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Metal Fusion – Furnace Selection
Fusión de Metales – Selección de Hornos
Gabriel Rojo Roncaglia
President / Director
Inductotherm, S.A. de C.V.
What it is electrical induction?
¿Qué es inducción eléctrica?
• Induction starts with a coil of
conductive material (for example,
copper). As current flows through
the coil, a magnetic field in and
around the coil is produced. The
ability of the of the magnetic field
to do work depends on the coil
design as well as the amount of
current flowing through the coil.
• La inducción comienza con una
bobina de material conductivo (por
ejemplo, cobre). Como la corriente
fluye a través de la bobina, se
produce un campo magnético
dentro y alrededor de la bobina.
• The direction of the magnetic field
depends on the direction of the
current flow, so an alternating
current through the coil will result
in a magnetic field changing in
direction at the same rate as the
frequency of the alternative
current.
• La dirección del campo magnético
depende de la dirección del flujo de
la corriente, por lo que una
corriente alterna a través de la
bobina dará como resultado el
cambio de dirección del campo
magnético a la misma frecuencia de
la corriente alterna.
• When a conductive material, a
work piece, is placed in
a changing magnetic field (for
example, a field generated with
AC), a voltage will be induced in
the work piece (Faraday’s Law).
• Cuando el material conductivo de
una pieza es colocado en un campo
magnético cambiante (por
ejemplo, un campo generado por
CA), un voltaje se induce en la
pieza de trabajo (Ley de Faraday).
• The induced voltage will result in
the flow of electrons: current! The
current flowing through the work
piece will go on the opposite
direction as the current in the coil.
This means that we can control the
frequency of the current in the
work piece by controlling the
frequency of the current in the coil
• El voltaje inducido dará como
resultado el flujo de electrones:
¡corriente! de electrones. La
corriente que fluye a través de la
pieza de trabajo irá en dirección
opuesta a la corriente en la bobina.
Esto significa que podemos
controlar la frecuencia de la
corriente en la pieza de trabajo,
controlando la frecuencia de la
corriente en la bobina.
• As current flows through a
medium, there will be some
resistance to the movement of the
electrons. This resistance shows up
as heat (The Joule Heating Effect).
• Materials that are more resistant
to the flow of electrons will give off
more heat as current flows
through them, but it is certainly
possible to heat highly conductive
materials (for example, copper)
using an induced current. This
phenomenon is critical for
inductive heating.
• A medida que la corriente fluya a
través de un medio, habrá algo de
resistencia en el movimiento de los
electrones. Está resistencia se
manifiesta en forma de calor
(Efecto de calentamiento de Joule).
• Los materiales que son más
resistentes al flujo de electrones
ofrecerán mayor calentamiento
mientras fluyan a través de ellos,
pero también es posible calentar
materiales que son altamente
conductores (por ejemplo, cobre)
utilizando una corriente de
inducción. Este fenómeno es crítico
para el calentamiento por
inducción.
• What it is electrical
induction?
• ¿Qué es inducción
eléctrica?
Concept of Heating by Induction
Concepto de Calentamiento por Inducción
There are multiple
applications for induction
heating. Each one of them is
and should be selected for an
specific purpose.
Some examples of the
applications were electrical
induction can be use are:
Existen múltiples aplicaciones
para el calentamiento por
inducción. Cada una de estas
aplicaciones debe
seleccionarse para un fin
específico.
Algunos ejemplos de las
aplicaciones en donde la
inducción eléctrica puede
utilizarse son:
• Heating
• Calentamiento
• Forge
• Forja
• Welding
• Soldadura
• Air Melting
• Fusión al Aire
• Vacuum Melting
• Fusión al Vacío
Furnace selection
Selección de Hornos
The topic that we will
take care of today, during
this brief presentation, is
to provide ideas about
how to select the most
appropriate system for
melting.
El tema del cual nos
ocuparemos el día de
hoy, durante esta breve
presentación, es
proporcionar ideas sobre
cómo seleccionar el
sistema más adecuado
para la fusión.
To begin and getting
deeper into the subject,
we should know that
talking about induction
melting systems, we can
find different
classifications, some of
them are:
Para empezar y aún
profundizando más en el
tema, debemos saber
que hablando de
sistemas de fusión por
inducción, podemos
encontrarnos con
diferentes clasificaciones,
siendo algunas de ellas:
• Coreless Furnance
(Air Melting).
• Hornos sin Núcleo
(Fusión al Aire).
• Coreless Furnance
(Vacuum Melting).
• Hornos sin Núcleo
(Fusión al Vacío).
