Este documento presenta diferentes tipos de hornos de fusión, incluyendo hornos de inducción, hornos de arco, hornos de resistencia y hornos de crisol. Describe los componentes y procesos de cada tipo de horno. También incluye información sobre parámetros como la capacidad, el consumo eléctrico y la productividad de diferentes hornos.

1. HORNOS DE FUSION

2. HORNOS DE FUSION
DE CANAL
CRISOL
INDUCCION
SIN NUCLEO
PUSH - OUT
DIRECTO
ELECTRICOS
ARCO
INDIRECTO
RESISTENCIA
CUBILOTE
(CARBÓN, LEÑA)
A COMBUSTIBLE
CRISOL
(MORGAN)
(PETRÓLEO - GAS)

3. HORNO INDUCCIÓN de CANAL

4. HORNO INDUCCIÓN SIN NUCLEO
(CORELESS)
Refractario de
trabajo
Apisonable
Piquera
Bobina
inductora
Chatarra y
Metal Líquido
Fondo refractario

5. HORNO INDUCCIÓN EXTRAIBLE
(PUSH-OUT)
Bobina de
Inducción
Crisoles sueltos
Cilindros
Hidráulicos de
elev
ación
Bobina de Inducción

6. HORNO DE ARCO DIRECTO

7. HORNO DE ARCO DIRECTO
Conexión de potencia Eléctrica
Electrodos de grafito
Piquera
Puerta de
carga y
es
coriado
Escoria
M
etal
H
orno v
olteado para colar
Cuchara
Crisol
03 ElectricArcWork_Ok.rm

8. HORNO DE ARCO INDIRECTO
Electrodos
Abertura para carga
Carcaza
Piquera

9. HORNO DE RESISTENCIA

10. HORNO DE CUBILOTE (CUPOLA)
Salida de Gases
Chimenea
Rieles del carro de
carguío
Puerta de Carga
Ladrillos Refractarios
Chatarra,
Caliza,
Coke
Puerta de carga
Ladrillos
Refractarios
Recubrimiento Refractario
Carcaza de Acero
Piso de Carga
Carga
descendiendo por
gravedad
Gases Calientes
Anillo de
Viento
Ducto de viento
Flujo de
Aire
Flujo de Aire
Zona de Fusión
Anillo de Viento
Solera
Tobera
Piquera de Fierro
Orificio de Colada del
Fierro
Cama de Coke
incandescente
Mirillas y
Toberas
Tobera
Tapón
Cama de Arena
Salida de escoria
Puerta del Fondo
Ductos de
aire a
toberas
Escoria
Metal
Solera
Tapón de
Arcilla
Arena
Salida de
Metal
Puerta del fondo para mantención

11. HORNO DE CRISOL

12. VALORES ENERGETICOS HORNOS DE
FUSION

13. CAPACIDADES HORNOS ARCO DIRECTO
Capacidades de Hornos de Arco Directo
140.0
135.0
120.0
Toneladas n
108.0
100.0
81.0
80.0
63.0
60.0
41.0
40.0
27.0
20.0
1.0
3.6
8.1
16.2
0.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
Diámetro interior de la carcaza (mt)
6.0
7.0
8.0

14. CONSUMO ELECTRICO HORNOS ARCO
DIRECTO
(KVA)
50,000
45,000
40,000
35,000
30,000
25,000
20,000
15,000
10,000
5,000
0
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
Capacidad del Horno (Ton)
120.0
140.0

15. PRODUCTIVIDAD HORNOS INDUCCION
SIN NUCLEO ( Kgs / hr )

16. CARACTERISTICAS HORNOS DE CRISOL
ALUMINIO
BRONCES
Fierro Fundido
Capacidad (Kg)
22
35
60
90
70
120
200
300
55
80
160
240
Tiempo 1ª fusión (minutos)
35
40
45
55
65
70
75
95
140
150
160
180
Tiempo fusión (minutos)
25
30
35
40
40
45
55
70
105
115
125
130
Consumo de Petróleo (lt)
6
7
12
19
12
16
27
38
68
77
95
100
Temperatura de colada (ºC)
720
1150
1400

17. ALEACIÓN
LÍQUIDA
DEBE CUMPLIR LAS SIGUIENTES CONDICIONES:
Temperatura adecuada para colar;
Composición química especificada;
No contener elementos indeseables;
Cantidad adecuada a la colada;
Disponibilidad en momento previsto.

