponentes del permanente compromiso con la inversión en tecnologías de punta que permite una co nstante mejora de todos los procesos. La ventaja del horno de inducción es que es limpio, eficiente desde el punto de vista energético, y es un proceso de fundición de metales más controlable que la mayoría de los demás modos de fundición de metales. El Horno de Resistencia aprovecha al máximo la capacidad de fusión.

BIBLOGRAFIA 

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http://books.google.com.pe/books?id=GHuGDMSpjzUC&pg=PA438&dq=ventajas+ de+hornos+el%C3%A9ctricos#PPA438,M1 Fuente: Libro Ing. ElectroquímicaCapitulo 17: Hornos eléctricos. http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/ApunteHornosIndustriales.pdf Fuente: Hornos Industriales - Apunte Universidad de Buenos Aires.

http://www.metalurgiausach.cl/TECNICAS%20EXPERIMENTALES/UNID8.pdf Fuente: Hornos y Medición de temperatura – Apunte Universidad de Santiago de Chile.