Cucharón (metalurgia)

En metalurgia , un cucharón es un recipiente o contenedor con forma de cubo que se utiliza para transportar y verter metales fundidos. ^{[ 1 ]} Los cucharones se utilizan a menudo en fundiciones y varían en tamaño, desde pequeños recipientes portátiles que se asemejan a un cucharón de cocina y contienen 20 kilogramos (44 lb) hasta grandes cucharones de acerías que contienen hasta 300 toneladas (295 toneladas largas; 331 toneladas cortas) . Muchas fundiciones de metales no ferrosos también utilizan crisoles de cerámica para transportar y verter metal fundido y también se refieren a ellos como cucharones. 

El término básico suele ir precedido de un prefijo para definir la finalidad real del cucharón. Por lo tanto, el diseño básico del cucharón puede incluir muchas variaciones que mejoran su uso para tareas específicas. Por ejemplo:

• Cucharón de fundición : un cucharón que se utiliza para verter metal fundido en moldes para producir la pieza fundida.
• Cuchara de transferencia : una cuchara que se utiliza para transferir una gran cantidad de metal fundido de un proceso a otro. Normalmente, una cuchara de transferencia se utiliza para transferir metal fundido desde un horno de fusión primario a un horno de mantenimiento o a una unidad de vertido automático.
• Cuchara de tratamiento : cuchara utilizada para realizar un proceso en su interior con el fin de modificar algún aspecto del metal fundido. Un ejemplo típico es la conversión de hierro fundido en hierro dúctil mediante la adición de diversos elementos a la cuchara.

A menos que la cuchara se utilice con aleaciones de muy bajo punto de fusión , también se recubre con un material refractario. Este revestimiento evita que el recipiente de acero sufra daños al transportar metales con altas temperaturas de fusión que, si entraran en contacto directo con la carcasa de la cuchara, la fundirían rápidamente. Los materiales de revestimiento refractario se presentan en diversas formas, y la elección adecuada depende en gran medida de las prácticas de cada fundición. Tradicionalmente, las cucharas se recubrían con ladrillos refractarios prefabricados; sin embargo, en muchos países, los hormigones refractarios los han sustituido.

Las cucharas de fundición se clasifican normalmente por su capacidad de trabajo, más que por su tamaño físico. Las cucharas manuales se conocen como cucharas de mango largo para mantener el calor del metal alejado de quien las sostiene. Su capacidad está limitada a lo que un trabajador puede manejar de forma segura. Las cucharas más grandes suelen denominarse cucharas de grúa con engranajes. Su capacidad suele estar determinada por la función de la cuchara. Las cucharas manuales pequeñas también pueden ser crisoles equipados con dispositivos de transporte. Sin embargo, en la mayoría de las fundiciones, la cuchara de fundición se refiere a un recipiente de acero con un asa de elevación para que pueda ser transportado por una grúa puente o un sistema de monorraíl, y que también está equipado con un mecanismo para girar el recipiente, generalmente en forma de caja de engranajes. La caja de engranajes puede ser de accionamiento manual o eléctrico. (Véase el párrafo siguiente para más detalles).

Para el transporte de grandes volúmenes de metal fundido, como en las acerías , la cuchara puede desplazarse sobre ruedas, en un carro de transferencia de cucharas especialmente diseñado o suspenderse de una grúa aérea y se inclinará mediante un segundo dispositivo de elevación superior.

La forma más común para una cuchara de colada es un cono vertical, pero también existen otras formas. Un cono cónico en la carcasa le aporta mayor resistencia y rigidez. Esta conicidad también facilita la extracción del revestimiento refractario. No obstante, también se fabrican carcasas de lados rectos, así como otras formas.

La forma más común de estas cucharas es la de tambor, que consiste en un cilindro horizontal suspendido entre dos bogies . Las versiones grandes, que suelen tener capacidades superiores a las 100 toneladas (98 toneladas largas; 110 toneladas cortas), se utilizan en las acerías y se conocen como cucharas torpedo. Estas cucharas se emplean habitualmente para transportar hierro líquido desde un alto horno a otra parte de la acería. Algunas versiones incluso se adaptan para poder transportarse en bogies especiales, tanto por carretera como por ferrocarril.

