Si usted funde metal o mantiene un baño fundido, es probable que su operación sea única. Su combinación particular de hornos, aleaciones, prácticas de trabajo, tratamientos metalúrgicos, arreglos de vertido y productos finales no es probable que se duplique en ninguna otra instalación. Por lo tanto, la elección de un crisol que proporcione el máximo rendimiento para su operación es una tarea individualizada y compleja.
Este artículo está diseñado para servir de guía para la selección del crisol óptimo para su operación. Explica la relación entre las operaciones de fusión/retención de metales y las características específicas del crisol. Proporciona apoyo, pero no reemplaza la necesidad de que los fundidores de metales y los proveedores de crisoles trabajen en estrecha colaboración en el proceso de selección del crisol.
El crisol moderno es un material compuesto altamente heterogéneo, basado en el grafito, que depende de su composición material y del control de la alineación estructural del grafito para lograr el rendimiento requerido. Los crisoles pueden ser tan pequeños como tazas de té o pueden contener varias toneladas de metal. Pueden estar fijos en la estructura de un horno o pueden estar diseñados para ser retirados del horno para su vertido al final de cada fusión. Los crisoles se utilizan en hornos de combustible, en hornos de resistencia eléctrica, en hornos de inducción o simplemente para transferir el metal fundido. Vienen con o sin boquillas de vertido y en una amplia variedad de formas tradicionales y especializadas.
También ofrecen muchas características de rendimiento diferentes, ya que cada aplicación presenta un complejo conjunto de parámetros de temperatura, químicos y físicos que definen los límites técnicos dentro de los cuales el crisol tiene que ser diseñado para funcionar.
Entonces, ¿cómo seleccionar el crisol adecuado para su operación de entre la amplia gama de tipos y materiales de crisol que tiene a su disposición?
El mejor enfoque es comenzar con su propia evaluación detallada de sus operaciones. Debe documentar completamente y, cuando sea posible, cuantificar todos los aspectos de sus procesos de fusión, mantenimiento y manipulación de metales. Estos incluyen:
- La capacidad, dimensiones y tipo de su horno
- La aleación específica o la gama de aleaciones que funde
- Las temperaturas de fusión y/o mantenimiento que mantiene
- La tasa de cambio de temperatura que el crisol experimentará
- Cómo se carga el crisol
- Los fundentes o adiciones que se utilizan
- Los procesos de desgasificación o refinamiento
- Cómo se eliminan las escorias o la granza
- Cómo se vacía el crisol.
- Capacidad, dimensiones y tipo de horno
- Hornos alimentados por combustible
- Hornos de resistencia eléctrica
- Hornos de inducción
- Hornos de crisol extraíble
- Limitaciones de potencia del horno
- Metales que funde y/o mantiene
- Temperaturas de fusión y mantenimiento
- Tasa de cambio de temperatura
- Cómo se carga el crisol
- Fluxes y aditivos
- Desgasificación y refinado
- Evacuación de escorias
- Vaciar el horno
- Conclusión
Estas nueve categorías reflejan los factores más comunes que debe tener en cuenta a la hora de seleccionar un crisol que se ajuste a sus necesidades específicas. También debe considerar cualquier proceso o requisito adicional que pueda ser específico para sus operaciones. Un ejemplo podría ser su capacidad de tolerar o su necesidad de evitar la contaminación cruzada de aleaciones.
Mientras que usted aporta la información detallada sobre sus propias operaciones al proceso de selección del crisol, su proveedor de crisoles debe contribuir con un alto nivel de experiencia sobre los materiales, las características y el rendimiento del crisol. Para una mayor selección, busque un proveedor de crisoles capaz de ofrecer líneas de productos de crisoles superpuestos, adecuados para cada metal específico, pero que ofrezcan diferentes características operativas. Así, trabajando juntos, podrá adaptar un crisol específico a sus necesidades concretas. Lograr esta coincidencia es la clave para la seguridad, el rendimiento y la máxima vida útil del crisol.
