Tipos de Hornos de Fundición de Metales

Tipos de hornos de fundición de metales Escrito por Marjorie Gilbert | Traducido por Florencia Denise Blanes 

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Minerales metálicos.

Pyrite (fool's gold) isolated on white image by Tamara Kulikova from Fotolia.com

 La gente ha estado fundiendo metales por lo menos desde el 3000 a.C. Con el tiempo la  práctica se hizo más y más sofisticada así como nuestra comprensión de metales y  sus propiedades se volvieron más clara. Hay diferentes dif erentes tipos de hornos de fusión, algunos de los cuales son de diversos grados de tecnología.

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El proceso de fundición de metales

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Hornos de oxígeno básico vs. hornos de arco eléctrico

Horno de cúpula Uno de los estilos más antiguos de hornos de fusión es el horno de cúpula que tiene una forma cilíndrica de altura. El interior de este tipo de horno está lleno de arcilla,  bloques o ladrillos que protegen el interior del mismo mismo del calor, la abrasión y la oxidación. Para fundir el metal en el horno los trabajadores añaden capas demetales tales como aleaciones de hierro, piedra caliza y el coque. La piedra caliza reacciona con el metal por lo que las impurezas flotan hasta la superficie del metal en fusión.

Horno de inducción Los hornos de inducción utilizan corrientes alternas para crear el calor necesario para fundir el metal. Los refractarios o el revestimiento de éstos están hechos de materiales tales como alúmina, sílice y magnesia. Estos hornos funcionan bien para la fundición de metales tales como hierro así como metales que son no ferrosos. Dentro de los hornos de inducción hay bobinas de cobre que se enfrían con agua.

Hornos eléctricos Estos hornos se utilizan a menudo en fábricas de acero así como de fundiciones. El metal y los aditivos se vierten en el horno. Los aditivos ayudan a separar las impurezas presentes en el metal. El mismo es fundido en el horno a través de la utilización de electrodos de granito o de carbono que crean un arco eléctrico.

Horno de solera Un horno de solera funciona bien para la fusión de pequeñas cantidades de metales no ferrosos. Estos hornos utilizan gas natural o electricidad para producir calor para la fundición.

La fundición es una forma de metalurgia extractiva. El proceso de fundición implica calentar y reducir la mena mineral para obtener un metal puro, y separarlo de laganga y otros posibles elementos. Generalmente se usa como agente reductor una fuente de carbono, como el coque, el carbón o el carbón vegetal en el pasado. El carbono (o el monóxido de carbono generado a partir de él) saca el oxígeno de la mena de los óxidos (o el azufre, carbonato, etc... en los demás minerales), dejando el metal en su forma elemental. Para ello el carbono se oxida en dos etapas, primero produciéndose monóxido de carbono y después dióxido de carbono. Como la mayoría de las menas tienen impurezas, con frecuencia es necesario el uso de un fundente o castina, como la caliza, para ayudar a eliminar la ganga acompañante en forma de escoria. También se denomina fundición al proceso de fabricar objetos con metales fundidos mediante moldes, que suele ser la etapa siguiente a la fundición extractiva, que es de la que trata este artículo. Las plantas para la reducción electrolítica delaluminio generalmente también se denominan fundiciones, aunque se basan en un proceso físico completamente diferente. En ellas no se funde el óxido de aluminio, sino que se disuelve en fluoruro de aluminio para producir la electrólisis de la mena. Normalmente se utilizan electrodos de carbono, pero en las plantas de diseño más moderno se usan electrodos que no se consuman. El producto final es aluminio fundido. La fundición es un proceso que implica más que la simple fusión del metal para extraerlo de la mena. La mayoría de las menas minerales son compuestos en los que el metal está combinado con el oxígeno (en los óxidos), el azufre (en lossulfuros) o el carbono y el oxígeno (en los carbonatos), entre otros. Para obtener el metal en su forma elemental se debe producir una reacción química de reducciónque descomponga estos compuestos. Por ello en la fundición se requiere el uso desustancias reductoras que al reaccionar con los elementos metálicos oxidados los transformen en sus formas metálicas

alcinación[editar ] La calcinación es el proceso de calentar el mineral hasta altas temperaturas para disipar su materia volátil. En el caso de los carbonatos y sulfatos este proceso sirve para eliminar el azufre y el carbono no deseados, transformándolos en óxidos que pueden reducirse

directamente. Por ello la calcinación en estos casos se hace en ambientes oxidantes.  Algunos ejemplos prácticos son: 

la malaquita, una mena corriente del cobre, es principalmente carbonato de cobre (CuCO3). Este mineral se descompone térmicamente a CuO y CO2 en varias etapas entre los 250°C y 350°C. El dióxido de carbono se libera en la atmósfera dejando el oxido de cobre que se puede reducir como se describe en la siguiente sección.

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la galena, el mineral más común del plomo, se compone principalmente de sulfuro de plomo (PbS). El sulfuro se oxida a sulfito (PbSO3) en su primera etapa de descomposición térmica que origina oxido de plomo y anhídrido sulfuroso gas (PbO y SO2). El dióxido de azufre (como el dióxido de carbono en el ejemplo anterior) se disipa en la atmósfera y el oxido de de plomo se reduce incluso en una combustión abierta al aire.

Reducción[editar ] La reducción es la etapa final a altas temperatura de la fundición. Aquí es cuando el óxido se convierte en metal elemental. El ambiente reductor (generalmente proporcionado por el monóxido de carbono que se produce por la combustión incompleta del carbono en el interior del horno poco ventilado) saca a los átomos de oxígeno del mineral puro. Las temperaturas necesarias varían en un amplio rango, tanto en la comparación entre los distintos metales como en la relación con el punto de fusión del propio metal. Por ejemplo: 

el óxido de hierro se convierte en hierro metálico alrededor de los 1250°C, casi 300 grados por debajo del punto de fusión del hierro que es de 1538°C;

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el óxido de mercurio se convierte en vapor de mercurio cerca de los 550°C, casi 600 grados por encima de su punto de fusión de -38°C.

En el caso de la fundición del hierro. El coque quemado como combustible para calentar el horno, al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico, según la ecuación: Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 ↑ En el caso de la fundición del cobre el producto intermedio producido en la calcinación se reduce según la reacción: CuO + CO → Cu + CO2 ↑ En ambos casos el gas de dióxido de carbono se disipa en la atmósfera dejando el metal libre. HISTORIA FUNDICION

En el Viejo Mundo los hombres aprendieron a obtener metales mediante fundición en la prehistoria, en el VII milenio a. C.. El descubrimiento y uso de los metales útiles para la

fabricación de herramientas, el cobre y el bronce primeramente, y posteriormente el hierro, causaron un gran impacto en las sociedades humanas de la época. El efecto fue tan generalizado que los historiadores han dividido la historia de la antigüedad en Edad de Piedra, Edad del Bronce y Edad del Hierro. En América, las sociedades preincaicas de los Andes centrales del actual Perú consiguieron la fundición del cobre y la plata independientemente al menos seis siglos 1

antes de la colonización europea del siglo XVI.