Introducción
Los hornos de inducción industrial se han convertido en una de las tecnologías más utilizadas en la fundición de metales, especialmente en la producción de acero y aleaciones de alta calidad. Gracias a su eficiencia energética, control preciso del proceso y alta tasa de recuperación de materiales, estos equipos son ampliamente adoptados en diversas industrias metalúrgicas. En este artículo, analizaremos la clasificación de los hornos de inducción sin vacío, sus métodos de fundición y sus principales diferencias frente a los hornos de arco eléctrico.
Clasificación de los hornos de inducción sin vacío
Los hornos de inducción sin vacío se pueden clasificar en tres tipos: hornos de inducción de frecuencia industrial (50-60 Hz), hornos de inducción de media frecuencia (150-2500 Hz) y hornos de inducción de alta frecuencia (105-1000 Hz).
En cuanto a su uso, los hornos de inducción de frecuencia industrial se emplean para fundir hierro fundido, mientras que los otros dos tipos se utilizan para fundir acero y aleaciones.
Los hornos de inducción de alta frecuencia están siendo sustituidos gradualmente por los de media frecuencia; en la actualidad, los de alta frecuencia se limitan a pequeños hornos de ensayo, con una capacidad inferior a 100 kg.
Los principales hornos utilizados para la fundición de acero y aleaciones son los de media frecuencia.
Métodos de fundición según el material del crisol
Los métodos de fundición por inducción de alta y media frecuencia se pueden clasificar, según las propiedades del material del crisol, en dos tipos: el método de fundición alcalina y el método de fundición ácida.
El método de fundición alcalina se subdivide a su vez en el método de fusión y el método de oxidación; mientras que la fundición ácida se limita al método de fusión, ya que el método de oxidación no puede utilizarse debido a las limitaciones de la resistencia al fuego de los crisoles ácidos.
Comparación con hornos de arco eléctrico
En comparación con la fundición en hornos de arco eléctricos convencionales, la fundición en hornos de inducción presenta las siguientes características en cuanto al proceso de fundición:
1) Capacidad de refinado
Los hornos de inducción ofrecen menos métodos de refinado que los hornos de arco. La refinación en los hornos de inducción se basa principalmente en la desoxidación por precipitación y la agitación electromagnética, mientras que los hornos de arco pueden realizar el refinado mediante ebullición oxidante, desoxidación por difusión, desoxidación por precipitación y reacción entre el acero y la escoria.
Por lo tanto, en lo que respecta a la eliminación de fósforo, azufre, hidrógeno e inclusiones no metálicas, el horno de arco es más eficaz que el horno de inducción. Sin embargo, en cuanto a la eliminación de nitrógeno, el horno de arco es menos eficaz que el horno de inducción.
Esto se debe a que el arco eléctrico ioniza las moléculas de nitrógeno de la atmósfera, formando iones de nitrógeno que son fácilmente absorbidos por el acero fundido, lo que aumenta el contenido de nitrógeno en el acero. Este fenómeno también se observa en la reducción del contenido de oxígeno.
En lo que respecta a la fundición de aleaciones de precisión y aleaciones electrotermales, la capacidad de refinado del horno de inducción es superior a la del horno de arco eléctrico.
Dado que el horno de inducción tiene una capacidad inferior para eliminar el fósforo y el azufre, es necesario controlar estrictamente el contenido de estos elementos en la materia prima, a fin de compensar la deficiencia de la capacidad de refinado para eliminarlos.
2) Control del contenido de carbono
El aumento de carbono en el acero fundido durante el proceso de fundición es reducido. La fundición por inducción se basa en el principio de la inducción electromagnética para calentar y fundir la carga del horno, a diferencia del horno de arco, que utiliza un arco eléctrico a través de electrodos de grafito para calentar y fundir la carga.
Por lo tanto, en los hornos de inducción no existe el problema del aumento de carbono en el acero fundido causado por los electrodos de grafito.
Aumento de carbono durante el proceso de fundición al producir acero inoxidable con un contenido de C ≤ 0,03 % utilizando diferentes métodos de proceso. Como se desprende de los resultados de la tabla, el valor de aumento de carbono en los hornos de inducción no al vacío es muy inferior al de los hornos de arco eléctrico cuando se funde acero inoxidable de níquel-cromo con un contenido de carbono ≤0,03 %.
Por lo tanto, es adecuado para la fundición de aceros y aleaciones con un contenido de carbono muy bajo. Esta característica resulta muy adecuada para la fundición de acero inoxidable resistente a la corrosión, en el que el carbono está presente en forma de impureza, así como de aleaciones de precisión, aleaciones para resistencia eléctrica y aleaciones de alta temperatura.
3) Tasa de recuperación de elementos de aleación
La tasa de recuperación de los elementos de aleación es relativamente alta. Durante la fundición en el horno de inducción, dado que la carga es relativamente limpia y la oxidación no es grave, junto con las características del calentamiento por inducción, la cantidad de oxidación de la carga durante el proceso de fusión disminuye, lo que mejora significativamente la tasa de recuperación.
Incluso si algunos elementos se oxidan, es posible recuperarlos mediante la desoxidación de la escoria. Debido a la alta tasa de recuperación de los elementos de aleación, resulta relativamente fácil controlar el rango de la composición química del acero fundido.
4) Efecto de la agitación electromagnética
La agitación electromagnética del acero fundido mejora las condiciones cinéticas de la reacción. En el horno de inducción, la acción de agitación de la fuerza electromagnética provoca un movimiento de circulación ascendente y descendente en el acero fundido.
Este movimiento tiene múltiples efectos en el proceso de fundición:
fomenta la homogeneización de los elementos de aleación;
uniformiza la temperatura interna del acero fundido;
favorece el proceso de transferencia de masa y acelera las reacciones químicas;
acelera la velocidad de fusión de la carga adicional.
Sin embargo, si la agitación electromagnética no se aplica adecuadamente, puede afectar a la velocidad de eliminación de las inclusiones no metálicas. Si se agita el acero fundido con demasiada intensidad sin dejar un tiempo de estabilización suficiente, esto resulta desfavorable para la eliminación de las inclusiones no metálicas.
5) Control del proceso de fundición
Las condiciones de proceso de la fundición son fáciles de controlar. Durante la fundición en un horno de inducción, resulta muy sencillo controlar la temperatura del proceso, el tiempo de refinado, el tiempo de estabilización y el grado de agitación.
Esto se debe a que la velocidad de calentamiento por inducción es alta y la temperatura se uniformiza rápidamente. El proceso de fundición permite tanto un calentamiento rápido como el mantenimiento de la temperatura, y puede prolongarse durante mucho tiempo con una potencia de mantenimiento determinada.
En resumen, es muy fácil modificar las condiciones de proceso de la fundición, pudiendo realizar ajustes en cualquier momento y lugar. Las características mencionadas de la fundición en horno de inducción son muy importantes a la hora de seleccionar los tipos de acero a fundir y de establecer el proceso de fundición.
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FAQ
¿Qué es un horno de inducción industrial?
Es un equipo que utiliza el principio de la inducción electromagnética para calentar y fundir metales de manera eficiente y controlada.
¿Qué ventajas tiene frente a un horno de arco eléctrico?
Ofrece mejor control del contenido de carbono, mayor tasa de recuperación de aleaciones y un proceso más limpio.
¿Qué tipo de metales se pueden fundir?
Principalmente acero, hierro fundido y diversas aleaciones metálicas.
¿Cuál es el tipo más utilizado?
El horno de inducción de media frecuencia es el más común en la industria actual.
