Tipos de Hornos Industriales

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<p>Universidad Católica de El Salvador</p><p>Facultad de Ingeniería y Arquitectura</p><p>Ingeniería Industrial</p><p>“Diseño y construcción de hornos industriales para procesos</p><p>metalúrgicos´´</p><p>INTEGRANTES:</p><p>Calderón Alarcón Alberto José 2017-CA- 601</p><p>Flores Duarte Ivania Nicolle 2021-FD-650</p><p>Guerra Mojica Fátima Daniela 2021-GM-603</p><p>Barillas Arce Jhonny Alexander 2021-BA- 650</p><p>Alarcón Duarte Jacquelinne Gabriela 2021-AD-601</p><p>DOCENTE</p><p>Ing. Rommel Raeder Cortez Leiva</p><p>Domingo 03 de marzo de 2024</p><p>Santa Ana, El Salvador, Centroamérica</p><p>Introducción .................................................................................................................................................. 4</p><p>Objetivos ....................................................................................................................................................... 5</p><p>General: ..................................................................................................................................................... 5</p><p>Específicos: ................................................................................................................................................ 5</p><p>1. Procesos metalúrgicos .......................................................................................................................... 6</p><p>2. Hornos industriales para los procesos metalúrgicos............................................................................. 6</p><p>3. Horno de crisol ...................................................................................................................................... 7</p><p>4. Horno de Reverbero ............................................................................................................................ 14</p><p>5. Horno convertidor Martin Siemens .................................................................................................... 18</p><p>6. Horno de fragua .................................................................................................................................. 23</p><p>7. Horno de Arco eléctrico ...................................................................................................................... 27</p><p>8. Alto horno ........................................................................................................................................... 30</p><p>9. Horno eléctrico ................................................................................................................................... 36</p><p>10. Horno de oxígeno básico (B.O.F) ..................................................................................................... 39</p><p>11. Horno de mufla ............................................................................................................................... 43</p><p>12. Horno convertidor Bessemer .......................................................................................................... 46</p><p>13. Horno de mufla ............................................................................................................................... 52</p><p>14. Horno rotativo ................................................................................................................................. 55</p><p>15. Horno de cubilote ........................................................................................................................... 58</p><p>16. Horno de hogar abierto................................................................................................................... 63</p><p>17. Horno de resistencia ....................................................................................................................... 67</p><p>18. Horno de forja ................................................................................................................................. 73</p><p>Conclusión: .................................................................................................................................................. 81</p><p>Curriculum de investigación ........................................................................................................................ 82</p><p>Bibliografías ................................................................................................................................................. 87</p><p>Glosario ....................................................................................................................................................... 91</p><p>Anexos ......................................................................................................................................................... 92</p><p>Introducción ................................................................................................................................................ 93</p><p>Problemática ............................................................................................................................................... 93</p><p>Justificación ................................................................................................................................................. 94</p><p>Objetivos ..................................................................................................................................................... 94</p><p>Marco teórico .............................................................................................................................................. 94</p><p>Variables de análisis .................................................................................................................................... 98</p><p>Diseño metodológico .................................................................................................................................. 98</p><p>Cronograma ................................................................................................................................................ 99</p><p>Presupuesto ................................................................................................................................................ 99</p><p>Bibliografías ............................................................................................................................................... 100</p><p>4</p><p>Introducción</p><p>Un horno es una maquina capaz de llevar a cabo una variedad de procesos, pero en el</p><p>campo de la metalurgia, el principal objetivo de los hornos es la fundición, un proceso</p><p>que fue descubierto y llevado a cabo desde hace muchos años atrás. Fundir es</p><p>simplemente llevar un material a su punto de fusión y manipularlo de manera que pueda</p><p>producir una variedad de productos, como lingotes, barras o diferentes formas creadas</p><p>con moldes especiales.</p><p>Los hornos han cambiado con el tiempo, pero su función principal siempre ha sido</p><p>calentar los materiales por encima de la temperatura ambiente para brindarles diversos</p><p>tratamientos. El horno de crisol, que es uno de los hornos más conocidos y utilizados hoy</p><p>en día, es una recamara en la que se aplica calor y se funde principalmente materiales</p><p>como el aluminio. Otros tipos de hornos, como el alto horno, son más complejos y pueden</p><p>fundir materiales más duros con puntos de fusión más altos.</p><p>El diseñar y construir un horno es un tema al cual debe ponérsele especial cuidado pues</p><p>debe considerarse factores tales como las dimensiones de las piezas a tratar, el punto</p><p>de fusión, la resistencia del horno a altas temperaturas, los materiales refractarios a</p><p>utilizar, entre otros que serán detallado según sea el caso de cada horno.</p><p>Dentro de la industria han surgido nuevas necesidades y la adaptación a los cambios ha</p><p>permitido que se construyan diversos hornos con diferentes capacidades y</p><p>especificaciones que dan paso a crear productos novedosos que satisfacen diversas</p><p>necesidades, aprovechando los diversos</p><p>de energía térmica, la cual es</p><p>suministrada mediante resistencias eléctricas, las mismas que están colocadas en los</p><p>laterales y parte posterior del horno, son de hilo resistor de aleación Cr-Al-Fe y lista para</p><p>trabajar por mucho tiempo. Las resistencias transmiten con gran eficiencia el calor a los</p><p>cuerpos siempre pasando del cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor</p><p>temperatura.</p><p>Las muflas se componen de ciertos elementos necesarios para su correcto</p><p>funcionamiento los cuales son: gabinete interno, contrapuerta, gabinete externo, panel</p><p>de control.</p><p>El gabinete interno se encuentra aislado de ladrillos refractarios de alta alúmina seguido</p><p>de lana de vidrio, estos dos componentes son los indicados para aislar con gran eficiencia</p><p>la alta temperatura que se alcanza es los hornos mufla, también su baja densidad permite</p><p>el rápido enfriamiento del mismo y además se disfruta de un ambiente fresco de trabajo.</p><p>En la parte exterior del horno la temperatura es mínima, es decir, no se tendría</p><p>quemaduras de ningún tipo en caso de contacto con el personal que este alrededor de</p><p>la máquina; la puerta del horno está construida de acero inoxidable, generando un</p><p>sellado que evita fugas al momento de realizar algún tipo de tratamiento térmico.</p><p>En este tipo de hornos la energía se intercambia en forma de calor entre distintos</p><p>cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura.</p><p>Los hornos mufla transfieren su calor mediante convección, radiación o conducción. El</p><p>calor se transmite a través de la pared del horno fundamentalmente por conducción, la</p><p>radiación existirá cuando el horno se encuentre en temperaturas altas como es los 900°C</p><p>hasta los 1000°C, y si la temperatura del horno es baja aquí la convección seria mayor.</p><p>46</p><p>Mantenimiento:</p><p>Para que la vida útil de la mufla sea la máxima posible se deben realizar las siguientes</p><p>mantenciones:</p><p>• Limpieza externa una vez por semana con solución no abrasiva.</p><p>• Revisar periódicamente el sistema eléctrico del horno.</p><p>• No conectar la mufla a conexiones eléctricas múltiples que lleven a</p><p>sobrecalentamiento.</p><p>• Dejar al menos 15 centímetros alrededor del equipo que permita la circulación</p><p>del calor.</p><p>• Calibrar una vez al año para corregir desfases.</p><p>12. Horno convertidor Bessemer</p><p>¿Qué es y para qué sirve?</p><p>El horno convertidor Bessemer es una pieza clave en la producción industrial de acero.</p><p>Desarrollado por Sir Henry Bessemer a mediados del siglo XIX, este horno revolucionó</p><p>la fabricación de acero al permitir la conversión eficiente de grandes cantidades de hierro</p><p>fundido de alto contenido de carbono en acero de bajo contenido de carbono.</p><p>La función principal es la afinación del hierro fundido, eliminando impurezas,</p><p>especialmente el exceso de carbono, para obtener un producto final de acero con</p><p>propiedades deseables.</p><p>47</p><p>Materiales que se pueden fundir</p><p>Este horno está diseñado específicamente para procesar hierro fundido. El material</p><p>básico es la fundición de arrabio, que es hierro fundido que se obtiene directamente del</p><p>alto horno. La capacidad del horno convertidor Bessemer para trabajar con grandes</p><p>volúmenes de hierro fundido hace que sea una herramienta esencial en la producción de</p><p>acero a gran escala.</p><p>Tipos de hornos</p><p>Aunque el horno convertidor Bessemer es una categoría específica, es importante</p><p>destacar que existen varios tipos de hornos en la metalurgia. El Bessemer se distingue</p><p>por su proceso de oxidación para la producción de acero.</p><p>Estos tipos de convertidores son esenciales en la producción de acero y la</p><p>transformación del hierro fundido en acero mediante procesos controlados de oxidación</p><p>y reducción.</p><p>Diseño y construcción</p><p>El diseño típico del horno convertidor Bessemer es:</p><p>• cilíndrico</p><p>Está construido con materiales resistentes al calor, como acero refractario.</p><p>Su estructura puede bascular, permitiendo la carga y descarga eficientes del material. La</p><p>parte inferior del horno cuenta con perforaciones para la inyección de aire, que es</p><p>esencial para el proceso de oxidación controlada.</p><p>48</p><p>Funcionamiento</p><p>El proceso Bessemer comienza con:</p><p>• Vertido de hierro fundido en el horno.</p><p>• Inyección de aire a través del metal desde la parte inferior.</p><p>• Este flujo de aire enriquecido con oxígeno interactúa con las impurezas,</p><p>especialmente el carbono, oxidándolas y eliminándolas. Este proceso químico</p><p>transforma el hierro fundido en acero líquido.</p><p>Mantenimiento</p><p>El mantenimiento del horno convertidor Bessemer es crucial para garantizar su eficiencia</p><p>y vida útil prolongada. Involucra:</p><p>• inspecciones periódicas de los revestimientos refractarios</p><p>• reparaciones de cualquier desgaste estructural</p><p>49</p><p>• limpieza regular de los residuos acumulados durante las operaciones.</p><p>El correcto mantenimiento contribuye a la consistencia en la calidad del acero producido.</p><p>8. Horno de inducción</p><p>¿Qué es y para qué sirve?</p><p>Un horno de inducción es un dispositivo electromagnético utilizado para fundir o calentar</p><p>metales mediante la inducción electromagnética. Su funcionamiento se basa en la</p><p>generación de corrientes eléctricas de alta frecuencia en el metal, produciendo calor. Se</p><p>utiliza en la fundición de metales, tratamiento térmico y otras aplicaciones donde se</p><p>requiere calentamiento preciso y eficiente.</p><p>Materiales que se pueden fundir</p><p>Los hornos de inducción son versátiles y pueden fundir una amplia gama de metales,</p><p>como:</p><p>• hierro</p><p>• acero</p><p>50</p><p>• aluminio</p><p>• cobre</p><p>• bronce</p><p>• diversas aleaciones.</p><p>Tipos de hornos</p><p>Existen varios tipos de hornos de inducción, entre ellos los de frecuencia media y alta.</p><p>Cada tipo se adapta a diferentes aplicaciones y tamaños de operación.</p><p>Frecuencia de Operación:</p><p>Hornos de Frecuencia Media: Operan en un rango de frecuencia más bajo, generalmente</p><p>entre 300 Hz y 10 kHz.</p><p>Hornos de Frecuencia Alta: Trabajan en frecuencias mucho más altas, típicamente por</p><p>encima de 10 kHz hasta varios megahercios.</p><p>Aplicaciones:</p><p>Hornos de Frecuencia Media: Son comúnmente utilizados para la fundición de metales</p><p>ferrosos y algunas aleaciones no ferrosas.</p><p>Hornos de Frecuencia Alta: Se utilizan principalmente para aplicaciones de</p><p>calentamiento por inducción, como tratamiento térmico, endurecimiento superficial y</p><p>soldadura.</p><p>51</p><p>Diseño y construcción</p><p>El diseño incluye una bobina inductora, un crisol para contener el metal, sistemas de</p><p>refrigeración y controles electrónicos para regular la frecuencia y potencia. Está</p><p>construido para resistir condiciones de operación intensivas.</p><p>Funcionamiento</p><p>Cuando se aplica corriente eléctrica a la bobina, se genera un campo magnético que</p><p>induce corrientes en el metal del crisol. Estas corrientes generan calor por efecto Joule,</p><p>fundiendo el metal. El control preciso de la frecuencia y la potencia permite ajustar la</p><p>temperatura según las necesidades del proceso.</p><p>Mantenimiento</p><p>El mantenimiento implica:</p><p>• inspeccionar y reparar la bobina</p><p>52</p><p>• asegurar conexiones eléctricas</p><p>• cuidar los sistemas de refrigeración.</p><p>La limpieza regular es esencial para evitar la acumulación de residuos que puedan</p><p>afectar el rendimiento.</p><p>13. Horno de mufla</p><p>¿Qué es y para qué sirve?</p><p>Un horno de mufla es un dispositivo térmico utilizado para realizar procesos de</p><p>calentamiento controlado en entornos cerrados. La mufla es la cámara o cavidad en la</p><p>que se coloca la muestra o material a calentar. Este tipo de horno se utiliza comúnmente</p><p>en laboratorios y aplicaciones industriales para realizar tareas como secado, calcinación,</p><p>descomposición térmica y otros procesos que requieren temperaturas elevadas y</p><p>controladas.</p><p>Los hornos de mufla son esenciales en el tratamiento térmico de metales debido a su</p><p>capacidad para crear un ambiente controlado</p><p>y protegido. La mufla, una estructura</p><p>refractaria que recubre el interior del horno, actúa como una barrera contra la oxidación</p><p>y la contaminación, preservando la pureza del metal durante el proceso. Esta</p><p>característica es crucial para garantizar la calidad y las propiedades finales de las piezas</p><p>metálicas tratadas.</p><p>Los hornos de mufla se utilizan en una amplia gama de aplicaciones metalúrgicas,</p><p>incluyendo el tratamiento térmico de piezas metálicas para mejorar su dureza, resistencia</p><p>y otras propiedades mecánicas. Además, son fundamentales en la fundición de metales</p><p>preciosos y aleaciones especiales que requieren un ambiente protegido para mantener</p><p>su composición química intacta.</p><p>53</p><p>Una ventaja clave de los hornos de mufla es su capacidad para proporcionar un entorno</p><p>limpio y controlado que minimiza la oxidación y contaminación de los metales tratados.</p><p>Además, su diseño eficiente permite un calentamiento rápido y uniforme, lo que resulta</p><p>en procesos más eficaces y productivos. Sin embargo, es importante considerar factores</p><p>como el mantenimiento adecuado de la mufla y la selección del tipo correcto de horno</p><p>según las necesidades específicas del proceso metalúrgico.</p><p>Materiales que se pueden fundir</p><p>Los hornos de mufla son versátiles y pueden utilizarse para fundir, secar o calentar una</p><p>variedad de materiales, incluyendo:</p><p>• metales</p><p>• cerámicas</p><p>• polímeros</p><p>• vidrio y</p><p>• compuestos químicos</p><p>La elección del material dependerá de la temperatura y condiciones específicas</p><p>requeridas para el proceso.</p><p>Tipos de hornos</p><p>Existen varios tipos de hornos de mufla, incluyendo eléctricos, a gas o de combustión.</p><p>Los hornos eléctricos utilizan resistencias eléctricas para generar calor, mientras que los</p><p>de gas emplean combustibles gaseosos. La elección del tipo de horno dependerá de los</p><p>requisitos del proceso y de la disponibilidad de recursos.</p><p>54</p><p>Diseño y construcción</p><p>Los hornos de mufla están diseñados con materiales refractarios para soportar altas</p><p>temperaturas y minimizar la pérdida de calor. El aislamiento térmico es crucial para</p><p>mantener la eficiencia del horno. Además, están equipados con sistemas de control de</p><p>temperatura que permiten ajustar y mantener con precisión las condiciones térmicas</p><p>necesarias.</p><p>Estos hornos funcionan mediante resistencias eléctricas o quemadores que generan</p><p>calor en el interior de la cámara de mufla. La mufla refractaria refleja y retiene el calor,</p><p>creando un ambiente uniforme y estable para el calentamiento de los metales. Este</p><p>diseño permite alcanzar altas temperaturas controladas con precisión, lo que es</p><p>fundamental para procesos como el recocido, temple, revenido y otros tratamientos</p><p>térmicos.