Guía Profesional para Fundir Metal en una Fundición: Técnicas, Temperaturas y Seguridad
Fundir metal es el proceso que transforma el metal de estado sólido a estado líquido. El proceso de fundición varía en tecnologías. Aquí proporcionamos una explicación de cómo fundir metal en una fundición más puntos de fusión comunes de metales y protocolo de seguridad protector.
La fundición de fundición trata principalmente con el trabajo en metal fundido para dar forma a una variedad de aplicaciones de fundición. No es exagerado apreciar que fundir metal es el corazón de la fundición.
Fundir metal es un proceso de fundición indispensable que licúa el metal sólido para verter en el molde y formar la fundición en cualquier forma. Brevemente, en su proceso de trabajo, el metal se pone en un dispositivo de fundición llamado horno y se sobrecalienta hasta un cierto punto de fusión para transformar el material metálico sólido en un estado líquido.
Hay diferentes tecnologías aplicadas en la fundición de metal, mayormente depende del tipo de horno de fundición usado. En esta publicación, le ayudamos a responder la preocupación "Cómo fundir metal" especificando las principales tecnologías de hornos de fundición en fundiciones hoy, más el punto de fusión de metales comunes así como guía sobre protección de seguridad en el proceso de fundición.
¡Quédese con nosotros y descubra el conocimiento!
¿Qué es la fundición de metal?
La fundición, también llamada fusión, es un proceso de transición que cambia el estado del material metálico de estado sólido a estado líquido proporcionando suficiente calor.
El proceso de fundición de metal afloja el empaquetado apretado de las moléculas de metal. Como resultado, la fundición da metal líquido fuera del material sólido.
El metal puro y sólido se funde a una cierta temperatura fija llamada punto de fusión, mientras que los materiales metálicos impuros, se funden a una temperatura diferente que varía dependiendo del tipo y porcentaje de impureza.
Como el corazón de la fundición, el proceso de fundición de metal proporciona fluido fundido que puede usarse para verter en el molde y solidificarse en una gama de formas según requerido. La fundición de metal es un trabajo de alto consumo de energía que representa el 55% del consumo de energía de la industria metalúrgica.
Es un paso muy crucial porque la fundición de metal no solo proporciona el material para el proceso de fundición, sino que también afecta grandemente las propiedades físicas y químicas de los productos de fundición finales.
El proceso de fundición de metal
Quienes se preguntan cómo fundir metal en fundición pueden encontrar el proceso de fundición de metal generalmente involucra estos pasos en breve:
- Decidir la proporción de mezcla del metal
- Preparar y cargar el metal
- Fundir el metal
- Refinar y tratar el metal fundido
- Transportar el metal fundido
Decidir la proporción de mezcla del metal
Cada aplicación de fundición requiere diferentes propiedades mecánicas del metal que pueden cambiarse ajustando la proporción de mezcla del metal. El fabricante de fundición de fundición tiene una fórmula para la mezcla de metal de acuerdo con la clase de material específica y requisitos.
Por ejemplo, la proporción de mezcla de material para fundición de pieza de aluminio en nuestra fundición metálica es a menudo 40% Lingote de Aluminio + 50% Chatarra de Aluminio + 10% Otros. En los cuales el 10% de otros son algunos materiales aditivos como aleaciones de Zn, Mn, Cu, Si, etc.
Preparar el metal
Los lingotes y chatarra metálica son la composición principal del material usado en el proceso de fundición tomando hasta el 80% de la proporción de mezcla.
Antes de cargar en el horno, los lingotes y chatarra metálica (latas, piezas de maquinaria chatarra, contenedores, o revestimientos) requieren ser limpiados de suciedad más precalentados y secados. Este paso es para eliminar la humedad, prevenir la posibilidad de explosión en el horno, limitar la formación de escoria, y mejorar la capacidad de fundición.
Particularmente con chatarra metálica, requiere eliminar la pintura, aceite de mecanizado, y otros contaminantes, comúnmente por proceso térmico.
Cargar y fundir el metal
El horno se carga añadiendo una fuente de combustible (carbón, gas natural, electricidad). El metal se carga continuamente en el horno en el proceso de calentamiento en lugar de por lotes para ahorrar consumo de energía y efectividad del trabajo.
El horno funciona en un entorno extremadamente duro donde el metal fundido, revestimientos del horno, gases atmosféricos, y productos de combustión de combustibles están a temperaturas muy altas que requieren estricto equipo de protección para el trabajador. El horno viene en diferentes tamaños, formas, principio de funcionamiento, y energía para que la capacidad de fundición de cada horno difiera de otros.
En un punto de fusión fijo, el metal se transforma de sólido a líquido. El punto de fusión varía de metal a metal, variando desde aproximadamente 350°C a 2000°C.