18. 1.- TEMPERATURA ADECUADA PARA COLAR
Deberá estar claramente definida en el programa de producción y
dependerá de:
Tipo de aleación.
Espesor y tamaño de las piezas.
Cantidad de moldes por cuchara.
Tecnología disponible.
Es fundamental su control mediante pirómetros de
inmersión y su registro para ulteriores análisis de
defectos y mejoramiento de procesos.

19. 1.1.-TEMPERATURA MUY ALTA EN EL HORNO
Alto consumo energético.
Pérdidas de elementos por oxidación en horno.
Mayor gasto de refractarios en horno y cuchara.
Mayor tiempo de espera en cuchara para vaciar al
molde.
Alta probabilidad de oxidación en cuchara.
Menor control de la escoria por exceso de fluidez.

20. 1.2.- TEMPERATURA MUY BAJA EN EL HORNO
Riesgo de no tener la temperatura
adecuada en el molde, sobretodo al final
de la colada o en los últimos moldes en
caso de fundirse varios.- Esto se agrava
en caso de cuchara no suficientemente
caliente.
Mayor gasto por limpieza y mantención de
cucharas.

21. 1.3.-TEMPERATURA MUY ALTA EN EL MOLDE
Ingreso de escoria líquida al molde
Mayor probabilidad de rechupes por mayor
contracción en estado líquido.
Estructura de colada más basta, con mayores
segregaciones (variaciones de composición y
fases en la pieza)
Mayor tamaño de grano austenítico , lo que
implica mayor fragilidad.
Mayor erosión en canales y molde.
Defectos en las piezas por sinterización de la
arena, rechupes y grietas en puntos calientes,
etc.

22. 1.4.-TEMPERATURA MUY BAJA EN EL MOLDE
Pérdida total del molde y pieza por llenado
incompleto;
Defectos en las piezas por llenado incompleto,
arrugas, uniones frías, etc.

23. 2.- COMPOSICIÓN QUÍMICA ESPECIFICADA
Se logra mediante:
Selección de la chatarra.
Adición de ferro-aleaciones, cupro-aleaciones
o sales.
Adición de elementos puros.
Fundamental: Preparación de Carga con chatarra
limpia de composición lo más cercana a la final
especificada.
Controlada por Análisis Químico durante la colada y/o
en piezas fundidas.

24. PREPARACIÓN DE LA CARGA
Retornos de la misma aleación, o cercana, con el
mínimo de arena (SÍLICE → ÁCIDA ).
Chatarra limpia : Pintura, Plásticos, Gomas, Grasas,
Aceites → Humos, gases (Hidrógeno) y explosiones.
Todo debe estar libre de humedad → Hidrógeno y
explosiones.
Ordenamiento en capacho según tamaño y densidad
para optimizar marcha del horno.

25. 3.- NO CONTENER ELEMENTOS INDESEABLES
La eliminación o control bajo los máximos
permitidos de estos elementos se logra mediante:
OXIDACIÓN → elementos oxidables;
REDUCCIÓN → Oxígeno, Hidrógeno;
CAPTACIÓN por la escoria (P, S y óxidos);
BARRIDO (gases).
DILUCIÓN → Elementos valiosos.