</p><p>Funcionamiento</p><p>El funcionamiento básico implica la introducción de la muestra en la mufla, el cierre del</p><p>horno y la programación de la temperatura deseada. Los elementos calefactores se</p><p>activan para elevar la temperatura en la mufla, y los sistemas de control ajustan</p><p>continuamente para mantener la temperatura constante durante el proceso.</p><p>Los hornos de mufla operan mediante resistencias eléctricas o quemadores que generan</p><p>calor dentro de la cámara del horno. La mufla, una estructura refractaria que recubre el</p><p>interior del horno, actúa como aislante térmico y protector, reflejando el calor hacia el</p><p>interior y manteniendo una temperatura uniforme. Este diseño garantiza un</p><p>calentamiento homogéneo de las piezas metálicas, esencial para lograr resultados</p><p>consistentes en el tratamiento térmico.</p><p>Uno de los aspectos más destacados del funcionamiento de los hornos de mufla es su</p><p>capacidad para controlar con precisión la temperatura. Los sistemas de control modernos</p><p>permiten ajustar y mantener la temperatura deseada con gran exactitud, lo que es crucial</p><p>55</p><p>para procesos como el recocido, temple y revenido. Esta precisión en el control térmico</p><p>garantiza la reproducibilidad y calidad en el tratamiento de los metales.</p><p>Mantenimiento</p><p>El mantenimiento regular incluye:</p><p>• la limpieza de la mufla para eliminar residuos y prevenir contaminaciones.</p><p>• la verificación y calibración periódica de los sistemas de control de temperatura.</p><p>Es esencial seguir las recomendaciones del fabricante para garantizar un rendimiento</p><p>óptimo y una larga vida útil del horno.</p><p>14. Horno rotativo</p><p>¿Qué es y para qué sirve?</p><p>Los hornos rotativos son equipos industriales diseñados para procesos térmicos donde</p><p>la rotación es fundamental. Su función principal es llevar a cabo la calcinación o la</p><p>cocción de materiales a altas temperaturas de manera uniforme. Estos hornos se utilizan</p><p>comúnmente en la producción de clínker de cemento, cerámica, metalurgia, y otros</p><p>procesos donde se requiere calor intenso y distribuido de manera eficiente.</p><p>Los hornos rotativos para metales son equipos industriales fundamentales en la industria</p><p>metalúrgica, especialmente en la fundición y tratamiento térmico de metales. Estos</p><p>hornos están diseñados para ofrecer un control preciso de la temperatura, una eficiencia</p><p>energética y una capacidad de procesamiento rápido, lo que resulta en procesos más</p><p>eficientes y productivos.</p><p>Los hornos rotativos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones metalúrgicas,</p><p>incluyendo la fundición de metales preciosos y aleaciones especiales que requieren un</p><p>ambiente protegido para mantener su composición química intacta. Además, son</p><p>56</p><p>fundamentales en la fabricación de herramientas, componentes industriales y productos</p><p>metálicos diversos.</p><p>Materiales que se pueden fundir</p><p>Los hornos rotativos se especializan en la cocción de materiales, como:</p><p>• piedra caliza en la producción de cemento</p><p>• minerales en la metalurgia</p><p>• materiales cerámicos.</p><p>Tipos de hornos</p><p>Hay diversos tipos de hornos rotativos según la industria y la aplicación específica. Los</p><p>hornos de cemento son comunes, pero también existen hornos rotativos para la</p><p>producción de materiales cerámicos o la calcinación de minerales.</p><p>Diseño y construcción</p><p>Estos hornos tienen un diseño cilíndrico y horizontal, con una ligera inclinación para</p><p>facilitar el movimiento de los materiales a través de la gravedad. El cilindro gira</p><p>lentamente sobre su eje, asegurando una distribución homogénea del calor. Su</p><p>construcción implica materiales resistentes a altas temperaturas y un sistema de soporte</p><p>robusto para el cilindro giratorio.</p><p>57</p><p>Funcionamiento</p><p>Los materiales ingresan en un extremo del horno y se desplazan gradualmente hacia el</p><p>otro extremo debido a la rotación. Durante este proceso, se someten a temperaturas</p><p>elevadas que desencadenan reacciones químicas específicas, como la formación de</p><p>clínker en la producción de cemento.</p><p>Mantenimiento</p><p>El mantenimiento de los hornos rotativos implica:</p><p>58</p><p>• inspecciones regulares</p><p>• lubricación de los componentes móviles</p><p>• sustitución de piezas desgastadas. Además</p><p>• limpieza de residuos acumulados</p><p>Esto es esencial para mantener la eficiencia térmica y prolongar la vida útil del horno.</p><p>15. Horno de cubilote</p><p>¿Qué es y para qué sirve?</p><p>Un cubilote es un horno cilíndrico vertical equipado con un canal de paso (o bebedero de</p><p>sangrado) cerca de su base. Los cubilotes sólo se usan para hierros colados, y aunque</p><p>también se emplean otros hornos, el mayor peso en toneladas de hierro colado se</p><p>obtiene en cubilotes.</p><p>Uno de los hornos más versátiles y de tecnología probada es el de cubilote, unidad</p><p>cilíndrica de fusión más utilizada en el último siglo para la fabricación de hierro fundido,</p><p>y el portador energético preferentemente usado es el coque. Cuyo poder calorífico va en</p><p>función de la coquización a la que es sometido la hulla o el carbón mineral.</p><p>La energía necesaria para la fundición de hierro se obtiene de la combustión</p><p>incandescente del coque con el oxígeno que ingresa por las toberas, los gases calientes</p><p>ascienden a través</p><p>de la columna del horno entran en contacto con el material cargado</p><p>y los funden. El proceso es a contracorriente, pues el material de carga baja mientras los</p><p>59</p><p>gases calientes suben. Es común que los investigadores de cubilote lo dividen en zonas</p><p>según los procesos y reacciones que ocurren en él.</p><p>Materiales que se pueden fundir</p><p>En la actualidad los hornos de cubilote ofrecen a la industria de la fundición, una gran</p><p>flexibilidad con respecto a fundir el metal, el tamaño de la pieza fundida, y técnicas de</p><p>manufactura.</p><p>Se pueden fundir y carburar mayores proporciones de chatarra de acero para fabricar</p><p>fundición.</p><p>Diseño y construcción</p><p>El horno de cubilote está conformado por una coraza cilíndrica de acero revestida con</p><p>material refractario que estará conectado a un ventilador hacia las toberas para la</p><p>admisión del aire. La característica principal de la propuesta del horno es que se pueda</p><p>desmontar a través de pernos en dos partes para facilitar el mantenimiento interno.</p><p>• Planificación: Realizar un diseño detallado del horno de cubilote teniendo en</p><p>cuenta las necesidades específicas de la fundición, como la capacidad de</p><p>producción, el tipo de material a fundir y las normativas de seguridad.</p><p>• Selección de Materiales: Elegir materiales adecuados y resistentes al calor para</p><p>la construcción del horno, como ladrillos refractarios, placas de acero de alta</p><p>resistencia y materiales aislantes.</p><p>• Construcción de la Estructura: Construir el cuerpo cilíndrico del horno utilizando</p><p>ladrillos refractarios.</p><p>• Sistema de Alimentación: Implementar un sistema de carga que permita la</p><p>introducción de los materiales a fundir de manera eficiente y segura.</p><p>60</p><p>• Sistema de Combustión: Integrar el sistema de combustión, que generalmente</p><p>implica la utilización de carbón coque.</p><p>• Instalación de Dispositivos de Seguridad: Implementar dispositivos de seguridad,</p><p>como sistemas de extinción de incendios y medidas de prevención de fugas de</p><p>gas.</p><p>Partes de un horno de cubilote</p><p>• Envoltura cilíndrica de eje vertical chapa de hierro soldada.</p><p>• Revestimiento interno de material refractario, entre este y la envoltura se deja una</p><p>capa intermedia de unos 2 cm, rellana de arena seca, para permitir las dilataciones</p><p>radiales y axiales de refractario.</p><p>• Chimenea y su correspondiente cobertura, algunas veces se añade un apaga</p><p>chispas</p><p>• Boca de carga, es pequeña y provista de una plancha inclinada para la</p><p>introducción de las cargas cuando se realizan a mano, más amplia si se hace</p><p>mecánicamente, para el paso de las carretillas o de los calderos de carga.</p><p>• Cámara de aire anular, es de plancha delgada, circunda todo o parte de la</p><p>envoltura y dentro de la cual, pasa aire o viento (enviado por una máquina</p><p>sopladora) para la combustión del coque.</p><p>• Toberas, de hierro colado, en forma de caja horadada y adaptada al revestimiento</p><p>para conducir el aire al interior del cubilote.</p><p>• Evacuador de escoria, es una abertura dispuesta por debajo del plano de toberas.</p><p>• Puerta lateral de encendido y limpieza.</p><p>• Canal de colada, de plancha de hierro revestido de masa refractaria.</p><p>• Solera o fondo de cubilote, de arena de fundición, inclinada hacia la piquera.</p><p>• Plancha base de envoltura; de hierro colado o chapa fuerte. En su centro existe</p><p>una abertura del diámetro de la solera, que se puede cerrar con un portillo de</p><p>descarga de uno o dos batientes que se abren hacia abajo por medio de un</p><p>cerrojo, de una palanca o quitando el puntual.</p><p>• Columnas de apoyo, casi siempre son cuatro, de hierro colado y son sostenidas</p><p>a su vez por unos cimientos de ladrillos de hormigón.</p><p>• Crisol, es la inferior del cubilote comprendido entre la solera y plano de las toberas.</p><p>61</p><p>Funcionamiento</p><p>Funcionamiento del horno de cubilote para que se conozca de la mejor manera posible</p><p>para realizar los pasos correctos desde el encendido, la colada y el vaciado del horno.</p><p>• Encendido: Se debe preparar la solera del horno con arena de moldear mojada y</p><p>se secará con fuego de leña o llama de gas. Esto se realiza dos horas antes de</p><p>dar inicio a la colada, se introduce leña seca que se enciende hasta obtener un</p><p>fuego vivo y abundante.</p><p>• Carga: La carga del horno se comienza colocando sobre la capa de coque de</p><p>encendido una carga de coque adicional a la cantidad necesaria de fundente y</p><p>encima de ésta la carga metálica. A continuación, se coloca una carga de coque</p><p>con fundente y la segunda carga metálica, y así alternando hasta alcanzar la carga</p><p>final.</p><p>• Operación: Una vez que el primer hierro fundido fluye libremente por el canal de</p><p>sangrado, se cierra este orificio con un tapón de arcilla o barro refractario. Luego</p><p>se espera que se acumule el hierro fundido líquido en el crisol del horno. La</p><p>medida para que el crisol esté lleno le da la salida de escoria por la piquera</p><p>correspondiente. La fluidez con que sale la escoria es un índice del buen</p><p>funcionamiento del horno. Inmediatamente que sale toda la escoria, quiere decir</p><p>que el crisol está lleno de hierro fundido líquido.</p><p>• Fin de la fusión: Después del período de operación del horno, se comprueba la</p><p>cantidad de piezas que quedan todavía por colar y se introduce la última carga,</p><p>reservado para esta los trozos de metal más ligeros, cuando el nivel de la carga</p><p>alcanza aproximadamente las tres cuartas partes de la altura del horno, se reduce</p><p>gradualmente el viento, cerrando por completo la entrada de aire al horno cuando</p><p>esta próxima la fusión del último hierro colado.</p><p>62</p><p>• Vaciado del horno: Una vez terminada de fundir la última carga, se abren la</p><p>compuerta y se hace correr el cerrojo o el puntal que cierra la puerta inferior del</p><p>horno. La solera del horno cae al igual que los residuos de la capa de coque y de</p><p>material contenidos.</p><p>Mantenimiento</p><p>Después de cada colada, el cubilote se debe dejar enfriar y al día siguiente con un cincel</p><p>se remueve la escoria o el material refractario vitrificado adherido al revestimiento, que</p><p>se presenta más o menos corroído en torno a las toberas, hasta alcanzar el material</p><p>refractario que no ha sufrido deterioro.</p><p>Las partes afectadas se deben recubrir entonces con cemento refractario nuevo.</p><p>Con la ayuda de un cincel se reparan las zonas afectadas para quitar las partes adheridas</p><p>en el revestimiento del horno y posteriormente retirar los residuos, por el cual la</p><p>reparación del refractario se facilitará, el mayor daño siempre se encuentra en la zona</p><p>de fusión, por encima del plano de las toberas, así se tiene que tener cuidado ya que el</p><p>horno por tener una sección pequeña y no tener la disponibilidad de que una persona</p><p>ingrese dentro del mismo, se puede desmontar verticalmente por medio de pernos y</p><p>separar las dos partes cilíndricas y efectuar dicho mantenimiento.</p><p>Antes de volver a usar el cubilote es necesario reparar la zona refractaria dañada, con</p><p>concreto refractario en las paredes, cuando las condiciones de funcionamiento son</p><p>extensas puede ser necesario poner ladrillos nuevos en la zona de fusión, donde existe</p><p>más erosión del revestimiento. La reparación se debe hacer cuidadosamente y se tiene</p><p>que secar el revestimiento antes de volver a usar el cubilote.</p><p>63</p><p>16. Horno de hogar abierto</p><p>¿Qué es y para qué sirve?</p><p>Un horno de hogar abierto es un horno especial en el que tienen lugar la fusión de los</p><p>minerales de hierro y la transformación química en un metal rico en hierro llamado</p><p>arrabio. Está constituido por dos troncos en forma de cono unidos por sus bases</p><p>mayores. Mide de 20 a 30 metros de alto y de 4 a 9 metros de diámetro; su capacidad</p><p>de producción puede variar entre 500 y 1500 toneladas diarias.</p><p>El horno de hogar abierto, paradigmático en la manufactura de acero, se erige como una</p><p>entidad trascendental en la fundición industrial. Su forma rectangular y su naturaleza de</p><p>hogar abierto definen su estampa, representando la convergencia de eficacia</p><p>y tradición</p><p>en la producción de metales. Enclavado en el corazón de este proceso se encuentra el</p><p>crisol, escenario donde convergen la chatarra metálica y otros componentes,</p><p>fusionándose en una danza coreografiada por las llamas ardientes que emanan del</p><p>combustible, ya sea coque o gas natural. La combustión vigorosa engendra temperaturas</p><p>titánicas que funden los componentes, alumbrando el surgimiento del acero líquido.</p><p>No obstante, el horno de hogar abierto no está exento de desafíos. La eficiencia</p><p>energética, un tema candente en la era contemporánea, se erige como una</p><p>consideración crítica. El proceso de combustión, aunque vital, a menudo es</p><p>inherentemente intensivo en energía y puede generar emisiones significativas. Esta</p><p>realidad impulsa a la industria a explorar vías hacia prácticas más sostenibles y</p><p>tecnologías avanzadas. Innovaciones en la captura de carbono, el desarrollo de sistemas</p><p>de energía renovable y mejoras en los procesos de fusión son áreas de investigación en</p><p>constante evolución, destinadas a optimizar la eficiencia del horno de hogar abierto y</p><p>mitigar su huella ambiental.</p><p>Su capacidad para procesar diversos metales ha sido instrumental en la construcción y</p><p>desarrollo de sociedades modernas. Sin embargo, en medio de su grandeza, surge la</p><p>necesidad imperativa de abordar los desafíos contemporáneos, propulsando a la</p><p>industria hacia la adopción de tecnologías más sustentables.</p><p>64</p><p>Materiales que se pueden fundir</p><p>• Chatarra Metálica</p><p>• Mineral de Hierro</p><p>• Lingotes de Acero</p><p>• Fundentes</p><p>• Metales Ferrosos y No Ferrosos</p><p>La variedad de materiales que pueden ser fundidos en los hornos de hogar abierto puede</p><p>depender de la tecnología específica del horno y los requisitos de la fundición. La</p><p>versatilidad de estos hornos es una de las razones por las cuales han sido una parte</p><p>fundamental de la industria de la fundición durante mucho tiempo.</p><p>Los hornos de hogar abierto son cargados con arrabio en su totalidad o con la</p><p>combinación de arrabio y chatarra de acero. El arrabio puede estar fundido o en estado</p><p>sólido. La primera carga del horno tarda 10 h en ser fundida y estar lista para la colada,</p><p>pero si se agrega oxígeno se logra tener resultados en menos de 7 h, además de que se</p><p>ahorra el 25% de combustible.</p><p>65</p><p>Diseño y construcción</p><p>La construcción de un horno de hogar abierto es un proyecto complejo que involucra la</p><p>colaboración de ingenieros especializados en metalurgia, así como estricta adherencia</p><p>a normativas y estándares de seguridad.</p><p>• Preparación del Terreno: Antes de la construcción, se prepara el terreno para</p><p>garantizar una base sólida y estable que soporte el peso del horno.</p><p>• Construcción de la Estructura: Se construye la estructura del horno utilizando</p><p>materiales resistentes al calor.</p><p>• Instalación del Crisol: El crisol se instala cuidadosamente, incorporando</p><p>revestimientos refractarios y sistemas de enfriamiento según sea necesario.</p><p>• Documentación y Mantenimiento: Se genera documentación detallada sobre el</p><p>diseño y la construcción del horno. Además, se establece un plan de</p><p>mantenimiento regular para garantizar un rendimiento continuo y seguro a lo largo</p><p>del tiempo.</p><p>66</p><p>Funcionamiento</p><p>En su corazón, un crisol rectangular acoge la amalgama de chatarra metálica, minerales</p><p>y otros insumos, mientras la vorágine de llamas provenientes de la combustión de coque</p><p>o gas natural dota de la temperatura necesaria para la fusión. La chatarra, proveniente</p><p>de fuentes diversas, se convierte en un crisol efervescente donde la fusión ocurre a</p><p>temperaturas que pueden superar los 1.500 grados Celsius. Estratégicamente ubicadas</p><p>toberas inyectan aire caliente, estimulando la combustión y garantizando una distribución</p><p>uniforme del calor. El hierro fundido resultante, conocido como arrabio, se retira del crisol</p><p>y se somete a procesos subsiguientes para ajustar sus propiedades según las</p><p>especificaciones deseadas, delineando así el periplo del horno de hogar abierto, una</p><p>maravilla industrial que, a pesar de los desafíos contemporáneos, sigue siendo una</p><p>columna vertebral en la producción de acero a escala masiva.</p><p>La fusión del acero en este tipo de horno puede tardar entre 2 a 6 horas, pero al agregar</p><p>oxígeno se acelera el proceso y se ahorra combustible.</p><p>67</p><p>Mantenimiento</p><p>El mantenimiento de un horno de hogar abierto es fundamental para garantizar su</p><p>eficiencia y prolongar su vida útil.</p><p>• Inspección regular: Es importante inspeccionar el horno para detectar posibles</p><p>daños o desgastes que puedan afectar su funcionamiento.</p><p>• Cuidado de los revestimientos: Los hornos de hogar abierto suelen tener</p><p>revestimientos básicos o ácidos.</p><p>• Control de la carga: La carga del horno, que puede incluir chatarra y piedra</p><p>caliza, debe realizarse correctamente para asegurar una fusión eficiente y</p><p>cumplir con las especificaciones químicas requeridas.</p><p>• Uso adecuado de combustibles: Se debe utilizar combustible líquido y gas de</p><p>manera adecuada, junto con aire precalentado, para la combustión en el horno.</p><p>• Protección contra el exceso de calor: Evitar enfriar el horno con la puerta abierta</p><p>al finalizar su uso, ya que los cambios bruscos de temperatura pueden dañar las</p><p>gomas del horno y afectar los muebles cercanos debido al excesivo calor emitido.</p><p>17. Horno de resistencia</p><p>¿Qué es y para qué sirve?