Refinar y tratar el metal fundido
Este proceso es para desgasificar el fundido, sacar el sólido indeseable, y ajustar la composición de la aleación como se espera. Materiales aditivos especialmente algunos ferrosos para aumentar las propiedades mecánicas del líquido metálico (resistencia, ductilidad, rigidez, elasticidad).
Este paso es muy crucial porque puede afectar la calidad final de la fundición.
Transportar el metal fundido
Después de fundir, el líquido fundido se transfiere del horno a la línea de moldeo por el sistema de vertido.
Tecnologías de fundición de metal
El corazón del proceso de fundición de metal depende del horno de fundición directamente involucrado y afectando la efectividad del proceso de fundición. Hay diferentes tecnologías de fundición que afectan cómo fundir metal y decididas por qué horno está en uso.
Cómo elegir un horno de fundición
El horno de fundición afecta grandemente no solo la efectividad operacional de la fundición, sino también los resultados finales de la fundición, por lo que es muy vital tomar en consideración qué tecnologías de horno deben aplicarse.
Como sabe, los hornos de fundición de metal varían en forma, geometría, combustible y capacidad.
Los siguientes factores deciden estrictamente qué horno de fundición se adapta a su operación de fundición.
- Disponibilidad de espacio: Verifique su área de producción. ¿Dónde pondrá el horno?
- Tipo de aleaciones a fundir y su punto de fusión
- Capacidad de fundición y cantidad de metal
- Eficiencia energética
- Inversión de capital
- Coste de operación
- Requisito de mantenimiento
- Emisiones y problema ambiental
Por supuesto, no hay una opción única para todos, pero los fabricantes de fundiciones de fundición tienen que considerar qué criterios son más importantes que otros. Cada fundición de fundición metálica tendrá sus propios criterios de prioridad para elegir el horno de fundición que coincida con su demanda y escala de producción.
Después de clarificar estas consideraciones, el segundo paso es seleccionar el que funcione en su fundición de fundición. Aquí enumeramos los hornos de fundición más populares en fundiciones metálicas hoy. Verifíquelo.
Tecnologías de hornos de fundición actuales y emergentes en fundición metálica
Para fundir metal en metalurgia, se usan diferentes tipos de hornos. Se clasifican según la fuente de calor, propiedades de operación, y construcción del horno.
Los hornos de crisol y cubilote son métodos de fundición tradicionales, mientras que los hornos de inducción y arco eléctrico son las tecnologías modernas avanzadas de fundición.
Horno de Crisol (Crucible Furnace)
El horno de crisol es el recipiente de fundición más antiguo, simple y original usado en fundiciones metalúrgicas. Este dispositivo de fundición básico está hecho de materiales resistentes a alta temperatura que a menudo son cerámicos o sustancias refractarias.
El horno de crisol puede venir en una taza muy pequeña que usualmente se usa para fundir joyería (oro, plata) a un contenedor más grande que se aplica para trabajo de pequeños lotes.
El combustible de calentamiento del crisol es usualmente coque, gas, aceite, o electricidad. Mientras el crisol eléctrico tiene una capacidad máxima de 2.5 ton/h, el crisol de gas o combustible líquido puede fundir hasta 4 ton/h.
El horno de crisol no es un dispositivo de eficiencia energética con más del 60% de pérdida de calor por radiación.
Este horno es adecuado para metales no ferrosos que especialmente se aplica para fundición de aluminio. Funcionan bien en cualquier aleación de aluminio. Una ventaja es que el crisol es muy fácil de operar y mantener, por lo que ahorra coste. Además, su bajo coste de capital atrae a fundiciones pequeñas a invertir su dinero.
Sin embargo, este horno solo se adapta a bajo volumen de producción y metal de bajo punto de fusión debido a su baja eficiencia energética.
Hornos Cubilote (Cupola furnaces)
El horno cubilote es considerado como una de las tecnologías de fundición más económicas. Casi todo el hierro gris hoy en día se funde por este horno.
Hablando de construcción, el cubilote puede hacerse en cualquier forma y tamaño, pero su diámetro puede variar de 0.5 a 4 m y su altura es de unos 6-11 m. El cubilote se construye como un recipiente vertical y cilíndrico, probablemente una gran chimenea.
La pared del horno cubilote usualmente es de acero y está revestida con una pared de ladrillo refractario. El fondo del horno está revestido de manera similar pero a menudo usa una mezcla de arcilla y arena ya que este revestimiento es solo temporal. Algunos cubilotes están equipados con capas de enfriamiento para mantenerlo fresco y se añade oxígeno para hacer que el coque queme más intensamente.
El combustible de calentamiento del horno cubilote es coque y algunos aditivos. Para iniciar un lote de producción, capas de coque se añaden en el horno y se encienden con una antorcha. Cuando el coque se enciende, el aire se introduce en las capas de coque a través de las ventilaciones. Madera, carbón, o gases combustibles también pueden usarse como combustible de horno.
