ETAPAS DEL PROCESO DE FUNDICION
Función El fundido de los metales se lleva a cabo en hornos de calentamiento (hornos de cubilote, hornos de inducción, hornos eléctricos) con incorporación de diferentes elementos de aleación y sustancias adicionales. Para el vaciado del metal, cuya temperatura debe estar naturalmente por encima del punto de fusión, el metal líquido se transfiere a un caldero. Los residuos generados en esta etapa son escorias, cedacería de material refractario y otros materiales, que las empresas fundidoras los registran bajo los siguientes conceptos. Residuos generados en el proceso de función de metales ferrosos. Polvos: Tierras de recuperación Escorias: Escorias de función Lodos: lodos con contenido de metales del lavador de gases Materiales gastos de producción. Material refractario del horno (ladrillo y piedra caliza) y crisoles Actualmente los residuos generados son depositados tanto en basureros que no cuentan con medidas de seguridad, como en rellenos sanitarios con sistema de impermeabilización y recolección de lixiviados.
Moldeo y Desmoldeo (Moldes de arena) En la fabricación de los moldes de arena se generan restos de material que contienen aglutinantes no endurecidos todavía. Durante la colada (vaciado) se generan escorias y restos de metales. En el desmolde se generan arenas gastadas que están expuestas a diferente tensión térmica. Durante el proceso de fundición, las arenas de corazones están más expuestas a tensiones y efectos térmicos por lo cual presentan granos fracturados y aglutinantes quemados. Las arenas del moldeo, excepto de algunas áreas no son tan expuestas a tenciones y efectos térmicos por lo cual son mas aptos a un proceso de recuperación. Por este motivo, las cajas de moldeo y las arenas de corazones deben mantenerse, en la medida de lo posible, separadas, en especial cuando contienen diferentes aglutinantes.
Proceso de Vaciado En caso de que se empleen moldes de arena para las piezas a fundir, el tipo de arenas quemadas que se generan es comparable a las generadas en la fundición de metales ferrosos, salvo que estas contienen residuos de metales pesados. En el proceso de fundición en maquinas de inyección a presión se generan otro tipo de residuos. Si la instalación de función se encuentra separada de la de la inyección y el metal líquido se transfiere del caldero de fusión hacia la instalación de inyección con una cuchara, la cantidad de natas y escorias se incrementa
considerablemente. Ya que en el momento de extraer el metal, la nata que se encuentra en la superficie del metal fundido se debe aparar y consecuentemente se forma inmediatamente una nueva capa de natas sobre la superficie del metal reluciente que se mezcla con la nata ya existente y aumenta de esta forma el volumen de residuos. Si el horno de función y el área de inyección se encuentran en una misma instalación, se evita la formación de escorias. Los residuos generados actualmente en el área de la función son principalmente arenas quemadas, escorias y natas. Relativamente pocas empresas recuperan la arenas gastadas internamente en forma optima. Los residuos generados en el área de la función de metales no ferrosos se enlistan a continuación: Arena: Arena de moldeo, desmoldeo y de corazones quemadas o gastadas (Fabricados a base de aglutinantes como bentonita, silicatos de sodio y resinas orgánicas). Escorias: Escorias de aluminio, cobre, plomo estaño y Zinc y escorias de bronce, latón y de zamak y salpicaduras de Zamak.
Función de Metales no Ferrosos. Las arenas gastadas de función se pueden tratar en volúmenes suficientemente grandes y volver a reutilizar directamente en la empresa. Los restos de metales pesados se deben eliminar de las arenas gastadas de función para hacerlas reutilizables. Los polvos de esmerilados se deben almacenar separados por tipo de metales. Las salpicaduras escorias se pueden volver a fundir. Las e3scorias se deben almacenar separadas por metales. Sustituir los moldes de arena por coquillas en grandes series de producción.