Los cucharones pueden tener un diseño de "vertido por el labio", un diseño de "boquilla de tetera", un diseño de "eje labial" o un diseño de "vertido por la parte inferior":

• En el diseño de vertido por labio, el cucharón se inclina y el metal fundido se vierte desde el cucharón como agua de una jarra .
• El diseño del pico vertedor, al igual que una tetera, toma el líquido de la base del cucharón y lo vierte a través de un pico de vertido. Cualquier impureza en el metal fundido se acumula en la superficie, por lo que al tomar el metal de la base del cucharón, las impurezas no se vierten en el molde. El proceso de vertido inferior se basa en la misma idea.
• Las cucharas de vertido con eje labial tienen el punto de pivote del recipiente lo más cerca posible de la punta del pico de vertido. Por lo tanto, al girar la cuchara, el punto de vertido se mueve muy poco. El vertido con eje labial se utiliza a menudo en sistemas de vertido de metal fundido donde se requiere automatizar el proceso al máximo y el operador controla la operación de vertido a distancia.
• En las cucharas de vertido inferior, se inserta una varilla de tope en un orificio de drenaje en la parte inferior de la cuchara. Para verter el metal, se eleva el tope verticalmente para permitir que el metal fluya por la parte inferior de la cuchara. Para detener el vertido, se vuelve a insertar la varilla de tope en el orificio de drenaje. Las cucharas grandes en la industria siderúrgica pueden usar compuertas deslizantes debajo del orificio de drenaje.

Los cucharones pueden ser abiertos o tapados. Los cucharones tapados tienen una tapa abovedada (a veces extraíble) para retener el calor radiante ; pierden calor más lentamente que los cucharones abiertos. Los cucharones pequeños no suelen tener tapa, aunque se puede usar una manta de cerámica en su lugar (si está disponible).

Las cucharas de fundición medianas y grandes suspendidas de una grúa cuentan con un asa que las sujeta mediante ejes llamados muñones . Para inclinar la cuchara se utiliza una caja de engranajes, generalmente de tornillo sin fin . El mecanismo de engranajes puede accionarse manualmente con una rueda grande o mediante un motor eléctrico o neumático . La rotación motorizada permite al operario alejarse a una distancia segura y controlar la rotación de la cuchara mediante un mando a distancia o un control remoto por radio. Además, la rotación motorizada permite que la cuchara tenga varias velocidades de rotación, lo que puede ser beneficioso para el proceso de fundición en general. Obviamente, la rotación motorizada también reduce el esfuerzo requerido por el operario y permite transferir y verter grandes volúmenes de metal fundido durante largos periodos sin fatiga. Cuando la cuchara está equipada con una caja de engranajes de accionamiento manual, el tipo más común es el de tornillo sin fin y rueda, ya que en la mayoría de los casos prácticos, y con un mantenimiento adecuado, se considera autoblocante y no requiere un freno de fricción interno para regular la velocidad de inclinación de la cuchara. También se pueden utilizar otros tipos de sistemas de engranajes, pero deben estar equipados con un sistema de frenado adicional que pueda sujetar la cuchara si el operario suelta el volante.

Las cucharas de eje labial también pueden usar cilindros hidráulicos para inclinarlas. Las cucharas más grandes no tienen engranajes y normalmente se vierte el metal con una grúa especial de dos cabrestantes, donde el cabrestante principal levanta la cuchara mientras que el segundo se engancha a una orejeta en la parte inferior de la misma. Al elevar el segundo cabrestante, la cuchara gira sobre sus muñones.

Las cucharas de colada suelen diseñarse para fines especiales, como la adición de aleaciones al metal fundido. También pueden tener tapones porosos insertados en la base, para que se puedan burbujear gases inertes a través de la cuchara y así mejorar los procesos de aleación o tratamiento de metales.

• Crisol
• Coche de transferencia de cucharones

• Acerca de los cucharones y la perlita utilizados en una fundición