</p><p>Un horno de resistencia es un mecanismo diseñado para producir calor por medio del</p><p>efecto Joule, en el que se estipula que un material conductor es capaz transportar</p><p>energía eléctrica y transformar una parte de la energía cinética en calor. En términos más</p><p>68</p><p>simples, este tipo de horno cuenta con la habilidad de producir el calor suficiente para</p><p>derretir metales u otro tipo de materiales, a través de conductores conocidos como</p><p>resistencias eléctricas y medios como la radiación, conducción y convección.</p><p>Adicionalmente, es importante considerar que la resistencia (o el material conductor)</p><p>puede ser metálica o no metálica, por lo que algunos hornos trabajan con aleaciones de</p><p>ciertos metales para generar la resistencia, mientras que otros emplean componentes</p><p>como el grafito.</p><p>• Su temperatura es regulable por encima de los 1500 °C.</p><p>• El horno permite eliminar las posibilidades de oxidación o endurecimiento de los</p><p>materiales al momento de hacer el respectivo proceso de fundición.</p><p>• El horno cuenta con una unidad de control automatizada que permite regular y</p><p>mantener las temperaturas.</p><p>• El sello con el que viene el horno impide que existan pérdidas de calor al momento</p><p>de derretir los materiales.</p><p>Los hornos de calentamiento directo, el material se coloca entre dos electrodos (en</p><p>contacto directo con ellos), ofreciendo una resistencia al paso de la corriente, y</p><p>calentándose. Estos hornos encuentran aplicación generalmente en el tratamiento</p><p>térmico de metales.</p><p>Se clasifica 2 hornos de resistencias son:</p><p>Hornos de resistencia no metálicas y de electrodo radiante.</p><p>Hornos de resistencia metálica</p><p>a) Horno radiante de resistencia no metálica.</p><p>b) Horno de crisol con resistencia metálica.</p><p>c) Horno de cámara con resistencia metálica.</p><p>Materiales que se pueden fundir</p><p>Entre las aplicaciones metalúrgicas de estos hornos se encuentran la fusión y</p><p>mantenimiento de temperatura de metales, generalmente de bajo punto de fusión</p><p>(aluminio, plomo zinc, estaño, cobre, etc.) y el tratamiento térmico de metales.</p><p>Los materiales para las resistencias deben poseer, entre otras características, una</p><p>elevada resistividad eléctrica, alta temperatura de fusión, y resistencia a la oxidación en</p><p>caliente y a la corrosión en el ambiente gaseoso producto de las reacciones químicas en</p><p>juego. El tipo de resistencia a escoger para un horno determinado se vincula</p><p>principalmente a la temperatura de trabajo de éste. Se tienen:</p><p>Resistencias metálicas:</p><p>• Aleaciones austeníticas: Son aleaciones Ni-Cr-Fe</p><p>para temperaturas de hasta</p><p>850°C, dependiendo de los contenidos de estos elementos.</p><p>69</p><p>• Aleaciones ferríticas: Son aleaciones Cr-Fe-Al para temperaturas de 1100 a</p><p>1300°C.</p><p>Resistencias no metálicas:</p><p>• Tubos a base de carburo de silicio para temperaturas de hasta 1500°C.</p><p>• Silicato de molibdeno para temperaturas de hasta 1700 °C.</p><p>• Grafito y molibdeno para temperaturas de hasta 1800°C.</p><p>Las resistencias metálicas se utilizan en forma de hilos con diámetros variables de</p><p>fracción de mm a unos 6 mm, comúnmente enrollados en forma helicoidal.</p><p>Las resistencias no metálicas están constituidas por tubos fijados horizontalmente entre</p><p>dos paredes del horno o verticalmente entre el piso y la cubierta.</p><p>El calor originado en este tipo de hornos es debido al paso de la corriente por el alambre</p><p>o cintas de aleaciones resistentes a la oxidación en altas temperaturas y enrollados en</p><p>espiral o en Zig-Zag a fin de que puedan desarrollar la máxima longitud en el mínimo</p><p>espacio. Hay que tener presente que la resistencia de un conductor proporcional a su</p><p>longitud a su resistividad e inversamente proporcional a su sección.</p><p>La Potencia del horno eléctrico a resistencia se determina teniendo en cuenta la masa</p><p>de la materia a calentar (M), el calor específico del material y la temperatura media del</p><p>horno (TH) y la temperatura exterior (TE).</p><p>El horno por resistencia aprovecha al máximo la capacidad de fusión.</p><p>El calentamiento por resistencia directa es adecuado para piezas metálicas de gran</p><p>longitud y sección pequeña y uniforme, tales como barras, palanquillas, varillas, alambres</p><p>y pletinas.</p><p>70</p><p>En la industria es mucho más frecuente el calentamiento indirecto por resistencias</p><p>eléctricas. Dichas resistencias pueden ser:</p><p>• Barras, varillas, alambres o pletinas, dispuestos en las paredes de la cámara de</p><p>calentamiento del horno, transmitiendo calor a las piezas por radiación.</p><p>• Paquetes de resistencias de los mismos materiales que transmiten el calor por</p><p>convección al aire o gases, y de éstos, también por convección, a las piezas.</p><p>• Los mismos materiales, dispuestos en el interior de tubos radiantes, cuando la</p><p>atmósfera interior del horno sea perjudicial para una vida razonable de las</p><p>resistencias expuestas directamente.</p><p>• Resistencias blindadas, dispuestas en el interior de fundas metálicas de pequeño</p><p>diámetro con un material cerámico de llenado de las fundas metálicas.</p><p>Diseño y construcción</p><p>• Materiales de Construcción: Se utilizan materiales resistentes al calor, como</p><p>acero inoxidable, ladrillos refractarios y aislantes térmicos para mantener altas</p><p>temperaturas en el interior del horno.</p><p>• Sistema de Resistencias: Se incorporan resistencias eléctricas que generan</p><p>calor al paso de corriente eléctrica, permitiendo alcanzar temperaturas</p><p>superiores a los 1500 °C.</p><p>• Control de Temperatura: Se integran sistemas automatizados para controlar y</p><p>mantener las temperaturas requeridas durante el proceso de fundición.</p><p>• Revestimientos Especiales: Los hornos pueden contar con revestimientos</p><p>básicos o ácidos, según las necesidades del proceso y para controlar impurezas</p><p>en la fundición.</p><p>71</p><p>Ventajas y Desventajas del Diseño:</p><p>Ventajas:</p><p>• Resistencia a altas temperaturas.</p><p>• Control preciso de la temperatura.</p><p>• Eficiencia energética.</p><p>• Adaptabilidad a diferentes procesos de fundición.</p><p>Desventajas:</p><p>• Costos iniciales de construcción.</p><p>• Mantenimiento especializado requerido.</p><p>• Posibles limitaciones en la capacidad de refinación en comparación con otros</p><p>tipos de hornos.</p><p>Funcionamiento</p><p>• Antes de encender el horno, realizar una inspección visual externa para detectar</p><p>posibles desperfectos en el aislamiento, resistencias, cables y conductos.</p><p>• Asegurarse de que el horno esté conectado a una fuente eléctrica adecuada y</p><p>encenderlo según las instrucciones del fabricante.</p><p>• Utilizar los controles especializados para seleccionar la función requerida, como</p><p>fundición de acero, y ajustar la temperatura según las especificaciones del</p><p>proceso.</p><p>• Regular la temperatura deseada utilizando el termostato, ajustándolo dentro del</p><p>rango recomendado para la función seleccionada.</p><p>• Supervisar constantemente el proceso de fundición, verificando que la</p><p>temperatura se mantenga dentro del rango deseado y ajustando según sea</p><p>necesario.</p><p>Funciones Específicas:</p><p>• Fundición de Acero: Ajustar el horno para fundir aleaciones metálicas</p><p>específicas utilizadas en la industria del acero.</p><p>• Control Preciso: Utilizar sistemas automatizados para un control preciso de la</p><p>temperatura y otros parámetros durante la fundición.</p><p>• Eficiencia Energética: Optimizar el uso de energía eléctrica para garantizar un</p><p>proceso eficiente y económico.</p><p>• Cumplimiento Normativo: Seguir las normativas industriales vigentes para</p><p>operar el horno de resistencia industrial de acero de manera segura y eficaz.</p><p>72</p><p>Mantenimiento</p><p>Inspección y Mantenimiento Preventivo:</p><p>• Inspección Visual: Realizar una inspección visual periódica de los hornos para</p><p>detectar posibles daños o desperfectos en el aislamiento, resistencias, cables y</p><p>conductos.</p><p>• Limpieza Regular: Limpiar el interior y el exterior del horno para eliminar residuos</p><p>y contaminantes que puedan afectar la eficiencia y la calidad de la fundición.</p><p>• Mantenimiento de Resistencias: Asegurarse de que las resistencias estén en</p><p>buen estado y reemplazarlas si es necesario. Las resistencias pueden ser del tipo</p><p>blindadas o del tipo de hilo Kanthal, y su elección dependerá de la temperatura</p><p>requerida y el entorno del horn</p><p>• Revisión de Sistemas de Control: Verificar que los sistemas de control</p><p>automatizados estén funcionando correctamente y realizar ajustes si es necesario</p><p>para mantener la temperatura dentro del rango deseado.</p><p>Mantenimiento Correctivo:</p><p>• Reparación de Daños: Realizar reparaciones en el horno y sus componentes si se</p><p>detectan daños o desperfectos.</p><p>• Reemplazo de Partes: Reemplazar partes del horno que hayan sufrido daños</p><p>irreparables, como resistencias, aislamiento o componentes mecánicos.</p><p>• Actualización de Equipo: Actualizar componentes del horno si se necesita mejorar</p><p>su eficiencia o seguridad.</p><p>• Documentación: Mantener registros detallados de los mantenimientos realizados,</p><p>incluidas las fechas, los componentes revisados y los resultados de las</p><p>inspecciones.</p><p>73</p><p>Para garantizar un mantenimiento óptimo de los hornos de resistencia industriales para</p><p>fundición de acero, es fundamental seguir una rutina de inspección y mantenimiento</p><p>preventivo, así como reaccionar rápidamente a cualquier problema que se presente</p><p>18. Horno de forja</p><p>¿Qué es y para qué sirve?</p><p>La forja es un proceso de manufactura que implica dar forma al metal.</p><p>Al igual que la laminación y la extrusión, es un proceso de fabricación de objetos</p><p>conformado por deformación plástica en el que la deformación del material se produce</p><p>por la aplicación de fuerzas de compresión.</p><p>Este proceso se utiliza para dar una forma y unas propiedades determinadas a los</p><p>metales y aleaciones a los que se aplica mediante grandes presiones. La deformación</p><p>se puede realizar de dos formas diferentes: por presión, de forma continua utilizando</p><p>prensas, o por impacto, de modo intermitente utilizando martillos pilones.</p><p>Hay que destacar que es un proceso de conformado de metales en el que no se produce</p><p>arranque de viruta, con lo que se produce un importante ahorro de material respecto a</p><p>otros procesos, como por ejemplo el mecanizado.</p><p>Forja libre: Es el tipo de forja industrial más antiguo. Este se caracteriza porque la</p><p>deformación del metal no está limitada (es libre) por su forma o masa. Se utiliza para</p><p>fabricar piezas únicas o pequeños lotes de piezas, donde normalmente éstas son de</p><p>gran tamaño. Además, este tipo de forja sirve como preparación de las preformas a</p><p>utilizar en forjas por estampa.</p><p>También puede encontrarse como forja</p><p>en dados abiertos.</p><p>Forja con estampa: Este tipo de forja consiste en colocar la pieza entre dos matrices que</p><p>al cerrarse conforman una cavidad con la forma y dimensiones que se desean obtener</p><p>para la pieza. A medida que avanza el proceso, ya sea empleando martillos o prensas,</p><p>74</p><p>el material se va deformando y adaptando a las matrices hasta que adquiere la geometría</p><p>deseada. Este proceso debe realizarse con un cordón de rebaba que sirve para aportar</p><p>la presión necesaria al llenar las zonas finales de la pieza, especialmente si los radios de</p><p>acuerdo de las piezas son de pequeño tamaño y puede estar sin rebaba, dependiendo</p><p>de si las matrices llevan incorporada una zona de desahogo para alojar el material</p><p>sobrante (rebaba) o no. Se utiliza para fabricar grandes series de piezas cuyas</p><p>dimensiones y geometrías pueden variar ampliamente.</p><p>Las dimensiones de estas piezas van desde unos pocos milímetros de longitud y gramos</p><p>de peso hasta varios metros y toneladas, y sus geometrías pueden ser simples o</p><p>complejas.</p><p>El forjado isotérmico es un tipo especial de forja en la cual la temperatura de los troqueles</p><p>es significativamente superior a la utilizada en procesos de forja convencional.</p><p>Recalcado: A diferencia de los procesos anteriores que se realizan en caliente, este</p><p>además puede realizarse en frío. Consiste en la concentración o acumulación de material</p><p>en una zona determinada y limitada de una pieza (normalmente en forma de barra). Por</p><p>tanto, una consecuencia directa de este proceso es que disminuye la longitud de la barra</p><p>inicial y aumenta la sección transversal de ésta en la zona recalcada. Si el proceso se</p><p>realiza en frío y en los extremos de las piezas se denomina encabezado en frío.</p><p>Introducción al forjado</p><p>El forjado es un proceso de fabricación que da forma al metal utilizando fuerzas de</p><p>compresión y un martillo, casi siempre un martillo mecánico o una matriz. El martillo da</p><p>lo que llamamos un "golpe". El proceso de forjado se clasifica en función de la</p><p>temperatura, como forjado en frío, templado o caliente. Cuando se trabaja a mayor</p><p>temperatura, el metal se calienta, normalmente en una fragua.</p><p>75</p><p>Las prensas o martillos realizan la forja industrial actual impulsados por aire comprimido,</p><p>electricidad, sistema hidráulico o vapor. No son martillos corrientes, con pesos</p><p>alternativos de miles de libras. En las herrerías de arte, los martillos más pequeños tienen</p><p>un peso alternativo de 230 kg (500 libras) o menos, mientras que las prensas hidráulicas</p><p>son habituales. Los martillos de vapor han quedado obsoletos en su mayor parte, aunque</p><p>una cantidad mínima sigue siendo necesaria, con el avance de herramientas más</p><p>cómodas y potentes.</p><p>El forjado es hoy en día una importante industria mundial, pero es uno de los procesos</p><p>de trabajo del metal más antiguos que se conocen, realizado por los herreros a lo largo</p><p>de los milenios. Tradicionalmente, el forjado era el proceso preferido para las</p><p>herramientas de mano, la joyería, los utensilios de cocina, la ferretería y las armas de</p><p>filo. Desde la Revolución Industrial, el proceso de forjado se lleva a cabo siempre que</p><p>una pieza requiera resistencia, generalmente mecanizada en una pieza acabada.</p><p>Aunque las piezas forjadas suelen ser más robustas que sus equivalentes fundidas o</p><p>mecanizadas, es necesario un importante gasto de capital en hornos, maquinaria, utillaje,</p><p>instalaciones y personal.</p><p>Las piezas han de ser calentadas previamente en un horno hasta la temperatura a la que</p><p>van a ser conformadas. Este calentamiento modifica las propiedades mecánicas del</p><p>material permitiendo que la energía utilizada para conformar el material sea menor.</p><p>Una vez calentada la pieza hasta la temperatura de trabajo se realiza el proceso de</p><p>forjado que consiste en colocar el material de partida en el interior de un molde abierto</p><p>(molde que contiene el negativo del volumen de la pieza deseada) para acto seguido</p><p>76</p><p>cerrarlo aplicando presión, forzando a que el material rellene completamente el interior</p><p>del molde y adopte su geometría interior.</p><p>Es fundamental que durante la etapa de calentamiento el material de partida alcance un</p><p>rango de temperaturas adecuado para el conformado. En la forja, esta temperatura está</p><p>por encima de la temperatura de recristalización del material.</p><p>Si no se alcanza la temperatura adecuada en el material, éste no fluirá correctamente</p><p>por el interior del molde provocando defectos relacionados con el relleno que afectarán</p><p>a la geometría final de la pieza. En el caso opuesto, un calentamiento excesivo del</p><p>material podría generar una mayor oxidación superficial afectando a la homogeneidad</p><p>de su microestructura y, en definitiva, a la respuesta mecánica de la pieza una vez puesta</p><p>en servicio.</p><p>Materiales que se pueden fundir</p><p>La forja es un procedimiento que admite una amplia variedad de materiales, pero los más</p><p>frecuentes suelen ser: aceros al carbono, aleados, aceros inoxidables, dúplex y</p><p>aleaciones de aluminio, titanio, níquel, cobre y latón.</p><p>El acero forjado es una aleación de hierro y carbono que se comprime bajo presión</p><p>extrema con máquinas especializadas y martillos hidráulicos para obtener una sustancia</p><p>dura y fuerte.</p><p>Para darle forma, empleamos prensas hidráulicas, mecánicas y martillos que forman</p><p>determinadas formas y volúmenes mediante fuertes golpes y presiones.</p><p>De aquí se obtiene una mejora de las propiedades mecánicas de las piezas.</p><p>Se utiliza principalmente para soluciones de industria: automóviles, construcción (por</p><p>ejemplo, para fabricar puentes y estructuras metálicas), aeronáutica (aviones),</p><p>petroquímica y sector agrícola.</p><p>77</p><p>El acero inoxidable es una aleación de acero y cromo, aunque puede contener otros</p><p>metales. Es un material que resiste perfectamente a la corrosión, ya que, tanto el cromo</p><p>como los otros materiales que se emplean en la aleación son afines al oxígeno.</p><p>Se emplea en la fabricación de electrodomésticos, automoción, construcción (edificios y</p><p>mobiliario urbano), industria (alimentación, productos químicos y petróleo), y joyería,</p><p>básicamente cuando se requieren mayores propiedades mecánicas y químicas que en</p><p>los aceros al carbono.</p><p>El aluminio es uno de los materiales más utilizados en la forja, ya que posee diferentes</p><p>aplicaciones, siendo las principales las industriales, comerciales o especializadas.</p><p>Su gran ventaja es su ligereza, presentando menor densidad que los aceros al carbono,</p><p>obtenemos productos de menor peso.</p><p>La forjabilidad de las aleaciones de aluminio difiere de los tradicionales aceros al</p><p>carbono, pero se emplean los mismos medios productivos.</p><p>Este material se emplea, entre otras cosas, para vehículos de movilidad urbana y otros</p><p>en los que el peso es crítico en su aplicación.</p><p>El titanio forjado es empleado en motores y estructuras aeronáuticas, pero también tiene</p><p>otras aplicaciones menos conocidas. Una de ellas es la fabricación de prótesis y</p><p>herramientas quirúrgicas para el sector médico, y para fabricar herramientas deportivas</p><p>como raquetas de tenis, cascos de cricket, fútbol americano, etc., y para fabricar joyas,</p><p>ya que visualmente es muy bonito. También se emplea en la producción de contenedores</p><p>de residuos radiactivos, al ser un material que resiste a la corrosión.</p><p>78</p><p>Diseño y construcción:</p><p>Elementos de Diseño y Construcción:</p><p>• Materiales Resistentes al Calor: Se utilizan materiales como acero inoxidable,</p><p>ladrillos refractarios y aislantes térmicos para soportar altas temperaturas y</p><p>mantener la eficiencia del horno.</p><p>• Cámara de Calentamiento: El diseño de la cámara de calentamiento debe permitir</p><p>una distribución uniforme del calor para garantizar una temperatura homogénea</p><p>en todo el espacio.</p><p>• Sistema de Calentamiento: Se incorporan sistemas de calentamiento como</p><p>resistencias eléctricas, quemadores de gas o inductores magnéticos,</p><p>dependiendo de las</p><p>necesidades específicas del proceso de forja.