Entendiendo las Fundiciones: La Columna Vertebral de la Manufactura Moderna

Las fundiciones son instalaciones que producen fundiciones metálicas y ofrecen servicios relacionados con fundición

Las fundiciones son responsables de nuestro nivel de vida actual y desarrollo industrial, pero la mayoría de nosotros sabemos casi nada sobre ellas. Entonces, ¿qué es una fundición?

Definición de Fundición

En términos simplificados, una fundición es una fábrica donde se producen fundiciones fundiendo metal, vertiendo metal líquido en un molde, y luego permitiéndole solidificar. Incluso si nunca ha estado en una fundición, o incluso sabe cómo se ve una, está rodeado de fundiciones metálicas que producen. Hay una buena probabilidad de que esté leyendo esto a menos de 3 metros de una.

Las fundiciones no solo producen productos metálicos para motor, ferrocarril o componentes de tubería. También forman componentes para máquinas que se requieren para hacer muchos de los productos de consumo esenciales de los que dependemos. El 90 por ciento de todos los bienes manufacturados dependen de fundiciones metálicas.

El Proceso de Fundición

Para entender una fundición, necesita entender el proceso de fundición. Los pasos generales involucrados en fundición son modelado, moldeo, fundición, vaciado, expulsión, limpieza, rebabado e inspección.

La forma final de la fundición corresponde con el molde en el que se vierte, así que los moldes se forman cuidadosamente con un modelo —una réplica de madera o metal del objeto a fundir. El material de molde más común es arena de sílice, pero pueden producirse de varios materiales diferentes dependiendo del metal de fundición y método usado.

Un horno de fusión se "carga" con metal y se calienta por encima del punto de fusión del metal. Una vez que el metal fundido ha alcanzado una temperatura de vaciado específica, se extrae del horno a través de una boquilla en un cucharón de acero revestido de material refractario. Cualquier escoria o impureza se retira de la superficie del metal fundido. El cucharón se inclina luego para verter metal fundido en una cavidad de molde.

El molde se enfría y el metal se solidifica, luego la fundición es expulsada del molde y limpiada. La fundición limpia se termina con rebabado, un proceso que remueve material excedente de la fundición para cumplir dimensiones especificadas para el producto terminado. Dependiendo de las especificaciones de fundición, el rebabado puede ser rápido y simple, o trabajo extremadamente detallado. Las fundiciones terminadas son luego inspeccionadas por la fundición antes de ser enviadas.

Las fundiciones no solo producen fundiciones en bruto. Albergan una serie de operaciones que a menudo incluyen diseño de piezas, construcción de herramientas, prototipado, mecanizado, ensamblaje y otros servicios post-venta.

Equipamiento de Fundición

Las fundiciones modernas están altamente mecanizadas. Contienen toda la maquinaria y equipamiento usado en modelado y fabricación de núcleos, fundición y moldeo. Ese surtido incluye grandes hornos de fusión, cucharones, montacargas, grúas, transportadores y vasijas de transferencia. Todo el equipamiento de fundición está especialmente diseñado para funcionar de forma fiable en el calor de la zona de fusión.

La distinción fundamental entre fundiciones es ferrosa (hierro o acero) o no ferrosa (aluminio, latón, bronce, cobre, etc.). El tipo exacto de equipamiento está determinado por los metales con los que trabaja la fundición; los hornos de arco eléctrico son ideales para trabajar con acero, mientras que una fundición especializada en cobre es más probable que use un horno de inducción. Los hornos pueden variar en tamaño, desde equipamiento de mesa pequeño a unos que pesan varias toneladas. Las cantidades de producción pueden variar desde una fracción de onza a varias toneladas. La misma variabilidad en modelo y tamaño se extiende a máquinas de modelado y moldeo, y la mayoría del otro equipamiento de fundición.

Diseño de Fundición y Mitigación de Peligros

Una fundición es inherentemente peligrosa. Su actividad principal es fundir metal, lo que frecuentemente requiere temperaturas en exceso de 1425 °C (2600 °F). Para dar contexto a ese número, cualquier agua que entre en contacto con un horno activo se expande instantáneamente a 1600 veces su volumen original —cargar un horno con metal incluso ligeramente húmedo es suficiente para causar una explosión catastrófica de vapor.

La naturaleza violenta e impredecible de reacciones químicas a temperaturas extremadamente altas demanda procedimientos de seguridad de fundición que sean igualmente intensos. Todo sobre una fundición está diseñado para minimizar los riesgos asociados con fundir y transportar metal.

