Horno de fundición de inducción para minerales: una opción moderna (para precipitado/concentrado de metal)

Fotografía de un horno de fundición de inducción para minerales

¿Qué es la fundición por inducción?

La fundición por inducción es un proceso que utiliza una corriente eléctrica para calentar y fundir metal sin ningún contacto directo entre el metal y la fuente de calentamiento.

La corriente eléctrica es generada por una bobina de inducción que rodea un crisol refractario, este contiene la carga metálica,es decir, concentrado o precipitado metálico. La bobina está conectada a una fuente de alimentación que convierte la energía CA en energía CC y luego en energía CA de alta frecuencia.

La alimentación de CA de alta frecuencia crea un campo magnético que cambia rápidamente alrededor de la bobina, lo que induce corrientes parásitas en la carga metálica. Estas corrientes parásitas generan calor por efecto Joule, lo que derrite el metal en minutos.

Componentes de fundiciones por inducción modernas

Un horno de fundición de inducción para minerales moderno aprovecha una propiedad electromagnética que, a pesar de haber sido descubierta en 1831 en el laboratorio de Michael Faraday, ha sido desarrollada y perfeccionada a través del conocimiento científico hasta el punto de convertirse en tecnología de punta. Esta tecnología utiliza actualmente:

  1. Microprocesadores de muchos núcleos alojados en un controlador lógico programable (PLC) para procesar datos y variables al instante. Esto permite un control del proceso automático, uniforme y estricto sin variaciones, errores o retrasos entre lotes.
  2. Una interfaz hombre-máquina (HMI) fácil de usar, intuitiva y a todo color que utiliza el teclado y los datos almacenados en la gran memoria del PLC para mostrar el historial de operaciones, crear gráficos y generar informes. Esta información se puede utilizar para tomar decisiones informadas sobre su negocio utilizando las mejores estadísticas.
  3. Transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) que se conmutan a alta frecuencia para crear un campo electromagnético que induce altas corrientes (corrientes parásitas) en la carga metálica depositada en el crisol refractario. Esto provoca la fusión en sólo unos minutos.
  4. Bobinas resonantes y condensadores, tecnología que se ha utilizado, entre otros, en radio y televisión desde sus inicios para sintonizar emisiones. En este caso, se utiliza a alto amperaje para lograr la máxima eficiencia en la fusión de una masa metálica sin humo, desperdicio de energía o contaminación.

Una característica interesante de un horno para minerales de inducción es que, a pesar de ser un circuito inductivo porque básicamente es un transformador sin núcleo de hierro y cuyo secundario es la propia carga metálica dentro del crisol refractario, su factor de potencia* es mayor a 0.96 bajo cualquier condición de carga.

¿Cómo funciona una fundidora por inducción?

Una corriente alterna aplicada a una bobina producirá un campo magnético ondulante en el entorno de la bobina. Si colocamos un bloque de metal en el campo magnético variable, habrá corrientes parásitas circulando a través del bloque de metal, lo que constituye un circuito cerrado.

Esas corrientes parásitas varían con la frecuencia de la corriente que fluye a través de la bobina, replicando el valor de frecuencia en el bloque metálico.

El efecto Joule provoca que el metal se caliente. Cuanto mayor sea el valor de la corriente parásita, mayor será el calor generado y más caliente será la masa metálica.

Entonces, si suponemos pérdidas insignificantes en la bobina, la energía de la corriente que circula a través se ha convertido completamente en energía térmica en el bloque de metal.

Diagrama que muestra el funcionamiento de un horno de fundición de inducción para minerales

Hemos dicho anteriormente que un horno de fundición de inducción para minerales es un transformador sin núcleo de hierro y cuyo secundario es la propia carga metálica en el crisol refractario.

Cuando una corriente alterna cuya frecuencia es f, fluye a través de un devanado primario de cobre cuyo número de vueltas es n1, generará un flujo magnético variable ɸ a través del metal (bobina secundaria, cuyo número de vueltas es n2=1) para generar la siguiente fuerza electromotriz E2:

E2 = 4.44 ɸ f n2 10-8      (V)

Y la corriente eléctrica I2 (corrientes parásitas) genera una gran cantidad de calor para fundir el metal.

Entonces, la corriente I2 y la energía térmica W presentes en la carga metálica son:

Dentro

I1: Corriente eléctrica en la bobina.

n₁: Número de bobinas de inducción.

d: Diámetro promedio de la cuchara de metal (cm).

h: Altura del metal líquido contenido en el horno (cm).

f: Frecuencia (Hz).

ρ: Resistividad de los metales

La resistividad ρ se mide en Ω.m y depende del material fundido en el crisol de fundición. Algunos valores de resistividad son:

MaterialResistividad ρ (ohmios m)
Plata1,59 x 10-8
Cobre1,68 x 10-8
Cobre recocido1,72 x 10-8
Aluminio2,65 x 10-8
Tungsteno5,6 x 10-8
Hierro9,71 x 10-8
Platino10,6 x 10-8
Magnánina48,2 x 10-8
Plomo22×10-8
(De https://byjus.com/physics/resistivity-various-materials/)

¿Por qué debería elegir un horno de fundición de inducción para minerales?

Ilustración de un horno de fundición de inducción para minerales

Horno de fundición de inducción para minerales (concentrado/precipitado)

Si estás buscando una manera de fundir mineral como un profesional, debes elegir un horno de fundición de inducción para minerales por muchas razones:

  1. Una fundición por inducción moderna puede fundir metal más rápido, mejor, de forma más segura y más barata que los métodos convencionales.
  2. Una fundición por inducción moderna puede producir metal de alta calidad sin contaminación ni oxidación, lo que mejora su rendimiento y valor.
  3. Un horno para minerales por inducción moderno puede reducir su consumo de energía y sus emisiones hasta en un 70%, lo que permite ahorrar dinero y protege el medio ambiente.
  4. Una fundición por inducción moderna puede ofrecer mayor control y flexibilidad sobre el proceso de fusión, gracias a sus características y funciones avanzadas.
  5. Una fundición por inducción moderna puede proporcionar información y conocimientos valiosos sobre el proceso de fusión, gracias a sus capacidades de análisis y almacenamiento de datos.

Así que no lo dudes. Actualiza hoy mismo tu negocio de fundición de metales con un proceso moderno de fundición por inducción y disfruta de los beneficios de la tecnología de última generación.

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Referencias:

  • https://www.rubamindrc.com/copper_smelting.php
  • https://www.researchgate.net/figure/The-basic-circuit-configuration-of-the-induction-heating-equipment-based-on-the-SRI_fig1_349685462
  • https://www.electricaldeck.com/2022/05/calefacción-por inducción.html
  • https://byjus.com/physics/resistivity-various-materials/
  • https://toshiba.semicon-storage.com/us/semiconductor/knowledge/faq/mosfet_igbt/igbt-014.html