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(1) Procesos de Fundición. Manual para el Alumno. Sexto Semestre. E-PROFU-00. Programa de Estudios de la Carrera de Profesional Técnico-Bachiller en. Metalmecánica.

(2) COORDINADORES. Director General José Efrén Castillo Sarabia Secretario Académico Marco Antonio Norzagaray Gámez Director de Diseño Curricular de la Formación Ocupacional Gustavo Flores Fernández. Autores: Revisor técnico: Revisor pedagógico: Procesos de Fundición. Modulo Autocontenido Específico D.R. a 2006 CONALEP. Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, incluida la portada, por cualquier medio sin autorización por escrito del CONALEP. Lo contrario representa un acto de piratería intelectual perseguido por la ley Penal. E-CBNC Av. Conalep N° 5, Col. Lázaro Cárdenas, C.P. 52140 Metepec, Estado de México.. II. Procesos de Fundición..

(3) ÍNDICE Participantes I. Mensaje al alumno. II. Como utilizar este manual. III. Propósito del Modulo. IV. Especificaciones de evaluación. V. Mapa curricular del curso módulo integrador. Capítulo 1 Verificar la preparación de los Insumos así como la Preparación y Operación de la Maquinaria y Equipos. Mapa curricular de la unidad de aprendizaje. 1.1.1. Insumos. Arenas. Aglutinantes. Granulometría. Minerales. Fundentes. Escorias. 1.1.2. Modelos para el moldeo. Tipos y clases de modelos, Técnicas de fabricación de modelos. 1.1.3. Corazones. Tipos. Arenas para corazones. Pinturas. Preparación. 1.1.4. Tipos de moldeo. Moldeo en arena. En molde permanente. En colada centrífuga. A presión. Por extrusión. En colada continua. 1.1.5. Tipos de hornos, principios de funcionamiento y características de operación. Cubilote. Reverbero. Convertidor. Horno de crisol. Hornos eléctricos. 1.1.6. Equipo periférico. Sistemas hidráulicos y neumáticos. Tableros de control eléctrico. Sistemas de control electrónico. Sistemas de maniobra y transporte. 1.1.7. Quemadores y combustibles de carbono e hidrogeno. Quemadores. Combustibles. 1.2.1. Medición y control de atmósferas. Atmósfera reductora.. Procesos de Fundición.. 6 7 10 11 12 13 14 15 15 16 16 17 18 19 19 20 21 22 22 23 26 26 27 27 27 28 28 28 29 29 29 30 30 31 31 33 33 34 35 35 36 36 36 38 38. III.

(4) Atmósfera oxidante. Atmósfera neutra y al vacío. Generador exotérmico de gas. Analizadores de gases. 1.2.2. Medición y control de temperaturas. Potenciómetros. Termómetros. Pirómetros. Pirómetros termoeléctricos o termopares. Pirómetro de radiación. Prácticas y Listas de Cotejo. Resumen. Autoevaluación de conocimientos del capítulo 1.. 39 39 39 40 41 41 41 42 42 43 44 72 73. Capítulo 2 Verificar que la materia prima, material en proceso y producto terminado, cumplan con las normas de calidad establecidas. Mapa curricular de la unidad de aprendizaje. 2.1.1. Verificación de la calidad. Metrología. Tipos de análisis químicos. Por vía húmeda. Análisis Espectrográfico. Análisis Metalográficos. Ensayes mecánicos. 2.1.2. Tipos de Normas. Normas de seguridad e higiene. Normas del medio ambiental. Normas de calidad. DN15. DN50. 2.2.1. Normas. Normas dimensiónales. Normas de composición química Normas metalográficas. 2.2.2. Manejo de Normas. Designación de los diferentes metales y aleaciones. Normas dimensiónales. Normas de composición química Normas metalográficas. Prácticas y Listas de Cotejo. Resumen. Autoevaluación de conocimientos del capítulo 2. Capítulo 3 Supervisar la recuperación y el reciclaje de los residuos metálicos por medios físicos y químicos. Mapa curricular de la unidad de aprendizaje. 3.1.1. Recuperación de materiales metálicos. Provenientes de residuos de fundición. Provenientes de escorias ferrosas. Provenientes de escorias no ferrosas. Provenientes de piezas defectuosas durante su fabricación. Remanentes de producción. IV. 74 75 76 76 77 77 78 78 78 79 79 137 137 139 139 140 140 140 140 141 141 141 142 142 143 151 152 153 154 155 155 155 155 156 156. Procesos de Fundición..

(5) 3.1.2. Métodos de separación. Trituración. Tamizado. Separación magnética. Separación por medio del ensaye de chispa. 3.2.1. Manejo de normas. Designación de los diferentes metales y aleaciones. Normas dimensiónales. Normas de composición química. Normas metalográficas. 3.2.2. Procedimientos de refundición. En vacuohornos de inducción. Refundición por arco al vacío. Refundición eléctrica bajo la escoria. 3.2.3. Tratamiento del metal al vacío fuera del horno. En el caldero con agitación de inducción. En el chorro al pasar el metal de un caldero a otro. En el chorro sangrando el metal del horno. Prácticas y Listas de Cotejo. Resumen. Autoevaluación de conocimientos del capítulo 3. Glosario. Referencias Documentales.. Procesos de Fundición.. 157 157 157 157 158 159 159 159 159 160 169 160 161 161 162 162 163 163 164 172 173 174 175. V.

(6) MENSAJE AL ALUMNO. ¡CONALEP TE DA LA BIENVENIDA AL MÓDULO AUTOCONTENIDO ESPECÍFICO PROCESOS DE FUNDICIÓN. Este módulo ha sido diseñado bajo la Modalidad Educativa Basada en Normas de Competencia, con el fin de ofrecerte una alternativa efectiva para el desarrollo de habilidades que contribuyan a elevar tu potencial productivo, a la vez que satisfagan las demandas actuales del sector laboral.. VI. Esta modalidad requiere tu participación e involucramiento activo en ejercicios y prácticas con simuladores, vivencias y casos reales para propiciar un aprendizaje a través de experiencias. Durante este proceso deberás mostrar evidencias que permitirán evaluar tu aprendizaje y el desarrollo de la competencia laboral requerida.. El conocimiento y la experiencia adquirida se verán reflejados a corto plazo en el mejoramiento de tu desempeño de trabajo, lo cual te permitirá llegar tan lejos como quieras en el ámbito profesional y laboral.. Procesos de Fundición..

(7) I. ¾. ¾. COMO UTILIZAR ESTE MANUAL evidencias de conocimiento, evidencias por producto, norma técnica de institución educativa, formación ocupacional, módulo ocupacional, unidad de aprendizaje, y resultado de aprendizaje. Si desconoces el significado de los componentes de la norma, te recomendamos que consultes el apartado glosario de términos, que encontrarás al final del manual.. Las instrucciones generales que a continuación se te pide que realices, tienen la intención de conducirte a que vincules las competencias requeridas por el mundo de trabajo con tu formación de profesional técnico bachiller. Redacta cuales serían tus objetivos personales al estudiar este módulo integrador. ¾. ¾. ¾. ¾. Analiza el Propósito del módulo integrador que se indica al principio del manual y contesta la pregunta ¿Me queda claro hacia dónde me dirijo y qué es lo que voy a aprender a hacer al estudiar el contenido del manual? si no lo tienes claro pídele al docente que te lo explique. Revisa el apartado especificaciones de evaluación, son parte de los requisitos que debes cumplir para aprobar el curso - módulo. En él se indican las evidencias que debes mostrar durante el estudio del módulo integrador para considerar que has alcanzado los resultados de aprendizaje de cada unidad. Es fundamental que antes de empezar a abordar los contenidos del manual tengas muy claros los conceptos que a continuación se mencionan: competencia laboral, unidad de competencia (básica, genérica específica), elementos de competencia, criterio de desempeño, campo de aplicación, evidencias de desempeño,. Procesos de Fundición.. ¾. ¾. ¾. Analiza el apartado «Normas Técnicas de competencia laboral Norma técnica de institución educativa». Revisa el Mapa curricular del módulo integrador. Esta diseñado para mostrarte esquemáticamente las unidades y los resultados de aprendizaje que te permitirán llegar a desarrollar paulatinamente las competencias laborales que requiere la ocupación para la cual te estás formando. Realiza la lectura del contenido de cada capítulo y las actividades de aprendizaje que se te recomiendan. Recuerda que en la educación basada en normas de competencia laborales la responsabilidad del aprendizaje es tuya, ya que eres el que desarrolla y orienta sus conocimientos y habilidades hacia el logro de algunas competencias en particular. En el desarrollo del contenido de cada capítulo, encontrarás ayudas visuales como las siguientes, haz lo que ellas te sugieren efectuar. Si no haces no aprendes, no desarrollas habilidades, y. VII.

