Limpieza y mantenimiento claves para prolongar la vida útil de no

Aug 23, 2023

Mantener los hornos de fundición de metales no ferrosos limpios y en buen estado para que funcionen según lo previsto promueve los factores que más preocupan a los fabricantes: calidad del producto, eficiencia del proceso y de la fundición, larga vida útil de los equipos de capital y resultados finales.

Sin embargo, la limpieza y el mantenimiento tienden a perderse cuando los trabajadores con mucho tiempo se jubilan, el personal restante tiene una alta rotación y el volumen de producción es alto, un momento en el que un horno limpio y bien mantenido es más crítico.

La responsabilidad de la calidad del metal recae directamente sobre los hombros de la gerencia, dice David W. White, copropietario de D and S Consulting LLC, Springboro, Ohio. Los líderes deben garantizar que sus trabajadores tengan la capacitación y los recursos adecuados para entregar aluminio limpio, libre de hidrógeno e inclusiones, a tiempo y a temperatura. La demanda de los clientes es de piezas fundidas de alta calidad, continuó White, por lo que si los gerentes son negligentes en capacitación y recursos, las tasas de desperdicio tienden a aumentar. Cuando las fundiciones se ven abrumadas por el trabajo, como ha sucedido durante los últimos años, esa tendencia al alza en el número de rechazos empeora.

En los últimos años ha habido un aumento en la demanda, especialmente de aluminio, el metal más comúnmente procesado en fundiciones no ferrosas, debido al mercado de vehículos eléctricos y al auge inmobiliario, explica White.

“Si miras tu casa, probablemente tenga un promedio de 22 motores eléctricos”, dijo White. “Mira a tu alrededor y ve todos los ventiladores y todo lo que funciona con motor eléctrico. Todos esos rotores de motor están hechos de aluminio”.

Otro factor que impulsa la necesidad de una buena higiene industrial es que los baños de aluminio se caracterizan por un problema relacionado con la limpieza y el mantenimiento.

"Uno de los factores más importantes, especialmente con la fundición de aluminio, es que son propensos a acumular óxido de aluminio en el refractario (revestimiento) del horno, y este se filtrará a través de las costuras", dice Kelley Shreve, gerente general del fabricante de hornos de fundición Thermal Product Solutions. LLC, Riverside, Michigan, que opera como Lindberg/MPH. "Tuvimos que reemplazar los hornos porque no podíamos sacar el óxido de aluminio ni siquiera con un martillo neumático".

White llama “cáncer” al óxido de aluminio debido a su crecimiento y propagación en el revestimiento de un horno.

“El cambio de revestimiento es uno de los elementos más costosos en el presupuesto de una operación de fundición o fundición a presión”, escribió White en un artículo reciente en la revista Foundry Management & Technology. "Algunos gastan cientos de miles de dólares en revestimientos refractarios pero no contratan a una persona más para limpiar el horno todos los días, lo cual es necesario para los hornos de fundición de aluminio".

El costo de un nuevo revestimiento puede ser del 50 al 60% del precio inicial de un horno. Un fundidor de fundición puede oscilar entre cinco y siete cifras.

Para mantener la limpieza de los hornos de fusión y mantenimiento, y el lavado que los conecta, White sugiere crear un programa de incentivos basado en cada dólar ahorrado por la pérdida de material fundido y el revestimiento refractario. Esto no sólo ayudará a la limpieza, dijo, sino que también debería producir hornos más duraderos.

Sin embargo, hay otros puntos de vista.

"Algunos lugares cierran sus hornos cada año, pase lo que pase, para hacer lo que llamarían una limpieza en frío", señala Ross Lee, presidente de Schad Refractory Construction Co, con sede en Detroit. "Y hay diferentes filosofías: 'Oye, simplemente produzcamos por más tiempo. Sabemos que estamos causando estos problemas y consumiendo nuestros revestimientos, pero solo queremos sacar de esto tantas toneladas de metal como sea posible. No queremos cerrar todos los años por esto y gastar dinero en ello, simplemente abusemos de esto durante algunos años y sepamos que no va a durar tanto y luego lo reemplazaremos'”.