Se deben instalar electro filtros (precipitador electrostático) para tratar el flujo de gas proveniente del horno. Establecer un sistema de flujo circuito cerrado para ahorrar agua de enfriamiento. Las maquinas de inyección deben estar en tintas o bandejas para retener derrames de aceite. Señalamiento claro de los contenedores para recolectar residuos. Los aceites gastados en cantidades pequeñas se deben eliminar en cooperación con otras empresas. Los aceites gastados en mayores volúmenes se deben tratar extremamente si es razonable (reciclaje / rehusó). Los aceites gastados que no son adecuados para un reciclaje, se pueden rehusar como combustible alterno. Se recomienda incinerar los materiales impregnados con aceites en las sementeras, dado que las aguas residuales no son tratadas especialmente en las lavanderías especializadas en el tratamiento de estos materiales. Además existe el peligro de que los trapos lavados contengan virutas metálicas que representan un riesgo para el personal si se vuelve a utilizar. Se debe reducir el consumo de lubricantes desmoldantes ara los moldes de función. Debe realizarse un examen analítico de las escorias para saber si son residuos peligrosos y de ahí deducir donde se pueden depositar. Implementación de un sistema de manejo de residuos incluyendo una capacitación adecuada de todos los colaboradores. Los combustibles mas comunes para fundir metales son gas natural, gas LPG y en menor cantidad diesel y combustibles. El estado de arte de la tecnología presenta cada vez más frecuentemente el horno eléctrico. El calor de los quemadores funde el metal directa o indirectamente. Se sigue calentando para llegar al sobre calentamiento requerido del metal fundido para poder trasportarlo a los moldes o vaciarlo en ellos. Una calidad homogénea de la función solamente se alcanza examinado el peso y las características Físico-químicas de la materia prima. Todos los materiales de la aleación necesitan tener suficiente tiempo para disolverse. Así se consigue una alta homogeneidad de la función y de la decantación y al mismo tiempo, una reducción de material fuera de especificación. Se puede reducir la cantidad de residuos generados en los hornos viejos, no rentables, que utilizan combustibles, sustituyéndolos por modernos hornos eléctricos o por hornos con sistema de combustible que cuentan con recuperadores, precalentamiento, aplicando una disminución de la atmósfera oxidante dentro del horno por una tapadera y seleccionando el
material de recubrimiento de la pared del horno que sea resistente y adecuado al material a fundir. Prácticamente todas las fundidoras vuelven a fundir material fuera de la especificación que originan en una empresa (escorias, pecaderia y cortes). Estos residuos metálicos generados en el proceso de función de la propia empresa, deben almacenarse separados y clasificados por aleaciones y rehusarse. La refundición continua causa perdidas progresivas de los elementos evaporables y el enriquecimiento de otros elementos. Esto hace necesario controlar periódicamente el contenido del metal circulatorio.
ARENAS Y AGLUTINANTES. Los moldes de arenas para la fundición normalmente consiste de varias piezas: un molde externo constituido de varias partes y diferentes corazones. El molde externo se fabrica principalmente a base de arenas aglutinadas con bentonita y los corazones de arenas, aglutinados con resinas para obtener una mayor estabilidad requerida en el proceso. Al desmoldar las piezas fundidas, se recolectan conjuntamente los moldes rotos y los corazones. Como consecuencia se obtiene una mezcla de arena gastadas con varios tipos de aglutinantes de los moldes y los corazones. Sin embargo se pueden volver a utilizar después de un tratamiento adecuado. Solamente en casos especiales la regeneración de arenas gastadas de fundición se requiere separar todos los contaminantes de la arena. Los moldes y corazones fabricados a base de arenas con aglutinantes se utilizan solamente para una sola fundición. Para esto se emplean varios tipos de arena. Las arenas son partículas minerales con un tamaño de grano desde 0.05 hasta 2mm de diámetro. Generalmente en la fundición se utilizan arenas de cuarzo para la producción de moldes y corazones que tienen un rango amplio de tamaño, distribución y forma de grano. Existen arenas naturales con un contenido de arcillas como aglutinante y arenas sin aglutinante, que son en su mayoría arenas de cuarzo con diferentes especificaciones. Para aplicaciones especiales están disponibles arenas de olivino con una resistencia al fuego más que se caracterizan por su alta conductibilidad de calor y su alta alta que las arenas de cuarzo, así como también arenas de circonio, que se caracteriza por su alta conductibilidad de calor y su alta
resistencia al fuego. Las arenas que originalmente no contienen aglutinantes se mezclan con esta para la producción de moldes y corazones. Los aglutinantes estad formados por minerales orgánicos y diferentes arcillas o materiales orgánicos a base de resinas (aglutinante de resina de fenol-formaldehído, aglutinante de resina de furano o d fenol, aglutinante de resina fría de uretano, aglutinante de parafinauretano, aglutinante de resina fría de fenol-uretano y sistemas de amino-fenol-uretano), aglutinantes inorgánicos a bese de silicatos que se endurecen por tratamiento con bióxido de carbono o aglutinantes vegetales a base de productos de hidrocarburos (mezclados con fécula). Los aglutinantes para la arena de moldeo tienen que garantizar la consistencia del molde de arena durante la fundición. Después de la fundición, se desea una desintegración facial del molde. El tipo de aglutinante determina el proceso factible del tratamiento a la arena, que puede ser mecánico, térmico o hidromecánico. Una serie de diferentes criterios determinan la selección del aglutinante para la arena de los moldes y corazones: - Calidad mecánica de los moldes y los corazones. - Aptitud para el reciclaje. - Número de piezas. - Seguridad en el proceso. - Rentabilidad. - Aspectos de la protección del medio ambiente.