(8) te será difícil realizar los ejercicios de evidencias de conocimientos y los de desempeño.. VIII. Procesos de Fundición..

(9) Imágenes de Referencia. Estudio individual. Investigación documental. Consulta con el docente. Redacción de trabajo. Comparación de resultados con otros compañeros. Trabajo en equipo. Realización del ejercicio. Observación. Investigación de campo. Procesos de Fundición.. Repetición del ejercicio. Sugerencias o notas. Resumen. Consideraciones sobre seguridad e higiene. Portafolios de evidencias. IX.

(10) II.. PROPÓSITO DEL MÓDULO AUTOCONTENIDO ESPECÍFICO. Al finalizar el módulo el alumno podrá supervisar los procesos de fundición de materiales metálicos, para cumplir con las especificaciones de las normas de calidad.. X. Procesos de Fundición..

(11) III.. ESPECIFICACIONES DE EVALUACIÓN. Durante el desarrollo de las prácticas de ejercicio también se estará evaluando el desempeño. El docente mediante la observación directa y con auxilio de una lista de cotejo confrontará el cumplimiento de los requisitos en la ejecución de las actividades y el tiempo real en que se realizó. En éstas quedarán registradas las evidencias de desempeño. Las autoevaluaciones de conocimientos correspondientes a cada capítulo además de ser un medio para reafirmar los conocimientos sobre los contenidos tratados, son también una forma de evaluar y recopilar evidencias de conocimiento.. 1El portafolios de evidencias es una compilación de documentos que le permiten al evaluador, valorar los conocimientos, las habilidades y las destrezas con que cuenta el alumno, y a éste le permite organizar la documentación que integra los registros y productos de sus competencias previas y otros materiales que demuestran su dominio en una función específica (CONALEP. Metodología para el diseño e instrumentación de la educación y capacitación basada en competencias, Pág. 180).. Al término del módulo Autocontenido Específico deberás presentar un Portafolios de Evidencias1, el cual estará integrado por las listas de cotejo correspondientes a las prácticas de ejercicio, las autoevaluaciones de conocimientos que se encuentran al final de cada capítulo del manual y muestras de los trabajos realizados durante el desarrollo del módulo Autocontenido Específico, con esto se facilitará la evaluación del aprendizaje para determinar que se ha obtenido la competencia laboral. Deberás asentar datos básicos, tales como: nombre del alumno, fecha de evaluación, nombre y firma del evaluador y plan de evaluación.. Procesos de Fundición.. XI.

(12) IV.. MAPA CURRICULAR DEL MÓDULO AUTOCONTENIDO ESPECÍFICO Procesos de Fundición 180 HRS.. 1.-Verificar la preparación de los Insumos así como la Preparación y Operación de la Maquinaria y Equipos.. 90 Hrs.. 2. Verificar que la Materia Prima, Material en Proceso y Producto Terminado Cumplan con las Normas de Calidad.. 3. Supervisar la Recuperación y el Reciclaje de los Residuos Metálicos por Medios Físicos y Químicos.. 40 Hrs.. . 50 Hrs.. 1.1 Verificar la preparación y la operación del equipo de fundición empleando los manuales del equipo, los procedimientos y los insumos adecuados para la producción de metales.. 2.1 Verificar que los insumos y productos manufacturados cumplan las especificaciones comparándolas contra las normas para satisfacer los requerimientos del proceso y del producto.. 70 Hrs.. 25 Hrs.. 1.2. Controlar los principales parámetros de operación del proceso de fundición utilizando el equipo y los instrumentos de medición adecuados.. 2.2. Manejar las normas de fabricación de productos metálicos empleando los estándares de comparación para obtener productos de calidad.. 3.1Recuperar los residuos remanentes y productos defectuosos obtenidos durante la fabricación por medio de los diferentes métodos de selección, para su reciclaje.. 20 Hrs.. 3.2Supervisar el tratamiento del metal fundido empleando tecnologías desarrolladas específicamente para elaborar un producto de alta calidad. 20 Hrs.. 20 Hrs. 25 Hrs.. XII. Procesos de Fundición..

(13) Verificar la Preparación de los Insumos así como la Preparación y Operación de la Maquinaria y Equipos. Al finalizar la unidad, el alumno verificará la preparación de insumos así como la preparación y operación de la maquinaria y equipos necesarios para la producción de materiales metálicos para que cumplan con las especificaciones técnicas requeridas en las normas.. Procesos de Fundición.. XIII.

(14) MAPA CURRICULAR DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE Módulo. PROCESOS DE FUNDICIÓN. 180 HRS.. Unidad de Aprendizaje. Resultados de Aprendizaje. 1.-Verificar la preparación de los Insumos así como la Preparación y Operación de la Maquinaria y Equipos.. 2. Verificar que la Materia Prima, Material en Proceso y Producto Terminado Cumplan con las Normas de Calidad.. 3. Supervisar la Recuperación y el Reciclaje de los Residuos Metálicos por Medios Físicos y Químicos.. 90 Hrs.. 50 Hrs.. 40 Hrs.. 1.1 Verificar la preparación y la operación del equipo de fundición empleando los manuales del equipo, los procedimientos y los insumos adecuados para la producción de metales.. 70 Hrs.. 1.2. Controlar los principales parámetros de operación del proceso de fundición utilizando el equipo y los instrumentos de medición adecuados. 20 Hrs.. 14. Procesos de Fundición..

(15) PROCESOS DE FUNDICIÓN.. ¾. SUMARIO. ¾. ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾. Arenas. Aglutinantes. Granulometría. Minerales. Fundentes. Escorias. Tipos y clases de modelos, Técnicas de fabricación de modelos. Tipos. Arenas para corazones, Pinturas. Preparación. Moldeo en arena. En molde permanente. En colada centrífuga. A presión. Por extrusión. En colada continua. Cubilote. Reverbero. Convertidor. Horno de crisol. Hornos eléctricos. Sistemas hidráulicos y neumáticos. Tableros de control eléctrico. Sistemas de control electrónico. Sistemas de maniobra y transporte. Alto horno. Quemadores. Combustibles. Atmósfera reductora. Atmósfera oxidante. Atmósfera neutra y al vacío. Generador exotérmico de gas. Analizadores de gases. Potenciómetros. Termómetros. Pirómetros.. Acabados Superficiales.. Pirómetros termoeléctricos termopares. Pirómetro de radiación.. o. RESULTADO DE APRENDIZAJE 1.1.. Verificar la preparación y la operación del equipo de fundición empleando los manuales del equipo, los procedimientos y los insumos adecuados para la producción de metales.. 1.1.1 Insumos. •. Arenas.. Las arenas de moldeo son rocas sedimentarias, creadas como resultado de una sucesiva separación de sustancias minerales, como también por la meteorización de los sedimentos de diversas soluciones naturales. Las arenas de moldeo se extraen en canteras especiales. Generalmente, las arenas llevan el nombre de la cantera donde éstas se extraen. La explotación de los depósitos de arena y arcilla se realiza a ciclo abierto. Si la arena contiene impurezas o tiene una composición heterogénea de los granos, ésta se concentra en la cantera, se libera de las impurezas y se divide en fracciones por el tamaño de los granos. Para preparación de mezclas de moldeo y para machos se emplean con más frecuencia arenas cuarzosas, las cuales están bastante difundidas en la naturaleza y por ende son más baratas que otras y poseen las propiedades necesarias, en donde la principal es el poder refractario.. 15.