Para aquellos que no siguen el consejo de White, el refractario visiblemente dañado o roto, la acumulación de óxido y la imposibilidad de romper el derretimiento son señales de que es necesario volver a revestir.

Un indicio puede incluso ser visible en la carcasa exterior del horno. Esto indica que falta parte del refractario”, según Don Kublick, director de ingeniería de Lindberg/MPH. "O grandes trozos de refractario o grandes grietas que se abrieron crean puntos calientes que llegan incluso al punto de ser de color rojo".

White recomienda tomar lecturas de temperatura en los mismos lugares de la carcasa exterior del horno cada tres meses. Si las lecturas de temperatura comienzan a subir, es hora de verificar el estado del refractario.

El proceso de revestimiento comienza con un equipo de desmontaje armado con martillos neumáticos de mano para romper el revestimiento del horno. Para la acumulación de óxido que un martillo neumático no puede eliminar mecánicamente, Kublick dice que se puede usar una lanza de oxígeno o magnesio, que emplea una reacción termoquímica.

Una vez que se retira el refractario, se inspecciona la estructura del horno y se realizan las reparaciones, se puede comenzar la instalación del nuevo refractario. Para la cara fría, o capa aislante, se pueden incluir capas de manta de fibra no tejida, tablero y ladrillo refractario aislante (IFB), todos ellos de cerámica. El tablero también puede estar hecho de vermiculita.

Además de hacer un uso más eficiente del calor generado por un quemador de gas o eléctrico, la cara fría también mejora la seguridad, señaló Kublick. Se encuentran disponibles materiales aislantes de primera calidad que pueden ofrecer mejores propiedades aislantes y un costo inicial más alto que puede ahorrar dinero en gastos de energía.

"Esa es definitivamente una discusión que hemos tenido, en cuanto a materiales de primera calidad, ya sea para la cara caliente o para ayudar a reducir el desgaste y el crecimiento de óxido", dice Kublick. "Existen algunos tableros refractarios microporosos de alta gama que le brindarán mejores propiedades de aislamiento".

Una vez instalada la cara fría, se insertan encofrados temporales para crear la cara caliente. Los encofrados pueden estar hechos de acero reutilizable o construidos con madera en el sitio. Luego se vierte o bombea en el molde una mezcla moldeable a base de alúmina de material seco y agua en proporciones para darle la consistencia del cemento. Esta mezcla, o monolítica, tiene un tiempo de curado de 75-125 horas.

Si bien el monolítico tiene la consistencia del cemento antes de curar, "es mucho más tecnológico que un cemento tradicional que se usaría para (fines) arquitectónicos", dice Kublick.

Lee está de acuerdo en la naturaleza de alta tecnología de los materiales. La competencia impulsa a los fabricantes de materiales a “investigar, desarrollar y llevar al mercado productos que cuesten menos, duren más, puedan instalarse y secarse más rápido”, señala.

Un recorrido por los gigantescos cobertizos de almacenamiento y fabricación de Schad con Lee revela el alcance de la variación entre los productos refractarios. En los palés se apilan sacos de diferentes mezclas monolíticas, una amplia gama de mantas y ladrillos y tableros de distintas densidades.

Aunque el uso de ladrillos refractarios en hornos no ferrosos está disminuyendo, Lee todavía ve ventajas en su empleo.

"Las propiedades son mucho más consistentes porque se fabrican en una fábrica", dice. “Cuando obtienes el ladrillo, sabes que se mezcló correctamente, que tiene la química adecuada y que se secó o se coció. Si estás mezclando el monolítico, el agua se agrega en la planta (fundición), la temperatura del material es variable, la temperatura del agua es variable, el tiempo de fraguado puede ser variable”.