Cuando el coque está lo suficientemente caliente, los metales sólidos se alimentan en el horno a través del agujero en la parte superior. Durante el proceso de fundición, la reacción termodinámica tiene lugar entre el combustible y el aire de entrada.
El carbono en el coque se combina con el oxígeno en el aire para crear monóxido de carbono, que continúa quemándose a dióxido de carbono. Una cierta cantidad de carbono se disuelve en las gotas de metal líquido que caen y por tanto, aumenta el contenido de carbono en el metal. Este proceso de fundición produce diferentes tipos de grados de hierro y acero.
El horno cubilote puede aplicar para fundir cualquier ferroso, mayormente usado para fundición de hierro con gran volumen. Estadísticamente, el 60% de la fundición de hierro se funde por un cubilote. Su eficiencia energética también es alta, representando aproximadamente 40-70%.
Hornos de Arco Eléctrico (Electric Arc Furnaces)
El horno de arco eléctrico (EAF) es un horno que usa la energía de un arco eléctrico para calentar y fundir el material.
Varía desde 1 tonelada (usualmente para producir hierro de colada) hasta 400 toneladas (para acero secundario). Los hornos de arco eléctrico industriales pueden alcanzar temperaturas de 1.800°C (3.272°F) mientras que los recipientes de laboratorio pueden alcanzar más de 3.000°C (5.432°F).
¿Cómo fundir metal por el horno de arco eléctrico?
En el horno de arco eléctrico, el material está en contacto directo con la electricidad del arco y la corriente eléctrica pasa a través del material. Por tanto, la fundición es más efectiva que otras tecnologías que usan calor externo.
El horno de arco eléctrico se usa a menudo para fundir acero (representa el 87%) mientras que el 13% es para fundir hierro. Pueden procesar chatarra de automóvil de acero con elementos residuales altos que no serán efectivos por fundición en cubilote.
Horno de Inducción (Induction furnace)
Un horno de inducción es un horno eléctrico que usa el principio de inducción electromagnética. ¿Cómo fundir metal por esta tecnología de fundición?
El metal se carga en el crisol que está rodeado por la bobina de alambre de cobre que lleva corriente eléctrica alterna. Una vez encendido el horno de inducción, la bobina crea un campo magnético inverso rápidamente que penetra sobre el metal. El campo magnético crea corrientes de Foucault, una corriente eléctrica circular que corre dentro del metal. Como resultado, la circulación de estas corrientes crea temperaturas muy altas que funden los metales.
La capacidad de fundición de hornos de inducción varía desde menos de 1 kg hasta 100 toneladas, comúnmente usado para fundir hierro, acero, cobre, aluminio, y metales preciosos.
Comparado con otras tecnologías de fundición de metal, la ventaja de los hornos de inducción es que es limpio, eficiente energéticamente, y fácil de controlar el proceso de fundición.
Sin embargo, el horno de inducción limita en tipos de chatarra metálica y algunos elementos de aleación podrían perderse por oxidación.
Puntos de fusión de metales
La mayoría de los metales que existen en la Tierra tienen su estado normal como sólido. Sin embargo, en industrias metalúrgicas, especialmente fundición de metal y metalurgia, el metal necesita ser licuado para producir un nuevo producto. Para licuar el metal, es necesario calentar el metal a su punto de fusión.
Por tanto, es tan importante como cómo fundir metal conocer la temperatura de fusión de las sustancias. Hace el procesamiento de fundición de metal más simple. Los expertos pueden calcular con precisión el tiempo de moldeo, fusión y congelación de productos de fundición. Esto ayuda en producción eficiente, al mismo tiempo, trae las soluciones de respaldo necesarias para su trabajo para manejar emergencias.
¿Qué es el punto de fusión?
El punto de fusión, también conocido como temperatura de licuefacción, es la temperatura a la que tiene lugar el proceso de fundición de un metal sólido. Es el punto en que el metal se transforma de la fase sólida a la fase líquida. El punto de fusión varía de metal a metal.
En la práctica, el punto de fusión se considera relativo. Es insensible a la presión. Algunas sustancias amorfas como el vidrio no tienen un punto de fusión fijo.
¿Qué metal tiene el punto de fusión más alto?
Wolframio (W), también conocido como Tungsteno, es el metal con el punto de fusión más alto (3.422°C; 6.192°F), la presión de vapor más baja (a temperaturas arriba de 1.650°C, 3.000°F) y la resistencia a la tracción más alta.
Metal más fácil de fundir
Hasta este punto, el metal con el punto de fusión más bajo es mercurio con un punto de fusión de -38,83°C. Es el único metal en la Tierra en estado líquido bajo condiciones normales, estándar de temperatura y presión químicas.