(16) •. 8.- Favorecer la fácil extracción del macho de la moldura.. Aglutinantes.. Los aglutinantes se introducen en las mezclas de moldeo y para machos con el objetivo de ligar los granos de arena y darles resistencia en estado húmedo y seco a las mezclas de moldeo y para machos. Los aglutinantes siguiente:. deben. satisfacer. lo. 1.- Distribuirse uniformemente por la superficie de las arenas de moldeo al preparar las mezclas de moldeo y para machos. 2.- Asegurar la suficiente resistencia en estado húmedo y seco. 3.- Darle a la mezcla la plasticidad para que ésta llene todas las cavidades del molde. 4.- No adherirse al modelo y a la caja de machos al elaborar los machos y moldes. 5.- Favorecer al rápido secado del macho y el molde y no absorber la humedad durante el montaje del molde y almacenamiento de los machos en el depósito. 6.- No desprender muchos gases durante el secado y vaciado del metal en el molde, asegurar la compresibilidad del molde y el macho. 7.- No disminuir el poder refractario de la mezcla de moldeo y para machos no aumentar la costra de fundición en las molduras.. 16. 9.- No ser nocivo para los operarios, ser de bajo costo y no escasos. •. Granulometría.. Por granulometría se entiende la distribución de las partículas por las dimensiones en las arenas, siempre que se recibe una nueva partida de arena, ya se trate de la fracción gruesa o fina, debe procederse a efectuar un tamizado para determinar su distribución granulométrica. Es frecuente que existan diferencias entre distintas partidas, pero casi siempre es posible ajustar la curva granulométrica del agregado total a la empleada en la dosificación y ajuste del hormigón. Conviene resaltar nuevamente la ventaja de contar con al menos dos fracciones de agregado grueso y otras tantas para las arenas. En caso contrario, será casi imposible ajustar la curva del agregado total en forma certera. Afortunadamente, rige la regla de mezcla para las distintas fracciones y también para los módulos de finura de la arena, por lo que el proceso de ajuste se reduce a algunos tanteos. La composición granular de la base arenosa de las arenas de moldeo se determina tamizando un muestra pesada de 50 g de arena seca sin arcilla o mezcla de moldeo. La arena se tamiza en una criba calibradora con dimensiones precisas de. Procesos de Fundición..

(17) las mallas como se muestra en la (figura 1).. Figura 2. Familia de metales según la naturaleza de las menas. Figura. 1 •. Minerales.. La naturaleza de las menas se deduce teniendo en cuenta tres hechos experimentales: 1. Composición química de la corteza terrestre. Entre estos datos sobresale el elevado porcentaje de oxígeno. 2. Electronegatividad del oxígeno y del azufre. 3. Electropositividad de los metales. 4. Serie electroquímica de tensiones de los metales. Los hay muy activos, como los alcalinos, y los hay muy estables, como el oro, la plata, el cobre y el mercurio. Considerando estos hechos, se puede dividir el sistema periódico en cinco familias de metales (figura 2). Las menas de estos metales que constituyen una familia, son de la misma naturaleza.. Alcalinos y berilio. Estos elementos se encuentran en la naturaleza en las redes de los aluminocilicatos. Forman redes hidrosolubles. En estado metálico se caracterizan por su gran reactividad, pues son los metales más electropositivos, debido a su gran reactividad, el único procedimiento de obtención es el electrometalúrgico en sus sales fundidas, pues la existencia de agua es suficiente para oxidar el metal recién obtenido. Alcalinotérreos Estos metales se encuentran en la naturaleza en forma de silicatos, de sulfatos y de carbonatos, pero estas sales son insolubles en agua; en cambio, las otras sales de estos elementos son hidrosolubles. Estos metales también presentan gran reactividad. Debido a la gran electropositividad de estos elementos, su procedimiento de obtención está incluido en las técnicas electrometalúrgicas. El carbono sólo es capaz de reducir al óxido de magnesio; los otros elementos forman carburos.. Procesos de Fundición.. 17.

(18) Transición Los metales comprendidos en esta familia se caracterizan por: a) Su afinidad para con el oxígeno. b) Forman oxácidos. c) Carácter covalente debido al volumen atómico. d) Carácter anfótero de sus óxidos.. Esta clasificación de los metales adolece en una serie de excepciones, que se enumeran seguidamente: 1. El cobre se encuentra en la naturaleza corrientemente en forma de sulfuro, más que en estado libre. 2. El mercurio también se encuentra libre, impregnando las rocas silíceas de las minas de almadén.. El aluminio y el silicio son componentes fundamentales de la materia inorgánica. El boro y el silicio existen, en la naturaleza, exclusivamente como componentes aniónicos.. 3. El mineral de estaño más corriente es el óxido (casiterita).. Las menas de estos metales se pueden reducir por procedimientos menos enérgicos que la corriente eléctrica; inclusos sus óxidos son reducibles con carbono.. 5. El hierro, además del sulfuro, forma óxido, óxido hidratado y carbonato.. Sulfuros Los metales incluidos en esta familia se caracterizan por su afinidad para con el azufre, y por este motivo su forma natural de presentarse es como sulfuros, fácilmente convertibles en óxidos, por tostación o calentamiento en contacto con el aire. También son muy importantes para estas menas los procesos extractivos incluidos dentro de la vía húmeda. Metales nobles Estos metales se caracterizan por su escasa reactividad; por este motivo es corriente encontrarlos libres en la naturaleza, como, por ejemplo, la plata, el oro, y el cobre.. 18. 4. El zinc, además de sulfuro, forma silicato y carbonato (calamina).. •. Fundentes.. Flujo o fundente es un material que recoge o arrastra la ganga y las impurezas. Los fundentes se emplean en la metalurgia extractiva y los flujos en otras operaciones metalúrgicas que comprenden desde la soldadura hasta la aplicación de los metales para formar capas protectoras. El objetivo es semejante en un caso y en otro: eliminar o evitar la incorporación de impurezas que impedirían la obtención de productos de buena calidad. Por ejemplo en la soldadura autógena, el flujo que puede formar parte de la varilla de soldar, limpia el metal de la superficie que se ha de unir y con frecuencia forma una capa de fundente o de gas que protege la parte soldada de la oxidación por el oxígeno.. Procesos de Fundición..

(19) •. Escorias.. Tanto él fundente como la escoria son de la mayor importancia en la metalurgia extractiva.. Realiza una investigación en equipos de los diferentes tipos de insumos y la forma de prepararlos para el proceso de fundición.. El comportamiento químico de las escorias es de mayor interés en todas las etapas de la fabricación de los metales, y especialmente del hierro y del acero, y así para mejorar la calidad del acero o para implantar nuevas clases de los mismos, es necesaria una comprensión clara y a fondo de las escorias.. CONTEXTUALIZACIÓN. A pesar de la variedad de cosas a que se da el nombre de escoria, en general todas las escorias reúnen un conjunto de atributos y aspectos que las caracterizan.. El alumno:. 1. Corrientemente las escorias son productos líquidos originados en los procesos metalúrgicos de obtención y afino de los metales. 2. La escoria en cualquier operación, es casi siempre el producto de deshecho o de menos valor, pues en ella se acumulan la casi totalidad de las substancias no deseables del producto obtenido. 3. Los componentes principales de la escoria son compuestos, tales como óxidos fluoruros, silicatos, fosfatos, boratos. 4. Las escorias, a las temperaturas que se producen en los procesos metalúrgicos, son soluciones complejas de una sola fase, aunque pueden llevar en suspensión partículas y glóbulos de otras fases.. Procesos de Fundición.. Competencia científica-teórica. Relación. de las partículas con el tamaño de grano de las arenas.. •. Determinar el tamaño de partícula por medio de tamices de mallas en donde relacione el tamaño de grano con cada una de las mallas que existen para determinar la granulometría de las arenas.. 1.1.2 Modelos para el moldeo. Para la fabricación de molduras se utiliza una gran cantidad de dispositivos, los cuales se denominan utillaje de fundición, una parte comprende los dispositivos necesarios para obtener en el molde la impresión del modelo de la pieza que será fundida a la cual se le llama juego de modelos. La exactitud, resistencia y durabilidad del juego de modelos requeridos dependen de las condiciones de producción: unitaria, en serie y a gran escala.. 19.