</p><p>• Control de Temperatura: Se integran sistemas automatizados para controlar y</p><p>mantener las temperaturas requeridas durante la forja, permitiendo ajustes</p><p>precisos según las necesidades del proceso.</p><p>• Revestimientos Especiales: Los hornos pueden contar con revestimientos básicos</p><p>o ácidos para proteger las paredes internas del horno y controlar impurezas en la</p><p>fundición.</p><p>• Eficiencia Energética: Se busca optimizar el diseño para maximizar la eficiencia</p><p>energética y reducir pérdidas de calor, lo que contribuye a un funcionamiento más</p><p>económico y sostenible.</p><p>El horno está compuesto por el conjunto de tres: el horno, la Manguera del gas y el</p><p>Regulador de presión.</p><p>El horno tiene tres aperturas: - La apertura frontal es la usada habitualmente, ya que es</p><p>la más amplia. - Las aperturas laterales se usan para calentar más longitud de barra. Si</p><p>queremos calentar una longitud más grande de barra abriremos solamente una apertura</p><p>lateral. Si queremos calentar una parte intermedia de la barra abriremos las dos</p><p>79</p><p>aperturas laterales del horno ya que así la barra puede pasar a través del interior del</p><p>horno y así poder calentar la parte deseada.</p><p>Funcionamiento</p><p>• Puesta en Funcionamiento: Antes de encender el horno, se realizan las</p><p>verificaciones necesarias, como la colocación de la pila del encendido automático</p><p>y la conexión del regulador de presión a una fuente adecuada.</p><p>• Selección de Temperatura: Se ajusta la temperatura del horno según las</p><p>especificaciones del proceso de forja y el tipo de metal a trabajar.</p><p>• Carga del Material: Se carga el material a forjar en el horno, ya sea chatarra</p><p>metálica o piezas a fundir, asegurando una distribución uniforme para un</p><p>calentamiento homogéneo.</p><p>• Calentamiento y Forjado: Una vez alcanzada la temperatura deseada, se inicia el</p><p>proceso de calentamiento y forjado del metal, donde se moldea y da forma al</p><p>material según las necesidades del proceso.</p><p>• Control y Monitoreo: Durante el proceso de forja, se monitorea constantemente la</p><p>temperatura y las condiciones del material para garantizar un resultado óptimo.</p><p>• Finalización del Proceso: Una vez completado el proceso de forjado, se apaga el</p><p>horno y se retira el material trabajado para su posterior procesamiento o</p><p>enfriamiento.</p><p>Mantenimiento:</p><p>• Se recomienda mantener limpia la Cámara de combustión, dentro de lo posible,</p><p>para asegurar un correcto funcionamiento y prolongar así la vida útil del material</p><p>aislante.</p><p>• Se recomienda comprobar periódicamente el estado del termopar, el dispositivo</p><p>de encendido, la válvula del gas, el regulador y la válvula antiretorno.</p><p>80</p><p>• Es obligatorio sustituir el termopar, el dispositivo de encendido, la válvula del gas,</p><p>el regulador y la válvula antiretorno cada 5 años.</p><p>• Se recomienda comprobar periódicamente el estado del material aislante para</p><p>asegurar el buen aislamiento de la Cámara de combustión con el exterior del</p><p>horno. En caso de que el material aislante se degrade deberá ser sustituido de</p><p>inmediato ya que podría causar daños irreparables al envolvente metálico.</p><p>• Se recomienda sustituir el material aislante cada 1000 horas de funcionamiento.</p><p>81</p><p>Conclusión:</p><p>El funcionamiento de los hornos industriales es particular y propio de cada uno, aunque</p><p>la mayoría de estos tengan la misma finalidad, demuestran que estos se pueden</p><p>diferenciar. Es importante que un ingeniero tenga la habilidad y capacidad de seleccionar</p><p>cada uno de estos de acuerdo con el trabajo que este realizando, con el fin de obtener</p><p>un producto de calidad y con las mejores características brindadas por el proceso de</p><p>fundición.</p><p>El proceso de fundir no solamente permite obtener el material en su estado liquido sino</p><p>tambien es la pieza fundamental para producir aleaciones y obtener un elemento más</p><p>puro eliminando residuos o escorias de los materiales que se están fundiendo. La</p><p>creación de los hornos fue sin duda uno de los avances mas grandes de la industria</p><p>metalúrgica, pero mantenerse innovando y diseñando hornos mas acordes a los</p><p>descubrimientos del hombre ha hecho que estos sean un éxito muy grande, nadie en la</p><p>antigüedad pensó que fundir mediante arco eléctrico fuera posible ni que se le pudieran</p><p>implementar tecnologías de control mediante dispositivos electrónicos.</p><p>La construcción de los hornos a través del tiempo se ha ido ajustando a la necesidad de</p><p>las industrias y cada vez se realiza de manera mas eficiente, barata y simple, pero mas</p><p>que nada estos se adecuan a las propiedades de los metales permitiendo tratarlos de</p><p>manera correcta sin producir defectos o recalentamientos que afecten su funcionamiento</p><p>o vida útil.</p><p>82</p><p>Curriculum de investigación</p><p>83</p><p>84</p><p>85</p><p>86</p><p>87</p><p>Bibliografías</p><p>Alberto, R. M. J. (1998). Diseño y construcción de un horno de arco eléctrico en corriente</p><p>continua. https://repositorio.utb.edu.co/handle/20.500.12585/850#page=22</p><p>Alcántara, S. (2015, marzo 22). Mufla. TP Laboratorio Químico.</p><p>https://www.tplaboratorioquimico.com/laboratorio-quimico/materiales-e</p><p>instrumentos-de-un-laboratorio-quimico/horno-mufla.html</p><p>Barta, C. (2023, November 23). Tipos de hornos industriales. CarboSystem.</p><p>https://carbosystem.com/tipos-de-hornos-industriales/</p><p>Barta, C. (2021, febrero 7). Tipos de hornos industriales. CarboSystem.</p><p>https://carbosystem.com/tipos-de-hornos-industriales/</p><p>Baylón, M. (s/f). El Horno de oxígeno básico. Laminasyaceros.com. Recuperado el 2 de</p><p>marzo de 2024, de https://blog.laminasyaceros.com/blog/el-horno-de-</p><p>ox%C3%ADgeno-b%C3%A1sico</p><p>Colaboradores de Wikipedia. (2023, October 7). Horno de reverbero. Wikipedia, La</p><p>Enciclopedia Libre. https://es.wikipedia.org/wiki/Horno_de_reverbero</p><p>Como hacer horno eléctrico para fundir metales. (s/f). Hornos Eléctricos. Recuperado el</p><p>2 de marzo de 2024, de https://hornoelectrico.net/como-hacer-horno-electrico-</p><p>para-fundir-metales/</p><p>Cómo Funciona El Proceso De Alto Horno Para Producir Acero. (2023, julio 17).</p><p>Microscopio.pro; admin. https://www.microscopio.pro/proceso-de-alto-horno-para-</p><p>el-acero/</p><p>Choque, V. (s/f). Hornos de Crisol. Lesoindustrial.com. Recuperado el 29 de febrero de</p><p>2024, de https://www.lesoindustrial.com/index.php/l%C3%ADnea-</p><p>industrial/hornos-de-crisol</p><p>Descubre los secretos del altohorno en el crafteo de tus proyectos. (2023, abril 10).</p><p>Pantori. https://pantori.es/descubre-los-secretos-del-altohorno-en-el-crafteo-de-</p><p>tus-proyectos/?expand_article=1</p><p>https://carbosystem.com/tipos-de-hornos-industriales/</p><p>https://www.lesoindustrial.com/index.php/l%C3%ADnea-industrial/hornos-de-crisol</p><p>https://www.lesoindustrial.com/index.php/l%C3%ADnea-industrial/hornos-de-crisol</p><p>88</p><p>de Acero, P. D. E. F. (s/f). PROCESOS DE FABRICACION DE METALES FERROSOS</p><p>GUIA DE ESTUDIO DE LA UNIDAD III. Tecnm.mx. Recuperado el 2 de marzo de</p><p>2024, de</p><p>https://enlinea.zacatecas.tecnm.mx/pluginfile.php/28924/mod_resource/content/4</p><p>/GUIA%20DE%20ESTUDIO%20DE%20LA%20MATERIA%20DE%20PMF%20U</p><p>NIDAD%20III.pdf</p><p>Emison, S. (n.d.). hornos industriales.</p><p>https://www.emison.com/hornos%20de%20reververo.htm</p><p>Flores García, Evelin Yesenia y Orellana Núñez, Roberto Enrique (2014) Diseño y</p><p>construcción de un horno de crisol para aleaciones no ferrosas. Doctorado en</p><p>IngenierÃas thesis, Universidad de El Salvador.</p><p>Gallardo Rea, C., González Flores, G., & Ruíz Bazán, Y. (2011). Horno Martin - Siemens</p><p>[Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión]. https://toaz.info/doc-view-</p><p>2</p><p>García García, P. (2017). Funcionamiento y simulación de un horno alto.</p><p>Greenergy Refractarios. (s.f.). Los principales tipos y procesos de fundición del acero.</p><p>Recuperado de http://www.greenergyrefractarios.com/news/the-main-types-and-</p><p>smelting-processes-of-steel-30030306.html</p><p>Groover, M. P. (2007). Fundamentos de manufactura moderna: materiales, procesos y</p><p>sistemas: (3 ed.). México,</p><p>D.F, McGraw-Hill España. Recuperado de</p><p>https://elibro.net/es/ereader/cbues/93431?</p><p>Guest. (n.d.). Horno Reverbero - PDFCOFFEE.COM. pdfcoffee.com.</p><p>https://pdfcoffee.com/horno-reverbero-5-pdf-free.html</p><p>Gutierrez Ramirez, G., & Atencio Coronado, L. C. (2004). Plan de mantenimiento para</p><p>los equipos de fundición y metalmecanica de la empresa FUMECO LTDA [Tesis</p><p>para optar al título de ingeniero mecánico, Universidad Tecnológica de Bolívar].</p><p>https://biblioteca.utb.edu.co/notas/tesis/0026137.pdf</p><p>Hernández, N. D. V. (2021). Prototipo de un horno crisol para fundir Aluminio, Latón y</p><p>Cobre utilizando GLP [Universidad de San Carlos de Guatemala].</p><p>https://core.ac.uk/works/125141678?source=1&algorithmId=15&similarToDoc=12</p><p>6894489&similarToDocKey=CORE&recSetID=e8977ca8-f53f-4aaf-ab1d-</p><p>https://www.emison.com/hornos%20de%20reververo.htm</p><p>https://ri.ues.edu.sv/id/eprint/6320/</p><p>https://ri.ues.edu.sv/id/eprint/6320/</p><p>https://toaz.info/doc-view-2</p><p>https://toaz.info/doc-view-2</p><p>https://elibro.net/es/ereader/cbues/93431</p><p>https://pdfcoffee.com/horno-reverbero-5-pdf-free.html</p><p>https://core.ac.uk/works/125141678?source=1&algorithmId=15&similarToDoc=126894489&similarToDocKey=CORE&recSetID=e8977ca8-f53f-4aaf-ab1d-8a71b2846cda&position=1&recommendation_type=same_repo&otherRecs=125141678,90788435,148265931,123836194,126729527</p><p>https://core.ac.uk/works/125141678?source=1&algorithmId=15&similarToDoc=126894489&similarToDocKey=CORE&recSetID=e8977ca8-f53f-4aaf-ab1d-8a71b2846cda&position=1&recommendation_type=same_repo&otherRecs=125141678,90788435,148265931,123836194,126729527</p><p>89</p><p>8a71b2846cda&position=1&recommendation_type=same_repo&otherRecs=125</p><p>141678,90788435,148265931,123836194,126729527</p><p>Herrera, W. A. A., & Masapanta, D. J. L. (2022). Implementación de un horno de crisol</p><p>para fundir aluminio para la carrera de electromecánica de la Universidad Técnica</p><p>de Cotopaxi [UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI EXTENSIÓN LA MANÁ].</p><p>https://core.ac.uk/works/141786626</p><p>Hornos Industriales en la Metalurgia. (2015, junio 1). Electro Heat Induction.</p><p>https://electroheatinduction.com.mx/hornos-industriales-en-la-metalurgia/</p><p>Hornos Industriales en Metalurgia: Tipos y Aplicaciones. (2023, septiembre 12). Mascara</p><p>De Soldar. https://mascaradesoldar.com/hornos-industriales-en-metalurgia-tipos-</p><p>y-aplicaciones/</p><p>Horno de Oxigeno Básico. (s/f). Scribd. Recuperado el 2 de marzo de 2024, de</p><p>https://es.scribd.com/document/290315535/Horno-de-Oxigeno-Basico</p><p>Horno de inducción. (s/f). Ecured.cu. Recuperado el 3 de marzo de 2024, de</p><p>https://www.ecured.cu/Horno_de_inducci%C3%B3n</p><p>José, M. L. J., & De Castro Milagrosa, G. F. (n.d.). Diseño y construcción de un horno de</p><p>arco eléctrico para fusión de metales | Archivo Digital UPM.</p><p>https://oa.upm.es/75906/</p><p>Luna, E. M., Campos, B. E. R., Ángeles, M. a. R., & Bermúdez, D. (2019). Simulación de</p><p>reacción de combustión (CH4/O2) en horno de crisol para fundición de metales</p><p>no-ferrosos. Acta Universitaria, 29, 1–13. https://doi.org/10.15174/au.2019.2146</p><p>Marketing. (2021, febrero 2). ¿Qué es el mantenimiento del horno y por qué es</p><p>importante? JDC. https://www.jcdingenieriatermica.com/que-es-el-</p><p>mantenimiento-del-horno-y-por-que-es-importante/</p><p>Metodología de estimación de las emisiones. (s. f.). Sistema Español de Inventario de</p><p>Emisiones. https://www.miteco.gob.es/content/dam/miteco/es/calidad-y-</p><p>evaluacion-ambiental/temas/sistema-espanol-de-inventario-sei-/040207-hornos-</p><p>electr-acerias_tcm30-502317.pdf</p><p>Monrroy, E. (2022). DISEÑO DE UNA FRAGUA a GAS PARA FORJA CON FINES</p><p>DIDÁCTICOS [Tesis de grado, Universidad de El Salvador].</p><p>https://ri.ues.edu.sv/id/eprint/26371/1/Final-TdG_Dise%C3%B1o-de-una-fragua-</p><p>a-gas-para-forja-con-fines-did%C3%A1ctico.pdf</p><p>https://core.ac.uk/works/125141678?source=1&algorithmId=15&similarToDoc=126894489&similarToDocKey=CORE&recSetID=e8977ca8-f53f-4aaf-ab1d-8a71b2846cda&position=1&recommendation_type=same_repo&otherRecs=125141678,90788435,148265931,123836194,126729527</p><p>https://core.ac.uk/works/125141678?source=1&algorithmId=15&similarToDoc=126894489&similarToDocKey=CORE&recSetID=e8977ca8-f53f-4aaf-ab1d-8a71b2846cda&position=1&recommendation_type=same_repo&otherRecs=125141678,90788435,148265931,123836194,126729527</p><p>https://core.ac.uk/works/141786626</p><p>https://oa.upm.es/75906/</p><p>https://doi.org/10.15174/au.2019.2146</p><p>https://www.miteco.gob.es/content/dam/miteco/es/calidad-y-evaluacion-ambiental/temas/sistema-espanol-de-inventario-sei-/040207-hornos-electr-acerias_tcm30-502317.pdf</p><p>https://www.miteco.gob.es/content/dam/miteco/es/calidad-y-evaluacion-ambiental/temas/sistema-espanol-de-inventario-sei-/040207-hornos-electr-acerias_tcm30-502317.pdf</p><p>https://www.miteco.gob.es/content/dam/miteco/es/calidad-y-evaluacion-ambiental/temas/sistema-espanol-de-inventario-sei-/040207-hornos-electr-acerias_tcm30-502317.pdf</p><p>90</p><p>Montes, C. (2013, July 9). Método de martin siemens [Slide show]. SlideShare.</p><p>https://es.slideshare.net/chatytoo/mtodo-de-martin-siemens</p><p>Monteros Vizcaíno, L. A. (2016). Diseño y construcción de un horno mufla para la</p><p>realización de tratamientos térmicos en aceros [Tesis de pregrado, Universidad</p><p>Técnica del Norte]. Recuperado de</p><p>http://repositorio.utn.edu.ec/handle/123456789/4592</p><p>Mosquera, J. (2018, julio 8). Mufla de laboratorio: Usos y cuidados básicos. Cromtek.cl.</p><p>https://www.cromtek.cl/2020/09/17/mufla-de-laboratorio-usos-y-cuidados-</p><p>basicos/</p><p>MUFLA -【 Para que sirve, Usos y Tipos 】. (2018, agosto 14). Instrumentos de</p><p>laboratorio. https://www.instrumentodelaboratorio.info/mufla/</p><p>¿Qué es un horno de fundición eléctrico? (2021, julio 25). Spiegato.</p><p>https://spiegato.com/es/que-es-un-horno-de-fundicion-electrico</p><p>Quispe, P., & Genaro, J. (2017). Construcción de un horno de crisol para la materia de</p><p>tecnologia de los materiales de la carrera de Mecánica Industrial [Universidad</p><p>Mayor de San Andres]. https://repositorio.umsa.bo/handle/123456789/13605</p><p>Sacyr. (2020, noviembre 20). Henry Bessemer, el mago del acero que transformó las</p><p>ciudades. Sacyr Blog. https://www.sacyr.com/-/henry-bessemer-el-mago-del-</p><p>acero-que-transformo-las-ciudades</p><p>91</p><p>Glosario</p><p>Arrabio: es un tipo de hierro fundido que se obtiene a partir de la fusión de mineral de</p><p>hierro en un alto horno. Este proceso implica la reducción del mineral de hierro en</p><p>presencia de coque y piedra caliza, que actúan como agente reductor y fundente,</p><p>respectivamente. El arrabio se caracteriza por tener un alto contenido de carbono</p><p>(aproximadamente entre 2% y 4%), lo que le confiere una gran resistencia y dureza.</p><p>Calcinación: proceso de calentar una sustancia a temperatura elevada (temperatura de</p><p>descomposición) para provocar la descomposición térmica o un cambio de estado en su</p><p>constitución física o química.</p><p>Electrodo de grafito: tipo de electrodo que esta indicado para terrenos con un alto índice</p><p>de corrosión y condiciones de extrema temperatura.</p><p>Lumbre: un material combustible que se encuentra encendido también hace referencia a</p><p>la luz que emite un cuerpo mientras este está en combustión.</p><p>Mufla: hornillo semicilíndrico o en forma de copa, que se coloca dentro de un horno para</p><p>reconcentrar el calor y conseguir la fusión de diversos cuerpos.</p><p>Refinar hierro: es una técnica que se produce en los altos hornos, mediante la que se</p><p>consigue rebajar el contenido de carbono hasta un porcentaje muy bajo y, sobre todo,</p><p>eliminar casi todo el azufre, por lo que el hierro resultante ya es hierro forjado.</p><p>Termopares: dispositivo para medir temperaturas, mediante las fuerzas electromotrices</p><p>originadas por el calor en las soldaduras de dos metales distintos.</p><p>Traviesas de metal: suelen ser estructuras metálicas robustas y duraderas que pueden</p><p>soportar cargas pesadas y resistir el desgaste causado por el movimiento constante de</p><p>materiales.</p><p>Yunque: herramienta de la herrería, consiste en un bloque macizo de piedra o metal que</p><p>se utiliza como soporte para forjar metales.</p><p>Estanqueidad: es una propiedad que se basa en la capacidad para evitar que entren</p><p>partículas externas al interior de una pieza, circuito o habitáculo, ya sea agua, aire, polvo</p><p>u otra substancia.</p><p>Ganga: materia que acompaña a los minerales y que se separa de ellos como inútil.</p><p>Termoplástico: es un material que, a temperaturas relativamente altas, se vuelve</p><p>deformable o flexible, se derrite cuando se calienta y se endurece en un estado de</p><p>transición cuando se enfría lo suficiente</p><p>92</p><p>Anexos</p><p>Universidad Católica de El Salvador</p><p>Facultad de Ingeniería y Arquitectura</p><p>Ingeniería Industrial</p><p>“Protocolo de investigación sobre diseño y construcción de hornos</p><p>industriales para procesos metalúrgicos´´</p><p>INTEGRANTES:</p><p>Calderón Alarcón Alberto José 2017-CA- 601</p><p>Flores Duarte Ivania Nicolle 2021-FD-650</p><p>Guerra Mojica Fátima Daniela 2021-GM-603</p><p>Barillas Arce Jhonny Alexander 2021-BA- 650</p><p>Alarcón Duarte Jacquelinne Gabriela 2021-AD-601</p><p>DOCENTE</p><p>Ing. Rommel Raeder Cortez Leiva</p><p>Viernes 01 de marzo de 2024</p><p>Santa Ana, El Salvador, Centroamérica</p><p>93</p><p>Introducción</p><p>Los hornos juegan un papel fundamental en la industria metalúrgica, ya que son equipos</p><p>diseñados para fundir metales y llevar a cabo diversos procesos térmicos que permiten</p><p>transformar materias primas en productos finales de alta calidad. Estos equipos son</p><p>vitales en la producción de una amplia gama de productos metálicos, desde piezas</p><p>pequeñas hasta grandes estructuras.</p><p>La importancia de los hornos en la industria metalúrgica radica en su capacidad para</p><p>proporcionar las condiciones de temperatura y atmósfera controladas necesarias para</p><p>llevar a cabo procesos como la fundición, la refinación, la aleación y la recristalización de</p><p>metales. Además, los hornos permiten la eliminación de impurezas y la homogeneización</p><p>de la composición química de los metales, lo que contribuye a mejorar sus propiedades</p><p>mecánicas y físicas.</p><p>Conocer el diseño y construcción de hornos es fundamental para la industria metalúrgica</p><p>y otras industrias relacionadas, ya que permite optimizar la eficiencia de los procesos de</p><p>producción y garantizar la calidad de los productos finales. El diseño adecuado de un</p><p>horno, teniendo en cuenta factores como la capacidad de producción, la temperatura</p><p>requerida, la atmósfera de trabajo y la uniformidad del calor, puede mejorar</p><p>significativamente la eficiencia energética y reducir los costos operativos. Además, una</p><p>construcción adecuada garantiza la durabilidad y seguridad del horno, minimizando el</p><p>riesgo de fallas y accidentes que puedan afectar la producción. En resumen, el</p><p>conocimiento sobre el diseño y construcción de hornos es esencial para garantizar la</p><p>calidad, eficiencia y seguridad en los procesos industriales.