26. ADICIONES ESPECIALES.Se agregan con variados fines:
Oxido de Sodio, Carburo de Calcio:
en la cuchara, para bajar el S en los fierros
fundidos o arrabio.
Si Ca (siliciuro de Ca)
en el horno y/o cuchara, para aceros → desoxida
y controla forma de inclusiones.
Inoculantes
en el molde, Fe Si, Ni Si, Si-Mn-Zr, Ca-Mn-Si, en
fierros fundidos, para promover la grafitización y
evitar el “blanqueado”.

27. ADICIONES ESPECIALES (Cont.)
Nodulizantes
en base a Mg, Ce, Si en los
fierros fundidos.
Se agregan en la cuchara para
cambiar la forma del grafito libre, formando
nódulos en vez de láminas y producir la
Fundición Nodular.

28. ADICIONES ESPECIALES (Cont.)
Aleaciones de Aluminio:
adiciones de < 0.2% Ti, 0.002% B, para
afinar el grano.
Al-Mg:
adiciones de C para afino de grano.
Al-Si:
adición de Na: aumenta la ductibilidad
por precipitación de Al3Si en TT.

29. ADICIONES ESPECIALES (Cont.)
Aleaciones de Mg:
adición de Zr para afino de grano.
Cuando el elemento a agregar tiene un punto de
fusión mayor que la aleación, se adiciona como
un compuesto del elemento (p. ej. Cloruro de
Titanio)

30. HORNO ARCO ELÉCTRICO
EAF = Electric Arc Furnace
Electrodos
Lanza
de grafito
Inyeccion
Carbón
Escoria
Lanza
soplado
oxígeno
Puerta
Piquera,
sangría
escoria
Metal
sangría
metal

31. TIPOS DE OPERACIÓN
Según la naturaleza química del refractario con que
esté recubierto el EAF, existen dos maneras de
operarlo:
MARCHA ÁCIDA
Refractarios y escoria de
comportamiento ácido.
MARCHA BÁSICA
Refractarios y escoria de
comportamiento básico.
Los refractarios de alta alúmina sirven para ambas
aplicaciones, pues tienen comportamiento anfótero
(los dos comportamientos)

32. MARCHA ÁCIDA
Refractarios y escorias ácidas → alto SiO2, bajo
CaO y MgO.
Fácil eliminación de gases e
inclusiones.
Refractarios
ÁCIDOS
SiO2 SILICE
Fácil control de % C.
P y S No se pueden controlar,
salvo por control de la chatarra.
Al2O3 ALUMINA
ARCILLAS
REFRACTARIAS

33. MARCHA BÁSICA
Se puede eliminar el P y S.
Refractarios y escorias básicas
→ Alto CaO y MgO.
El proceso de colada consta de
un primer período oxidante y
un segundo período de refino.
Refractarios
BÁSICOS
MgO
MAGNESITA
Cr2O3
CROMITA
Al2O3
ALUMINA
Se realiza la fusión bajo escoria básica altamente oxidante
→ elimina el P, luego se bota y se fabrica una segunda
escoria básica reductora → se elimina el S.

34. ELIMINACIÓN DEL FÓSFORO
Escorias básicas y oxidantes (alto CaO, MgO, FeO y
bajo SiO2), temperatura bajo 1.540 ºC y bajo contenido de
Silicio en el baño, según:
2P + 5FeO + 3CaO → 3CaO · P2 O 5 + 5Fe
El fosfato tricálcico (3CaO.P2O5) se va a la escoria y
forma una película líquida, la que debe ser removida fuera del
horno.
Si el contenido de FeO en la escoria es bajo y la
temperatura es alta, el Fósforo se reduce y vuelve al baño.
Si es muy elevado el contenido de CaO → Escoria
viscosa → agregar Fluorita → mejora fluidez.

35. ELIMINACIÓN DE AZUFRE
Escorias básicas y reductoras (alto CaO, MgO y
bajo FeO)
Alta temperatura
Bajo contenido de oxígeno
CaO + FeS → FeO + CaS
Este sulfuro de Calcio queda atrapado en la
escoria.

