Un horno industrial

Un horno industrial de gas es la instalación donde se transforma la energía química de un combustible en calor que se utiliza para aumentar la temperatura de aquellos materiales depositados en su interior y así llevarles al estado necesario para posteriores procedimientos industriales.

Las partes fundamentales de un horno de gas son:

Hogar o cámara de combustión: donde se alojan los quemadores y se generan los gases de combustión. Puede coincidir con la cámara de calentamiento o ser una cámara independiente.

Cámara de calentamiento: existen distintos tipos, dependiendo de la forma de operación del horno y de su función.

Revestimiento aislante: recubre todas las cámaras y equipos del horno.

Chimenea y tubos de escape de gases de combustión: Suelen ir acoplados a intercambiadores para aprovechamiento de la energía calorífica que poseen, previo a la emisión a la atmósfera.

1.2 Clasificación de Hornos de Gas según su función

1) Hornos de Fusión

Su función es la de fundir los materiales. Hay varios subtipos:

a. Hornos de Crisol

• El material se funde en un crisol metálico o cerámico.

• Los gases salen de la parte inferior y lamen exteriormente el crisol para expulsarse por la parte superior o boca de carga.

b. Hornos de Reverbero

• La carga está en contacto directo con los humos pero no con el combustible.

• Su forma es de cuba rectangular con cámara de combustión separada o quemadores laterales. Los humos se desplazan hacia el otro extremo calentando la carga por convección y por radiación de las llamas y la bóveda refractaria.

c. Cubilotes para fundición

• Horno vertical cilíndrico, similar al horno alto.

• Su función es también parecida a éste, pero sólo se busca la fusión eficaz y no la reducción del mineral de hierro.

• El combustible utilizado es coque o gas natural.

2) Hornos de Recalentar

Su objetivo es el calentamiento de piezas para procesos como laminación, extrusión, forja, estampación y conformado.En todo momento se mantiene el estado sólido de las piezas, sólo buscándose su reblandecimiento.

El tipo de horno adecuado depende de factores como la forma de las piezas a calentar y la temperatura final fundamentalmente. No obstante hay muchos más parámetros que influyen en la elección del tipo de horno, como por ejemplo, si el horno debe operar en continuo o discontinuamente.

Los tipos más importantes son:

• Hornos Pit o de Fosa. Cámara rectangular donde se colocan las piezas a calentar verticalmente y por la parte superior.

• Hornos de Mufla. Es una caja con puerta en cuyo interior se alojan los quemadores. La solera puede ser cerámica o metálica.

• Hornos de Campana. El material se carga y el horno propiamente dicho se eleva con grúas y se coloca cubriendo la carga.

• Hornos de Empujadora. Se emplea para calentar piezas de acero de forma continua. Las piezas son empujadas por una máquina desde la parte frontal.

• Hornos de Viga Galopante. Son muy parecidos a los de empujadora, pero con ventajas respecto a estos.

• Hornos de Vagonetas. Túnel cuya solera se compone de carros unidos entre sí que avanzan de forma semicontinua.

• Horno de solera giratoria. La cámara forma un túnel circular al que acceden los productos de combustión.

• Hornos Especiales. Responden a necesidades puntuales y específicas y su precio es muy elevado. Como ejemplo están los equipos de calentamiento por plasma, que pueden alcanzar temperaturas de 50.000 ºC o incluso de varios millones de grados, en equipos de fusión nuclear.

3) Hornos de Tratamiento Térmico

Su función es la de inferir una propiedad al material. Algunos de los tratamientos existentes son:

• Recocido, normalizado, temple, revenido, homogeneizado, solubilización, maduración o envejecimiento, etc.

• Cementación, carbonitruración, nitruración, cianuración, descarburación, etc.

• Recubrimiento por galvanización, estañado, esmaltado, etc.

2.1 Combustión

La combustión es el proceso mediante el cual un combustible orgánico se oxida para generar CO2 (cuando la combustión es completa) y agua, liberándose grandes cantidades de energía. Esta energía es la que es cedida al material a calentar en los hornos de gas, produciendo su calentamiento.

Los combustibles utilizados en hornos suelen ser combustibles fósiles o gases generados como subproducto de otros procesos (gas de agua).

2.2 Combustibles Gaseosos

Los combustibles gaseosos empleados en los quemadores son los listados en la siguiente tabla, siendo los más empleados el gas natural y el propano comercial.

El gas natural se compone principalmente de metano con pequeñas cantidades de etano y otros hidrocarburos. Carece prácticamente de gas incombustible y residuos sólidos. Su poder calorífico oscila entre 8000 kcal/Nm3 y 10.500 kcal/Nm3

El propano comercial está compuesto en su mayoría por propano con pequeñas cantidades de etano y butano. Se obtiene de las primeras fracciones de destilación del petróleo y es fácilmente licuable para su almacenamiento en botellas a presión.

3.1 Quemadores y Equipos de Combustión en el Hogar

Los quemadores se alojan en el hogar aislado térmicamente.

Las funciones básicas que desempeñan son:

• Introducir o proyectar el combustible y el aire en la cámara de combustión.

• Dirigir el desarrollo de la llama en el proceso de combustión.

• Facilitar la ignición continua.

La forma de la llama depende principalmente del combustible y de la potencia del quemador y resulta determinante tanto para la buena marcha operativa de un horno, como para la consecución de un rendimiento energético óptimo. Se puede modificar con:

• El grado de turbulencia. A mayor turbulencia llamas más cortas e intensas.

• La velocidad de mezcla. A mayor velocidad, llama más corta.

• El exceso de aire, que tiende a acortar la llama.

• La presión del aire de combustión, que acorta la llama y la hace más tensa.

• El grado de pulverización o atomización, en el caso de los combustibles líquidos. A mayor atomización, llama más corta.

Dependiendo del estado del combustible que se vaya a quemar y del tipo de llama que se quiera conseguir tenemos diferentes tipos de quemadores.

La utilización eficiente de los quemadores y equipos de combustión en los hornos industriales debe ser un objetivo prioritario para:

• Obtener la máxima eficiencia de la combustión.

• Operar con consumos específicos mínimos.

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