ANÁLISIS DE LA FABRICACIÓN DE PIEZAS DE ACERO, ASTM A–216, EN HORNO DE INDUCCIÓN

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En el proceso de fabricación de piezas fundidas se utilizan los siguientes equipos:

- Horno eléctrico de inducción de alta frecuencia.

- Ollas ó calderos de vaciado revestidos de material refractario y calentados a 800°C.

- Pirómetro de inmersión para medir la temperatura del acero fundido.

- Laboratorio de química disponible para el análisis cuantitativo de los aleantes del acero fundido.

- Moldes de arena sílice, con arcilla y agua como aglomerantes.

Propiedades mecánicas

El acero ASTM A – 216 tiene una resistencia a la tracción de 49.2 a 66.7 kg/mm2 (132,28 a 209,44 psi). La resistencia a la tracción es una medida de la cantidad de tensión o estiramiento que un material puede soportar antes de romperse. El acero ASTM A – 216 tiene un límite elástico de entre 25.4 kg/mm2 como mínimo y que mide la cantidad de presión que tarda el acero para deformarse radicalmente. Tiene un alargamiento de 22 a 24 %, que es la cantidad de estiramiento que el acero puede manejar antes de romperse.

Los pasos a seguir para realizar la operación de fabricación de piezas fundidas de acero ASTM A – 216 grado WCB, son:

1. Diseñar la pieza que se desea fabricar.

2. Construir un modelo, que suele ser de madera o yeso, de forma artesanal.

3. Se construye el molde con arena sílice. Si la pieza es hueca se fabrican también los machos o corazones, que son unas piezas que ocupan los huecos interiores.

4. Se llena el molde del material fundido (a este proceso se le llama colada).

5. Se procede al desmolde, es decir, extracción de la pieza del molde una vez solidificada.

6. Se enfría la pieza.

Práctica

Los hornos de inducción se emplean prácticamente con todas las aleaciones ordinarias, su temperatura máxima sólo está limitada por el refractario y la eficacia del aislamiento frente a las pérdidas del calor.

Los hornos de inducción sin núcleo se basan en la ley física según la cual los cuerpos metálicos, sometidos a la acción de un campo magnético de corriente alterna, se calientan tanto más cuanto más intenso es el campo magnético y cuanto más elevada es la frecuencia [3].

Están constituidos por una espiral cilíndrica (enfriada por circulación interior de agua) de tubo de cobre de sección rectangular o cuadrada, dentro de la cual va instalado un crisol que contiene el metal que se va a fundir.

Por efecto del campo magnético generado por la espiral se induce una corriente a la masa metálica y la energía eléctrica absorbida se transforma en calor. El crisol refractario no impide la acción del campo magnético.

Mientras que en los hornos de baja frecuencia se emplea la corriente industrial de 42 a 50 Hz, en los hornos de alta frecuencia puede variar de 500 a 3000 Hz, pudiendo llegar a 20 000 y más en pequeños hornos experimentales.

El revestimiento del horno se forma con una masa de granalla de cuarcita en diversas gradaciones de tamaño, que se hace plástica con la adición del 6 al 8 % de caolín. Se debe poner un gran cuidado al efectuar el revestimiento y el secado que le sigue, que será muy lento para evitar resquebrajaduras.

Básicamente, los hornos de inducción son equipos eléctricos que utilizan una corriente inducida para fundir la carga (material). Es decir, consisten en una unidad de potencia o inversor que inyecta corriente de frecuencia alterna y variable a una bobina, la cual contiene una sección de cobre reforzado y alta conductividad maquinada en forma helicoidal; la corriente que pasa por la bobina forma un campo electromagnético (figura 1).

La fuerza y magnitud de este campo varía en función de la potencia y corriente que pasa a través de la bobina y su número de espiras. La energía calorífica se logra por efecto la corriente alterna y el campo electromagnético que generan corrientes secundarias en la carga; el crisol es cargado con material, que puede ser chatarra, lingotes, retornos, virutas u otros. Cuando el metal es cargado en el horno, el campo electromagnético penetra la carga y le induce la corriente que lo funde; una vez la carga está fundida, el campo y la corriente inducida agitan el metal, la agitación es producto de la frecuencia suministrada por la unidad de potencia, la geometría de la bobina, densidad, permeabilidad magnética y resistencia del metal fundido [4].

Fig. 1 Horno de inducción de alta frecuencia [5].

- Paneles: Están construidos de acero resistente [pic 1]

para proteger la bobina durante la operación

de fusión.

B. Casco de protección: Sirve como una barrera

impenetrable entre el metal salpicado y la bobina.

C. Tapas aisladas que minimizan la pérdida de calor.

D. Anillo recolector de humo: Especialmente

diseñado para eliminar humo nocivo y humo

durante el ciclo de fundición.

E. Espiras macizas: Optimizan el rendimiento en

la fundición.

F. Yugos magnéticos: Reducen el calor excesivo.

G. Espacios entre las espiras: Optimizan eficiencia eléctrica

y reducen humedad.

H. Parte inferior abierta: Ayuda a reducir humedad y ventilar.

I. Bobinas de enfriamiento: Amplían la vida del recubrimiento

J. Formas refractarias.

K. Detección de fugas con polo a tierra para mayor seguridad.

L. Tubería adecuada para su aplicación.

M. Aislamiento de alta temperatura. Barrera de aislamiento eléctrico y térmico.

La práctica consiste