HORNO DE AIRE O DE CRISOL El proceso más antiguo que existe en la fundición, también se le conoce como horno de aire. Este equipo se integra por un crisol de arcilla y grafito, los que son extremadamente frágiles, los crisoles se colocan dentro de un confinamiento que puede contener algún combustible sólido como carbón o los productos de la combustión. Los crisoles son muy poco utilizados en la actualidad execto para la fusión de metales no ferrosos, su capacidad fluctúa entre los 50 y 100 kg. De todos los metales utilizados para la industria el 20% son no ferrosos, estos en diferentes aleaciones cubren los requerimientos de ingeniería y
las propiedades químicas necesarias para fabricar artículos útiles para la industria y la sociedad. Las características fundamentales de las aleaciones no ferrosas son la resistencia a la tención, corrosión, conductividad eléctrica y maquinabilidad. La selección de una aleación determinada dependerá de los resultados de diferentes pruebas mecánicas, el volumen de producción De todos los metales utilizados para la industria el 20% son no ferrosos, esto en diferentes aleaciones cubren los requerimientos de ingeniería y las propiedades químicas necesarias para fabricar artículos útiles para la industria y la sociedad. Las características fundamentales de las aleaciones no ferrosas son la resistencia a la tensión, corrosión, conductividad eléctrica y maquinabilidad. La selección de una aleación determinada dependerá de los resultados de las diferentes pruebas mecánicas, el volumen de producción, el costo de producción y las propiedades estéticas del producto. A continuación se muestran algunas de las propiedades de los metales. En la tabla se aprecian algunas de las principales diferencias entre metales ferrosos y los que lo son. Metal Aluminio Latón Bronce Cobre Hierro Fundición Gris Acero Plomo Magnesio Níquel Zinc Estaño Titanio
Resistencia a la tensión 83-310 120-180 130-200 345-689 276-345 110-207 276-2070 18-23 83-345 414-1103 48-90 19-25 552-1034
Temperatura de función m Pa 660 870 1040 1080 1360 1370 1425 325 650 1450 785 390 1800
Dureza Brinell C 30-100 40-80 70-130 50-100 100-145 100-150 110-500 3.2-4.5 30-60 90-250 80-100 5-12 158-266
Densidad en Kg/m 2,643 8,570 8,314 8,906 7,689 7,209 7,769 11,309 1,746 8,730 7,144 7,208 4,517
Para la producción de los metales no ferrosos se establecen como base los siguientes procesos. 1. 2. 3. 4.