</p><p>Problemática</p><p>Los hornos son elementos fundamentales en muchas industrias como la metalurgia,</p><p>cerámica o química. Por lo cual se necesita conocer sobre el diseño y construcción</p><p>adecuado que garantiza que el horno cumpla con los requerimientos específicos de</p><p>temperatura, atmósfera y tiempo de residencia necesarios para los procesos de</p><p>producción.</p><p>94</p><p>Justificación</p><p>Los hornos al desempeñar una función tan indispensable dentro de la mayoría de las</p><p>producciones es importante conocer e indagar sobre su construcción y diseño, debido</p><p>que, un diseño inadecuado o una construcción deficiente pueden resultar en pérdida de</p><p>materiales, bajos rendimientos, altos costos operativos e incluso riesgos para la</p><p>seguridad de los trabajadores. Es decir, el diseño y la construcción adecuados de los</p><p>hornos son fundamentales para garantizar la eficiencia, calidad y seguridad en los</p><p>procesos industriales.</p><p>Objetivos</p><p>General:</p><p>Indagar en diversas fuentes bibliográficas para conocer sobre el diseño y construcción</p><p>de diferentes tipos de hornos existentes, que tienen una gran importancia dentro de las</p><p>industrias manufactureras que trabajan con metales procesados o que requieren de</p><p>fundición, especialmente la industria de la metalurgia.</p><p>Específicos:</p><p>• Aprender la diferencia entre la variedad de hornos que funcionan en el mundo de</p><p>producción y procesamiento de metales.</p><p>• Identificar los elementos claves dentro de la construcción de los hornos utilizados</p><p>en la industria.</p><p>• Detallar el funcionamiento de los hornos encargados de realizar fundiciones o</p><p>tratamientos a los metales.</p><p>Marco teórico</p><p>1. Hornos industriales</p><p>Los hornos industriales son los equipos o dispositivos utilizados en la industria, en</p><p>los que se calientan los materiales y las piezas o elementos colocados en su</p><p>interior por encima de la temperatura ambiente. El objeto de este calentamiento</p><p>puede ser muy variado, por ejemplo:</p><p>• Alcanzar la temperatura necesaria para que se produzcan las reacciones</p><p>químicas necesarias para la obtención de un determinado producto.</p><p>95</p><p>• Cambios de estado (Fusión de los metales y vaporización).</p><p>• Ablandar para una operación de conformado posterior.</p><p>• Tratar térmicamente para impartir determinadas propiedades.</p><p>• Recubrir las piezas con otros elementos, operación que se facilita</p><p>frecuentemente operando a temperatura superior a la del ambiente</p><p>(Vitrificado de los productos cerámicos).</p><p>En el trabajo de los metales, la temperatura desempeña un papel de gran</p><p>importancia. Las temperaturas elevadas vuelven más blandos a la mayoría de los</p><p>metales, capacitándolos para las operaciones de deformación por flexión, forja,</p><p>estampación, extrusión o laminación. Las temperaturas todavía más elevadas</p><p>funden los metales y también eliminan la acritud de estos; el proceso de</p><p>calentamiento de los metales con este fin, enfriando después de modo que no se</p><p>produzca ninguna deformación, se conoce como recocido.</p><p>La elevación de la temperatura por encima de un cierto punto crítico, seguida de</p><p>un enfriamiento brusco, vuelve el acero más duro y resistente, pero con una</p><p>ductilidad menor. Un nuevo calentamiento a una temperatura inferior al punto</p><p>crítico disminuye la dureza y aumenta la ductilidad. Se conoce como tratamiento</p><p>térmico el proceso completo que tiene por objeto producir unas propiedades</p><p>físicas deseadas, controlando la estructura cristalina.</p><p>Las operaciones industriales abarcan una amplia gama de temperaturas, las</p><p>cuales dependen del material a calentar y también (para un material dado) del</p><p>objeto del proceso de calentamiento y de las operaciones subsiguientes.</p><p>2. Procesos metalúrgicos</p><p>Los procesos metalúrgicos son los diferentes procedimientos que se siguen para</p><p>la extracción de metales y que forman parte de lo que se llama “Metalurgia</p><p>Extractiva”. Las etapas del proceso metalúrgico pueden dividirse en cuatro, estas</p><p>son: obtención, afino, elaboración de aleaciones y tratamientos posteriores.</p><p>96</p><p>Para la obtención de la diversidad de metales que existen hoy en día la metalurgia</p><p>se encarga de aplicar gran cantidad de procesos para la refinación y final</p><p>producción de diversos minerales. Los procesos metalúrgicos constan de dos</p><p>operaciones: la concentración, que consiste en separar el metal o compuesto</p><p>metálico del material residual que lo acompaña en el mineral, y el refinado, en el</p><p>que se trata de producir el metal en un estado puro o casi puro, adecuado para su</p><p>empleo. Tanto para la concentración como para el refinado se emplean tres tipos</p><p>de procesos: mecánicos, químicos y eléctricos. En la mayoría de los casos se usa</p><p>una combinación de los tres.</p><p>Los procesos metalúrgicos comprenden las siguientes fases:</p><p>• Obtención del metal a partir del mineral que lo contiene en estado natural,</p><p>separándolo de la ganga.</p><p>• El afino, enriquecimiento o purificación: eliminación de las impurezas que</p><p>quedan en el metal.</p><p>• Elaboración de aleaciones.</p><p>• Otros tratamientos del metal para facilitar su uso.</p><p>3. Tipos de hornos industriales</p><p>para procesos metalúrgicos</p><p>• Hornos de crisol: son usados ampliamente para la fundición en lotes de</p><p>aleaciones no ferrosas como aquellas de aluminio, cobre, zinc y magnesio.</p><p>En un horno de crisol, el metal fundido es mantenido en una estructura con</p><p>forma de marmita (crisol).</p><p>• Horno de llama directa: es esencialmente un tipo de horno de hogar abierto.</p><p>La unidad es calentada solamente en un extremo usando un combustible</p><p>apropiado. El aire para la combustión puede ser precalentado en</p><p>regeneradores como el caso del horno Siemens Martin. El combustible,</p><p>generalmente carbón bituminoso, es pulverizado por un triturador rotativo</p><p>y soplado al horno como polvo fino, aunque también se puede usar petróleo</p><p>diésel o residual. Los productos de combustión y la llama pasan sobre la</p><p>carga metálica y los gases son extraídos a través de una chimenea.</p><p>97</p><p>• Horno eléctrico de resistencia: La fuente de calentamiento es una</p><p>resistencia de grafito en forma de barra horizontal. El horno es cilíndrico y</p><p>revestido internamente con material refractario. La resistencia distribuye el</p><p>calor irradiado permitiendo que el metal tome calor del material refractario.</p><p>Este tipo de horno ha sido usado para fusión y sobrecalentamiento,</p><p>especialmente de fierros fundidos, pero también es apropiado para fusión</p><p>de bronce y otras aleaciones de cobre.</p><p>• Horno cubilote: utiliza el principio de combustión entre las materias primas</p><p>para lograr la fusión. Son utilizados comúnmente para las fundiciones</p><p>grises y trabajan a temperaturas de hasta 1200 ºC. Se cargan con metal</p><p>(chatarra), coque y fundente. El cubilote es un horno de torre vertical,</p><p>consiste en una en vuelta cilíndrica de acero que reposa verticalmente</p><p>sobre una placa base sostenida usualmente por 4 columnas o vigas de</p><p>acero.</p><p>• Hornos eléctricos de arco directo: son usados principalmente por grandes</p><p>fundiciones y plantas siderúrgicas. Se suministra calor mediante un arco</p><p>eléctrico formado en base a tres electrodos de carbón o grafito. El horno es</p><p>revestido con refractarios que se deterioran durante el proceso de fusión,</p><p>lo que genera escoria. Se forman capas de escoria protectora en el horno</p><p>mediante la adición intencional de sílice y cal.</p><p>• Horno eléctrico de inducción: funciona en base a un campo magnético,</p><p>producido por la circulación de corriente alterna por las bobinas que</p><p>envuelven el manto del horno. Este campo magnético cambiante produce</p><p>que el metal se caliente y se funda. Los hornos de inducción utilizan una</p><p>corriente inducida para fundir la carga. La energía es del tipo de inducción</p><p>sin núcleo dada por una corriente de alta frecuencia que suministra a la</p><p>bobina primaria, enfriada por agua que circunda al crisol.</p><p>98</p><p>Variables de análisis</p><p>Objetivo específico. Variables</p><p>Sistema de</p><p>unidades</p><p>Forma de recoger</p><p>los datos</p><p>Aprender la diferencia entre la</p><p>variedad de hornos que</p><p>funcionan en el mundo de</p><p>producción y procesamiento</p><p>de metales.</p><p>Diferencia entre</p><p>hornos</p><p>--</p><p>Investigación de</p><p>datos en diferentes</p><p>fuentes</p><p>bibliográficas.</p><p>Identificar los elementos</p><p>claves dentro de la</p><p>construcción de los hornos</p><p>utilizados en la industria.</p><p>Elementos de</p><p>la construcción</p><p>de hornos</p><p>--</p><p>Investigación de</p><p>datos en diferentes</p><p>fuentes</p><p>bibliográficas.</p><p>Detallar el funcionamiento de</p><p>los hornos encargados de</p><p>realizar fundiciones o</p><p>tratamientos a los metales.</p><p>Funcionamiento</p><p>de hornos</p><p>--</p><p>Investigación de</p><p>datos en diferentes</p><p>fuentes</p><p>bibliográficas.</p><p>Diseño metodológico</p><p>Para el desarrollo de este trabajo de investigación se hará como una investigación</p><p>descriptiva, ya que se describirá el diseño y construcción de hornos existentes con su</p><p>funcionamiento, por medio de una recopilación de datos, con un enfoque cualitativo de</p><p>cada proceso a investigar y presentar en la investigación.</p><p>99</p><p>Cronograma</p><p>ACTIVIDADES</p><p>20-02-</p><p>2024</p><p>21-02-</p><p>2024</p><p>22-</p><p>02-</p><p>2024</p><p>23-</p><p>02-</p><p>2024</p><p>24-</p><p>02-</p><p>2024</p><p>25-</p><p>02-</p><p>2024</p><p>26-02-</p><p>2024</p><p>Búsqueda de información</p><p>de la temática.</p><p>Elaboración del marco</p><p>teórico.</p><p>Elaboración del protocolo</p><p>de investigación.</p><p>Recopilación de</p><p>información para</p><p>desarrollo del trabajo</p><p>final.</p><p>Desarrollo sobre el</p><p>diseño de los hornos</p><p>industriales</p><p>Desarrollo sobre el</p><p>funcionamiento de los</p><p>hornos industriales</p><p>Revisión final del manual</p><p>elaborado.</p><p>Presupuesto</p><p>No. Elemento Cantidad</p><p>Precio</p><p>unitario</p><p>Subtotal</p><p>1 Computadoras portátiles 5 $600 $3,000</p><p>2 Internet 5 $12.00 $60</p><p>TOTAL: $3,600</p><p>100</p><p>Bibliografías</p><p>Calvo, C. S. (s/f). HORNOS UTILIZADOS EN LA FABRICACIÓN DE ALEACIONES</p><p>FERROSAS Y NO FERROSAS. Revista Universidad Ricardo Palma, 143–160.</p><p>Hlcsistemas. (2020, 15 septiembre). ¿Qué tipos de procesos metalúrgicos se aplican en</p><p>Perú? HLC Ingeniería y Construcción. https://www.hlcsac.com/noticias/que-tipos-</p><p>de-procesos-metalurgicos-se-aplican-en-</p><p>peru/#:~:text=Los%20procesos%20metal%C3%BArgicos%20son%20los,de%20</p><p>aleaciones%20y%20tratamientos%20posteriores.</p><p>Molina, M. V. (2021). Procesos de manufactura i Metalurgia siderurgia fundición.</p><p>www.academia.edu.</p><p>https://www.academia.edu/45448798/Procesos_de_Manufactura_I_Metalurgia_S</p><p>iderurgia_Fundici%C3%B3n</p><p>Monti, H. (2018). Leccion1.Hornos industriales. www.academia.edu.</p><p>https://www.academia.edu/36332610/Leccion1_Hornos_Industriales</p><p>recursos que permitan elevar las temperaturas</p><p>de los materiales.</p><p>5</p><p>Objetivos</p><p>General:</p><p>Describir la funcionalidad, diseño y construcción de los hornos industriales que</p><p>han innovado y mejorado la forma en la cual los metales férreos y no férreos son</p><p>tratados a altas temperaturas.</p><p>Específicos:</p><p>- Definir cuáles son los diversos hornos industriales, cuál es su campo de</p><p>aplicación y la manera en que funcionan.</p><p>- Mostrar el proceso y el diseño de construcción de los hornos industriales</p><p>considerando sus dimensiones y capacidad productiva.</p><p>- Distinguir cuales son los diversos materiales ferrosos y no ferrosos que se</p><p>pueden tratar en cada horno industrial.</p><p>6</p><p>1. Procesos metalúrgicos</p><p>La industria de los procesos metalúrgicos es el conjunto de actividades</p><p>relacionadas con la fabricación de productos a partir de metales. Esto incluye la</p><p>minería, la fundición, el moldeo, la forja, el tratamiento térmico y el acabado de los</p><p>metales. Los productos finales de esta industria pueden variar desde equipos de</p><p>transporte hasta electrodomésticos.</p><p>Las propiedades mecánicas de los metales se alteran por medio de cierto número</p><p>de técnicas. En el estudio de los distintos metales se ha hecho referencia a</p><p>algunas de éstas. Los métodos para mejorar las propiedades mecánicas de los</p><p>metales se agrupan en tres categorías: 1) aleación, 2) trabajo en frío, y 3)</p><p>tratamiento térmico.</p><p>• La aleación es una técnica importante para dar resistencia a los metales.</p><p>• Al trabajo en frío se hace referencia como endurecimiento por deformación;</p><p>su efecto es incrementar la resistencia y reducir la ductilidad. El grado en</p><p>que estas propiedades mecánicas se ven afectadas depende de la cantidad</p><p>de deformación y del exponente de endurecimiento por deformación en la</p><p>curva de flujo. El trabajo en frío se utiliza tanto en metales puros como en</p><p>aleaciones. Se realiza durante la deformación del elemento de trabajo a</p><p>través de uno de los procesos para dar forma, por ejemplo, rolado, forjado</p><p>o extrusión. Entonces, el dar resistencia a los metales ocurre como</p><p>subproducto de la operación de darles forma.</p><p>• El tratamiento térmico se refiere a varios tipos de ciclos de calentamiento y</p><p>enfriamiento que se ejecutan sobre un metal para cambiar en forma</p><p>benéfica sus propiedades. Operan con la alteración de la microestructura</p><p>básica del metal, que a su vez determina las propiedades mecánicas.</p><p>2. Hornos industriales para los procesos metalúrgicos</p><p>Una gran variedad de los procesos que transforman las propiedades de los metales</p><p>hacen uso de los conocidos hornos industriales:</p><p>Un horno industrial para procesos metalúrgicos es una máquina especializada utilizada</p><p>en la metalurgia para llevar a cabo diversos procesos relacionados con la producción y</p><p>transformación de metales. Estos hornos industriales son fundamentales en las</p><p>operaciones de fabricantes, fundiciones, empresas mineras e industrias de producción</p><p>de acero. Algunas funciones y características de los hornos industriales para procesos</p><p>metalúrgicos incluyen:</p><p>• Fundición: Proceso común en la metalurgia extractiva donde se producen metales</p><p>base como hierro, cobre y plata a partir de sus minerales mediante calor extremo</p><p>y agentes reductores químicos.</p><p>7</p><p>• Siderurgia: Proceso de producción de acero a partir de hierro crudo mediante</p><p>métodos como la siderurgia con horno de oxígeno básico o horno de arco</p><p>eléctrico.</p><p>• Fundición de metales: Utilización de hornos especializados para fundir metales</p><p>que luego se vierten en moldes para su posterior procesamiento.</p><p>• Industria del tratamiento térmico: Empleo de hornos industriales para preparar</p><p>material metálico, como laminados, forjados y tratamientos térmicos.</p><p>3. Horno de crisol</p><p>¿Qué es y para qué sirve?</p><p>Un horno de crisol no es más que una recamara a la cual se le suministra energía,</p><p>almacenar calor y promueve la transferencia de este a un metal contenido en un</p><p>recipiente conductor del calor y resistente a la acción del metal y a las altas</p><p>temperaturas denominado crisol, el cual permite fundir el metal en su interior para</p><p>luego ser vertido a un molde previamente preparado.</p><p>El crisol se apoya sobre la base que está hecha también en material refractario y</p><p>le da la posición necesaria con respecto a la salida del gas.</p><p>El crisol es un recipiente que se coloca dentro de los hornos para que reciba el</p><p>metal fundido. Normalmente está hecho de grafito con cierto contenido de arcilla</p><p>y puede soportar materiales a altas temperaturas, como el bronce fundido, o</p><p>cualquier otro metal, normalmente a más de 500 °C.</p><p>La forma de calentamiento de los hornos de crisol puede ser operados</p><p>básicamente a través de energía eléctrica o de combustibles. Con relación a la</p><p>energía eléctrica, los hornos más comunes son de resistencia y de inducción. En</p><p>cuanto a los combustibles, se puede utilizar una serie de formas diferentes. Cada</p><p>forma de energía sea eléctrica o en forma de combustible, posee sus ventajas y</p><p>desventajas que deben ser aprovechadas o evitadas de acuerdo con las</p><p>condiciones de producción exigidas, o en función de la política de abastecimiento</p><p>adoptada.</p><p>El calentamiento por gas tiene como ventaja la economía y como inconveniente</p><p>la dificultad del control de la temperatura. La temperatura alcanzada por el horno</p><p>suele llegar a 1100 °C y el control de la atmósfera es muy difícil.</p><p>8</p><p>Materiales que se pueden fundir</p><p>En los hornos de crisol, se pueden fundir metales no ferrosos como el aluminio,</p><p>latón y bronce. Estos hornos son ideales para la fundición y mantenimiento de</p><p>metales no ferrosos, ya que cuentan con una construcción robusta y una alta</p><p>eficiencia energética. Algunos de los metales que se pueden fundir en los hornos</p><p>de crisol incluyen:</p><p>• Aluminio: Los hornos de crisol son utilizados para la fusión y mantenimiento</p><p>del aluminio, permitiendo un control preciso de la temperatura y una</p><p>aleación más limpia.</p><p>• Latón: El horno de crisol es adecuado para la fundición de latón,</p><p>proporcionando un ambiente seguro y ergonómico para los operadores.</p><p>• Bronce: Los hornos de crisol también son utilizados para la fundición de</p><p>bronce, garantizando un alto desempeño con bajo consumo de energía.</p><p>Estos hornos permiten fundir estos metales no ferrosos de forma eficiente y</p><p>controlada, lo que los hace ideales para procesos donde la prevención contra la</p><p>contaminación de las aleaciones es fundamental. Además, su diseño robusto y su</p><p>tecnología avanzada garantizan una larga vida útil del producto con muy poca</p><p>necesidad de mantenimiento.</p><p>Tipos de hornos</p><p>Los tres tipos principales de hornos de crisol:</p><p>• Horno de crisol fijo: Este tipo de horno tiene un crisol fijo que no se mueve</p><p>durante el proceso de fundición. El material para fundir se coloca en el</p><p>crisol, que se calienta a altas temperaturas utilizando combustible u otra</p><p>fuente de calor. Los hornos de crisol fijo son comunes en aplicaciones</p><p>donde se necesita una fundición continua y estable.</p><p>9</p><p>• Horno de crisol basculante: En este tipo de horno, el crisol se puede inclinar</p><p>o bascular para verter el material fundido. Esto facilita la extracción del</p><p>metal líquido y permite un vaciado más controlado. Los hornos de crisol</p><p>basculante son útiles cuando se necesita verter el metal fundido en moldes</p><p>u otras formas.</p><p>• Horno de crisol móvil: Estos hornos tienen la capacidad de mover el crisol</p><p>de manera horizontal o vertical. Esto puede facilitar la carga y descarga del</p><p>material a fundir, así como el vaciado del crisol. Los hornos de crisol móvil</p><p>son comunes en aplicaciones donde se necesita una mayor flexibilidad en</p><p>el proceso de fundición.