Machos o noyos
Macho, por lo general, de sección circular. Los noyos son pasadores de acero para herramientas trabajados en caliente, por lo general H-13, utilizados para el orificio de un macho en el molde de fundición a presión, ue pueden ser fijos o mó!iles. Macho fijo Macho ue, cuando el molde se abre y cierra, no se mue!e en relación con el bloue de la ca!idad en el ue est" montado. Macho móvil Macho ue tiene ue desplazarse a lo largo de cierto recorrido cuando se abre el molde, o inmediatamente despu#s de ue el molde se haya abierto, para permitir la libre eyección de la pieza fundida. Existen dos procesos de fabricación de machos o noyos: Caja Fría y Proceso Cronit (Arenas Pre-Revestidas o caja ca!iente"
Las ar Las aren enas as de lo loss ma mach chos os co cons nsis iste ten n de mezclas de are arena na con peq pequeñ ueños os por porcen centaj tajes es de aglomerante, se utilizan para producir las cavidades internas de una pieza fundida. Los machos deben ser resistentes, duros y colapsables. Con frecuencia, los machos deben ser retirados de una pieza fundida a través de un pequeño orificio y, por lo tanto, la arena debe colapsar después de que la pieza fundida se solidifica. La arena del macho generalmente es sílice. ambién se usa olivino o zirc!n cuando las especificaciones requieren arenas para macho con mayor punto de fusi!n o mayor densidad densidad.. Los materiales aglomerantes que mantienen unidos los granos de arena varían considerablemente en su composici!n y en sus propiedades de aglomeraci! aglom eraci!n. n. "on comunes los aglom aglomerante erantess de aceite y los sintéticos. Los aglomerantes de aceite son combinaciones de aceite vegetal o animal y petroquímicos. Los aglomerantes típicos de resina sintética incluyen resinas fen!licas, de fenol#formaldehído, formaldehído de $rea, formaldehído de $rea%alcohol $rea% alcohol furfurílico, furfurílico, isocianato fen!lico e isocianato alquídico. &recuentemente se usan aglomerantes de resinas químicas para los machos de fundici!n y en menor men or med medida ida para mol moldes des de fun fundic dici!n i!n.. Los agl aglome omeran rantes tes quím químico icoss bri brinda ndan n una may mayor or productividad,, un mejor control de las dimensiones y una mejor calidad de la superficie de la productividad pieza fundida. '(iste una amplia variedad de aglomerantes, entre ellos) •
*glomerantes sin cocci!n catalizados con +cido de furano. 'l alcohol furfurílico es el insumo b+sico. Los aglomerantes pueden ser modificados con urea, formaldehido o fenol. Los +cidos +cidos fosf!rico fosf!rico o sulf!nico se utilizan como catalizadores. 'l porcentaje de resina varía entre .- y ./ en base al peso de la arena.
Los niveles de catalizadores +cidos varía entre a 0/ del peso del aglomerante. •
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*glomerantes sin cocci!n catalizados con +cido fen!lico. 'stos se forman en una reacci!n reacci !n de conde condensaci! nsaci!n n de fenol fenol%form %formalde aldehido. hido. Como cataliz catalizadore adoress se utiliz utilizan an +cido +cidoss sulf!nicos fuertes. *glomerantes fen!licos alcalinos sin cocci!n curados con éster. "e forman con un sistema de aglomerantes de dos partes consistente de una resina fen!lica alcalina soluble en agua y co#reactantes de éster líquidos. 1eneralmente se utiliza 2.0 a ./ de aglomerante respecto al peso de la arena y a 0/ de co#reactante respecto a la resina para revestir la arena de sílice lavada y secada en las operaciones de elaboraci!n de machos y moldes. *glomerantes sin cocci!n catalizados con éster%silicato. "e utiliza un aglomerante de silicato de sodio y un éster org+nico líquido 3diacetato y triacetato de glicerol o diacetato de
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glicerol etilénico4 que unciona como agente endurecedor. ambién se puede catalizar con C5. 6esinas sin cocci!n de uretano oleaginoso. 'stas resinas consisten de una resina alquídica de tipo oleaginoso, un catalizador líquido de metal%amina y un diisocianato metílico polimérico. *glomerante sin cocci!n de uretano fen!lico 37894. "istema poliol#isocianato 3principalmente para fundiciones de aluminio, magnesio y otras alea# ciones ligeras4. Los aglomerantes no ferrosos son similares al sistema 789 que consisten de una 7arte : 3una resina de formaldehido fen!lico disuelta en una mezcla especial de solventes4, una 7arte :: 3un isocianato polimérico de tipo ;<: en solventes4 y una 7arte ::: 3un catalizador de amina4. *glomerante sin cocci!n de fosfosfato de aluminio. 'ste aglomerante consiste de un aglomerante de fosfato de aluminio +cido, soluble en agua y un endurecedor de !(ido met+lico en polvo de flujo libre. *glomerantes para moldes de c+scara. "e utilizan resinas 9ovolac de formaldehido fen!lico y lubricante 3estereato de calcio en la cantidad de = a >/ del peso de la resina4 como agente de entrecruzamiento. *glomerantes de caja caliente. Las resinas se clasifican como tipos fur+nico o fen!lico. Las de tipo fur+nico contienen alcohol furfurílico, las de tipo fen!lico se basan en fenol y las de tipo fur+nico modificado tiene ambas. "e utilizan catalizadores tanto de cloruro como de nitrato. Los aglomerantes contienen urea y formaldehído. *glomerante de caja tibia. Consisten de una resina de alcohol furfurílico que ha sido formulada con un contenido de nitr!geno inferior al .0/. Como catalizadores se usan sales de cobre de +cidos sulf!nicos arom+ticos en una soluci!n acuosa de metanol.