Extracción Refinado o concentrado fusión Afinado
Cada uno de estos procesos se da de diferentes maneras en la producción de los metales no ferrosos, incluso en la producción algunos no se dan todos. 1. extracción. Los metales no ferrosos provienen de minerales que se pueden encontrar en la superficie de l tierra o bien en yacimientos bajo la superficie. En ambos casos se deben seguir técnicas de explotación eficiente y rentable. 2. Refinado o concentrado, también como preparación. Los minerales de los que se obtienen los metales no ferrosos nunca se encuentran en estado puro y en cantidades comerciales, por lo que se deben separar y preparar. Entre los procesos de preparación mas utilizados esta el pulverizar al mineral y luego mezclarlo con agua y un aceite, para que al aplicar una acción violenta se forme espuma en la que los elementos metálicos quedan suspendidos. Posteriormente se retira la espuma y con ella los minerales necesarios para la producción de los metales no ferrosos. 3. Función. Los hornos mas utilizados para la función de los minerales de metales no ferrosos son los altos hornos (de menor tamaño que los de arrabio)y los hornos de reverbero (aquellos en los que la flama ilumina a la carga). Aunque no todos los metales no ferrosos necesitan ser fundidos primero para ser procesados. En los hornos para la producción de los metales no ferrosos siempre existen quipos para el control de las emisiones de polvo. Más que una medida de control de la contaminación ambiental es una necesidad, ya que los polvos son valiosos porque tienen el mineral que esta
procesando o porque de esos polvos se pueden obtener otros materiales con un valor representativo o rentable. 4. Afinado. Para lograr las características de calidad y pureza necesarias en los metales no ferrosos se pueden utilizar diferentes procesos como las tinas. El cobre se obtiene fundamentalmente de un mineral llamado CALCORIRITA el que contiene cantidades de molinos de cobre, azufre y fierro. 1) La calcopirita es mezclada con cal i minerales silitos, los que son pulverizados por medio de molinos de quijadas y transferidos una tinas estratificadotas. 2) En las tinas estractificadoras el mineral es extraído al flotar con la espuma producto de la agitación. La espuma se forma al mezclar agua con aceite y agitarlos enérgicamente. 3) El mineral extraído se pasa por un horno de tostado para eliminar el azufre. Los polvos de los gases producto del horno de tostado son capturados y procesados para obtener plata, antimonio y sulfuros. 4) Los concentrados del horno de tostado son derretidos en un horno de reverbero, en este horno se elimina el hierro en forma de escoria. 5) El material derretido del horno de reverbero, que se conoce como ganga, es introducido a un horno parecido al convertidos Bessemer, del cual sus gases son utilizados son utilizados para obtener acido sulfúrico y el producto de su vaciado es cobre conocido como cobre Blister, el que tiene 98% de pureza y que puede ser refinado todavía mas por métodos eléctricos. El proceso producir piezas u objeto útil con metal fundido se le conoce como proceso de fundición. Este proceso se ha practicado desde el año 2,000 ac. Consiste en vaciar metal fundido en recipiente con la forma de la pieza u objeto que se desea fabricar y esperar que se endurezca al enfriarse. Para lograr la producción de una pieza fundida es necesario hacer las siguientes actividades: 1. Diseño de los modelos de la pieza y sus partes internas.
2. Diseño del molde. 3. Preparación de los materiales para los modelos y los moldes. 4. Fabricación de los modelos y los moldes. 5. Colado de metal fundido. 6. Enfriamiento de los moldes. 7. Extracción de las piezas fundidas 8. Limpieza de las piezas fundidas. 9. Terminado de las piezas fundidas 10.Recuperación de los materiales de los moldes. MOLDES TEMPORALES Los recipientes con la forma deseada se conocen como moldes, éstos se fabrican de diferentes materiales como: arena, yeso, barro metal, etc. Los moldes pueden servir una vez o varias. En el primer caso se les conoce como moldes temporales y los que se pueden utilizar varias veces, se les conoce como moldes permanentes.
MOLDES DESECHABLES O REMOVIBLES Los moldes se fabrican por medio de modelos los que pueden ser de madera, plástico, cera, yeso, arena, poliuretano, metal, etc. Si los modelos se destruyen al elaborar la pieza, se dice que estos son disponibles o desechables y si los modelos sirven para varias fundaciones se les llama removibles. FUNDICION EN MOLDES DE ARENA
Uno de los materiales mas usados en la fabricación de moldes temporales es la arna sílica o arena verde (por el color cuando está húmeda). El procedimiento consiste en el recubrimiento de un modelo con arena húmeda y dejar que saque hasta que adquiera dureza.