Algunos de los clientes de Schad solicitan que se inserte una sonda o un termopar en el monolítico húmedo para poder ver cómo viaja el calor a través del revestimiento mientras se seca.

Como alternativa a instalar un molde y utilizar un monolítico húmedo que tiene que secarse en el sitio, la cara caliente se puede hacer fuera del sitio para minimizar la interrupción de la producción en una fundición, como estaban haciendo dos de los trabajadores de Schad durante el recorrido de Lee. con un reportero.

“Cuando trabajas en equipos de proceso para una empresa, ni siquiera un par de horas (de tiempo de inactividad) les resultan convenientes”, explica Lee. "Se trata de reducir al máximo el tiempo de inactividad".

Kublick añade: “Eso podría significar que un cliente tiene que preparar la producción para hacer tiempo en su cronograma y luego traer los materiales de revestimiento para almacenarlos en un lugar cálido y seco. Y el rebasado debe realizarse en un ambiente bastante cálido. No conviene exponer los materiales del revestimiento a temperaturas bajo cero”.

Para reducir el tiempo que lleva volver a revestir, la demostración puede comenzar en un horno que aún está caliente porque un robot hace el trabajo. Los ladrillos pueden tardar más en instalarse, pero no es necesario que se sequen como lo hace el monolítico. Se puede utilizar el calor de una fuerza externa o de la luz piloto de un horno para secar el monolítico, pero el momento es complicado.

"No se puede calentar demasiado rápido", advierte Lee. "O se producirán astillas o explosiones a medida que el vapor encuentre su salida".

Kublick explica: “Puedes utilizar una fuente de calor exterior, que sería básicamente un quemador. Hay algunas empresas que brindan servicios de secado, por lo que tendrán un quemador separado que usamos para calentar lentamente el horno. O los propios quemadores del horno se pueden usar para comenzar con solo pilotos solo para aquellos que tienen llamas piloto más pequeñas, luego cambiar a la llama principal y proceder a una (configuración) más alta según sea necesario”.

El espesor total de las caras fría y caliente puede ser de 20" [508 mm] o más en un horno de fusión, mientras que en un horno de mantenimiento de temperatura más baja es bastante común un revestimiento de 8" [203 mm], dice Kublick.

Para retrasar el cambio de revestimiento el mayor tiempo posible y mantener el refractario en óptimas condiciones, Bill Walter, de McEnglevan Industrial Furnace Company Inc., Danville, Illinois, recomienda pintar el refractario “cada dos semanas” con sellador. Walter, quien dijo que ha estado construyendo hornos desde 1938, dijo que el trabajo de pintura se necesita con menos frecuencia para los fundidores de aluminio y más a menudo para aquellos que funden latón.

White, que estuvo en el negocio de hornos durante más de 40 años en Schaefer Group Inc., Dayton, Ohio, y ha tenido su propia empresa de consultoría durante tres años, recuerda que en los viejos tiempos el sellador refractario servía para evitar la formación de óxido de aluminio. . Actualmente, la mayoría de los refractarios utilizados en los hornos de aluminio resisten la formación de óxido.

"Sin embargo, el óxido de aluminio acabará penetrando en todos los refractarios", afirma.

Para una buena higiene industrial, White aconseja limpiar un horno de fusión todos los días y un horno de mantenimiento cada dos días, “excepto los del tipo de inmersión eléctrica, que pueden pasar unos cinco días entre limpiezas”, según su artículo.

Los sistemas de lavado de metal fundido deben limpiarse y sus paredes laterales deben rasparse todos los días y el revestimiento inferior cada semana, escribió White. Si se produce una acumulación en estos sistemas, puede producirse un desbordamiento.

El mantenimiento también es importante.

"Su sistema de combustión puede desajustarse, y si comienza a enriquecerse con combustible, eso puede hacer que su horno tenga una llama fría y tenga que trabajar más duro para producir los mismos resultados", agregó White en una entrevista para este artículo. “Si el aire se vuelve rico, ahora hay más oxígeno allí. Y eso puede crear más óxido. Entonces lo que quieres es que sea lo que llamamos estequiométrico, que está en proporción con la mezcla de aire y gas”.