• Channel Furnance
(Drum)
• Hornos de Canal
(Tambor)
Today we will focus
on the coreless type
of furnace (Air
melting).
Hoy nos enfocaremos
en el tipo sin núcleo
(fusión por aire).
Air Melting
Fusión al Aire
Selecting an induction
melting system coreless
type, the basic questions
and where we have to
start the investigation
are:
Al seleccionar un sistema
de fusión por inducción
para un horno sin núcleo,
las preguntas básicas y
en las que debemos
iniciar nuestra
investigación son:
• Type of metals and alloys to be
melted.
• Los tipos de metales y aleaciones
que se desea fundir.
• Volume of liquid metal
which must be delivered to
the molding line, preferably
per hour.
• El volumen de metal líquido
que se deberá estar
entregando a la línea de
moldeo por unidad de
tiempo, preferentemente
por hora.
• Volume of metal required
for the largest piece,
including the casting,
feeders, and frequency of
manufacture thereof.
• El volumen de metal
requerido para la pieza de
mayor tamaño, incluyendo
coladas, alimentadores y la
frecuencia de fabricación de
las mismas.
• Volume required by
metal(s), average volume of
parts, that include the
casting and feeders,
frequency of this size of
molds.
• El volumen de metal
requerido por la(s) pieza(s)
promedio a vaciar, que
incluye la colada, los
alimentadores y la
frecuencia de este tamaño
de moldes.
• The type of metal and alloys
that are required to melt, and
how the raw materials are
charged into the furnace, will
help to define the type of
stirring required metal in the
furnace.
• El tipo de metal y aleaciones
que se requieren fundir, y cómo
la materia prima es cargada
dentro del horno, ayudarán a
determinar el tipo de agitación
que requiere el metal en el
horno.
• It’s not the same,
starting with pig iron or
ingots versus solid
scrap or chips.
• No es lo mismo,
comenzar con lingotes
de acero que con
chatarra o rebaba.
It’s not the same talk about
melting iron, high carbon, or
stainless steels.
No es lo mismo hablar de
fusión de hierros, de alto
carbón, o de aceros
inoxidables.
Metal
% Silicio
% Carbono
°C Vaciado
High Carbon Steel
Acero alto carbón
More than 0.5
Más de 0.5
Less than 0.10
Menos del 0.10
1600-1650
Stainless Steel
Acero Inoxidable
0.75
0.08
1650-1700
Gray Iron
Hierro Gris
More than 1%
Más del 1%
More than 2%
Más del 2%
1480-1550
We must have in mind
that the induction
melting systems are not
universal, they are
designed for specific
purposes.
Debemos tener muy
presente que los
sistemas de fusión por
inducción no son
universales, estos son
diseñados para fines
particulares.
By knowing the volume of
liquid metal required per
hour or unit of time, we
must make a simulation of
the complete melting cycle
to determine the power
supply required by the
system.
Remember that a melting
cycle may include:
Al conocer el volumen de
metal líquido requerido por
hora o unidad de tiempo,
debemos hacer una
simulación del ciclo
completo de fusión para
determinar la potencia
requerida por el sistema.
Recordar que un ciclo de
fusión puede incluir:
Melting Cycle
•
•
•
•
•
Melting
Slag Removal
Chemestry / Adjustments
Pouring
Recharging
Ciclo de Fusión
•
•
•
•
•
Ejemplo 1
Fusión
Retiro de escoria
Muestras / Ajustes
Vaciado
Recarga
2
3
Melting / Fusión
Slag Removal / Retiro
de Escoria
30
20
Chemestry-Adjusment
/ Muestras-Ajustes
Pouring / Vaciado
Recharching / Recarga
5
UPF = 30/60 X 100 = 50%
Melting Cycle
•
•
•
•
•
Melting
Slag Removal
Chemestry / Adjustments
Pouring
Recharging
Ciclo de Fusión
•
•
•
•
•
Ejemplo 2
Fusión
Retiro de escoria
Muestras / Ajustes
Vaciado
Recarga
3
2
Melting / Fusión
3
Slag Removal / Retiro
de Escoria
Chemestry-Adjustment
/ Muestras-Ajustes
5
Pouring / Vaciado
30
Recharching / Recarga
UPF = 30/43 X 100 = 69.77%
• The data for the volume of
metal required into the molds,
will help us to define the size
or capacity of the melting
furnace connected to the
power supply.
• Los datos para el volumen de
metal requerido en los
moldes, nos ayudarán a
definir el tamaño o capacidad
del horno de fusión conectado
a la unidad de potencia.