36. REVESTIMIENTO DE UN EAF
Cubierta
Electrodos de grafito
enfriada
por agua
Ladrillos de
Ladrillos
alta Alúmina
de Sílice
Ladrillos
Ladrillos
Magnesita/Cromita
de Arcilla
Ladrillos de
Ladrillos
M
agnesita
de Sílice
Apisonable alto
Mortero
de Sílice
Revestimiento Acido
Revestimiento Básico
en M
agnesita

37. ESQUEMA GENERAL ELÉCTRICA
PROCESO FUSIÓN
ENERGÍA
ENERGÍA ELÉCTRICA
OXÍGENO
AGUA
CHATARRA
FERROALEACIONES
ESCORIANTES
ALEACIÓN LÍQUIDA
Controlada en :
CANTIDAD
DISPONIBILIDAD
TEMPERATURA
COMPOSICIÓN QUÍMICA
PROCEDIMIENTOS
ADECUADOS
PERSONAL CALIFICADO
CONTROLES
PLANIFICACIÓN
MANTENCIÒN
CALOR
GASES
ESCORIA
PARTÍCULAS

38. ETAPAS DEL PROCESO
1.
2.
3.
4.
5.
Carguío
Fusión
Escoriantes
Soplado
Vaciado a Cuchara

39. 1.- CARGUÍO
Mediante un capacho con retornos, chatarra y
fundentes, cargados en forma ordenada según
tamaño y densidad para:
Asegurar rápida formación de poza líquida;
Proteger paredes y techo de radiación del
arco;
Evitar fracturas de electrodos por atrapamiento
en cavidades o impactos de trozos grandes.
Tamaño de capachos adecuado para minimizar
cantidad de recargas → menor tiempo muerto
de fusión → mayor rendimiento de horno.

40. CARGUÍO
Rotura de electrodos
Carga
inicial
Chatarra Mediana
Chatarra Delgada
Chatarra Gruesa
Recarga
Cordel

41. 2.- FUSIÓN 1
1)
2)
3)
Partida con voltaje intermedio hasta que electrodos
penetren la carga → Arco inestable con fuertes
fluctuaciones de corriente → Rápido movimiento de
electrodos.
Penetrada la carga → Aumento de voltaje → Arco
más largo (paredes y techo más protegidos de
radiación por la carga).
Al formarse la poza líquida y aumentar temperatura
de atmósfera interior → Arco largo y estable →
Mejor transferencia de energía entre electrodo y
chatarra.

42. 2.- FUSIÓN 2
4) Suficiente chatarra fundida → Repetir proceso
para recarga.
5) Con toda la chatarra fundida
•
•
Baño plano y limpio → Fuerte exposición a
radiación de techo y paredes
Por ello se debe:
Reducir Voltaje
Fabricar Escoria Protectora
Control de temperatura.
Control de Composición Química.
6) La protección de la escoria optimiza
transferencia de potencia y es baño está listo
para siguiente etapa.

43. ESCORIA, SOPLADO E INYECCION
Lanza
Inyeccion
Carbón
ESCORIA
Lanza
soplado
oxígeno

44. 3.- ESCORIA
La escoria es fundamental para:
Protección de paredes y techo de la radiación del
arco.
Optimiza transferencia de energía al baño.
Permite refinar el baño al atrapar los óxidos y
sulfuros de elementos indeseables y dejarlos fuera.
Impide formación de Nitrógeno al aislar el arco del
aire.
Comportamiento químico debe ser compatible
con el del Revestimiento.

45. 4.- SOPLADO (REFINO)
REFINO: Remoción de elementos indeseables:
Fósforo, Azufre, Aluminio, Silicio, Manganeso,
Carbono, Nitrógeno, Hidrógeno.
Según Oxígeno disponible: Aire, óxidos de la
chatarra → Soplado con lanza.
El oxígeno forma óxidos de esos elementos, los
quedan atrapados en la escoria o se van en los
gases.
La oxidación aporta calor (energía) al
baño y aumenta su temperatura.