Sin embargo, tenga en cuenta que, a nivel práctico, puede que no haya un único tipo de crisol que ofrezca el nivel más alto de todas las características deseables para su aplicación. Las características de rendimiento del crisol a menudo implican compensaciones. Por ejemplo, el crisol con la mejor conductividad térmica puede no ofrecer también la mejor protección contra el choque térmico. Por lo tanto, debe priorizar la lista de propiedades del crisol más importantes para su aplicación y revisar esas prioridades con su proveedor de crisoles.
Capacidad, dimensiones y tipo de horno
La capacidad, las dimensiones y el tipo de horno que utilice establecerán la mayoría de los detalles observables sobre su crisol. Por ejemplo, cuando conozca la capacidad de metal para la que fue diseñado su horno, sabrá qué capacidad debe proporcionar su crisol. Del mismo modo, las dimensiones del espacio para el crisol en su horno dictarán las dimensiones y la forma de su crisol. Esto también determinará si su crisol debe incluir un pico de vertido. Pero la elección de un crisol que coincida con su tipo de horno le dará muchos otros factores menos obvios a tener en cuenta.
Hornos alimentados por combustible
Los hornos alimentados por combustible incluyen hornos alimentados por gas, aceite, propano o coque. Cada uno de estos combustibles expone directamente el crisol a la fuente de calor y cada uno proporciona un nivel diferente de calor, normalmente medido en BTU. Cualquier crisol seleccionado debe ser capaz de soportar el máximo de BTU que el combustible del horno es capaz de aplicar al crisol. En los hornos de gas, aceite y propano, el crisol debe ser capaz de soportar los efectos de la llama del quemador en la base del crisol y el crisol debe ser cónico para permitir que la llama circule alrededor del crisol desde abajo hacia arriba. Esto permite un calentamiento uniforme del crisol. El material del crisol también debe ser capaz de resistir el daño por oxidación de la llama y adaptarse a la tasa de cambio térmico que experimentará el crisol.
Una buena conductividad térmica y un calentamiento uniforme son propiedades importantes del crisol para transferir el calor desde el interior del horno a través del crisol a la carga de metal. Los crisoles con un alto contenido de grafito en el aglutinante de carbono ofrecen una alta conductividad térmica para una fusión rápida en los hornos de gas.
Hornos de resistencia eléctrica
Los hornos de resistencia eléctrica proporcionan un calentamiento uniforme y completo a un crisol y son ideales para un control preciso de la temperatura en la aplicación de mantenimiento de metales. Pero son más lentos que los hornos de combustible en las aplicaciones de fusión. En consecuencia, a menudo se seleccionan crisoles energéticamente eficientes con un alto contenido de grafito en el aglutinante de carbono para proporcionar una alta conductividad térmica para una fusión más rápida en estos hornos.
Los crisoles diseñados para los hornos de resistencia eléctrica suelen tener forma de cuenca y proporcionan una distancia uniforme entre el crisol y los elementos de calentamiento del horno.
Hornos de inducción
La selección de crisoles para los hornos de inducción es una tarea más compleja. En algunas aplicaciones, como el refinado de metales preciosos, se utilizan crisoles diseñados para calentarse en los campos inductivos del horno para fundir la carga. En otras aplicaciones, se utilizan crisoles que permiten que el campo inductivo pase a través de ellos y calienten la carga metálica directamente. Por lo tanto, es importante adaptar las características eléctricas del crisol a la frecuencia de funcionamiento del horno y a la aplicación de fusión. Por ejemplo, en algunos diseños, los hornos de inducción de baja frecuencia requieren crisoles con alto contenido de carburo de silicio y en otras aplicaciones, los hornos de inducción de alta frecuencia requieren crisoles con alto contenido de arcilla. Adecuar la resistividad eléctrica de un crisol al horno de inducción es clave para evitar el sobrecalentamiento del crisol.
La mayoría de los crisoles diseñados para hornos de inducción son cilíndricos para proporcionar una distancia uniforme entre el crisol y la bobina del horno. Sin embargo, algunos hornos pequeños diseñados para crisoles extraíbles cuentan con una bobina cónica para adaptarse al perfil de los crisoles con forma de sentina.
Hornos de crisol extraíble
Todos los tipos de hornos anteriores pueden diseñarse para utilizar crisoles extraíbles. Estos crisoles se pueden cargar mientras están fuera o cuando están instalados en el horno, pero se retiran del horno para el vertido. Al igual que los crisoles utilizados sólo para la transferencia de metal, tienen forma de pantoque o de A para poder levantarlos con pinzas diseñadas para soportar adecuadamente el crisol.