(20) En la producción unitaria y en pequeños lotes se emplea con frecuencia juegos de modelos de madera; en la producción de grandes lotes y en gran escala se utilizan juegos de modelos metálicos, aun que son mas caros, pero duran mucho mas que los de madera. •. Tipos y clases de modelos,. Como ya se menciono anteriormente los tipos de modelos que se tienen son los de madera, los metálicos y por ultimo los modelos de material plástico. Modelos de madera. La madera para modelos posee una serie de propiedades: pequeña densidad, buena facilidad de elaboración, capacidad de aglutinación, retención de barnices y pinturas, bajo costo. Sin embargo esta tiene una estructura heterogénea, es capaz de absorber y disipar la humedad, en este caso, varia su volumen y sus propiedades mecánicas, está se deforma. Estos inconvenientes de la madera se pueden evitar parcialmente con la elección de las correspondientes especies de madera, el régimen de secado y el labrado durante la elaboración de los modelos. Modelos de metal. Los modelos de metal y las cajas de machos metálicas se utilizan en la producción en gran escala y en grandes lotes. Los juegos de modelos de metal duran más que los de madera, son precisos,. 20. tienen una superficie lisa, no se deforman durante el almacenamiento. Se emplean para el moldeo a máquina , por eso la estructura de los modelos y cajas de macho está supeditada a la estructura de las máquinas de moldeo y de machos. Los elementos principales del juego de modelos metálicos son la placa de modelo y las cajas de macho; los elementos adicionales son las lanchas de secado, las plantillas de guía para la limpieza y el montaje de los machos. Las placas de modelo de metal se hacen compuestas y enterizas en el primer caso el modelo se hace por separado y luego se monta en la placa, en el segundo caso, el modelo y la placa se elaboran juntos como una sola pieza. Generalmente en las placas junto con los modelos de las molduras, se fijan los elementos del sistema de bebederos: alimentadores, colectores de escoria, lo que elimina durante el moldeo las operaciones a mano. Modelos de material de plástico. El empleo de materiales de plásticos para los juegos de modelos reduce el trabajo de elaboración, permite economizar metales no ferrosos, disminuir la cantidad de máquinas herramienta en los talleres de modelos. Los modelos de material plástico poseen alta resistencia a la corrosión, menor masa y mayor resistencia que los de madera, a ellos no se adhiere tanto la mezcla de moldeo.. Procesos de Fundición..

(21) Es especialmente ventajosa la utilización de materiales plásticos para la elaboración de modelos dobles en lugar de los modelos de madera y cajas de macho, puesto que en este caso por un premodelado es posible hacer con rapidez la cantidad necesaria de modelos-dobles. Para la fabricación de modelos se emplean diversos materiales plásticos a base de resinas epoxidicas, fenol-formol, poliéteres, composiciones de acrilato, polietileno, policlorvinilo. Los que más se emplean son los materiales plásticos de endurecimiento en frió a base de resinas epoxidicas y acrilatos. •. Técnicas modelos.. de. fabricación. de. Los recipientes con la forma deseada se conocen como moldes, éstos se fabrican de diferentes materiales como: arena, yeso, barro, metal, etc. Los moldes pueden servir una vez o varias. En el primer caso se les conoce como moldes temporales y los que se pueden utilizan varias veces, se les conoce como moldes permanentes. Los moldes se fabrican por medio de modelos los que pueden ser de madera, plástico, cera, yeso, arena, poliuretano, metal, etc. Si los modelos se destruyen al elaborar la pieza, se dice que éstos son disponibles o desechables y si los modelos sirven para varias fundiciones se les llama removibles. Ventajas de los modelos desechables. Procesos de Fundición.. 1. Para la fabricación de moldes sin máquinas de moldeo se requiere menos tiempo. 2. No requieren de tolerancia especiales. 3. El acabado es uniforme y liso. 4. No requiere de piezas sueltas y complejas. 5. No requiere de corazones 6. El moldeo se simplifica notablemente. Desventajas de los modelos desechables 1. El modelo es destruido en el proceso de fundición. 2. Los modelos son más delicados en su manejo. 3. No se puede utilizar equipo de moldeo mecánico. 4. No se puede revisar el acabado del molde. En el diseño de los modelos que se utilizan para construir un molde es necesario tener en consideración varias tolerancias. 1. Tolerancia para la contracción. Se debe tener en consideración que un material al enfriarse se contrae dependiendo del tipo de metal que se esté utilizando, por lo que los modelos deberán ser más grandes que las medidas finales que se esperan obtener. 2. Tolerancia para la extracción. Cuando se tiene un modelo que se va a remover es necesario agrandar las superficies por las que se deslizará, al fabricar estas superficies se deben considerar en sus dimensiones la holgura por extracción.. 21.

(22) 3. Tolerancia por acabado. Cuando una pieza es fabricada en necesario realizar algún trabajo de acabado o terminado de las superficies generadas, esto se logra puliendo o quitando algún material de las piezas producidas por lo que se debe considerar en el modelo esta rebaja de material. 4. Tolerancia de distorsión. Cuando una pieza es de superficie irregular su enfriamiento también es irregular y por ello su contracción es irregular generando la distorsión de la pieza, estos efectos deberán ser tomados en consideración en el diseño de los modelos. 5. Golpeteo. En algunas ocasiones se golpean los modelos para ser extraídos de los moldes, acción que genera la modificación de las dimensiones finales de las piezas obtenidas, estas pequeñas modificaciones deben ser tomadas en consideración en la fabricación de los modelos. Observe que cuando se utilizan modelos disponibles muchas de las tolerancias antes mencionadas no son aplicables.. Realiza un resumen del tipo de proceso que se lleva acabo en la fabricación de cada tipo de modelos mencionando sus principales características, materiales y la forma en que se lleva acabo.. Competencia lógica. Analizar. el procedimiento fabricación de modelos.. de. El alumno: •. Analizará las principales deficiencias del procedimiento expuesto y proponiendo un procedimiento de fabricación de un modelo diferente al propuesto por el PSP:. 1.1.3 Corazones. •. Tipos.. Cuando una pieza de fundición debe tener una cavidad o hueco, tal y como un agujero para un tornillo, debe introducirse al molde alguna forma de corazón. Un corazón se define algunas veces como cualquier proyección de arena dentro del molde. Esta proyección puede quedar formada por el molde mismo o puede ser hecha en otra parte e introducido en el molde después de extraer el modelo. Se pueden formar superficies tanto internas como externas en una pieza de fundición mediante los corazones. Los corazones se clasifican como corazones de arena verde y corazones de arena seca. Los de arena verde son aquellos formados por el mismo modelo y se hacen en la misma arena del molde. Los corazones de arena seca son los que se forman separadamente para insertarse después que se ha retirado el modelo y antes de cerrar el molde.. CONTEXTUALIZACIÓN 22. Procesos de Fundición..