FUNDICION EN MOLDES DE CAPA SECA Es un procedimiento muy parecido al de los moldes de arena verde, con excepción de que alrededor del modelo (aproximadamente 10mm) se coloca arena con un compuesto que al secar hace más dura a la arena, eate compuesto puede ser almidón, linaza, agua de melaza, etc. El material que sirve para endurecer puede ser aplicado por medio de un rociador y posteriormente secado con una antorcha
FUNDICION EN MOLDES CON ARENA SECA
Estos moldes son hechos en su totalidad con arena verde común, pero se mezcla un aditivo como el que se utiliza en el moldeo anterior, el que endurece a la arena cuando se seca. Los moldes deben ser cosidos en un horno para eliminar toda la humedad y por lo regular se utilizan cajas de fundición, como las que se muestran más adelante. Estos moldes tienen mayor resistencia a los golpes y soportar bien las turbulencias del metal al colarse en el molde.
FUNDICION EN MOLDES DE ARCILLA Los moldes de arcilla se construyen al nivel del piso con ladrillos o con materiales cerámicos, son utilizados para la fundición de piezas grandes y algunas veces son reforzados con cajas de hierro. Estos moldes requieren mucho tiempo para su fabricación y no son muy utilizados.
FUNDICION EN MOLDES FURANICOS Este proceso es bueno para la fabricación de moldes o corazones de arena. Están fabricados con arena seca de grano agudo mezclado con acido fosforito, el cual actúa como acelerador en el, al agregarse a la mezcla una resina llamada furanica. Con esta mezcla de acido, arcilla y resina en dos horas el molde se endurece lo suficiente para recibir el metal fundido. Fundición con moldes de CO 2 En este tipo de moldes a arena verde se mezcla con silicato de sodio para posteriormente ser apisonada alrededor del molde. Una vez armado el molde se inyecta bióxido de carbono a presión con lo que reacciona el silicato de sodio aumentado la dureza del molde. Con la dureza adecuada de la arena del molde se extrae el modelo, si este fuera removible para posteriormente ser cerrado y utilizado. También los procesos de moldeo pueden ser clasificados por el lugar en el que refabrican. 1. Moldeo en banco. Este tipo de moldeo es para trabajos pequeños y se fabrican en un banco que se encuentre a la mano del trabajador. 2. Moldeo de piso. Para piezas grandes en las que su manejo es difícil y pueden ser transportadas de un sitio a otro. 3. Moldeo en fosa. Cuando las piezas son extremadamente grandes y para su alimentación es necesario hacer una fosa bajo el nivel medio del piso.
Ventajas de los modelos Desechables 1. para la fabricación de moldes sin maquinas de moldeo se requiere menos tiempo. 2. No requieren de tolerancias especiales. 3. El acabado es uniforme y liso. 4. No requiere de piezas sueltas y complejas. 5. No requiere de corazones. 6. El moldeo se simplifica notablemente. Desventajas de los Modelos Desechables 1. 2. 3. 4.
El modelo es destruido en el proceso de fundición. Los modelos son más delicados en su manejo. No se puede utilizar equipo de moldeo mecánico. no se puede el acabado del molde. Partes de un molde
1. Vasija de Vaciado: entrada del metal fundido al molde.
2. Bebedero: conducto por el cual baja el metal fundido para la alimentación del metal al molde. 3. Corredor alimentador: Vasija inferior que permite la entrada del material a la cavidad. En algunos casos se coloca el rebosadero antes del corredor alimentador para que se atrape la escoria o partículas extrañas del metal fundido. 4. Rebosaderos: Son espacios que pueden ser ciegos o abiertos y que sirven para permitir que la escoria del material fundido flote y sea atrapada. También sirve para conocer si el material lleno en su totalidad la cavidad del molde.