46. 5.- VACIADO
Una vez ajustada la Composición Química, dada
la temperatura de vaciado y eliminada la
escoria.
Vaciado a cuchara limpia y precalentada a la
mayor temperatura posible.
Se agrega desoxidantes → Aluminio, Si-Ca.
Escoriado y eventualmente, nueva escoria de
protección.
Metal listo para ser colado al molde.

47. PROBLEMÁTICA AMBIENTAL
En la industria de Fundición es importante
conocer los problemas ambientales que son
adyacentes en sus procesos productivos.
Estos problemas o aspectos ambientales
son importantes de controlar en cualquier
industria.
Para lograr esto es necesario conocer los
generadores de contaminación, de todo tipo
en el proceso de Fundición

48. Contaminantes.
Dentro del sector de fundiciones se pueden distinguir los siguientes problemas en
orden de mayor a menor Importancia
- Emisiones a la atmósfera
La emisión de gases y material particulado a la atmósfera puede producir
alteraciones en el suelo y la vegetación circundante, alteraciones de la
infraestructura aledaña y toxicidad en los seres humanos.
- Residuos Sólidos
Si los residuos sólidos no son dispuestos en rellenos adecuados estos pueden
afectar al suelo y a las napas subterráneas.
- Ruidos
El impacto sobre la comunidad depende de la localización de la empresa, de
la infraestructura y de las medidas que se adoptan para reducir los niveles.
- Residuos Líquidos
El efecto que producen, en forma global, pasa desapercibido debido a la
contaminación de otras fuentes

49. Fuentes de Contaminantes.

50. Contaminantes según Proceso.

51. Emisiones a la Atmósfera.
Emisiones Controladas
Se originan en focos estacionarios y pueden ser reducidas mediante
sistemas de limpieza de gases.
Emisiones Fugitivas
Se generan principalmente por que no se posee adecuados sistemas
de captación o no se encuentran en buen estado de mantención
Las emisiones del proceso de fundición en hornos son
principalmente material particulado , monóxido de carbono,
compuestos orgánicos volátiles, óxidos de azufre, óxidos
nitrosos y pequeñas cantidades de clorhidratos y fluoruros

52. Las emisiones a la atmósfera dependen
básicamente de los hornos utilizados y de los metales
que se van a fundir
Las mayores concentraciones de emisiones en
hornos ocurren cuando las tapas o puertas son abiertas
para cargar, recargar, alear, inyectar oxigeno, remover la
escoria y al colar.

53. Forma de Contaminantes
Partículas Pequeñas masas discretas, como
polvo, humos, cenizas.
Gases como combustible no quemado (humos
negros).
Partículas sólidas sobre 44 um, cae
rápidamente.
Partículas finas 2 a 44 um, se mantiene mayor
tiempo en suspensión.
Óxidos Metálicos, sub-microscópicos, aun
mayor tiempo en suspensión que los finos.

56. Residuos Sólidos.
Los principales residuos sólidos generados son
las arenas de descarte, escoria, escombros
(virutas y chatarras) y polvos retenidos en las
mangas.
Además que en la industria no-ferrosa se
pueden generar residuos peligrosos
contaminados con plomo, cobre, níquel y zinc,
provenientes principalmente de la escoria.

57. Residuos Líquidos.
Los procesos que principalmente generan estos
residuos son
Fabricación de Moldes (Aglomerantes)
Enfriamiento de moldes y piezas
Enfriamiento del horno
A menos que la empresa contenga procesos de
tratamientos térmicos o baños químicos, los riles
son de bajo grado de contaminación por lo que
simplemente se pueden arrojar al sistema de
alcantarillado

58. Contaminación Acústica.Otro tipo de contaminación son los ruidos
que se generan casi a todo lo largo del
proceso de fundición.