(23) En general deben usarse los corazones de arena verde, siempre que sea posible para mantener el costo de los modelos y de las piezas de fundición en un mínimo. Naturalmente los corazones separados aumentan el costo de producción. Un corazón debe ser:. •. •. Permeable: capacidad de la arena para permitir que escapen los vapores.. •. Refractario: capacidad de soportar altas temperaturas.. •. Facilidad de colapso: habilidad para disminuir el tamaño conforme se enfría el colado y se contrae.. •. Resistencia en seco: para que no se erosione y sea arrastrado o cambie de tamaño cuando esté rodeado del metal fundido.. •. Friabilidad: facilidad para desmoronarse y eliminarse con facilidad del colado.. •. Debe tener una tendencia mínima a generar gas. Arenas para corazones,. Arena Sílica (SiO2) se encuentra en muchos depósitos naturales, y es adecuada para propósitos de moldeo por que puede resistir altas temperaturas sin descomponerse. Esta arena es de bajo costo, tiene gran duración y se consigue en una gran variedad de tamaño y formas de grano. Por otra parte, tiene una alta Procesos de Fundición.. relación de expansión cuando esta sometida al calor y tiene cierta tendencia a fusionarse con el metal. La arena sílica pura no es conveniente por si misma para el trabajo de moldeo puesto que adolece de propiedades aglomerantes. Las propiedades aglomerantes se pueden obtener por adición de 8 a 16% de arcilla. Los tres tipos de arcilla comúnmente usados son, la Caolinita, Ilita y Bentonita. Esta ultima, usadas con mas frecuencia, proviene de cenizas volcánicas. Arenas naturales (semisintéticas): estas se han formado por la erosión de las rocas ígneas; se mezclan adecuadamente con arcillas al extraerlos en las canteras y solo se requiere agregarles agua para obtener una arena conveniente para moldeos de piezas fundidas de hierro y metales no ferrosos. La gran cantidad de materia orgánica encontrada en las arenas naturales impiden que sean lo suficientemente refractarias para usos en temperaturas elevadas, tal y como en el modelo de metales y aleaciones con alto punto de fusión.. Las arenas de moldeo sintéticas se componen de Sílice lava de granos agudos, a lo que se añade 3 a 5% de arcilla. Con las arenas sintéticas se generan menos gas ya que se requiere menos del 5% de humedad para que desarrolle su resistencia adecuada. A medida que aumente el tamaño de las piezas a fundir conviene elegir también arena con granos más gruesa, de mayor resistencia y refracción. La arena ideal, 23.

(24) seria aquella que se perfectamente bien para destinados a distintos trabajos.. adaptara moldes. Para la fundición de piezas cuya superficie deben presentar buen aspecto sin trabajos posteriores a la fundición, se hace necesario el empleo de moldes de arena fija. Este tipo de arena es recomendable ya que gracias a su contenido es posible obtener mayor permeabilidad, lo que conlleva a una disminución de los defectos de la pieza. Tipos de arena y la forma de empleo para construir moldes de fundición, según la naturaleza de cada metal. Los moldes para el cobre se hace de arena verde mojada, muy poroso, para permitir el libre escape de los gases. Los latones requieren arenas especiales, no muy grasosas pero de buena cohesión. Para que la superficie de las piezas fundidas resulte lisa y de buen aspecto, se aplicará arena de granos mas bien finos y con una cierta cantidad de arcilla, sin olvidar, por otro lado que esta ultima ha de estar limitada, para que no impida la salida de los gases. Para los bronces se pueden aplicar moldes de arena verde o los llamados desecados. Los primeros se adaptan mejor para la fundición de piezas pequeñas, mientras que los segundos se usan para piezas de mayor tamaño. Para el aluminio y sus aleaciones, se usa arena que no ha de ser ni muy grasosa ni demasiado fina, con un contenido de 24. arcilla de 10 a 15% y de 7 a 8% de agua; a esta arena se le agrega un poco aceite de lino, melaza, polvo de carbono o resina para aumentar la cohesión. Para las aleaciones de magnesio se aplica, por lo general, los mismos moldes que para la fundición del aluminio, pero con una diferencia solamente, que consiste en agregar a la arena de 3 a 10% de azufre y de 0.25 a 1% de ácido bórico. Esta 2 sustancia tienen por objeto, formar gases durante la fundición para impedir quemaduras en la superficie del metal o agujeros. Calidad de las arenas: Para determinar la calidad esencial de la arena de fundición se hace necesaria algunas pruebas periódicas. Las propiedades cambian por contaminación con materiales estaños, por la acción del lavado en el recocido, por el cambio gradual y la distribución de los tamaños de grano y por la continua exposición de esta a altas temperaturas. Las pruebas pueden ser tanto químicas como mecánicas, pero a aparte de la determinación de los elementos indeseables en la arena, las pruebas químicas son de poco uso. Las mayorías de las pruebas mecánicas son simples y no requieren equipos elaborados. Varias de las pruebas están diseñadas para determinar las siguientes propiedades de la arena de moldeo: Permeabilidad. La porosidad de la arena que permite el escape de los gases y vapores formados en el molde. Resistencia. La arena debe ser cohesiva hasta el grado de que tenga suficiente Procesos de Fundición..

(25) ligazón, tanto el contenido de agua como el de arcilla, afecta la propiedad de la cohesión.. nuevas así como las usadas preparadas adecuadamente, contienen los siguientes resultados:. Resistencia en seco: es la resistencia necesaria en la arena para mantener la forma de la cavidad del molde cuando este seca.. El aglutinante esta distribuido mas uniformemente en los granos de arena.. Resistencia en verde: es la capacidad de la arena para formar grumos para retener la forma necesaria. Refractariedad: La arena debe resistir las altas temperaturas sin fundirse. Resistencia en caliente: Esta resistencia hace que la arena no se deteriore ni cambie sus dimensiones. Una vez que el metal se solidifica y seca las orillas del molde, la arena se calentará mucho; pero en ese momento se solidificó el metal y no es crítico el estado de la arena. Desprendimiento: Es la facilidad de la arena para sacudirla o sacarla después que solidificó la pieza. Si la arena tiene mucho aglutinante se endurece mucho al secarlas y se hace difícil separarla de la pieza fundida. Tamaño y forma del grano. La arena debe tener un tamaño de grano dependiente de la superficie que se trate de producir, y los granos deben ser irregulares hasta tal grado que mantenga suficiente cohesión. Equipo para el acondicionamiento de la arena. Propiamente la arena bien acondicionada es un factor importante en la obtención de una buena pieza fundida. Las arenas Procesos de Fundición.. El contenido de humedad esta controlado y además la superficie particular esta humedecidas. Las partículas extrañas están eliminadas de la arena. La arena se ventila de tal manera que no se compacta y esté en condiciones propias para el moldeo. Por razón de que acondicionar la arena a mano es difícil la mayoría de las fundiciones tienen equipos apropiados para esta operación. Tiene dos rodillos en los cuales esta montado una combinación de rastras y muelas trituradoras. Las dos muelas trituradoras están dispuestas de tal manera que la arena pueda ser procesadas de forma continua. Las muelas trituradoras proporcionan una acción intensa de frotamiento y amasado. El resultado es una distribución a través de los granos de arena con el material aglutinado. La arena en verdad y la de corazones ambas pueden ser preparadas en esta manera. Pruebas de la arena Son pruebas que se realizan continuamente para verificar que cumpla con los requisitos necesarios para poder soportar el proceso, ya que es normal que. 25.

(26) después del uso prolongado de estas se deterioren sus propiedades aglutinantes. El contenido de humedad se mide con un medidor de humedad el cual envía aire caliente a través de una muestra de arena a un volumen constante. El volumen de humedad se determina por el tiempo necesario para secar la muestra. Las resistencias se miden con una probadora universal: se toma una muestra de arena y se somete a pruebas de tracción, compresión, esfuerzo cortante y de carga. El número de veces que cae el peso muerto y apisona la arena, determina la resistencia del núcleo. La permeabilidad se mide con un aparato especial que registra el tiempo necesario para hacer pasar una cantidad determinada de aire a través de una muestra de arena. La arena poco permeable dejará pasar menos aire que otra más porosa. •. •. Preparación.. La preparación de las mezclas consta de las siguientes operaciones principales: Preparación previa; tratamiento previo de la mezcla usada, preparación de mezclas previamente tratadas nuevas y usadas aditivos. En los grandes talleres de fundición modernos no se realiza el tratamiento previo de los materiales, puesto que estos materiales llegan preparados.. Realiza un cuadro sinóptico de las características que se toman en cuenta para la preparación de corazones.. Pinturas.. Las pinturas protegen la superficie de la moldura contra las costras de fundición aumentan la resistencia superficial, disminuyen el desmoronamiento de los corazones, aseguran la obtención de molduras limpias. Para disminuir la costra de fundición se utilizan pinturas que contienen substancias aglutinantes y materiales refractarios. Las pinturas aplicadas a la superficie del corazón crean una capa resistente de material refractario que impide la penetración del metal y sus óxidos en los poros entre los granos de la. 26. mezcla, lo que evita la formación de costra. Algunos tipos de pinturas son por ejemplo CT, CT-1, CT-2, CT-3, CT-4.. CONTEXTUALIZACIÓN Competencia lógica. Comprender. la relación de la utilización de las pinturas en la preparación de corazones.. El alumno: •. analizar el por que son utilizadas las diferentes formas geométricas en la elaboración de los corazones y definir en que le ayuda al utilizar pinturas mostrándolo en un cuadro comparativo. Procesos de Fundición..