</p><p>10</p><p>Diseño y construcción</p><p>El diseño del horno es una parte fundamental del proyecto, pues nos brindará un</p><p>panorama de los requerimientos constructivos posteriores y parámetros de</p><p>funcionamiento</p><p>esperados. Implica, entonces, determinar dimensiones,</p><p>establecer materiales, evaluar requerimientos energéticos y simular su</p><p>funcionamiento.</p><p>Al diseñar el horno de crisol, ciertas consideraciones deben tomarse en cuenta</p><p>para que este pueda operar de manera óptima:</p><p>• Los hornos cilíndricos son más eficientes que los hornos cuadrados.</p><p>• El horno debe ser dimensionado acorde al crisol a emplear.</p><p>• El diámetro de la cámara interior debe ser entre 150 y 300 mm superior que</p><p>el diámetro del crisol.</p><p>• La altura de la cámara junto con su recubrimiento debe tener en cuenta el</p><p>bloque base en el cual se colocará el crisol para evitar que la flama del</p><p>quemador incida directamente sobre él, además, debe permitirse un</p><p>espacio entre 25 y 50 mm entre el borde superior del crisol y la tapa.</p><p>• El orificio del quemador debe colocarse en el fondo del horno por debajo</p><p>del crisol y debe ser tangente a la pared de éste.</p><p>• El elemento más crítico en el diseño y construcción de un horno de crisol</p><p>es su recubrimiento refractario. Este permite calentamientos uniformes y</p><p>baja tasa de pérdida de calor.</p><p>En el horno de crisol se identifican los siguientes parámetros de diseño:</p><p>• Metal para fundir.</p><p>• Crisol por emplear.</p><p>• Temperatura máxima de operación.</p><p>• Tiempo de operación.</p><p>• Ubicación del horno</p><p>• Flujo de aire.</p><p>Pasos para la construcción de un horno de crisol:</p><p>1. Diseño y planificación: Decide el tamaño y la forma del horno de acuerdo</p><p>con tus necesidades. Calcula la cantidad de ladrillos refractarios y otros</p><p>materiales que necesitarás.</p><p>2. Preparación del sitio: Elige un lugar adecuado para el horno,</p><p>preferiblemente en un área bien ventilada y alejado de materiales</p><p>inflamables. Nivela el suelo si es necesario.</p><p>3. Construcción de la base: Coloca una capa de ladrillos refractarios en el</p><p>suelo como base del horno. Asegúrate de que estén nivelados y bien</p><p>colocados.</p><p>11</p><p>4. Construcción de las paredes: Coloca los ladrillos refractarios de manera</p><p>que formen las paredes del horno, dejando un espacio para la puerta y los</p><p>quemadores. Puedes unir los ladrillos con cemento refractario.</p><p>5. Instalación de la puerta: Fabrica o compra una puerta resistente al calor</p><p>que se ajuste al tamaño de la abertura. Puedes hacerla con láminas de</p><p>metal resistente al calor.</p><p>6. Instalación del crisol y quemadores: Coloca el crisol en su lugar dentro del</p><p>horno. Instala los quemadores de gas o eléctricos según las</p><p>especificaciones del fabricante y conecta el regulador de gas si es</p><p>necesario.</p><p>7. Pruebas y ajustes: Antes de usar el horno, realiza pruebas para asegurarte</p><p>de que todo funcione correctamente. Ajusta la temperatura y la llama según</p><p>sea necesario.</p><p>8. Uso y mantenimiento: Una vez que el horno esté en funcionamiento, úsalo</p><p>según las recomendaciones del fabricante y realiza un mantenimiento</p><p>regular para garantizar su buen funcionamiento y seguridad.</p><p>Los hornos de crisol fijos, basculantes y móviles se construyen de manera</p><p>similar su diferencia principal está en la facilidad de transporte de ellos y en la</p><p>forma de vertimiento del metal fundido que los caracteriza.</p><p>Algunos importantes aspectos constructivos son:</p><p>• Correcta colocación del mortero o cemento para unir los ladrillos: Al colocar</p><p>los ladrillos sobre el mortero o cemento, este tiende a desplazarse a los</p><p>lados, el exceso de mezcla debe untarse en todas las direcciones sobre las</p><p>caras de los ladrillos. Esto brinda estabilidad a la construcción como</p><p>también propicia un correcto sellado. Debe darse especial atención a la</p><p>superficie caliente del ladrillo, la cual debe untarse completamente con la</p><p>mezcla refractaria debido a que se anticipa un alto desgaste de esta</p><p>superficie por la acción de la escoria metálica o las partículas de polvo que</p><p>se desplazan a grandes velocidades.</p><p>• Selección del mortero o cemento refractario: La composición química y</p><p>física del mortero o cemento refractario debe ser idéntica a la de ladrillos a</p><p>unir, de otra manera podrían fallar las uniones al elevarse la temperatura o</p><p>al enfriarse.</p><p>• Espesor de la pared refractaria: Estabilidad estructural debe tomarse en</p><p>cuenta al decidir el espesor de la pared. Como buena práctica ingenieril,</p><p>las paredes de los hornos que han sido elaboradas con ladrillos de 115 mm</p><p>de espesor no deben ser construidas más allá de un metro de altura sin un</p><p>anclado apropiado. Desde el punto de vista de la estabilidad de la</p><p>estructura, el espesor mínimo debe ser de alrededor de 230 mm, el cual</p><p>podría ser incrementado a medida que se requiera más altura. Al anclar o</p><p>12</p><p>proveer estabilidad a una pared, debe tomarse en cuenta que la pared</p><p>puede expandirse o contraerse al elevarse la temperatura y al enfriarse.</p><p>• Soporte estructural: Generalmente los refractarios se ven sujetos en su</p><p>posición con una carcasa metálica o mediante un marco metálico. Estos</p><p>deben asegurar el correcto alineamiento de la pared.</p><p>Funcionamiento</p><p>Los hornos de crisol utilizan combustibles fósiles para realizar la combustión. En</p><p>la cámara de combustión, el calor es transferido por convección y radiación hacia</p><p>el crisol y este, a su vez, transfiere el calor por conducción al metal para que</p><p>alcance la temperatura de fusión.</p><p>1. Crisol: el crisol es un recipiente resistente al calor hecho de material</p><p>refractario, como arcilla refractaria, grafito o cerámica. Se coloca dentro del</p><p>horno y contiene el metal o material que se va a fundir.</p><p>2. Combustible: se utiliza un combustible, como gas natural o propano, para</p><p>generar calor. El tipo de combustible depende del diseño del horno y del tipo</p><p>de material que se va a fundir.</p><p>3. Calentamiento: El combustible se quema en el horno, generando altas</p><p>temperaturas. El calor se transfiere al crisol, fundiendo el metal o material</p><p>dentro de él.</p><p>13</p><p>4. Control de temperatura: se utilizan termopares u otros dispositivos para medir</p><p>y controlar la temperatura dentro del horno. Esto es crucial para asegurar que</p><p>se alcance la temperatura adecuada para fundir el material sin sobrecalentarlo.</p><p>5. Vertido: una vez que el metal o material se ha fundido por completo, se puede</p><p>verter en moldes para darle forma. Es importante hacerlo con cuidado y</p><p>siguiendo procedimientos de seguridad para evitar accidentes.</p><p>Mantenimiento</p><p>Prevención de grietas en crisoles:</p><p>- Evitar bajar la cuba del crisol más de 3 pulgadas para prevenir grietas</p><p>prematuras debido a diferencias de temperatura.</p><p>- No arrojar lingotes a la cuba para evitar rajaduras en la base del crisol.</p><p>Operación durante el fin de semana:</p><p>- Operar el horno durante el fin de semana puede ayudar a ahorrar costos de</p><p>energía.</p><p>14</p><p>Mantenimiento y fusión separados:</p><p>- Mantener y fundir el metal en el mismo crisol puede causar inclusiones y</p><p>aumentar la cantidad de gas hidrógeno en el metal, por lo que se recomienda</p><p>mantener el horno a una temperatura más alta que lo normal para</p><p>compensar las variaciones de temperatura al cargar este tipo de hornos.</p><p>Velocidades de fusión:</p><p>- Es importante tomar las velocidades de fusión conservadoramente para</p><p>asegurar una buena calidad del metal y una vida útil prolongada del crisol.</p><p>4. Horno de Reverbero</p><p>¿Qué es y para qué sirve?</p><p>El horno de reverbero es un tipo de horno generalmente rectangular, cubierto por</p><p>una bóveda de ladrillo refractario y con chimenea, que refleja o (reverbera) el calor</p><p>producido en un sitio independiente del hogar donde se hace la lumbre. Es</p><p>utilizado para realizar la fusión del concentrado del cobre y separar la escoria, asi</p><p>como para la fundición de mineral y el refinado o la fusión de metales de bajo</p><p>punto de fusión como el aluminio.</p><p>Tales hornos se usan en la producción de cobre, estaño, níquel, en la producción</p><p>de ciertos hormigones y cementos y el reciclado del aluminio. Los hornos de</p><p>reverbero se utilizan para la fundición</p><p>tanto de metales férreos como de metales</p><p>no férreos.</p><p>La capacidad de los hornos de reverbero es muy variable y oscila entre los 45 kg</p><p>a los 1000 kg que tienen los empleados para la fusión de metales no férreos, hasta</p><p>los 80 Tm (temperatura de fusión) que tienen los mayores empleados para la</p><p>fusión.</p><p>15</p><p>Materiales que se pueden fundir</p><p>Se utilizan en la producción de cobre, estaño, latón bronce y aluminio. Ya que este</p><p>tipo de horno tambien utiliza bajos puntos de fusión se pueden tratar metales</p><p>férreos y no férreos. Funciona tambien para el tratamiento y creación de</p><p>hormigones y cementos. Este horno tambien puede utilizarse para la tostación de</p><p>minerales o realizar el proceso de recalentamiento.</p><p>Tipos de hornos</p><p>Los hornos de reverbero pueden ser de dos tipos: aquellos que son calentados</p><p>mediante resistencia eléctrica y los que utilizan combustible para ser calentados.</p><p>- Los hornos de reverbero de resistencia eléctrica: la energía necesaria para la</p><p>fusión se obtiene por efecto Joule en las resistencias acomodadas en la bóveda</p><p>del horno, predominando asi, la radiación como mecanismo de transferencia de</p><p>calor, estas se fabrican a base de aleaciones refractarias. Estos hornos se utilizan</p><p>exclusivamente para las aleaciones cuya temperatura de fusión sea inferior a</p><p>1000°C. Los hornos de reverbero de alta capacidad de producción generalmente</p><p>superan las 25 toneladas, con un consumo de energía próxima a los 0.5 Kilowatts</p><p>por cada kilogramo producido.</p><p>- Los hornos de reverbero por calentado con combustible: producen en calor que</p><p>necesitan a través de uno o varios quemadores, alimentados por combustible</p><p>líquido o gaseoso, cuya llama incide directa o indirectamente sobre la carga</p><p>metálica.</p><p>16</p><p>Típicamente los hornos de reverbero calentados por combustible poseen una</p><p>puerta a través de la cual, se realiza la carga del horno, y otra, por donde se hace</p><p>el escorificado del mismo; poseen además una chimenea por lo cual salen los</p><p>productos de los gases de combustión, en donde se pierde una parte importante</p><p>del calor, motive por el que estos hornos poseen un bajo rendimiento energético</p><p>no superando frecuentemente un (25 o 30%) máximo. La capacidad de estos</p><p>hornos oscila entre 5 y 60 toneladas.</p><p>Diseño y construcción</p><p>El diseño y construcción de un horno de reverbero dependerá de las necesidades</p><p>y el uso que se le proporcionará. Contar con un buen diseño permitirá mejorar las</p><p>características de calentamiento del horno y obtención del material fundido en un</p><p>tiempo reducido, lo que permite un ahorro en los costos de operación.</p><p>Un horno de reverbero cuenta con 4 partes principales que se deben incluir en la</p><p>construcción de este las cuales son: el hogar, la cámara de trabajo, la bóveda y la</p><p>evacuación de gases que tienen componentes propios:</p><p>Hogar:</p><p>- Rejilla: en la que se colocan los combustibles sólidos como el carbón o</p><p>madera. Esta rejilla está ausente si se utilizan combustibles gaseosos o</p><p>líquidos.</p><p>- Cenicero: situado debajo de la rejilla para recoger las cenizas.</p><p>- Tronera: abertura provista de una puerta que permite depositar el combustible</p><p>en la rejilla.</p><p>Cámara de trabajo:</p><p>- Altar: a veces denominado puente o altar mayor.</p><p>- Solera: la parte inferior del horno.</p><p>- Puerta o hueco: provista de un portillo desmontable, permite la introducción de</p><p>materiales metálicos. Tambien permite intervenir sobre los materiales.</p><p>Bóveda:</p><p>- La bóveda recubre el hogar y la cámara de trabajo, y su forma cóncava facilita</p><p>que la radiación infrarroja se transmita desde el primero hacia la segunda.</p><p>Evacuación de gases:</p><p>- Rampa: conducción ubicada inmediatamente después de la cámara de trabajo</p><p>que permite la circulación de gases.</p><p>- Compuerta: una especie de válvula que en ocasiones equipa la rampa,</p><p>permitiendo asi regular el caudal del gas circulante.</p><p>- Chimenea: permite la evacuación de los gases. Sus dimensiones son sumamente</p><p>importantes ya que condicionan el tiro. Dado que en la mayoría de los hornos de</p><p>17</p><p>reverbero generalmente no están equipados con un ventilador, el tiro de la</p><p>chimenea es el que determina la eficiencia de estos. Cada horno tiene su propia</p><p>chimenea, pero en un taller con varios hornos puede emplearse una sola</p><p>chimenea para todos los hornos.</p><p>Funcionamiento</p><p>Los hornos de reverbero son de poca altura y gran longitud. En uno de los</p><p>extremos se encuentra el hogar donde se quema el combustible, y en el extremo</p><p>opuesto la chimenea. Las llamas y productos de la combustión atraviesan el horno</p><p>y son dirigidos, por la bóveda de forma adecuada hacia la solera del horno, donde</p><p>está situada la carga del metal que se desea fundir. Esta carga se calienta, no</p><p>solo por su contacto sino tambien por el calor de la radiación de la bóveda del</p><p>horno de reverbero.</p><p>Aproximadamente, la superficie de la solera es una tres veces mayor que la de la</p><p>parrilla y sus dimensiones oscilan entre un ancho de 150 a 300 cm y una longitud</p><p>de 450 a 1500 cm. La primera de las tecnologías del horno de reverbero consiste</p><p>en la utilización de un quemador de baja temperatura de llama que evita</p><p>sobrecalentamientos, con lo que asegura una gran homogeneidad tanto en la</p><p>transmisión del calor como en la temperatura. La tecnología del quemador está</p><p>basada en la combustión por etapas, que como ventaja adicional reduce</p><p>enormemente las emisiones de gases.</p><p>El calor creado por la combustión pasa por encima del altar, pasa por las cámaras</p><p>de trabajo siguiendo la bóveda y luego es evacuado por la rampa y la chimenea.</p><p>18</p><p>Mantenimiento</p><p>Los mantenimientos deben ser periodicos y de manera preventiva teniendo en</p><p>cuenta los siguientes puntos:</p><p>- El diseño del horno: tiene consecuencias directas en la facilidad del</p><p>mantenimiento del mismo, por lo que debe considerarse mejoras basadas en la</p><p>optimizacion y eficiencia del horno y este debera tener un comodo acceso a todas</p><p>las areas de limpieza.</p><p>Control de temperatura: controlar la temperatura tiene una influencia directa tanto</p><p>en el aumento de la vida util y del rendimiento de la instalacion, como en la calidad</p><p>del metal. Tampoco debera prolongarse la estancia del metal liquido en el horno</p><p>una vez listo para colar o trasvasar.</p><p>- Selección de un material refractario adecuado: esto para que se mantenga estable</p><p>durante el maximo tiempo posible, protegiendo la estructura metalica del horno y</p><p>asegurando la calidad del metal en contacto con el.</p><p>5. Horno convertidor Martin Siemens</p><p>¿Qué es y para qué sirve?</p><p>19</p><p>Los hornos Martin-Siemens son hornos de reverbero y se utilizan principalmente</p><p>para la fusión y afino del acero destinado a la fabricación de lingotes. Su capacidad</p><p>puede variar entre 25 y 500 toneladas. Hace años se empleaban hornos más</p><p>pequeños, de 15 a 30 toneladas, sin embargo, existen todavía en funcionamiento</p><p>algunos hornos para fabricar piezas coladas grandes, con pesos de 50 toneladas</p><p>o más.</p><p>Este tipo de horno calentado con aceite, gas de coquería, gas de gasógenos o</p><p>una mezcla da gas de alto horno y de coquería, si se dispone de ella. Cuando se</p><p>emplea un gas de poco poder calorífico, como el gas de gasógeno o la mezcla</p><p>citada, es fundamental precalentar el gas en un regenerador. El aire se recalienta</p><p>siempre para conseguir la máxima economía térmica y lograr una elevada</p><p>temperatura de llama.</p><p>El horno Martin - Siemens es un horno de fusión de crisol, abierto, sometido al</p><p>efecto de una llama producida fuera del horno, con recuperación del calor de los</p><p>humos mediante recuperadores, con el que se consigue obtener temperaturas</p><p>más elevadas. Se carga con arrabio, procedente del alto horno. Este arrabio</p><p>contiene un 3,6% de carbono, más ciertos elementos químicos considerados</p><p>impurezas, algunos de los cuales como el fósforo o el azufre son altamente</p><p>perjudiciales para el acero, y otros como el silicio o el manganeso, no son</p><p>deseables</p><p>en las cantidades contenidas en el arrabio. Junto al arrabio se añade</p><p>chatarra que contiene óxidos de hierro (FeO), además de material fundente como</p><p>la caliza, que facilita la formación de escorias, regulando de esa forma el contenido</p><p>de azufre en la carga produciéndose acero al carbono o poco aleados.</p><p>Los hornos Martin-Siemens se utilizan para el afino de arrabios altos en fosforo.</p><p>Para fabricar aceros de calidad se emplean generalmente los hornos Martin-</p><p>Siemens con revestimiento básico, aunque aún se utilizan en algunos lugares los</p><p>con revestimiento ácido para obtener aceros de muy buena calidad partiendo de</p><p>materias primas muy selectas.</p><p>20</p><p>Materiales que se pueden fundir</p><p>El horno Martin-Siemens se utiliza para fundir y refinar el acero. Algunos</p><p>materiales que se funden en un horno Martin-Siemens incluyen:</p><p>• Hierro fundido líquido, que se transforma en acero.</p><p>• Lingotes de acero destinados a la fabricación de piezas.</p><p>• Hierro arrabio para su afinación y purificación.</p><p>Diseño y construcción</p><p>El horno propiamente dicho comprende tres partes principales: la solera,</p><p>el laboratorio y la bóveda. La solera recoge los materiales que se han de afinar y</p><p>es una especie de cubeta rectangular, cuyo fondo está inclinado hacia el agujero</p><p>decolada. El laboratorio es la parte comprendida entre la solera y la bóveda, donde</p><p>se producen las reacciones de afino. Cierto número de aberturas colocadas en la</p><p>parte anterior del horno, permiten efectuar la carga, y una de ellas está dispuesta</p><p>de modo que permite la limpieza. La bóveda es de ladrillos silíceos y su misión es</p><p>dirigir el calor por radiación sobre la solera</p><p>Las dimensiones de este horno suelen ser de unos 10m de largo por 5 m de ancho</p><p>y de una altura de 35-50 m. Son de placas de acero remachadas sobre traviesas</p><p>metálicas.</p><p>A los dos lados de la solera se encuentran los tubos que conducen el gas y el aire,</p><p>que desembocan en el laboratorio por aberturas conocidas como quemadores, a</p><p>la salida de los cuales arde el gas.</p><p>Las cámaras de recuperación colocadas debajo, y que en general son cuatro para</p><p>cada horno, calientan el aire y el gas de la combustión mediante el</p><p>aprovechamiento del calor perdido en el horno, al salir al ambiente los gases</p><p>calientes del laboratorio. Cada media hora se invierte el paso de la mezcla</p><p>gaseosa combustibles, de modo que cada pareja de cámaras actúa</p><p>alternativamente como recuperadores y precalentadores, es decir, los</p><p>precalentadores se convierten en recuperadores de calor al invertir el paso de la</p><p>mezcla gas-aire, y viceversa.