Actualmente, la aplicación principal del mercurio es para uso como termómetro, presión, manómetro, válvula de flotador, interruptor de mercurio, etc.
Punto de fusión del hierro y acero
El hierro es el metal más usado en el mundo hoy, representando el 95% de la producción total anual de metal.
El hierro puro es blando y flexible. Pero al añadir el componente de carbono a una tasa de 0,002% – 2,1%, creará una aleación de acero con dureza, ductilidad y capacidad de carga sobresalientes.
El hierro tiene un punto de fusión de 1.538°C mientras que el del acero es 1.370°C. Actualmente, el hierro y el acero son dos metales que se usan mucho en el campo de fabricación mecánica, industria automotriz, construcción naval, construcción, etc.
Punto de fusión del aluminio
El aluminio tiene un punto de fusión de 933,47 K (660,32 °C; 1.220,58 °F). El punto de fusión del aluminio no es alto comparado con otros metales.
En la tabla periódica, el aluminio se denota Al; Número atómico 13, densidad 2,9 g/cm³. El aluminio es ligero, blando, y excelente resistencia a la corrosión y buena fundibilidad. Es el metal más común en la corteza terrestre. La fundición de aluminio se usa ampliamente en detalles de máquinas, motores, y decoración urbana exterior.
| Metal | Punto de fusión (°C) | Punto de fusión (°F) |
|---|---|---|
| Aluminio | 660,32 | 1.220,58 |
| Aleación de Aluminio | 463 – 671 | 865 – 1.240 |
| Hierro, Forjado | 1.482 – 1.593 | 2.700 – 2.900 |
| Hierro, Gris Fundido | 1.127 – 1.204 | 2.060 – 2.200 |
| Hierro, Dúctil | 1.149 | 2.100 |
| Plomo | 327,5 | 621 |
| Magnesio | 650 | 1.200 |
| Acero al Carbono | 1.425 – 1.540 | 2.600 – 2.800 |
| Acero Inoxidable | 1.510 | 2.750 |
Guía de seguridad protectora en el proceso de fundición de metal
El proceso de fundición de metal diariamente tiene que lidiar con calefacción extrema (podría llegar hasta 2.000°C) que es un entorno de trabajo muy peligroso.
Se puede decir que la fundición es uno de los trabajos más peligrosos que causan accidentes inesperados en fundiciones metálicas. Lea más sobre Cómo funciona la fundición metálica.
Por tanto, para proteger la salud y la vida del trabajador y evitar pérdidas y daños a las propiedades de la fundición, hay una guía estricta que los fabricantes de fundiciones de fundición metálica tienen que tomar en consideración.
Garantizar infraestructura de la fundición
- El área de fundición debe disponerse separadamente para evitar peligro a trabajadores no autorizados
- Debe haber ventilación y el diseño del techo de la fundición debe ser alto para circulación de aire
- El horno debe garantizar calidad y seguridad cuando se usa
- Debería equiparse con sistema automático o semi-automático para verter y recargar para limitar la exposición humana y accidentes.
- Equipos a prueba de explosión e incendio deben estar siempre listos
Garantizar ropa de seguridad protectora para el trabajador
El trabajador de fundición debe estar equipado con ropa de protección completa mientras está en turno. Casco, gafas, guantes, mascarilla, ropa gruesa y zapatos son accesorios obligatorios.
Qué hacer y qué no hacer
- Poner señal de precaución para la zona de fundición
- Restringir acceso de trabajadores no autorizados a la zona de fundición
- Revisar regularmente el horno y sistema de ventilación y asegurar los ineficaces reparados inmediatamente
- Limpiar y secar material metálico antes de fundir
- Precalentar hornos y refractarios antes de usar
- Preparar Plan de Emergencia
- No permitir fumar, comer, beber en la zona de fundición
Resumen
A través del contenido anterior, hemos proporcionado una explicación detallada de Cómo fundir metal en una fundición. Esperamos que le actualice sobre algunas ideas interesantes sobre el proceso de fundición de metal.
Lea más sobre nuestro blog sobre el procedimiento de fundición en fundiciones metalúrgicas aquí.
Brevemente presentado, VIC es el fabricante de fundición metálica que se especializa en fabricar y suministrar piezas de fundición metálica al mercado mundial. Si lo necesita, contáctenos para hacer un pedido y obtener asesoramiento sobre tratamiento de fundición.
Referencia
Departamento de Energía de EE. UU. (2005). Advanced Melting Technologies: Energy Saving Concepts and Opportunities for the Metal Casting Industry. https://www.energy.gov/sites/prod/files/2013/11/f4/advancedmeltingtechnologies.pdf.
Safe Work Australia (2013). Guide to Managing Risks Associated with Foundry Work. https://www.safeworkaustralia.gov.au/system/files/documents/1702/guide-managing-risks-associated-foundry-workl.pdf
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