Las fundiciones de precisi!n con frecuencia usan el proceso de fundici!n a la cera perdida para hacer los moldes. 'n este proceso, los moldes se hacen construyendo una c+scara compuesta de capas alternativas de suspensiones refractarias y estucos, como sílice fundida, alrededor de un patr!n de cera. Las c+scaras de cer+mica se colocan al fuego para remover el patr!n de cera y precalentar las c+scaras para la colada. 5tro proceso de elaboraci!n de moldes en arena que est+ encontrando aceptaci!n comercial utiliza un patr!n de espuma de poliestireno embutido en arena tradicional suelta sin aglomerante. 'l patr!n de espuma dejado en el molde de arena es descompuesto por el metal fundido, por lo tanto el proceso es llamado ?moldeo con patr!n evaporante? o ?proceso de espuma perdida?.
#istemas de a!imentación
El llenado de un molde con metal o aleación liquida es una operación importante y cuidadosa para obtener piezas sanas con bu ena estructura. Para llevar el metal o aleación liquida al interior de un molde es preciso dotarlo con los correspondiente conductos de colada que unidos entre si contribuyen a que este fuya a la cavidad interna.
Elementos del sistema de alimentación: Se llama sistema de alimentación al conjunto de tazas de colada, canales, respiraderos y mazarotas que unidos entre si conducen el metal o aleación liquida a la cavidad interna del moldeo. Tipos de elementos que integran el sistema de alimentación para un molde de arena cualquiera:
Taza de colada
Taza de colada cónica tradicional
Taza en orma de tacón de escorias
Taza de colada con ondo plano
Taza de colada anulares
Taza de colada de doble comunicación e!terna.
El sistema de alimentación est" ormado por los cargadores o motajes y su utilización tiene como #nalidad prevenir no sólo a ormación de cavidades o rec$upes, debido a la contracción del metal durante la solidi#cación sino tambi%n evitar dise&os con e!ceso de metal y altos costos de limpieza. 'n buen sistema de alimentación debe poseer su#ciente metal u volumen para la compensar la contracción de solidi#cación, promover una solidi#cación direccional $acia el cargador, es decir, %ste debe solidi#car de ( ltimo de manera de llevar progresivamente la solidi#cación desde el interior del metal colado $asta una reserva de metal e!terior a la pieza suministrada por el cargador. )ebe ser económico o sea la relación en peso de la pieza con el sistema de alimentación debe ser satisactoria, es decir, el peso de la pieza es directamente proporcional a la suma del peso de la pieza, el peso del sistema del colado y el peso del sistema de alimentación. Ejemplo: supóngase que va a undir una barra de acero de oc$enta cent*metros de largo por cinco de anc$o. Se observa que cuando se aumenta las dimensiones del montaje se producir"n cavidades en un e!tremo, pues el acero en la otra parte solidi#cara al mismo tiempo que en donde se producen las cavidades. Por lo tanto se deber" usar montajes adicionales.
TIPOS DE SISTEMAS DE ALIMENTACION.
Cimeros: Se caracterizan por estar ubicados sobre la pieza. Ejemplo:
El cargador esta siendo utilizado también como un sistema de colada, éste es un método económico, muy utilizado en piezas pequeñas, la parte más caliente de metal quedará de último evitando la formación de rechupes.
e utiliza un sistema de colada para vaciar el metal en el molde, la solidi!cación sigue hacia el cargador.
