Conceptos básicos de los hornos de hogar móvil: Cómo funciona un horno de tratamiento térmico de hogar móvil
El horno de solera móvil es la herramienta fundamental para el tratamiento térmico de piezas de gran tamaño. Cuando la pieza pesa más de 10 toneladas, no cabe en un horno convencional o el tiempo de carga y descarga es crucial, el diseño de solera móvil suele ser la solución ideal. La solera móvil, revestida de material refractario y montada sobre ruedas, se desplaza fuera del horno, la carga se deposita con una grúa y la solera vuelve a entrar. Este sencillo concepto es lo que hace que los hornos de solera móvil sean indispensables para industrias como la construcción naval, el ferrocarril, la fabricación de recipientes a presión, la forja y la maquinaria pesada.
¿Qué hace diferente a un horno de hogar tipo bogie?
Un horno de caja convencional tiene un hogar fijo. Para cargarlo, el operario abre la puerta y empuja la pieza sobre raíles o la deposita con una grúa puente. Para una pieza forjada de 5 toneladas, esto funciona. Para la carcasa de un recipiente a presión de 200 toneladas, no. La carga es demasiado pesada para empujarla sobre raíles y la puerta es demasiado pequeña.
El horno de solera móvil resuelve este problema al hacer que la propia solera sea móvil. La plataforma móvil es una robusta estructura de acero con revestimiento refractario, montada sobre ruedas. Un cabrestante eléctrico, un cilindro hidráulico o un motorreductor mueven la plataforma móvil dentro y fuera del horno. Cuando la plataforma móvil está en posición, la puerta del horno se cierra y el sellado entre el marco de la puerta y el borde de la plataforma mantiene la atmósfera del horno.
Ciclo operativo típico
Un ciclo de horno de solera móvil con una carga de forja de 50 toneladas dura entre 18 y 36 horas, dependiendo del proceso de tratamiento térmico. La secuencia estándar es: carga, cierre de la puerta, purga (si se utiliza atmósfera controlada), calentamiento a una velocidad de 100 a 150 grados Celsius por hora, mantenimiento a la temperatura de reposo, enfriamiento controlado, apertura de la puerta, salida de la solera móvil y descarga.
El calentamiento es la fase más larga. En el caso de piezas forjadas gruesas, es fundamental controlar el gradiente de temperatura entre la superficie y el centro durante el calentamiento para evitar el agrietamiento por tensión térmica. Como regla general, la velocidad de calentamiento en grados Celsius por hora no debe superar 1,5 veces el espesor de la sección más gruesa en milímetros, hasta un máximo de 200 grados Celsius por hora. Por lo tanto, una pieza forjada de 200 mm de espesor se calienta a una velocidad máxima de entre 200 y 300 grados Celsius por hora, y una de 500 mm a un máximo de 150 grados Celsius por hora.
Tamaños y capacidades de los hornos
Los hornos de solera móvil varían en tamaño, desde pequeñas unidades de taller de 5 toneladas hasta enormes unidades de 500 toneladas para el tratamiento térmico de rodillos en acerías. Los diseños de hornos de solera móvil de MONTE INTELLIGENCE abarcan capacidades de 10 a 400 toneladas, con dimensiones de trabajo desde 3 m de ancho x 4 m de largo x 2 m de alto hasta 8 m de ancho x 30 m de largo x 6 m de alto.
Los hornos de solera móvil más grandes del mundo procesan rodillos de trabajo de acerías, ejes de hélices de barcos y componentes de recipientes a presión de reactores nucleares. Los hornos de 400 toneladas en las acerías suelen funcionar con gas natural y quemadores recuperativos para satisfacer las altas necesidades de calor.
Métodos de calefacción: Gas, electricidad, combustible dual.
Los hornos de hogar móvil funcionan con gas natural, electricidad o sistemas de combustible dual. Los modelos a gas utilizan quemadores recuperativos de alta velocidad que recuperan entre el 50 y el 65 por ciento del calor residual de los gases de combustión. Los modelos eléctricos emplean resistencias calefactoras de carburo de silicio o níquel-cromo, montadas en las paredes laterales, el techo y el hogar móvil.
Los sistemas de gas suelen calentar más rápido y tienen un menor costo operativo en regiones con gas natural barato. Los sistemas eléctricos ofrecen un mejor control de la atmósfera y son preferibles para procesos que requieren una uniformidad de temperatura precisa. Los sistemas de combustible dual permiten al operador alternar entre gas y electricidad según la disponibilidad y el precio.