(27) Competencia científica-teórica. Identificar los principales elementos. de la tabla periódica. El alumno: •. Explicará de que manera se relacionan los elementos de la tabla periódica en la fabricación de pinturas.. y que factores son importantes para producir una buena fundición. Los factores principales son: 1. Procedimiento de moldeo. 2. Modelo. 3. Arena. 4. Corazones.. 1.1.4 Tipos de moldeo.. 5. Equipo mecánico.. •. 6. Metal.. Moldeo en arena.. Existen dos métodos diferentes por los cuales la fundición a la arena se puede producir.. 7. Vaciado y limpieza (ver figura 3).. Se clasifica en fundición de tipo de modelo usado, ellos son: 1. Modelo removible. 2. Modelo disponible. En el método empleado modelo removible, la arena comprimida alrededor del modelo el cual se extrae más tarde de la arena. La cavidad producida se alimenta con un metal fundido para crear la fundición. Los modelos desechables son hechos de poliestireno y en vez de extraer el modelo de la arena, se vaporiza cuándo el metal fundido es vaciado en el molde. Para entender el proceso de fundición, es necesario conocer como se hace un molde. Procesos de Fundición.. Figura 3. Máquina de fundición centrífuga para fundición de acero o tubos fundidos de hierro •. En molde permanente.. Los moldes permanentes deben estar hechos de metales capaces de resistir altas temperaturas. Debido a su gran costo se recomiendan solamente cuando se van a producir. Aún cuando los moldes permanentes no son prácticos para piezas grandes y aleaciones de altas temperaturas de fusión, se les usa 27.

(28) ventajosamente para piezas no ferrosas de tamaño pequeño y mediano producido en grandes cantidades. •. En colada centrífuga.. La fundición centrifuga es el proceso de hacer girar el molde mientras solidifica el metal, utilizando así fuerza centrifuga para acomodar el metal en el molde. Se obtienen mayores detalles sobre la superficie de la pieza y la estructura densa del metal adquiere propiedades físicas superiores. Las piezas de formas simétricas se prestan particularmente para este método aún cuando se pueden producir otros muchos tipos de piezas fundidas.. la pieza moldeada fuera de estos machos y del molde. •. Por extrusión.. Este es un procedimiento en el que el metal caliente se impulsa a través de una matriz con el fin de que tenga suficiente plasticidad, y así se le da forma deseada. La operación se puede comparar con la salida por compresión de la pasta dentífrica de un tubo. En la figura 4 se da un esquema de la operación de extruido.. Por fundición centrifuga se obtienen piezas más económicas que por otros métodos. Los corazones en forma cilíndrica y rebosaderos o mazarotas se eliminan. •. A presión.. Además de los procedimientos basados en introducir el metal por acción de gravedad, los moldes permanentes se pueden modificar de modo que, sobre el metal, se ejerza una cierta presión para lograr que la pieza moldeada tenga menos defectos. El molde metálico o la matriz constan, al menos, de dos partes o bloques de acero especial, cada uno con una cavidad, que están unidas durante el moldeo y que se separan en cuanto se está en condiciones de extraer la pieza moldeada. Esta queda en la parte fija y a esta mitad tiene machos alrededor de los cuales se contrae el metal al solidificar. Agujas movidas mecánicamente empujan. 28. Figura 4. a) El modelo sobre el tablero de moldeo listo para apisonarse sobre la base, b) la base se voltea y se ensambla el modelo y está listo para apisonar la tapa, c) el molde se completa colocando un corazón de arena seca.. Procesos de Fundición..

(29) Este procedimiento, que se aplica particularmente a los metales no férreos de bajo punto de fusión, es relativamente económico y menos drástico que el laminado o forjado, pues al material solo se le aplica una fuerza compresiva.. información en beneficio de su preparación profesional y personal. El alumno: •. Si el extruido se hace en frío, con el fin de conseguir secciones muy delgadas, hay que realizarlo en prensas mecánicas rápidas y de gran presión, y entonces se conoce como “presión por choque”. •. En colada continua.. Este método de moldeo a adquirido una gran importancia tanto para los metales férreos como para los no férreos (figura 9) tiene un cilindro perfecto. Con el fin de obtener formas especiales se han realizado ensayos en los que se inclina el eje de giro, y también se hace que el molde gire simultáneamente sobre dos ejes. Lo que se persigue con la colada continua es aprovechar el calor retenido por los metales, después de que han pasado por el molde, que representan un gran número de calorías y laminarlos en caliente.. Realizará un resumen de los tipos de moldeo existentes en el mercado laboral. CONTEXTUALIZACIÓN Competencia de información. Adquirir el hábito de la búsqueda de. Procesos de Fundición.. Realizará una investigación de campo en donde realice un resumen de las principales características del proceso de moldeo por extrusión y de colada continua. Competencia analítica.. Comparar. el procedimiento de moldeo en colada centrifuga con respecto al de presión.. El alumno: •. Elaborará un cuadro comparativo don de muestre cuales son las principales variables que intervienen en el proceso de moldeo por colada centrifuga con respecto al de presión resaltando que tipo de teorías podría aplicar a ese análisis.. 1.1.5 Tipos de hornos, principios de funcionamiento y características de operación. •. Cubilote.. Los colados de hierro, se hacen volviendo a fundir chatarra junto con arrabio, en un horno llamado cubilote. La construcción de este horno es simple, de operación económica y funde hierro continuamente con un mínimo de mantenimiento. De vez en cuando el metal se funde con el combustible, algunos elementos se aprovechan mientras otros son perdidos. 29.

(30) Esto afecta el análisis final del metal y se hace necesario cerrar la regulación del cubilote. El proceso de obtención del hierro fundido especial y aleado dificulta su control en el cubilote. También el cierre de control dificulta su mantenimiento. La construcción de este horno es simple, consiste en un tubo vertical recubierto con material refractario, con la disposición necesaria para introducir una corriente de aire cerca del fondo.. calor producido en la combustión. La eficacia térmica es pequeña, inferior al 20%, pero tiene las ventajas de mayor regulación que el de cuba, y además, elimina algunas causas de contaminación. Este tipo de horno tiene un empleo limitado como horno de reducción, pero son extensas sus aplicaciones en el afino de los metales (ver figura 5).. Figura 5. Horno de reverbero. •. •. Reverbero.. Las características del horno reverbero son: crisol relativamente poco fundido, de gran área y techo bajo y arqueado, y las llamas lamen o reflejan sobre la carga el. 30. Convertidor.. Conversión es el nombre dado en metalurgia a un proceso de oxidación en que la carga del metal fundido se coloca en el convertidor y a su través se inyecta aire enriquecido con oxígeno o bajo presión sin emplear combustible, pues el calor necesario se engendra por oxidación de los elementos existentes en el baño. El convertidor es, en esencia, un horno de afino. Las dos aplicaciones de mayor importancia son el convertir el arrabio en acero y el transformar la mata de cobre en cobre blister, con ampollas. La figura 6 muestra, en forma esquemática, la evolución en el uso de los convertidores. Procesos de Fundición..