Limitaciones de potencia del horno
Un último factor a tener en cuenta a la hora de documentar sus requisitos de crisol en función de las especificaciones de su horno es la disponibilidad de energía. En muchos lugares, la energía para la fusión o la retención podría no estar disponible en todo momento o podría ser prohibitiva en ciertos
momentos o en ciertos niveles. Si este es el caso en su instalación, puede ser particularmente importante seleccionar un crisol de bajo consumo.
Metales que funde y/o mantiene
Saber qué metales y aleaciones funde o mantiene le dirá mucho sobre las características que necesita en un crisol. Su catálogo detallado de los metales que pretende fundir le ayudará a establecer la temperatura máxima que el crisol debe soportar para fundir y mantener, definirá cómo el metal interactuará con el material del crisol tanto química como físicamente y será un factor clave para determinar qué características debe ofrecer su crisol óptimo. Por ejemplo, en la fusión de aleaciones a base de cobre en hornos de combustible, los crisoles de carburo de silicio formados por rodillos funcionan mejor debido a su mayor resistencia al choque térmico. En otros tipos de hornos, los crisoles se seleccionan a menudo por su alta densidad. Los crisoles menos densos y más porosos pueden permitir la erosión.
Los crisoles de grafito arcilloso y de carburo de silicio aglomerados con carbono y con cerámica se utilizan ampliamente para fundir y mantener el aluminio y las aleaciones de aluminio, el aluminio-bronce, el cobre y las aleaciones a base de cobre, el cuproníquel y las aleaciones de níquel-bronce, los metales preciosos, el zinc y el óxido de zinc. Los crisoles también se utilizan para fundir hierro fundido. En conjunto, estos metales representan un rango de temperaturas de 400°C/750°F a 1600°C/2912°F.
Aunque algunos tipos de crisoles admiten temperaturas de metales que abarcan un amplio espectro de metales, a menudo es necesario seleccionar crisoles dirigidos a metales o aleaciones específicas y con rangos de temperatura de funcionamiento más limitados. La selección de estos crisoles suele ser más ventajosa porque ofrecen características de rendimiento importantes para sus operaciones. Por ejemplo, usar un crisol capaz de fundir metales desde el hierro hasta el zinc puede no ser tan importante para su operación de fusión de aleaciones de aluminio como tener un crisol limitado al rango de temperatura que usted necesita pero capaz de resistir el daño por corrosión de sus fundentes de tratamiento de metales.
Temperaturas de fusión y mantenimiento
En general, los metales y aleaciones que usted funde o mantiene determinarán el rango de temperatura dentro del cual su crisol debe ser capaz de operar. Los crisoles nunca deben calentarse por encima de su temperatura máxima. Esto puede provocar un peligroso fallo del crisol. Sin embargo, operar por debajo del límite inferior de temperatura del crisol también puede causar problemas. Por ejemplo, los crisoles diseñados para la fusión a alta temperatura de aleaciones con base de cobre se oxidarán si se utilizan a bajas temperaturas para la fusión de zinc.
Las prácticas de fusión y mantenimiento que implican temperaturas del metal también deben tenerse en cuenta al seleccionar los crisoles. Si sus operaciones implican sobrecalentamiento, tendrá que tener en cuenta las mayores temperaturas del metal que se alcanzan.
Tasa de cambio de temperatura
La capacidad de un crisol para manejar la tasa de cambio de temperatura es tan importante como sus límites de temperatura mínima y máxima. Si sus prácticas operativas conducen a frecuentes ciclos de calentamiento y enfriamiento del crisol o lo someten a rápidos cambios de temperatura, necesitará seleccionar un crisol que sea resistente al choque térmico. Algunos tipos de crisoles soportan mejor los cambios rápidos de temperatura que otros. Por ejemplo, un alto contenido de carbono en el grafito de un crisol confiere una alta conductividad térmica y la no humectación. Y cuando ese grafito forma una matriz orientada direccionalmente, el crisol también proporciona una alta resistencia al choque térmico. Esto es fundamental para las aplicaciones de fundición en las que las temperaturas pueden variar varios cientos de grados en segundos. Su proveedor de crisoles puede aconsejarle qué crisoles proporcionan la mejor resistencia al choque térmico para su aplicación.