Las mismas condiciones que hacen una fusión efectiva y segura —calor sin humedad— también resultan ser condiciones perfectas para un incendio incontrolado. El diseño de fundición lidia con esto removiendo materiales inflamables y manteniendo retardante de fuego a mano en todo momento. Debido al mencionado problema de explosión de vapor, el agua no puede usarse para apagar incendios de fundición. En su lugar, los esfuerzos de lucha contra incendios se centran en sofocar las llamas con extintores industriales y arena seca.

La carga —introducir metal en el horno para fundición— es una de las operaciones más peligrosas en la fundición. Un pequeño error puede causar desde destrucción de equipamiento a lesión o fatalidad. Los fundidores aprenden durante años para desarrollar la comprensión necesaria de los metales con los que trabajan, sus temperaturas de fusión y procedimientos seguros.

No sorprendentemente, las fundiciones tienen temperaturas ambientales altas. Son lugares calurosos y sudorosos para trabajar —un hecho agravado por el hecho de que los trabajadores de fundición deben usar cascos, protección ocular, protectores faciales y ropa aluminizada gruesa. Tan intenso como el calor puede ser, los trabajadores no podrían tolerarlo en absoluto si no fuera por los techos altos. Las fundiciones están diseñadas con techo alto para permitir circulación de aire.

Después de que el metal ha sido fundido, aún necesita moverse alrededor de la fundición para verterse en moldes. Por razones obvias, se toman precauciones extremas para evitar derrames, especialmente en o cerca de trabajadores de fundición. La ruta está marcada, tan corta como posible, y libre de obstrucciones. El tráfico en el piso de la fundición es estrictamente controlado para que personal innecesario nunca esté en el camino del metal fundido durante el transporte. Ayudas mecánicas (montacargas, cucharones mecánicos) se usan para minimizar aún más la exposición humana.

Incluso con todas las medidas preventivas, los derrames aún ocurren. Para minimizar el daño cuando lo hacen, los pisos de fundición se construyen de materiales no reactivos y retardantes de llama. Tierra compactada es la más económica, y discutiblemente la más efectiva. El hormigón regular puede agrietarse con exposición al metal líquido, pero hormigones de alta temperatura clasificados para choque térmico están disponibles.

El diseño consciente de seguridad y equipamiento protector ayudan a mitigar el riesgo a trabajadores y equipamiento, pero la verdadera clave para operaciones de fundición seguras son trabajadores de fundición hábiles con excelente conciencia situacional, fuerza y resistencia.

Tendencias de la Industria de Fundición

Las fundiciones se producen en fundiciones por todo el mundo. Las condiciones varían país a país, e incluso fundición a fundición, pero la industria en su conjunto experimenta tendencias. La industria de fundición está experimentando algunos cambios importantes que afectan calidad y coste para el usuario final. Las tecnologías de fundición han avanzado a lo largo de los años, y las operaciones básicas de fundición también han evolucionado y diversificado. Las tendencias dominantes en general son escala, automatización y acabado in-situ.

Los nuevos hornos son más grandes, seguros y eficientes que generaciones previas. Esto ha permitido que la producción de la industria crezca a pesar de un número continuamente decreciente de fundiciones norteamericanas; a pesar de tener menos fundiciones que India y Japón (ver tabla), Estados Unidos tiene la segunda mayor producción global de metal fundido a 12.250.000 toneladas métricas. China supera ampliamente a toda la competencia con una producción anual de más de 44.500.000 toneladas métricas.

País	Hierro	Acero	No Ferroso	Total
China	17.000	5.000	8.000	30.000
India	-	-	-	4.700
Japón	817	75	1.193	2.085
Estados Unidos	640	360	1.001	2.001
Tabla muestra el número de fundiciones por país del Censo Anual 2013 de Producción Mundial de Fundición por Modern Casting Magazine

Hay una demanda creciente de piezas completamente terminadas y listas para instalar. Las fundiciones están cambiando para incluir más capacidad de limpieza y mecanizado.

El coste de materias primas, especialmente metales de chatarra reciclados, ha disminuido, sin embargo la industria aún lucha con márgenes debido a costes laborales que aumentan rápidamente. El aumento de costes laborales es un impulsor mayor para automatización —doblamente porque la fundición es un trabajo tan peligroso e incómodo para humanos. Un avance en automatización de fundición podría significar costes reducidos para piezas de automóvil, ruedas de tren, y cualquier otra parte fundible en masa.

Reliance Foundry se mantiene a la vanguardia de la industria de fundición para entregar fundiciones personalizadas de la más alta calidad, ofreciendo una amplia variedad de servicios de abastecimiento de fundición y fabricación metálica personalizada.

Fuentes

• American Foundry Society. "Castings in Our World".
• Modern Casting. "48th Census of World Casting Production: Steady Growth in Global Output".
• Deutsche Industriebank. "Foundry Industry 2020: Trends and Challenges".
• Safe Work Australia. "Guide to Managing Risks Associated with Foundry Work".