(31) Este es el horno llamado Bessemer que se ha usado en la siderurgia.. •. Hornos eléctricos.. El horno eléctrico (figura 7) se carga con chatarra de acero bien seleccionada en lugar de arrabio fundido, aunque en un tiempo se uso metal fundido. Para control de carga de cierre y por adicción de materiales aleados los lingotes de acero inoxidables, de acero resistente al calor, de aceros para herramientas y muchos aceros aleados para aplicaciones generales, son vaciados desde el horno eléctrico. En adicción al acero, el hierro gris de alto grado se produce extensamente, por la razón de que este horno no contamina la atmósfera como muchos otros.. Figura 6 •. Horno de crisol.. Los hornos de crisol son receptáculos en los que se colocan los crisoles de grafito cargados con el material que se desea fundir y el correspondiente fundente. El calor necesario para iniciar la reacción o mantenerla se suministra del exterior por conducción. Las instalaciones modernas queman aceite o gas; en el último caso la cámara de fusión puede contener hasta 20 crisoles y corrientemente se emplean sistemas de recuperación del calor.. Procesos de Fundición.. Figura 7. Corte de un horno eléctrico con revestimientos tipo ácido y básico. Los hornos pueden ser: De resistencia con calefacción directa La calefacción por resistencia se puede hacer por dos métodos generales: a) Método indirecto en el que la carga se calienta por radiación y conducción a partir de resistencias separadas, a través de las cuales pasa la corriente.. 31.

(32) b) Método directo en el que la corriente pasa a través del mismo metal cargado o del baño. El método directo emplea corriente de gran voltaje y bajo amperaje, que se transforma en corriente de bajo voltaje y gran amperaje, que pasa a través del baño o de la carga. El baño actúa, entonces, como el circuito secundario para la corriente que se genera a partir del circuito primario por inducción; por esta razón, el método se conoce como calentamiento por inducción.. a la carga fundida se le adicionan elementos de aleación. (Ver figura 8).. De resistencia con núcleo magnético Los hornos de inducción son relativamente baratos, comparándolos con los otros tipos de hornos de fusión y, además, ofrecen, entre otras ventajas, las siguientes: 1. El calor se producen en el mismo seno de la masa que se calienta, y como se refrigera con agua, se pierde por radiación muy poco calor. 2. Las intensidades de las corrientes creadas por inducción pueden ser elevadas porque no salen de la masa metálica; así de esta manera se pueden obtener la mejor utilización de la energía eléctrica aplicada a problemas térmicos, distribuyendo, de modo uniforme, en la masa que se ha de calentar, las 860 kilocalorías correspondientes a cada kilovatio-hora. 3. El metal fundido en un horno de inducción esta sometido a una intensa agitación de origen electromagnético, lo cual hace que se consiga, en el mínimo tiempo, un producto homogéneo cuando. 32. Figura 8. Horno de inducción de baja frecuencia. Hornos eléctricos de electrodos El arco eléctrico se puede aplicar de tres maneras generales: 1. Los arcos se pueden hacer saltar entre los electrodos sostenidos en el horno encima del metal, y así éste se calienta solamente por radiación a partir del arco. Este método se conoce como calentamiento por arco indirecto. 2. Los arcos pueden saltar entre los electrodos y el metal. En este método, conocido como de arco directo, la corriente ha de pasar a través del baño, de modo que el calor radiado por los arcos se le ha de sumar el desarrollo por la resistencia eléctrica del metal, aunque éste cuantitativamente es relativamente bajo. 3. Los arcos pueden saltar en una atmósfera de cloro y en presencia del. Procesos de Fundición..

(33) metal recién reducido carbono. (Figura 9).. del. óxido. en. El alumno: •. Realizará consulta en Internet y bibliografía realizando un resumen de la principal teoría que rige el funcionamiento del los hornos. Competencia de calidad.. Determinar de que manera influyen el. control de los principales parámetros de los hornos. El alumno: • Figura 9. Horno de cuba par clorar óxidos metálicos.. Investigará en equipos el tema asignado por el PSP guiados por el PSP:. •. 1.1.6 Equipo periférico. •. Realizará una exposición equipos de los tipos hornos, funcionamiento, y principales características operación.. en de sus de. CONTEXTUALIZACIÓN Competencia de información. Adquirir el hábito de la búsqueda de. información en beneficio de su preparación profesional y personal.. Procesos de Fundición.. Realizará un resumen de los principales parámetros que se controlan en la operación de los hornos. Determinará de que manera influye el no controlar un parámetro determinado para la calidad de un metal fundido.. Sistemas neumáticos.. hidráulicos. y. Debido a los grandes volúmenes que se manejan en la producción de los aceros, y de otros metales, y tomando en cuenta las temperaturas a las que se encuentran los metales fundidos es comprensible que el equipo empleado para la fundición no se pueda manipular de manera manual, por lo que se requiere del empleo de sistemas transmisores de fuerza que desempeñen estas funciones y tareas; Existen dos sistemas que son capaces de transmitir movimientos con la potencia requerida para estos trabajos, y son en primera. 33.

(34) instancia los sistemas hidráulicos y en segunda los sistemas neumáticos. En los primeros se transmite la fuerza por medio de un fluido hidráulico que es propulsado por medio de una bomba la cual puede actuar de diferentes formas dependiendo del principio físico con el que haya sido diseñada para impulsar el fluido, normalmente estas trabajan en rangos de miles de PSI´s (Pound Square Inch) y envían un fluido que es el que transmite la fuerza de empuje que se desea manipular, el fluido es controlado por medio de válvulas diversas que dependiendo del circuito diseñado pueden ser de una o mas vías y de dos o más posiciones para direccionar y dar sentido a la circulación del fluido, y finalmente este fluido llega a los cilindros hidráulicos que son dispositivos que actúan por medio de pistones que pueden ser en forma general de acción simple o doble y que son los que transmiten la fuerza que sé esta generando en la bomba hidráulica y efectúan los movimientos que se requieran para mover grandes mazas como las de los hornos al efectuar el vaciado, inclinar las ollas de fundición, accionar transportadores. Los sistemas neumáticos actúan bajo el mismo principio de los sistemas hidráulicos con las siguientes diferencias; el fluido que se maneja normalmente es un gas como el aire tomado de la atmósfera u otros gases especiales, la bomba de flujo es substituida por un dispositivo que comprime el gas y lo almacena en un recipiente hermético para su consumo, las válvulas y los cilindros de transmisión de fuerza trabajan de forma similar solo que estos trabajan bajo regímenes de presión mucho más bajos. 34. (Decenas o Centenas de PSI¢s) y las fuerzas que transmiten, son mucho menores, las cuales se emplean en artefactos o dispositivos de transmisión de movimiento que requieren fuerzas menores. •. Tableros de control eléctrico.. En la actualidad sabemos que la electricidad es un medio de transmisión de fuerza y de instrucciones o señales muy poderosas y efectivas, de tal forma que la mayor parte de los equipos que son empleados en las industrias son actuados y comandados por energía eléctrica; en la industria de la producción de materiales metálicos no es la excepción, y todo el equipo que interviene en la producción, esta controlado por sistemas de fuerza y comandos eléctricos, los cuales son dispositivos como motores, relevadores, interruptores y muchos otros que son difíciles de enumerar en este espacio, pero todos ellos son actuados por medio de instrumentos de control que pueden ser manuales o automáticos, dependiendo de la función para la que fueron diseñados, estos se encuentran concentrados en un panel, consola o tablero de control. En este panel se localizan los instrumentos de medición por medio de los cuales se puede observar el comportamiento del equipo o de la evolución del proceso, y también se encuentran instrumentos que dependiendo de los parámetros observados en los indicadores nos permitirán efectuar cambios requeridos en la evolución o corrección del proceso, hasta poder mantener la estabilidad requerida para el buen funcionamiento del equipo.. Procesos de Fundición..