59. Prevención de la Contaminación.
Control de Procesos, Eficiencia y prevención de la contaminación.
Proceso de manipulación de materias primas
Clasificación de materias primas
Almacenamiento ordenado
Proceso de preparación de moldes y almas
Limpieza del Lugar
Automatización del proceso
Captación de emisiones fugitivas (sistemas colectores)
Proceso de carga del horno
Limpieza de la chatarra
Apertura del horno por cortos períodos de tiempo
Proceso de fundición y fusión de metales
Captación de Humos
Precalentamiento de la chatarra
Sistemas de recirculación de aire(hornos con proceso de combustión)
Sistemas recuperadores de calor

60. Tecnologías de Producción Limpia.
Tecnologías limpias propiamente en general.- Implementación de hornos pequeños de alta eficiencia
- Implementación de hornos de inducción
Tecnologías limpias para hornos de arco eléctrico
- Sistemas recuperadores de calor
- Atmósferas inertes
- Escorias espumosas
Tecnologías limpias para hornos con proceso de
combustión
- Cambio a gas natural
- Sistemas de recirculación de gases

61. Muchas veces no es necesario introducir nuevas
tecnologías, un sistema de gestión ambiental o un plan
minimizador de residuos pueden ser capaces de lograr
los resultados que se esperan.
Sistema de gestión ambiental (ISO 14.001)
Desarrollo de política ambiental
Planificación
Implementación y operación
Verificación y acción correctiva
Revisión de la gerencia y mejoramiento continuo
Minimización de residuos
Concientización y participación de los trabajadores
Mejora en los procedimientos de operación
Capacitación de los trabajadores
Mejoras en la programación de los procesos

62. Control de Contaminantes.
Tratamientos de efluentes líquidos
Separación de sólidos y líquidos, mediante
sedimentación o flotación
Deshidratación para reducir la humedad contenida en los
sólidos
Eliminación y Disposición de Residuos Sólidos
Reciclaje de arena, algunas escorias, montantes, canales
de alimentación y rebabas
Análisis químico para saber donde se pueden botar los
residuos o si es que necesitan algún tipo de tratamiento
Tratamientos de Gases
Absorción
Adsorción
Incineración
Condensación

63. Tratamiento Gases y particulado
Los tratamientos mas usados son los siguientes:
Absorción: mezcla gases con liquido, SO2 en este
caso para la formación de Ácido sulfúrico
Adsorción: Retención partículas, lo comúnmente
usado son filtros de carbón activado
Incineración: Quema de gases remanentes,
combustible no quemado.
Condensación: Gases clasificados y recolectados
por este mecanismo.

64. Tratamiento Material Particulado.

65. Sistemas Tratamiento de Polvos.

67. Equipos Utilizados
Ciclones y separadores
inerciales: para partículas de
tamaño medio y grueso.
Lavadores (Scrubbers): para
partículas inferiores a 5um.
Filtro de Mangas: mayor uso a
buena eficiencia y bajo costo.
Precipitadores electrostáticos:
alta eficiencia remueve partículas
1 -10 um

68. Legislación y Regulación Ambiental.
En Chile existen leyes que regulan la
industria en términos de:
Localización
Emisiones atmosféricas
Descargas Liquidas
Residuos Sólidos
Ruido
Seguridad y Salud ocupacional

69. Industria Inofensiva.
En términos ambientales, para ser una empresa
se debe:
inofensiva,
Ruidos: Cumplir con las disposiciones del Decreto 286 de
Minsal de 1994.
Radiaciones: Cumplir con las disposiciones del Decreto 133 de
Minsal de 1984.
Vibraciones: No debe ser perceptible por vecinos inmediatos.
Olores: Cumplir con las disposiciones del Decreto 144 de
Minsal de 1961 y con el Art. 17 de Resolución N⁰1215 de Minsal
1978.
Disposición de residuos sólidos: Declarar disposición de
residuos sólidos.