Cómo se carga el crisol
Si su horno se carga siempre con metal fundido, probablemente no necesite un crisol diseñado para ser altamente resistente al daño físico. Sin embargo, si los lingotes de metal u otros materiales pesados constituyen la mayor parte de su carga y no se introducen cuidadosamente en el horno a través de un sistema de carga automático, es posible que desee seleccionar un crisol que sea mecánicamente fuerte y capaz de sobrevivir a los golpes físicos. Los crisoles con un alto contenido de carbono y una estructura de grafito orientada direccionalmente proporcionan una excelente resistencia a los impactos.
También querrá un crisol con un esmalte protector duradero. Los daños en el esmalte debidos a una manipulación brusca pueden provocar daños por oxidación en el crisol. Los lingotes de aluminio extruidos a menudo tienen bordes afilados que cortan profundamente el cuerpo del crisol, lo que provoca grietas dañinas.
Fluxes y aditivos
Todos los crisoles ofrecen cierto nivel de resistencia a la corrosión y al ataque químico. Pero la mayoría de los fundentes y otros tratamientos metálicos utilizados en la fusión del aluminio y otros metales no ferrosos son altamente corrosivos y requieren un crisol que ofrezca un alto nivel de resistencia al ataque químico. Esta resistencia se consigue mejor con una estructura de material de crisol consistentemente densa y un esmalte protector duradero. Si su aplicación de fundición implica el uso de tratamientos metálicos corrosivos, sin duda querrá un crisol que ofrezca el nivel adecuado de protección contra estos agentes.
Desgasificación y refinado
La desgasificación del aluminio y de las aleaciones de aluminio suele implicar el burbujeo de gas inerte, normalmente nitrógeno, a través del baño fundido mientras se agita el baño con un rotor diseñado para romper y dispersar las burbujas de gas. Estas pequeñas burbujas sacan el hidrógeno y los óxidos indeseables del baño y los llevan, junto con la escoria y las inclusiones, a la superficie, donde el gas escapa al aire y el material sólido puede ser eliminado. Este proceso, a menudo utilizado junto con agentes fundentes, erosiona físicamente el crisol y lo ataca también químicamente. Por lo tanto, se requiere un crisol denso y mecánicamente fuerte que sea altamente resistente al ataque químico. Los crisoles de carburo de silicio ofrecen una excelente resistencia a la erosión a altas temperaturas y a la corrosión química. Además, al ser prensados isostáticamente, los crisoles forman una disposición aleatoria del grafito en su estructura. Esto contribuye a crear productos más densos que pueden sobrevivir a las condiciones erosivas y corrosivas con mayor eficacia.
Muchos procesos de refinado y tratamiento de metales utilizados con otros metales no férreos también requieren un crisol mecánicamente fuerte y químicamente resistente.
En el refinado y la fusión de metales preciosos, es especialmente importante que el crisol que se utilice proporcione un metal limpio al incorporar propiedades no humectantes. Esto significa que el crisol debe estar bien sellado contra la penetración del metal. Esta característica se imparte al tener una estructura de material de crisol denso y un esmalte protector duradero.
Evacuación de escorias
Un crisol denso y que no se humedezca también ayudará a reducir la acumulación de escorias y hará más fácil la limpieza del crisol cuando esté vacío.
Vaciar el horno
Los crisoles para fundir y mantener el metal fundido que se sumerge fuera del horno tienen que estar diseñados para facilitar el acceso al metal y con una alta eficiencia térmica. Esto permite que el horno mantenga el metal a la temperatura adecuada con un uso mínimo de combustible o energía.
Los crisoles para hornos que se inclinan para el vertido a menudo requieren boquillas de vertido integrales que proporcionen el alcance y la precisión necesarios para el vertido.
Conclusión
Con una comprensión completa y detallada de todos los aspectos de sus operaciones de fusión y/o mantenimiento de metales, usted y su proveedor de crisoles estarán bien posicionados para seleccionar un producto de crisol que cumpla con sus requisitos operativos específicos y proporcione una vida útil consistentemente más larga.