Descripción del Proyecto El horno de crisol es una especie de taque en forma cilíndrica, compuesto por: Cemento y ladrillo refractario cubierto con lamina de acero alrededor. A este, están conectados tubos negros con válvulas de bronce y solenoide que regularan la presión. A estos tubos se les conecta un Blower y el cilindro de gas LPG dentro del tanque se coloca el crisol Cotización de Materiales Cantidad
Descripción
1
Pintura Alta Temperatura Color Gris
1 1 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 1
Nicle de
Total Gastos
Precio Unitario L. 895.50
Total L. 895.50
45.00 160.00 40.00 45.00 70.00 60.00 700.00 20.00 90.00 529.00 500.00 850.00 50.00 70.00 2500.00 400.00 600.00 50.00 1500.00
45.00 160.00 120.00 45.00 70.00 60.00 700.00 20.00 90.00 529.00 500.00 850.00 50.00 70.00 2500.00 400.00 600.00 50.00 1500.00
9254.50
Diagrama del Proyecto “Horno de Crisol”
Proceso de Fabricación del Horno Una vez que cotizamos los precios de los materiales se procedió a la compra de ellos, para así poder elaborar nuestro horno. A continuación detallamos paso a paso la construcción del horno de crisol. 1. Se corta la lamina de acero con las siguientes dimensiones
2. Bóveda de Horno
Se prepara el encofrado con las dimensiones del horno con 5 pulg de diámetro del cilindro.
• Se funde la base con 2 pulg. De espesor y luego espera que se seque. • Después del fraguado (secado) se coloca el cilindro (encofrado) de 5 pulg. De diámetro en el centro de la estructura. • Se coloca el tubo de conexión del gas después de colocar el cilindro. • Se funde el cemento alrededor del cilindro. 3. Compuesta del Horno • se corta la lámina para la compuerta, para luego engraparlo. • Se funde la compuesta de la misma manera en que se fundió la bóveda del horno, dejando un agujero de 3 pulg. De diámetro. 4. Se fabrica el mecanismo de apertura del horno, y seguidamente se suelda tanto a la bóveda como la compuerta. 5. Se cortan las patas y se sueldan a la base del horno. 6. Fabricamos una mesa de apoyo par el Broker. 7. en la mesa de apoyo se coloco el Broker, el motor, el interruptor y se realizaron las conexiones correspondientes. 8. seguidamente se procedió a armar la tubería donde ocurrirá la mezcla aire-gas.
Eventos presentados durantes el proceso 1. se busco información en Internet respecto al horno de Crisol. 2. Visitamos el Centro Técnico Hondureño Alemán, buscando accesoria. Luego nos remitieron a FUNYMAQ ubicado en el boulevard del sur Km. 6, donde el Ing. Ricardo Mata estrada nos proporciono cierta información para elaborar un horno por medio de arco eléctrico, se concluyo que de acuerdo a la cantidad de energía eléctrica requerida, no se podría realizar la demostración en el CURN. 3. Visitamos también para obtener mas información la empresa FUNDALBRON ubicada en la autopista hacia la Lima, dos cuadras antes de CEMCOL, donde nos mostraron un horno de crisol que trabajaba basándose en aceite quemado, pero según recomendaciones del catedrático no era el indicado. 4. seguidamente visitamos nuevamente las instalaciones del CTHA, donde fue satisfactoria la visita ya que ellos cuentan con Hornos de crisol de diferentes tamaños, aquí se nos brindo explicación acerca del funcionamiento del horno de crisol. 5. en el mismo lugar se nos dio una accesoria sobre los materiales que necesitarían para construir un horno de crisol con capacidad para fundir dos libras. 6. se realizaron las cotizaciones en distintos lugares entre ellos tenemos: Ferretería Zummar, S.A. de C. V. Jorge J. Larach & Cia. Tropigas de Honduras. 7. se comenzó la elaboración de horno.
Pruebas Realizadas con el Horno • Lo primero que realizamos con el horno fue dejarlo encendido con una llamada suave 15 minutos aproximadamente para que calentara y se secaran completamente las paredes del mismo. • Aquí pudimos observar que todas las conexiones estaban bien y no había fuga de aire ni gas. • En la segunda ocasión realizamos el mismo procedimiento. • Fue hasta en la tercera prueba en que tratamos de fundir Aluminio para poder observar la temperatura que alcanzaba, y en 8 minutos alcanzo una temperatura de 900 ºC. • Las primeras tres pruebas se llevaron a cabo con un tanque de gas estacionario, y en la cuarta prueba se probo con en cilindro móvil del horno, en la cual nos fallo la válvula reguladora de presión. • En la última prueba realizada afinamos todos los detalles, y funciono bien.