Los diseños de hornos de solera móvil MONTE INTELLIGENCE admiten los tres métodos de calentamiento, con la disposición del quemador de gas y del elemento eléctrico optimizada para la geometría de carga y la receta del proceso específicas.
Materiales refractarios y aislantes
Los diseños modernos de hornos de solera móvil utilizan un sistema refractario en capas: una cara caliente de ladrillo de alta alúmina o módulo de fibra cerámica, respaldada por ladrillo refractario aislante y manta de fibra cerámica. El espesor total de la pared oscila entre 250 y 400 mm, lo que permite que la temperatura de la carcasa sea inferior a 60 grados Celsius a plena temperatura de funcionamiento.
Los revestimientos de módulos de fibra cerámica han sustituido en gran medida a los revestimientos de ladrillo en el techo y las paredes laterales de los nuevos hornos de solera móvil. Los módulos de fibra tienen menor masa térmica, se calientan más rápido y ofrecen mayor resistencia al choque térmico. La contrapartida es un mayor coste inicial y una vida útil más corta a temperaturas muy elevadas (superiores a 1100 grados Celsius). Para los hornos de solera móvil que operan por debajo de 950 grados Celsius, los revestimientos de módulos de fibra son la opción estándar.
Puerta y sellado
La puerta de un horno de solera móvil es el punto de sellado crítico. Los diseños de puerta incluyen elevación vertical (el más común), deslizamiento horizontal (hornos grandes) y batiente (hornos pequeños). El sellado entre la puerta y el marco suele ser una junta de cuerda de fibra cerámica comprimida por pestillos hidráulicos o mecánicos.
Una pequeña rendija en la puerta puede suponer una pérdida de entre el 5 y el 15 por ciento de la energía consumida debido a la infiltración de aire frío. Para una caldera de 1 millón de BTU por hora, esto equivale a entre 50 000 y 150 000 BTU por hora de calor residual, o entre 50 000 y 150 000 USD al año en combustible, considerando que el precio del gas natural oscila entre 8 y 10 USD por millón de BTU. Un buen sellado de la puerta se amortiza en cuestión de meses.
Control de la atmósfera
Los hornos de solera móvil utilizados para el recocido brillante, la normalización o el alivio de tensiones del acero inoxidable y el acero para herramientas funcionan con atmósferas controladas. Las opciones de atmósfera incluyen: nitrógeno (para acero inoxidable), gas endotérmico (para acero al carbono) y argón (para metales reactivos). El consumo de atmósfera en un horno de solera móvil sellado suele ser de 1 a 3 volúmenes de horno por hora a temperatura controlada.
El control de la presión del horno es fundamental. Una presión positiva de 5 a 15 Pa en el interior del horno evita la infiltración de aire. El controlador de presión modula la compuerta de escape para mantener el punto de ajuste.
Capacidades de proceso
Los hornos de solera móvil admiten una amplia gama de procesos: recocido, normalizado, alivio de tensiones, templado, tratamiento térmico de solución y envejecimiento. La temperatura máxima de funcionamiento suele oscilar entre 950 y 1100 grados Celsius para los diseños estándar, mientras que los diseños especiales de alta temperatura alcanzan los 1250 grados Celsius.
En la industria del petróleo y el gas, los hornos de solera móvil son el estándar para la normalización y el alivio de tensiones de grandes secciones de tuberías, cuerpos de válvulas y componentes de cabezales de pozo. En la industria de la energía eólica, se utilizan para el alivio de tensiones de secciones de torres y para el recocido de grandes engranajes anulares. La flexibilidad del diseño de la solera móvil la convierte en un activo a largo plazo en numerosos sectores industriales.
Trabajando con MONTE INTELLIGENCE
Para los compradores que evalúan un horno de solera móvil para un proceso específico, la ingeniería de MONTE INTELLIGENCE puede modelar la curva de calentamiento, la uniformidad de la temperatura, el consumo de energía y la selección del refractario en función de las dimensiones de la carga y la receta del proceso. Visitewww.cnlymonte.com/products-bogie-hearth-furnace.html Para especificaciones de productos y estudios de caso. Para hablar sobre un proyecto, envíe un correo electrónico a helenxu@cnlymonte.com con el asunto «Consulta sobre horno de bogie» e incluya detalles sobre las dimensiones de la carga y los requisitos del proceso.