What gives us the power?
¿Qué nos da la potencia?
The quantity of kilos of metal to
melt per furnace according to each
type of metal/alloy.
La cantidad de kilos de metal a fundir
por horno de acuerdo a cada tipo de
metal / aleación.
Note that the word melt has been
writtten differently and highlighted,
in order to distinguish that this
amount does not represent the
amount of metal to BE POURED, we
should considerer the usage of the
melting power calculated during the
simulation of the melting cycle.
Observen que la palabra fundir ha
sido escrita en forma diferente y
resaltada, para distinguir que esta
cantidad no representa la cantidad de
metal a VACIAR, ya que debemos
considerar la utilización de la
potencia de fusión calculada durante
la simulación del ciclo de fusión.
The melting velocity is directly
proportional to the power.
La velocidad de fusión es
directamente proporcional a la
potencia.
What gives us the size of
the furnace?
Basically it gives us the
volume of molten metal
and stored therein to
pour an "X" amount of
molds at a time or a “Y”
size of particular casting.
¿Qué nos da el tamaño
del horno?
Básicamente nos da el
volumen de metal
fundido y almacenado en
el mismo para poder
vaciar una “X” cantidad
de moldes a la vez o un
tamaño “Y” determinado
de pieza.
What gives us the frecuency
of the furnace?
¿Qué nos da la frecuencia?
The frequency, in conjuction with
the power and the size of the
furnace, defines the stirring of the
molten metal inside of it.
La frecuencia, en conjunto con la
potencia y el tamaño del horno,
definen la agitación del metal
dentro del mismo.
The desired stirring depends on the
type of metal/alloy to melt and the
raw material used and the final
composition.
La agitación deseada dependerá del
tipo de metal / aleación a fundir, así
como de la materia prima utilizada
y la composición final que se
busque.
In this case, as a higher frequency
lower stirring and vice versa
En este caso, a mayor frecuencia,
menor agitación y viceversa.
Having defined all the above points we can
select:
Habiendo definido todos los puntos
anteriores podremos seleccionar:
• Nominal power (kW)
• Potencia nominal (kW).
• Best size for furnace (Kg).
• Tamaño más adecuado de horno(Kg).
• Operation frequency of the equipment (Hz).
• Frecuencia de operación del equipo (Hz).
Summary
Resumen
• We always have to
understand the project
requirements in each case, as
each one has it’s unique
characteristics to consider
when designing the melting
system.
• We need to understand the
process and the way the
molten metal will be poured
out from the furnace as this
will affect in a direct way the
poured metal. We have to
know the power UTILIZATION
in advance.
• Siempre debemos entender
los requerimientos de cada
proyecto en particular ya que
cada uno de ellos tiene
características propias las
cuales deben de considerarse
al momento de diseñar el
sistema de fusión.
• Debemos entender el proceso
y la forma en que el metal
fundido será vaciado desde el
horno ya que esto afectará de
forma directa al metal
vaciado. Tenemos que
conocer con anticipación la
UTILIZACION de la potencia
de fusión.
• We have to define the
amount of molten metal to
be delivered to the molding
line and the type of metal
and alloy to be produced,
as well as the raw
materials.
• We have to know the
weight of all the castings
and how often they will be
produced.
• Debemos definer la
cantidad (Kg) de metal
fundido que debe
entregarse a la línea de
moldeo y el tipo de metal y
aleación a producir, así
como las materias que se
utilizarán.
• Debemos conocer el peso
(Kg) de todas las piezas a
vaciar y la frecuencia en
que serán producidas.
Conclusion
Once all the items indicated
in the summary defined, we
will then have the tools to
select the type of system,
power, furnace size and
operational frequency to
obtain the required
production at the lowest cost
of energy/ MT poured.
Conclusión
Una vez definidos todos los
puntos indicados en el
resumen, es entonces cuando
tendremos las herramientas
necesarias para seleccionar el
tipo de sistema, la potencia
(kW), el tamaño y la
frecuencia de operación del
horno para obtener la
producción requerida al
menor costo de energía
eléctrica por TM vaciada.
If you wish to evaluate a particular project
or run an example, I am at your service /
En caso de desear evaluar algún proyecto en particular o
correr un ejemplo, estoy a sus ordenes en:
Inductotherm S.A. de C.V.
Industria Siderúrgica No. 2036 / Parque Industrial Ramos Arizpe
25900, Ramos Arizpe Coah.
Tel: 844.866.0980 / Fax: 844.488.1400 / www.inductothermmexico.com
email: [email protected]
Gabriel Rojo Roncaglia
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