</p><p>21</p><p>La particularidad del método Martin-Siemens de poder utilizar despuntes de</p><p>chatarra para fabricar acero es de gran importancia en la industria siderúrgica.</p><p>Funcionamiento</p><p>El horno Martin-Siemens se utiliza de la siguiente manera:</p><p>1. Preparación del horno: antes de comenzar la operación, se asegura de que el</p><p>horno esté limpio y en condiciones de funcionamiento adecuadas. Se verifica</p><p>el estado de los electrodos y se asegura de que estén correctamente</p><p>instalados.</p><p>2. Carga de materiales: se carga la chatarra de acero y otros materiales en el</p><p>horno a través de la puerta de carga. La chatarra puede consistir en recortes</p><p>de producción, desechos de fabricación, productos defectuosos o productos</p><p>fuera de especificación.</p><p>3. Encendido del horno: el horno Martin-Siemens es calentado con aceite, gas de</p><p>coquería, gas de gasógenos o una mezcla de gas de alto horno y de coquería,</p><p>si se dispone de ella</p><p>4. Fusión de la carga: la chatarra de acero y otros materiales se funden</p><p>gradualmente bajo la acción del calor generado.</p><p>5. Ajuste de la composición: durante el proceso de fusión, se pueden agregar</p><p>otros materiales, como ferroaleaciones y productos químicos, para ajustar la</p><p>composición química del acero fundido según los requisitos específicos.</p><p>6. Muestreo y análisis: se toman muestras del metal fundido periódicamente para</p><p>realizar análisis químicos y asegurar que la composición del acero esté dentro</p><p>de las especificaciones requeridas.</p><p>22</p><p>7. Desgasificación: para mejorar la calidad del acero, se puede realizar un</p><p>proceso de desgasificación para eliminar impurezas gaseosas, como oxígeno,</p><p>hidrógeno y nitrógeno, del metal fundido.</p><p>8. Colada del acero: una vez que el acero fundido alcanza la composición y</p><p>temperatura deseada, se procede a la colada del acero líquido en lingotes,</p><p>placas o moldes, dependiendo de la forma requerida para su posterior</p><p>procesamiento y uso.</p><p>Mantenimiento</p><p>El mantenimiento de un horno Martin-Siemens es fundamental para garantizar su</p><p>correcto funcionamiento y prolongar su vida útil. Aunque los detalles específicos</p><p>pueden variar, a continuación, se presentan algunas pautas generales para el</p><p>mantenimiento de este tipo de horno:</p><p>• Inspección regular: Realizar inspecciones periódicas para identificar posibles</p><p>problemas o desgastes en el horno.</p><p>• Limpieza: Mantener limpias las áreas internas y externas del horno para</p><p>evitar acumulación de residuos que puedan afectar su funcionamiento.</p><p>• Revisión de componentes: Verificar el estado de los componentes clave</p><p>como quemadores, refractarios, sistemas de control de temperatura, entre</p><p>otros.</p><p>• Reemplazo de piezas desgastadas: Cambiar las piezas desgastadas o</p><p>dañadas para mantener la eficiencia del horno.</p><p>• Calibración de sistemas: Asegurarse de que los sistemas de control y</p><p>medición estén calibrados correctamente para un funcionamiento preciso.</p><p>23</p><p>• Mantenimiento preventivo: Realizar mantenimiento preventivo según las</p><p>recomendaciones del fabricante para evitar averías y garantizar un</p><p>funcionamiento óptimo.</p><p>6. Horno de fragua</p><p>¿Qué es y para qué sirve?</p><p>La fragua antigua era una armazón constituida principalmente de piedras y</p><p>ladrillos formando una base en donde se pone el carbón, donde el herrero</p><p>trabajaba para fundir metales y forjar hierro. Las fraguas solían instalarse en</p><p>pequeños espacios dentro de las viviendas o fuera de ellas, donde los materiales</p><p>que se tenían que contar eran: pinzas, tijeras, martillo, punzones, yunque,</p><p>tenazas, carbón y otros materiales para trabajar el metal.</p><p>Una fragua es un fogón que se utiliza principalmente para el proceso de forja de</p><p>metales. Generalmente es una estructura de ladrillo o piedra, cubierta de rejillas</p><p>en la cual se aviva el fuego pasando una corriente de aire horizontal por medio de</p><p>un fuelle manual o mecánico; tambien el termino fragua proviene del latín y</p><p>significa fabricación.</p><p>Entonces, una fragua es simplemente un horno abierto rodeado por piedras y</p><p>barro por la cual se inyecta un flujo de aire por medio de un fuelle hecho de cuero</p><p>y tablas en su interior para reducir el tiempo de calentamiento y aumentar la</p><p>temperatura para forjar metales en el taller de un herrero.</p><p>24</p><p>Materiales que se pueden fundir</p><p>Generalmente por ser un proceso muy antiguo ha sido implementado para el</p><p>tratamiento de hierro y el acero, pero el correcto tratamiento de estos metales</p><p>dependerá del calentamiento que se logre implementar con la fragua ya sea de</p><p>manera artesanal o con gas propano.</p><p>Tipos de hornos</p><p>En un principio, la fragua era una artesanía local; es decir, su diseño y</p><p>construcción dependían del herrero, ya que se basaba en los trabajos que el</p><p>herrero podía elaborar. Actualmente con el desarrollo tecnológico, la constante</p><p>búsqueda de encontrar una fragua más eficiente, ecológica y fácil transportación,</p><p>la fragua artesanal se ha rediseñado para obtener una fragua a gas más</p><p>compacta, de fácil encendido y ecológica.</p><p>Fragua artesanal: es típicamente fabricada con una plancha metálica, que sirve</p><p>de bandeja, se recubre con arcilla refractaria mezclada con arena y aserrín, o en</p><p>base de ladrillo refractario para evitar que la bandeja se deteriore.</p><p>Fragua a gas: se</p><p>acciona comúnmente con gas propano, se utilizan para calentar</p><p>el hierro hasta que este sea maleable y poderlo moldear para conseguir la forma</p><p>deseada. La fragua metálica está construida con una armadura metálica que</p><p>aguante los ladrillos refractarios, ligeros en las paredes y pesados en la base. En</p><p>algunos casos el interior esta recubierto con fibra o revestimiento de cemento</p><p>refractario.</p><p>25</p><p>Diseño y construcción</p><p>El proceso de diseño y construcción de una fragua tanto artesanalmente como a</p><p>gas debe considerar diversas variables como la temperatura del metal base, la</p><p>velocidad de calentamiento, el tamaño del metal, dimensión de las piezas y la</p><p>seguridad para el herrero.</p><p>Cuando se está construyendo un espacio de fragua a gas debe considerarse</p><p>principalmente lo siguiente:</p><p>- El tubo del quemador no deberá sobresalir en la cámara de combustión para</p><p>evitar el calentamiento.</p><p>- El quemador deberá estar soldado en la parte superior sin huecos ni poros.</p><p>- La llama debe poseer una distancia mínima de 13 cm para que no se generen</p><p>puntos fríos.</p><p>- El sistema completo debe tener un proceso de curación durante 15 dias</p><p>evitando cambios de temperatura en el concreto para que este no se fracture,</p><p>si se usa cemento refractario.</p><p>26</p><p>Funcionamiento</p><p>El forjado es un proceso de conformación de metales por medio de deformación</p><p>plástica de un metal, ocasionada por esfuerzos impuestos sobre este, ya sea por</p><p>impacto o por presión. El forjado es el primero de los procesos de tipo de</p><p>compresión que obligan al metal a tomar cierta forma.</p><p>La forja, es un método antiguo de conformación de metales como la extrusión y la</p><p>laminación. Considerada la extrusión como el primer proceso de moldeo de</p><p>metales para piezas elaboradas por un herrero el cual es un proceso que puede</p><p>ser realizado en caliente o frio, en el cual la deformación se produce por cargar</p><p>repetidas (martillazos) sobre una superficie plana de acero.</p><p>Una de las principales ventajas es que no produce arranque de viruta, con lo que</p><p>se genera un ahorro en el material en relación con otros procesos, como el</p><p>maquinado</p><p>27</p><p>Mantenimiento</p><p>El mantenimiento protege y alarga la vida útil del equipo, además mantiene un</p><p>funcionamiento adecuado durante su servicio.</p><p>Para el caso de la fragua a gas, el mantenimiento generalmente es rutinario y</p><p>visual. Se recomienda una inspección después de cada fragua para descartar</p><p>cualquier daño a los materiales al momento de la operación. Limpiar la boquilla</p><p>del quemador con una escobilla de metal para limpiar cualquier desperdicio o</p><p>rebaba que haya quedado adherida a las paredes de los ladrillos adyacentes a</p><p>este y después del uso limpiar con un trapo la parte exterior de la fragua para</p><p>quitar restos de grasas y otros líquidos que podrían dañar la estructura.</p><p>7. Horno de Arco eléctrico</p><p>¿Qué es y para qué sirve?</p><p>El horno de arco eléctrico emplea energía eléctrica para fundir la chatarra de</p><p>acero. Entre la materia prima y los electrodos se genera un arco eléctrico cuyo</p><p>calor desprendido funde la chatarra. El horno se compone de tres partes (solera,</p><p>cuba y bóveda) y puede inclinarse hidráulicamente. Estas tres partes están</p><p>revestidas en su anterior material refractario. Además, los muros exteriores de la</p><p>solera, la cuba y la bóveda poseen una estructura de acero que normalmente ésta</p><p>refrigerada por agua. Justo al lado del horno de arco eléctrico se sitúa un</p><p>transformador especial de potencia, por lo general refrigerado por aceite y alojado</p><p>en una carcasa por su protección. El conjunto se completa con una unidad</p><p>hidráulica para el movimiento de los electrodos y el mecanismo de la elevación de</p><p>la bóveda, un sistema de refrigeración de agua, uno de aire comprimido, otro de</p><p>extracción de los gases resultantes y un carro de transporte de cucharas.</p><p>28</p><p>La capacidad del horno eléctrico de arco puede ir de unas pocas hasta 300</p><p>toneladas, pero lo habitual es una capacidad de entre 60 y 150 toneladas, con un</p><p>tamaño de cuba de 5 a 8 metros.</p><p>Materiales que se pueden fundir</p><p>Los hornos de arco eléctrico son ampliamente usados hoy en día para fusión de</p><p>todo tipo de metales, desde el reciclaje de chatarras hasta la fabricación de</p><p>complejas ferroaleaciones. Siempre que el material dispuesto en el hogar del</p><p>horno sea conductor, un horno de arco eléctrico podrá fundirlo. Las principales</p><p>aleaciones que se dan son: bromo, wolframio, molibdeno, cobre y níquel.</p><p>Tipos de hornos</p><p>Hay dos tipos de hornos de arco eléctrico: horno de arco eléctrico de corriente</p><p>continua [DC-EAF] y hornos de arco eléctrico de corriente alterna [AC-EAF].</p><p>El horno de arco eléctrico CC tiene un electrodo de grafito en la parte superior del</p><p>horno. El arco es estable y concentrado. Tiene las características de buena</p><p>agitación en la piscina profunda y una distribución uniforme de la temperatura en</p><p>el horno, y mejora la eficiencia de fusión. El horno de arco de CC se caracteriza</p><p>típicamente por un electrodo de grafito en la parte superior del horno como el</p><p>cátodo y un ánodo conectado al fondo del horno. Esto requiere que el fondo del</p><p>horno sea conductor tales como: materiales refractarios conductores, electrodos</p><p>de varillas de acero, electrodos de chapa de acero, entre otros.</p><p>Los hornos de arco eléctrico AC tienen una alta eficiencia de producción, la pared</p><p>del horno se pierde lentamente y se reduce el tiempo de fusión, además de tener</p><p>una alta eficiencia térmica. En los hornos AC se implementan sistemas de</p><p>29</p><p>refrigeración de las paredes del horno con agua, cubiertas de horno refrigeradas</p><p>por agua y tecnología de fundición de escoria de espuma de arco largo.</p><p>Diseño y construcción</p><p>El diseño y construcción del horno de arco eléctrico en corriente continua se</p><p>realiza teniendo en cuenta los parámetros eléctricos y mecánicos que se requieren</p><p>en este tipo de aplicación. Inicialmente se recopila la información de los diferentes</p><p>tipos de hornos eléctricos. Luego se hace un estudio de los principios básicos,</p><p>analizando el arco eléctrico tanto en corriente alterna como en corriente continua.</p><p>Posteriormente se diseñan y seleccionan las partes eléctricas y mecánicas. Para</p><p>el diseño de la parte mecánica se tiene en cuenta las temperaturas de fusión del</p><p>material, y la del exterior del horno con el fin de concentrar el calor necesario. Se</p><p>seleccionan los materiales refractarios para cumplir con los requerimientos y con</p><p>todos estos elementos se construye el horno en tres partes que son: tapa, cuerpo</p><p>y el fondo.</p><p>Funcionamiento</p><p>1. La chatarra se transporta hasta el horno en cestas que se abren por la zona</p><p>inferior. Las cestas incluyen, además, los fundentes y agentes carbonosos.</p><p>2. En el momento en que la chatarra se ha cargado en el horno, se procede a un</p><p>precalentamiento de estas con la ayuda de quemadores de gas natural.</p><p>3. Se bajan los electrodos del horno y se conectan a la corriente para iniciar la</p><p>fusión.</p><p>4. Cuando se ha completado esta parte de la fusión, se libera el espacio del horno</p><p>y se añade nueva chatarra.</p><p>5. El proceso de fundición se completa con la oxidación de impurezas con el fin</p><p>de eliminarlas, ayudado por la inyección de oxígeno. Se lleva a cabo mediante</p><p>30</p><p>la formación de una costra de óxidos, que evita las pérdidas de energía y</p><p>protege al acero líquido.</p><p>6. La costra se retira posteriormente en forma de escoria que es aprovechado en</p><p>otras aplicaciones.</p><p>7. Seguidamente el acero pasa a un horno más pequeño, en el cual se ajusta la</p><p>composición de los múltiples aleantes que determinaran los distintos tipos de</p><p>acero.</p><p>Con los pasos anteriores se obtiene el acero en bruto, el cual debe ser afinado</p><p>aún más en el proceso conocido como metalurgia secundaria que consta de las</p><p>siguientes fases:</p><p>1. Ajuste de la composición: se añaden los elementos de aleación necesarios:</p><p>cromo, bromo, wolframio, molibdeno, cobre, níquel, cobalto,</p><p>plomo,</p><p>manganeso, etc.) para que la composición sea la especificada, a la vez se</p><p>inyecta un gas inerte para homogeneizar el baño.</p><p>2. Desulfuración: el azufre confiere gran fragilidad al hacer; para eliminarlo se</p><p>añade un agente desulfurante mientras se sopla un gas inerte.</p><p>3. Eliminación de gases: la presencia de gases puede dar lugar a sopladuras o</p><p>huecos en la masa; para extraerlos se introducen en la cuchara una campana</p><p>conectada al vacío.</p><p>Mantenimiento</p><p>El mantenimiento de los hornos de arco electrico es fundamental para su correcto</p><p>funcionamiento y para que brinde las condiciones adecuadas para realizar el</p><p>trabajo de fundicion optimamente. Los mantenimientos deberán reaizarse de</p><p>manera preventiva cada 12 semanas.</p><p>- En el sistema electrico deben tomarse en cuenta las calibraciones de las</p><p>aperturas de boveda, cambios de cables electricos, cambios de lanza de</p><p>medicion de parametros quimicos.</p><p>- En los sistemas de refrigeración deben realizarse cambios de mangueras de</p><p>refrigeracion de boveda, cambio de manguera de cable colgante y el cambio</p><p>de mangera de la refrigeración en la puerta.</p><p>8. Alto horno</p><p>¿Qué es y para qué sirve?</p><p>Un alto horno es un horno especial en el que tienen lugar la fusión de los minerales de</p><p>hierro y la transformación química en un metal rico en hierro llamado arrabio. Está</p><p>constituido por dos troncos en forma de cono unidos por sus bases mayores. Mide de 20</p><p>31</p><p>a 30 metros de alto y de 4 a 9 metros de diámetro; su capacidad de producción puede</p><p>variar entre 500 y 1500 toneladas diarias.</p><p>En un horno alto, el combustible, el mineral y el fundente (caliza) se introducen de manera</p><p>continua por la parte superior del horno, a la vez que una fuerte corriente de aire caliente</p><p>(a veces enriquecido con oxígeno) se inyecta en la parte inferior del horno a través de</p><p>una serie de tuberías llamadas toberas; de esta forma, las reacciones químicas tienen</p><p>lugar por todo el horno a medida que el material se mueve en sentido descendente.</p><p>La función del alto horno es eliminar el oxígeno del mineral de hierro para obtener como</p><p>producto final el llamada arrabio, una aleación de hierro y carbono aún en estado líquido,</p><p>que por lo general contiene entre un 3,5 y un 4,5% de carbono.</p><p>Materiales que se pueden fundir</p><p>El alto horno puede fundir los siguientes materiales:</p><p>• Hierro</p><p>• Oro</p><p>• Diamante</p><p>• Lingote de netherita</p><p>• Bloque de hierro</p><p>• Bloque de oro</p><p>• Bloque de diamante</p><p>• Bloque de netherita</p><p>32</p><p>Diseño y construcción</p><p>La construcción de un alto horno es un proceso complejo y requiere una combinación de</p><p>ingeniería, metalurgia y conocimientos especializados. Para ello se deben seguir los</p><p>siguientes pasos:</p><p>• Diseño y planificación: Se realiza el diseño y planificación que involucra la</p><p>selección del sitio adecuado, los materiales necesarios, los recursos humanos y</p><p>financieros, y los aspectos ambientales y de seguridad.</p><p>• Preparación del sitio: Se limpia y prepara el sitio donde se construirá el alto horno.</p><p>Esto puede implicar la nivelación del terreno y la construcción de las bases</p><p>necesarias para soportar la estructura del alto horno.</p><p>• Construcción de la estructura: La estructura del alto horno se construye utilizando</p><p>materiales resistentes al calor, como ladrillos refractarios y acero. Se construyen</p><p>las paredes del alto horno en forma cilíndrica con una altura de varios metros.</p><p>• Instalación del revestimiento refractario: En el interior del alto horno, se instala un</p><p>revestimiento refractario para proteger las paredes del calor extremo generado</p><p>durante el proceso de fundición.</p><p>• Instalación de sistemas de alimentación: Se instalan sistemas de alimentación</p><p>para introducir el mineral de hierro, el coque y la piedra caliza en el alto horno de</p><p>manera controlada. Pueden incluir transportadores, tolvas y otros dispositivos.</p><p>• Instalación de sistemas de ventilación y control: Se instalan sistemas de</p><p>ventilación y control para regular la temperatura y la composición del gas dentro</p><p>del alto horno.</p><p>• Puesta en marcha y pruebas: Se llevan a cabo pruebas para asegurar que todos</p><p>los sistemas funcionen correctamente y que el alto horno esté listo para la</p><p>producción.</p><p>Además, para su fabricación se deben de tener en cuenta las partes de un alto horno,</p><p>las cuales son:</p><p>• Tragante: es la parte superior del horno, por donde se cargan el mineral de hierro,</p><p>los fundentes y el coque. El dispositivo de carga debe garantizar la distribución</p><p>uniforme del material y la estanqueidad, de forma que la emisión de gases sea</p><p>mínima.</p><p>33</p><p>• Cuba: Se denomina cuba al tronco de cono superior, a continuación del tragante,</p><p>y cuyo diámetro mayor se encuentra en la parte inferior. En ella se introduce la</p><p>carga. La carga la componen:</p><p>o El mineral de hierro: magnetita, limonita, siderita o hematite.