Antecedentes Y Actualidad Hornos

INGENIERÍA EN ENERGÍAS RENOVABLES

TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA

PROF. JOSÉ MIGUEL AGUILAR HURTADO

“ANTECEDENTES Y ACTUALIDAD DE LOS HORNOS INDUSTRIALES”

ÓSCAR TAVIZÓN CONTRERAS

GRUPO 3M

A 03 de julio de 2013

Introducción y antecedentes

Un horno es una cámara asilada térmicamente que se utiliza para calentar, cocinar o secar cualquier substancia. Los hornos más comunes son los utilizados en la cocina para la cocción de los alimentos pero también tiene un amplio uso en la industria. La energía calorífica utilizada para alimentarlos se obtiene directamente por combustión, radiación o indirectamente por medio de electricidad.

El horno tradicional era un recinto formado por una fábrica de tapial (muros compactados hechos de arcilla) o adobes. Tenían forma de pequeña bóveda sobre una base plana y una sola abertura, la entrada. Se calentaba mediante fuego de leña, que se dejaba consumir.

En la antigüedad se empezaron usar los hornos para una actividad artística milenaria que es la alfarería, que consiste en elaborar objetos de barro o arcilla. Después del modelado y otros procesos de su manufactura eran puestos en los hornos, en donde perdían la humedad química y adquirían mayor resistencia y sonoridad.

Estos hornos tenían varios propósitos esenciales para el acabado de las artesanías, entre ellos estaban el control de la temperatura, el control del tiempo de la cocción y su capacidad para mantener una atmosfera interior que determina los grados de dureza, peso, porosidad, plasticidad, resistencia al agua y a otros líquidos.

Otro de los principales usos del horno fue y es la forja, que es el proceso de conformado por deformación plástica que puede realizarse en caliente o en frio y en el que la deformación del material se produce por fuerzas de compresión. Ello quiere decir que se le puede dar forma a diversos materiales por medio del calentamiento de los mismos al adquirir mayor maleabilidad. Este es uno de los procesos de metalurgia más antiguos.

Hornos industriales

Los hornos industriales son los equipos o dispositivos utilizados en la industria, en los que se calientan los materiales y las piezas o elementos colocados en su interior por encima de la temperatura ambiente. El objeto de este calentamiento puede ser muy variado, por ejemplo:

- Alcanzar la temperatura necesaria para que se produzcan las reacciones químicas necesarias para la obtención de un determinado producto.

- Cambios de estado (Fusión de los metales y vaporización).

- Ablandar para una operación de conformado posterior.

- Tratar térmicamente para impartir determinadas propiedades.

- Recubrir las piezas con otros elementos, operación que se facilita frecuentemente operando a temperatura superior a la del ambiente (Vitrificado de los productos cerámicos).

En el trabajo de los metales, la temperatura desempeña un papel de gran importancia. Las temperaturas elevadas vuelven más blandos la mayoría de los metales, capacitándolos para las operaciones de deformación por flexión, forja, estampación, extrusión o laminación. Las temperaturas todavía más elevadas funden los metales y también eliminan la acritud de los mismos; el proceso de calentamiento de los metales con este fin, enfriando después de modo que no se produzca ninguna deformación, se conoce como recocido. La elevación de la temperatura por encima de un cierto punto crítico, seguida de un enfriamiento brusco, vuelve el acero más duro y resistente pero con una ductilidad menor. Un nuevo calentamiento a una temperatura inferior al punto crítico disminuye la dureza y aumenta la ductilidad. Se conoce como tratamiento térmico el proceso completo que tiene por objeto producir unas propiedades físicas deseadas, controlando la estructura cristalina.

Las operaciones industriales abarcan una amplia gama de temperaturas, las cuales dependen del material a calentar y también del objeto del proceso de calentamiento y de las operaciones subsiguientes.

Así, atendiendo al tipo de efecto que el horno produce en el producto, se pueden tener:

• Hornos para producir efectos físicos en el producto, que a su vez de pueden dividir en:

o Hornos de calentamiento

o Hornos de fusión

• Hornos para producir efectos químicos en el producto (reducción sin fusión, fusiones reductoras, etc.).

TIPOS DE HORNOS

En este apartado nombrare esencialmente los hornos de fusión de metales aunque existen otros tipos de hornos utilizados en la industria.

CUBILOTES

Los cubilotes son hornos cilíndricos verticales compuestos de una envoltura de chapa de acero dulce de 5 a 10mm de espesor, con un revestimiento interior de mampostería refractaria de unos 250mm de espesor. El horno descansa sobre cuatro columnas metálicas denominadas pies de sostén del cubilote.

El fondo de los cubilotes modernos lleva que se abren después de las coladas, para vaciar todas las escorias acumuladas allí.

En el frente y a nivel del fondo llevan los cubilotes un agujero denominado piqueta de colada, para la extracción del metal fundido. A este agujero va adosado un canal de chapa con revestimiento refractario, que conduce el metal en estado liquido a las cucharas de colada o al antecrisol.

En la parte posterior del horno hay otro agujero para la extracción de las escorias, por lo que se denomina piqueta de escoria o escorial. La piqueta de escorias esta en un plano más alto que la piqueta de colada. El volumen del metal fundido que puede contener el cubilote es el comprendido entre el plano horizontal que pasa por la piqueta de escorias y el fondo del cubilote, a cuyo nivel, como hemos dicho antes, esta la piqueta de colada. Esta parte del cubilote se denomina crisol y su volumen está calculado para que pueda contener, como máximo, dos cargas metálicas fundidas.

A unos 200mm por encima del plano de la piqueta de escorias se encuentra el plano de toberas de entrada de aire, espaciadas unas de otras regularmente en la circunferencia del cubilote y en la cantidad aproximada de una por cada 15cm del diámetro del horno. En general, el número de toberas oscila entre 4 y 8. Los cubilotes modernos llevan doble hilera de toberas con una caja especial de registro que permite enviar a una u otra hilera el aire. Así cuando se obtura alguna tobera, se envía el aire a las toberas de la otra hilera. Al quedarse sin viento la tobera se funde la escoria que la tapa y queda desobturada automáticamente.

Inmediatamente por encima del plano de toberas está situada una caja de viento que rodea el cubilote y

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