(35) •. Sistemas de control electrónico.. Los equipos empleados en los procesos de producción de materiales metálicos cada vez son más complejos de tal forma que los parámetros que se deben controlar para obtener óptimos resultados en el proceso, son más precisos y mayor cantidad por lo que ha sido necesario emplear controles no solo eléctricos, sino también sistemas electrónicos que auxilian en control del proceso, empleando censores electrónicos, lectores de información, censores electrónicos de diferentes parámetros, etc., y los elementos de control electrónico mas importantes en el sistema que son los controladores lógicos de proceso o mejor conocidos como “PLC¢s” estos son verdaderas computadoras que se programan para efectuar el control sobre los componentes o equipo periférico al cual controlan y lo van secuenciando en cada una de las operaciones que se requiere efectuar en el proceso, con lo cual ya no tiene que intervenir la mano del hombre y los errores se reducen o desaparecen en la mayoría de los casos. •. Sistemas de transporte.. maniobra. y. Los sistemas de maniobra y transporte esencialmente son instalaciones y equipos de tipo mecánico los más comunes de estos son cadenas viajeras, transportadores, ganchos sujetadores que se utilizan para transportar las ollas de vaciado, carros transportadores de ollas de fundición y muchos otros artefactos que auxilian en las maniobras del transporte y vaciado del metal líquido;. Procesos de Fundición.. estos equipos o sistemas se diseñan y se fabrican para cada planta de fundición ya que dependiendo de su Lay-Out y de los procesos que se efectúan estos equipos se deberán construir según las necesidades, aunque muchos de estos emplee elementos de fabricación comercial tales como bandas de rodillos, rieles para carros transportadores, grúas viajeras de dos ejes y muchos otros más elementos de tipo estándar, finalmente con ellos se deberá construir un sistema de configuración especial para la planta de que se trate.. Realizará un resumen de las principales funciones del equipo periférico. CONTEXTUALIZACIÓN Competencia científica teórica. Aplicar. los conceptos de la física usados en las tecnologías.. El PSP: •. Explicará a los alumnos las teorías que aplican en la neumática y que aplicaciones tiene.. El alumno: •. Realizará un resumen sobre los conceptos de densidad, peso específico y presión aplicándolos a un sistema hidráulico o neumático. Competencia analítica.. 35.

(36) Distinguir las características de los. sistemas automáticos de acuerdo a su aplicación. El alumno: •. Describir las diferencias que tiene un sistema hidráulico y un sistema neumático identificándolos en los diferentes tipos de hornos.. 1.1.7 Quemadores combustibles de carbono hidrogeno. •. y e. Quemadores.. De alta presión Los quemadores que se emplean para poder elevar las temperaturas de los hornos en los que se van a fundir los metales son fabricados dependiendo en mucho del tipo de horno en el que se va a emplear, y del combustible que se va a quemar en ellos, en algunos casos son se emplean combustibles líquidos, y generalmente se emplean gases como el gas natural; para que la combustión se pueda efectuar se requiere de un comburente y oxigeno, él oxigeno es tomado del aire, entonces se efectúa la mezcla de manera externa, para poder aumentar el poder calorífico se inyecta el aire a presión de tal forma que la intensidad de la flama aumenta varias veces mas, y en ocasiones también el comburente es inyectado a presión de tal manera que se logra un poder calorífico mucho mayor, es obvio que estos quemadores están diseñados para poder 36. aceptar esas condiciones y se les conoce como quemadores de alta presión. De baja presión Los quemadores de baja presión se emplean normalmente cuando las temperaturas manejadas no son muy altas, o los metales a fundir son de muy bajo punto de fusión, estos quemadores funcionan bajo presión atmosférica, ósea que no se le imprime presión al aire y los comburentes que generalmente usan son líquidos o gaseosos, siendo los más populares los primeros y los más económicos. De premezcla. Con el afán de obtener mayores temperaturas y un menor gasto en el uso de los combustibles se han diseñado quemadores que efectúan la mezcla del combustible y él oxígeno en una recamara de premezcla de una forma perfectamente dosificada, de tal forma que en el interior de esta recamara se efectúa la carburación aunada a una inyección a presión, para aprovechar al máximo los componentes y obtener el mayor poder calorífico del combustible. •. Combustibles.. Sólidos. En 1713, aproximadamente, A. Darby, siguiendo las líneas trazadas anteriormente por Dudley, consiguió producir comercialmente coque. La industria siderúrgica empleaba carbón vegetal; pero como aquélla languideció al disminuir los abastecimientos de este Procesos de Fundición..

(37) producto y no tener éxito la sustitución por el carbón mineral, debido a que el hierro absorbe el azufre que el carbón mineral contiene, pronto se reemplazaron los hornos con insuflación de aire de carbón vegetal por los hornos altos de coque. El coque, que es el residuo celular coherente de la destilación destructiva del carbón en ausencia de aire, se obtiene en hornos de recuperación de subproductos. Las características requeridas para el coque metalúrgico son: dureza y consistencia para resistir el peso de la carga de los hornos, sin deshacerse ni desmenuzarse (baja friabilidad); gran densidad, puesto que el coque de estructura celular uniformemente compacta permite, con soplado intenso, la producción de una gran cantidad de calor en un área concentrada.. general, para su utilización en los hornos, disminuye mucho. Gaseosos La mayoría de los gases combustibles son mezclas de distintas sustancias en proporciones variadas. Las más corrientes de éstas, agrupadas en combustibles y diluyentes, son: combustibles, hidrógeno, monóxido de carbono, metano, etano, etileno y otros hidrocarburos; diluyentes, nitrógeno, dióxido de carbono y agua. Así, las propiedades de los gases combustibles comerciales dependen, primariamente, de las proporciones relativas de los gases combustibles y diluyentes y de la naturaleza de los compuestos combustibles. El gas natural consiste, principalmente, en metano y etano, es el mejor combustible gaseoso y tiene el mayor poder calorífico.. Líquidos Los combustibles líquidos han demostrado su ventaja en muchas aplicaciones metalúrgicas.. El gas de hulla de los hornos de coque que contiene principalmente metano e hidrógeno, también es un buen combustible gaseoso.. La mayoría de los utilizados industrialmente derivan del petróleo bruto. Los principales son aceites ligeros y pesados, tales como petróleo bruto, aceite de alquitrán y creosota.. El gas de petróleo casi tiene la misma composición que el gas de hulla y se obtiene por destilación destructiva (cracking) de los productos derivados del petróleo.. Su utilidad más sobresaliente está en relación con la fusión de los metales no férreos y con la difusión del acero en ciertos tipos de convertidores. La cantidad de agua y sedimento presentes en el aceite no ha de sobrepasar, en conjunto del 2.5%, pues de otra manera, la potencia calorífica y la conveniencia. Realizará un cuadro comparativo resaltando las principales características de los combustibles de carbono e hidrógeno.. Procesos de Fundición.. 37.

(38) CONTEXTUALIZACIÓN Competencia para la sustentabilidad. Identificar el tipo de desechos que. generan las industrias. El alumno: •. Realizar un cuadro en donde muestre los diferentes tipos de desechos que se generan al quemar combustibles y la manera en que afectan el medio ambiente. Competencia lógica.. Analizar las principales características. que se deben tomar en cuenta para la selección de combustibles. El alumno: •. Analizará las propiedades de los combustibles determinando cual es el mas idóneo para la fundición de metales y menos costoso.. RESULTADO DE APRENDIZAJE 1.2.. Controlar los principales parámetros de operación del proceso de fundición utilizando el equipo y los instrumentos de medición adecuados.. 1.2.1 Medición y control de atmósferas. 38. •. Atmósfera reductora.. El elemento de la atmósfera que más influye en la oxidación durante los procesos de fundición en un horno es el oxígeno, pero también se encuentran otros gases oxidantes, tales como el vapor de agua y el dióxido de carbono, que a la vez que puede producir todos o la mayoría de los productos formados por el oxígeno, son más útiles por que sus reacciones se pueden regular en lo que respecta a su velocidad y extensión. Esto es debido a que en los últimos casos a diferencia de la reacción con el oxígeno, los productos de oxidación incluyen él hidrogeno y el monóxido de carbono, los dos gases reductores. Es evidente que en definitiva la proporción del gas reductor es suficientemente grande para hacer más lenta la reacción y finalmente para la acción reductora del vapor de agua y del dióxido de carbono. Además estas reacciones se pueden regular de modo que sean oxidantes, reductoras o neutras, según las proporciones presentes de los gases oxidantes y reductores ya que son reacciones reversibles se presentan las relaciones de los equilibrios CO: CO2 y H2: H2O, para una gran zona de temperaturas. Estas curvas ponen de manifiesto que, mientras una atmósfera reductora admite proporciones crecientes de vapor de agua, en la relación con el contenido de hidrogeno, al aumentar la temperatura ocurre lo contrario con el dióxido de carbono en la relación CO: CO2. Las acciones opuestas a estas relaciones se pueden combinar y regular por la reacción:. Procesos de Fundición..