</p><p>o Combustible: que generalmente es carbón de coque. El carbón de coque,</p><p>además de actuar como combustible provoca la reducción del mineral de</p><p>hierro, es decir, provoca que el metal hierro se separe del oxígeno. El</p><p>carbono, en su forma industrial de coque, se mezcla con el mineral, con</p><p>cuyo oxígeno se combina, transformándose, primero en monóxido de</p><p>carbono (CO) y luego en dióxido carbónico (CO2 ).</p><p>o Fundente: Puede ser piedra caliza o arcilla. El fundente se combina</p><p>químicamente con la ganga para formar escoria, que queda flotando</p><p>sobre el hierro líquido, por lo que se puede separar. Además, ayuda a</p><p>disminuir el punto de fusión de la mezcla.</p><p>o El mineral de hierro, el carbón de coque y los materiales fundentes se</p><p>mezclan y se tratan previamente, antes de introducirlos en el alto horno.</p><p>El resultado es un material poroso llamado sínter.</p><p>• Etalaje: Está separada de la cuba por la zona más ancha de esta última parte,</p><p>llamada vientre. El volumen del etalaje es mucho menor que el de la cuba. La</p><p>temperatura de la carga es muy alta (1500 ºC) y es aquí donde el mineral de</p><p>34</p><p>hierro comienza a transformarse en hierro. La parte final del etalaje es más</p><p>estrecha.</p><p>• Crisol: Bajo el etalaje se encuentra el crisol, donde se va depositando el</p><p>metal líquido. Por un agujero, llamado bigotera o piquera de escoria se extrae</p><p>la escoria, que se aprovecha para hacer cementos y fertilizantes. Por un</p><p>orificio practicado en la parte baja del mismo, denominada piquera de arrabio</p><p>sale el hierro líquido, llamado arrabio, el cual se conduce hasta unos</p><p>depósitos llamados cucharas.</p><p>Así pues, el producto final del alto horno se llama arrabio, también llamado hierro</p><p>colado o hierro de primera fusión.</p><p>Funcionamiento</p><p>El proceso de alto horno consta de varias etapas clave que se llevan a cabo de forma</p><p>continua. La cuales son:</p><p>• Carga: En esta etapa, se introduce el mineral de hierro en bruto, coque y piedra</p><p>caliza en el alto horno. El mineral de hierro actúa como la materia prima</p><p>principal, mientras que el coque proporciona el calor necesario para la fusión</p><p>y la piedra caliza ayuda a eliminar las impurezas.</p><p>• Reducción: El coque se quema en el horno, generando altas temperaturas que</p><p>permiten la reducción del mineral de hierro en bruto. Durante esta etapa, el</p><p>oxígeno presente en el mineral de hierro se combina con el carbono del coque,</p><p>liberando monóxido de carbono. Este monóxido de carbono actúa como un</p><p>agente reductor y ayuda a liberar el hierro del mineral.</p><p>35</p><p>• Fusión: A medida que el mineral de hierro se reduce, se fusiona y se convierte</p><p>en hierro líquido. Este hierro líquido, junto con las impurezas formadas durante</p><p>el proceso, se acumula en el fondo del alto horno y se extrae periódicamente.</p><p>• Refinación: El hierro líquido obtenido del alto horno se somete a un proceso</p><p>de refinación adicional para eliminar las impurezas restantes, como el carbono</p><p>y el azufre, y obtener el acero deseado. Este proceso</p><p>de refinación puede</p><p>incluir la adición de aleaciones específicas para mejorar las propiedades del</p><p>acero.</p><p>Productos obtenidos del alto horno:</p><p>• Humos y gases residuales: Se producen como consecuencia de la combustión</p><p>del coque y de los gases producidos en la reducción química del mineral de</p><p>hierro que, en un elevado porcentaje, se recogen en un colector situado en la</p><p>parte superior del alto horno. Estos gases son, principalmente, dióxido de</p><p>carbono, monóxido de carbono y óxidos de azufre.</p><p>• Escoria: Es un residuo metalúrgico que a veces adquiere la categoría de</p><p>subproducto, ya que se puede utilizar como material de construcción, bloques</p><p>o como aislante de la humedad y en la fabricación de cemento y vidrio.</p><p>• Fundición, hierro colado o arrabio: Es el producto propiamente aprovechable</p><p>del alto horno y está constituido por hierro con un contenido en carbono que</p><p>varía entre el 2% y el 5%. Se presenta en estado líquido a 1800ºC. En</p><p>ocasiones, a este metal se le denomina hierro de primera fusión.</p><p>36</p><p>Mantenimiento</p><p>El mantenimiento de un alto horno es crucial para garantizar su funcionamiento óptimo y</p><p>prolongar su vida útil. Algunas de las prácticas de mantenimiento recomendadas</p><p>incluyen:</p><p>• Inspección: Llevar a cabo inspecciones periódicas para identificar cualquier</p><p>desgaste, corrosión o daño en las estructuras del horno, incluyendo la carcasa, la</p><p>cuba, etc.</p><p>• Limpieza: Limpiar regularmente el horno para eliminar residuos de escoria, polvo</p><p>y otros materiales que puedan acumularse y afectar el rendimiento del horno.</p><p>• Reparación de refractarios: Los refractarios son fundamentales para mantener la</p><p>temperatura y proteger la estructura del horno. Reparar o reemplazar los</p><p>refractarios dañados para evitar fugas de calor y aumentar la eficiencia del horno.</p><p>• Monitoreo de la temperatura y presión: Instala sensores para monitorear la</p><p>temperatura y presión dentro del horno. Esto te permitirá detectar posibles</p><p>problemas antes de que se conviertan en fallas mayores.</p><p>9. Horno eléctrico</p><p>¿Qué es y para qué sirve?</p><p>Este horno está equipado por calentadores de inducción de frecuencia media, que</p><p>garantizan una efectiva fundición de diferentes tipos de metales. Una de las principales</p><p>características que presente este horno, es su compacto tamaño, y sus innumerables</p><p>aplicaciones industriales. Este tipo de horno se destaca por su capacidad de procesado</p><p>de lotes de metales, este horno es uno de los principales para la aleación de metales</p><p>como el acero y su base esencial del níquel, minerales de tierras raras, gas de protección</p><p>y refinado de metales entre otros.</p><p>Los hornos eléctricos tienen grandes ventajas para la fusión de los metales, siendo las</p><p>más destacadas las siguientes:</p><p>• Pueden obtenerse temperaturas muy elevadas hasta 3.500°C en algunos tipos de</p><p>hornos eléctricos.</p><p>• Puede controlarse la velocidad de elevación de temperatura, y mantener esta</p><p>entre límites muy precisos, con regulaciones completamente automáticas.</p><p>37</p><p>• La carga queda por completo libre de contaminación del gas combustible.</p><p>• Puede controlarse perfectamente la atmósfera en contacto con la masa fundida,</p><p>haciéndola oxidante o reductora a voluntad, e incluso en algún tipo de horno</p><p>puede operarse en vacío.</p><p>• Tienen mayor duración los revestimientos que en los demás tipos.</p><p>• Se instalan en espacio reducido.</p><p>• Su operación se realiza con mayor higiene que la de los hornos otros tipos.</p><p>Materiales que se pueden fundir</p><p>El horno de fundición eléctrico es un dispositivo que se utiliza para fundir hierro, aluminio,</p><p>minerales y otros materiales en un material líquido que se puede verter en moldes o</p><p>agregar a otros materiales diversos para crear ciertas aleaciones.</p><p>Diseño y construcción</p><p>Para la construcción de un horno eléctrico se deben de tomar en cuenta aspectos</p><p>importantes como los materiales.</p><p>• Recipiente resistente al calor: Debe ser capaz de soportar altas temperaturas para</p><p>colocar el material que se desea fundir.</p><p>38</p><p>• Elemento calefactor: esto será lo que proporcionará el calor necesario para fundir</p><p>los metales.</p><p>• Un elemento calefactor: esto será lo que proporcionará el calor necesario para</p><p>fundir los metales.</p><p>• Un controlador de temperatura: permitirá controlar la temperatura del horno de</p><p>manera precisa y segura.</p><p>• Un aislante térmico: ayudará a mantener el calor dentro del horno y evitará que se</p><p>disipe.</p><p>• Herramientas de seguridad: incluye guantes resistentes al calor, gafas de</p><p>seguridad y ropa protectora adecuada.</p><p>El procedimiento de construcción es el siguiente:</p><p>• Seleccionar un recipiente resistente al calor adecuado para realizar el horno.</p><p>• Instalar el elemento calefactor en el recipiente, asegurando de que esté</p><p>correctamente conectado.</p><p>• Instalar el controlador de temperatura en el horno.</p><p>• Añadir el aislante térmico alrededor del recipiente para ayudar a mantener el calor</p><p>dentro del horno.</p><p>• Conectar el horno a una fuente de alimentación eléctrica segura para encenderlo.</p><p>• Utilizar el controlador de temperatura para ajustar la temperatura deseada y dejar</p><p>que el horno se caliente.</p><p>• Añadir los metales que deseas fundir al recipiente y cerrar la tapa del horno.</p><p>• Monitorear de cerca la temperatura y el proceso de fundición para asegurarse de</p><p>que todo esté funcionando correctamente.</p><p>• Una vez que los metales se hayan fundido, apagar el horno, con cuidado retirar el</p><p>recipiente y dejar que se enfríe antes de manipularlo.</p><p>Funcionamiento</p><p>Un horno eléctrico para fundir metales opera mediante el uso de resistencias eléctricas</p><p>que generan calor dentro de una cámara aislada térmicamente. Estas resistencias,</p><p>diseñadas para soportar altas temperaturas, convierten la energía eléctrica en calor</p><p>intenso, lo que funde los metales colocados dentro del horno. El control preciso de la</p><p>temperatura garantiza un proceso de fundición eficiente y seguro, mientras que el</p><p>aislamiento térmico mantiene el calor dentro del horno, optimizando la fusión de los</p><p>metales y protegiendo al operador de posibles riesgos. Una vez alcanzada la temperatura</p><p>adecuada, los metales se funden y están listos para ser moldeados según las</p><p>necesidades específicas del proceso industrial.</p><p>39</p><p>Mantenimiento</p><p>El mantenimiento de un horno de fundición eléctrico es importante para garantizar el</p><p>buen funcionamiento. Por eso, se debe limpiar el horno periódicamente para eliminar</p><p>residuos que puedan acumularse, así como verificar los cables y conexiones eléctricas</p><p>para asegurarse de que estén en buenas condiciones. También se deben sustituir los</p><p>elementos calefactores cuando sea necesario. Mantener el sistema de ventilación limpio</p><p>y funcionando correctamente es crucial para una buena circulación del aire y la</p><p>eliminación de humos. Finalmente, seguir las recomendaciones del fabricante y contar</p><p>con personal capacitado para llevar a cabo el mantenimiento y las reparaciones</p><p>garantizará un funcionamiento seguro y eficiente del horno de fundición eléctrico.</p><p>10. Horno de oxígeno básico (B.O.F)</p><p>¿Qué es y para qué sirve?</p><p>El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la línea básica</p><p>y a la inyección del oxígeno. Este horno fue inventado por Sir Henrry Bessemer a</p><p>mediados de 1800. El Proceso BOF se originó en Austria en 1952, fue hecho para</p><p>convertir arrabio con bajo contenido de fosforo (0.3%) se bautizó con las iniciales LD</p><p>Lanza de Linz.</p><p>Luego la técnica se extendió para arrabios de alto fosforo, mediante la adición al chorro</p><p>de oxígeno de polvo de piedra caliza. Entonces se logró la producción de aceros con</p><p>arrabio de contenidos con alto fosforo que llegan al 2%.</p><p>40</p><p>Un esquema del convertidor BOF consiste en una olla de acero recubierta en su interior</p><p>con material refractario</p><p>del tipo básico, óxido de magnesio o algo así. A diferencia del</p><p>convertidor de Bessemer, donde se soplaba el aire por la parte inferior, en el BOF se</p><p>inyecta el oxígeno por una lanza que entra por la parte superior.</p><p>Una de las grandes ventajas que desde un principio se observó en los convertidores BOF</p><p>fue su capacidad para aceptar hasta un 20% de chatarra junto con la carga de arrabio</p><p>líquido. La diferencia de precios entre la chatarra fría y el arrabio líquido ha motivado la</p><p>búsqueda de tecnologías para incrementar lo más posible la carga de chatarra. Algunos</p><p>éxitos en esta dirección se han obtenido al adicionar al oxígeno que entra por la lanza</p><p>combustóleo y carburos de silicio y calcio.</p><p>El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la línea básica</p><p>y a la inyección del oxígeno. La carga del horno está constituida por 75% de arrabio</p><p>procedente del alto horno y el resto es chatarra y cal. La temperatura de operación del</p><p>horno es superior a los 1650°C y es considerado como el sistema más eficiente para la</p><p>producción de acero de alta calidad.</p><p>Materiales que se pueden fundir</p><p>El horno de oxígeno básico es el dispositivo para fundir metales tales como:</p><p>• Arrabio</p><p>• Chatarra</p><p>41</p><p>• Mineral de hierro</p><p>• Carbono</p><p>• Ferroaleaciones</p><p>Utilizados para producir acero de manera industrial.</p><p>Diseño y construcción</p><p>El horno de oxígeno básico es un componente fundamental en la producción de acero y</p><p>para su construcción se deben de tener en cuenta tres principales partes, las cuales</p><p>son:</p><p>• Cuba: Es un recipiente semiesférico, construido con acero de gran espesor</p><p>recubierto por un material refractario de características químicas básicas, cuya</p><p>función consiste en proteger a la cuba para prevenir que se funda y soporte las</p><p>altas temperaturas, además de servir como material de sacrificio que contribuya a</p><p>las características del metal a fundir.</p><p>• Bóveda: Es una tapa fabricada de grueso metal que permite cerrar</p><p>herméticamente la cuba así como permitir la carga de la chatarra y materiales de</p><p>fundición necesarios. Cuenta con orificios que permitan la entrada de la lanza de</p><p>oxígeno, así como la descarga de los vapores y gases no necesarios para el</p><p>proceso.</p><p>• Lanza de oxígeno: Es un tubo refrigerado por agua que se introduce en la cuba y</p><p>conduce oxígeno puro a la mezcla de chatarra y fundentes, con lo que se logra</p><p>que se oxiden las impurezas y aumenta la temperatura del proceso de fundido, lo</p><p>que reduce el tiempo y produce un acero sin tanta escoria y elementos nocivos.</p><p>Funcionamiento</p><p>El horno se inclina desde su posición vertical y se carga con chatarra de acero fría (cerca</p><p>de un 25% y luego con hierro derretido, después de ser devuelto a</p><p>suposición vertical, se hace descender hacia la carga una lanza de oxígeno</p><p>refrigerada por agua y se fuerza sobre ella un flujo de oxígeno puro a alta velocidad</p><p>durante 20 minutos. Este actúa como fuente de calor y para la oxidación de las</p><p>impurezas.</p><p>Tan pronto como el chorro de oxígeno comienza, se agrega la cal y otros materiales</p><p>fundentes. La reacción química resultante desarrolla una temperatura</p><p>aproximada de 1.650°C. El oxígeno se combina con el exceso de carbono acabando</p><p>42</p><p>como gas y se combina también con las impurezas para quemarlas rápidamente. Su</p><p>residuo es absorbido por la capa flotante de escoria.</p><p>Después de haberse completado la inyección de oxígeno, se analiza el contenido de</p><p>carbono y la composición química de diversas muestras de la masa fundida.</p><p>Cuando la composición es correcta, el horno se inclina para verter el acero fundido en</p><p>una olla de colada. Aunque se pueden producir algunos aceros de aleación con este</p><p>proceso, el ciclo de tiempo aumenta considerablemente, eliminando así su ventaja</p><p>principal. Consecuentemente, el proceso de oxígeno básico, como el del hogar abierto,</p><p>se emplea generalmente para producir altos tonelajes de acero con un alto nivel de</p><p>carbono, que son los de mayor consumo. Estos aceros con alto nivel de carbono se</p><p>utilizan para barras, perfiles y planchas gruesas y delgadas.</p><p>Mantenimiento</p><p>• Limpieza: La limpieza regular es esencial por dos motivos importantes. En primer</p><p>lugar, no eliminar las acumulaciones puede reducir la capacidad del horno y</p><p>afectar a la calidad de la masa fundida, lo que a su vez puede aumentar las tasas</p><p>de desperdicio. En segundo lugar, la acumulación repetida puede dañar el</p><p>revestimiento refractario. Esto puede dar lugar a pérdidas de calor no deseadas y</p><p>a ineficiencias en el proceso que, una vez más, pueden tener un impacto</p><p>perjudicial en la calidad de la fusión.</p><p>• Verificar la alineación: El exceso de aire es uno de los factores que más</p><p>contribuyen a aumentar el uso de energía de los hornos de fusión, a menudo</p><p>43</p><p>debido a una relación de aire-gas desequilibrada. El objetivo ideal para cualquier</p><p>fundición es asegurarse de que su gas se queme completamente sin ningún</p><p>exceso de aire. Este nivel se conoce como "relación estequiométrica de aire-gas".</p><p>Además de reducir los costes de gas, el mantenimiento de una relación</p><p>estequiométrica de aire-combustible contribuirá a reducir la oxidación del metal y</p><p>a optimizar la productividad global del horno.</p><p>• No dar oportunidad a la perdida de calor: En los hornos se escapan cantidades</p><p>considerables de calor a través de puertas mal selladas o cuando las puertas</p><p>están mal colocadas. Mantener la junta de la cuerda en las puertas de los hornos</p><p>puede parecer un detalle muy pequeño, pero incluso esto puede generar un</p><p>ahorro de energía del 1 %.</p><p>11. Horno de mufla</p><p>¿Qué es y para qué sirve?</p><p>Es un horno destinado a la cocción de materiales cerámicos y la fundición de metales. En</p><p>los laboratorios se utiliza para calcinar sustancias, secar sustancias, fundir elementos y</p><p>en los procesos de control.</p><p>Es una cámara cerrada construida con materiales refractarios. Cuenta con una puerta</p><p>por la que se accede a la cámara de cocción, en ella existe un pequeño orificio de</p><p>observación. En el techo se ubica un agujero por el que se expulsan todos los gases de</p><p>la cámara de cocción. Las paredes del horno mufla están fabricadas en placas de</p><p>materiales térmicos y aislantes.</p><p>Es utilizado cuando se requieren temperaturas superiores a los 200ºC y en su interior</p><p>solo pueden utilizarse materiales refractarios, como un crisol de porcelana, debido a las</p><p>altas temperaturas que puede alcanzar.</p><p>Existen dos principales tipos de muflas, los cuales cubren cualquier tipo de necesidad,</p><p>los cuales son: muflas de combustible y muflas eléctricas.</p><p>44</p><p>Materiales que se pueden fundir</p><p>• Metales y aleaciones metálicas: como aluminio, cobre, hierro, acero inoxidable,</p><p>bronce, entre otros.</p><p>• Cerámicos: como arcilla, porcelana, silicatos, óxidos metálicos.</p><p>• Vidrios.</p><p>• Polímeros termoplásticos.</p><p>Diseño y construcción:</p><p>• Diseñar el horno: Determinar las dimensiones internas y externas del horno, el</p><p>tipo de aislamiento térmico necesario, la ubicación de los elementos calefactores</p><p>y los controles de temperatura.</p><p>• Selección de los materiales: Se buscan los elementos calefactores adecuados</p><p>para alcanzar la temperatura requerida, como resistencias de alambre, elementos</p><p>de cerámica, etc.</p><p>• Construcción: Fabricar la estructura del horno utilizando los materiales</p><p>seleccionados, asegurando de proporcionar un buen aislamiento térmico. Iinstalar</p><p>los elementos calefactores y conectar el sistema eléctrico y los controles de</p><p>temperatura, siguiendo las instrucciones del fabricante y cumpliendo con las</p><p>normativas de seguridad eléctrica.</p><p>• Realizar pruebas: Verificar el funcionamiento para asegurar de que el horno</p><p>alcanza la temperatura deseada y mantiene una distribución uniforme del calor.</p><p>45</p><p>Funcionamiento</p><p>Estos equipos funcionan mediante la aplicación</p>