Hacer funcionar un horno fuera de proporción puede consumir más energía y también aumentar los costos de servicios públicos.

Los fabricantes de hornos como Lindberg brindan capacitación in situ y un manual que detalla la limpieza y el mantenimiento de cada horno que venden.

"Realmente tiene que haber una asociación con el usuario final para que comprenda completamente, desde el primer día, lo que se debe hacer en cuanto a cómo limpiar el horno, cómo inspeccionarlo para asegurarse de que está calentando". "Léelo lo suficientemente a fondo como para que no se produzca ningún crecimiento de óxido", dice Kublick. "Si ve crecimiento de óxido, programe una limpieza más estricta o que una empresa de limpieza externa venga y lo limpie para volver a las paredes refractarias sin ningún crecimiento de óxido".

Mike Grande cree que tener uno de los hornos de su empresa como parte del Internet industrial de las cosas (IIoT) es mejor que tener un técnico in situ. El técnico puede solucionar un problema que surja y solucionarlo, pero el IIoT tiene los datos para predecir una falla o un mal funcionamiento.

"Si un parámetro se sale de los límites, recibimos una notificación y los llamamos para ver si tienen algún problema", explica Grande, vicepresidente de ventas de Wisconsin Oven Co., East Troy, Wisconsin. "Eso les permite realizar un mantenimiento preventivo con anticipación, para que no se averíen inesperadamente".

El análisis de datos puede incluso detectar fallas en los procesos de una fundición.

Un ingeniero de Wisconsin Oven puede iniciar sesión y ver que cada hora el quemador de un cliente se enciende a máxima potencia durante 10 a 15 minutos y utiliza mucha energía para hacerlo.

"Eso nos dice, muy probablemente, que el cliente abre las puertas mientras saca su carro de carga y las mantiene abiertas mientras descarga y recarga el carro", dijo. "Si no están capacitados adecuadamente, simplemente dejan las puertas del horno abiertas durante los 10 minutos que se necesitan para colocar las piezas y volver a colocarlas".

Una alarma de desviación puede sonar una alerta en la misma situación, pero tiene un costo adicional y no todos los hornos tienen una.

"Podemos identificar cosas realmente simples y obvias como ésta, que están provocando una gran pérdida de energía y pérdida de eficiencia", añade Grande. "Con el IoT industrial, ha cambiado drásticamente el panorama y nos permite ofrecer un nivel mucho mayor de capacidad de respuesta".

Todas las máquinas de gama alta de Wisconsin Ovens son parte del IIoT, pero monitorear y analizar los datos es un costo adicional.

Si bien los hornos no se utilizan para fundir metal, muchas fundiciones tienen uno o más para precalentar matrices y secar moldes y núcleos antes de verter metal fundido en ellos. Garantizan que el revestimiento antiadherente esté seco y se elimine la humedad residual.

El mantenimiento de rutina de los equipos de Wisconsin Oven es más sencillo que el de los hornos de fundición. El mantenimiento incluye la limpieza del quemador de su equipo calentado por gas y la toma de lecturas de consumo de amperaje de los elementos calefactores de su equipo eléctrico. Si el horno está equipado con una cinta transportadora, un técnico de mantenimiento debe inspeccionar la correa y la plataforma deslizante en busca de desgaste, verificar la tensión de la correa y la cadena de transmisión, verificar el aceite en el reductor de engranajes, lubricar los cojinetes y listo. Todas las correas trapezoidales de los sopladores deben inspeccionarse periódicamente para detectar desgaste.

Ya sea un calefactor o un horno, configurar y seguir un programa de limpieza y realizar el mantenimiento descrito en el manual del equipo debe mantenerlo en óptimas condiciones para bombear BTU y producir "los hornos de metal más limpios y más duraderos del sector", por así decirlo. el mayor tiempo posible, como escribió White.

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