LATERALES: Son colocados generalmente entre la pieza y el sistema de colada. Ejemplo:
"a solidi!cación es promovida hacia cargador ya que primero solidi!cará la pieza y luego el cargador . En cuanto a los dos últimos se observa que el cargador solidi!cará antes que la pieza y no podrá suplir el metal l#quido cuando la pieza lo necesite al iniciar la contratación de solidi!cación, originándose rechupes con poros dentro de la misma. +. CIEGOS: est"n introducidos dentro de la arena son s* siempre del tipo lateral. Ejemplo:
TEMPLADERAS. Son unas series de sistemas para que la solidi#cación ocurra en la dirección deseada, bien sea $acia el cargador empleando los siguientes mecanismos: •
Externas: -eneralmente se utilizan en los canales de entradas o bocas en las partes m"s delgadas de las piezas y en los puntos m"s alejados de las partes m"s compactas de las mismas. /a siguiente #gura muestra el corte de una caja de undición de una brida, donde se observan los enriadores internos, es decir, clavos de $ierro con cabezas de dimensiones adecuadas, recocidos, deso!idados y esta&ados, dispuestos de modo que queden incorporados a la parte compacta de la pieza.
•
POLVOS EXOTERICOS: -eneralmente se a&aden al cargador. 'no de los m"s usados es la mezcla aluminio t%rmico 0aluminio y ó!ido de $ierro1, la reacción que se produce desprende calor y mantiene el cargador caliente, lo cual permite que solidi#que de ultimo la reacción que se produce es la siguiente:
2e34+ 5l34+ 6 2e 6 calor E/ P748ES4 )E 84/5)4. 'na vez dispuestos en el molde los elementos de colada, son necesarias ciertas operaciones de acabado de molde previamente al vaciado del metal, de igual orma a posterior ser"n necesarias operaciones de desmoldeo, limpieza y acabado, antes d e la obtención de las piezas de undición.
EL COLADO. /a colada o vaciado es el proceso que da orma a un objeto al $acer entrar material l*quido en un agujero o cavidad ormado que se llama molde y dejar que se solidi#que el l*quido. 8uando el material se solidi#ca en la cavidad retiene la orma deseada. )espu%s, se retira el molde y queda el objeto sólido conormado. /os procesos se clasi#can, primero, por la orma en la cual se $acen entrar los materiales a la cavidad del molde. /os sistemas b"sicos se realizan por gravedad y a presión. /a segunda clasi#cación de los procesos de colada es seg(n el material del molde. Este se puede $acer con arena y se destruye despu%s de sacar el objeto o moldes #jos 0indestructibles1.
CLASIFICACION DE LOS PROCESOS DE COLADO, VACIADO, MOLDEO.
P!ocesos
Mate!ial del "!od#cto
Mate!ial del molde
Clase de molde
PROD$CTO TIPICO
9etales
5rena o yeso
'nitario
ierro y acero
5rena verde
'nitario
Estatuas, partes de turbina,
ierro y acero
5rena verde
'nitario
ierro y acero, 9oldeado en metales no banco erroso
5rena verde
'nitario
5rena curada
'nitario
5rena curada
'nitario
9etal
Permanente
8era perdida 9oldeado en oso 9oldeado en piso
9oldeado en 9etales errosos c"scara y no errosos 9oldeado de 9etales errosos cer"mica y no errosos 9oldeado centriugo
Pl"stico, concreto y metales
5cero o madera ierro y acero
Permanente ;eso
8olado
Permanente
8oncreto 9olde r*o a la colada 9oldeo por inmersión
'nitario o permanente
9etal 9etales no errosos. 8er"mica
'nitario
5rena 8entriugo 2undición a presión
5rena
'nitario o permanente
5rena
'nitario
ierro y acero
Permanente
9etal
Permanente
ierro y acero
Permanente
Permanente
; 8auc$o 9etal 9etal 9etal
9oldeo por inyección
Equipo industrial mediano a grande bombas Partes de motores, placas, $errajes. Piezas de semipresión, engranes, parte de motores.
;eso
Pl"stico, metal 7evestimient o, centriugo
Parte de maquinas, turbinas
Partes de presión, troqueles aspas de rotor Tubos, recipientes para basura, pelotas, juguetes. 8onstrucción, tubos bloques pelda&os
Permanente 9etales no erroso, vidrio
9oldeo por soplado
Pl"stico, cauc$o
8ontinua
Pl"stico, vidrio.
ierro y acero Permanente ierro y acero Permanente ierro y acero
9oldeo por 9etales 0acero, compresión cobre y aleaciones de 9oldeo por aluminio1 transerencia 9oldeo por capas
Pl"stico termocedurecibl e
2ormación al
Pl"stico
Permanente 9etal Permanente
=uguetes, #guras peque&as, estatuas =arrones, platos 9ango a*slate para $erramientas, globos de juguetes. =oyas de antas*a, partes intrincadas de maquinas.
Tubos Partes peque&as. 8abezas de maquinas de coser, manijas carburadores, 9angos de cauc$o moldeados, ornamentos para autos
termocedurecibl e vac*o 9oldeado con presión directa
Pl"stico con #bra de vidrio.
7ecipientes de vidrio y de pl"stico 5lambres, varillas de ormas intrincadas.
Termopl"stico
Soplado libre Termopl"stico Termopl"stico
Partes el%ctricas, engranajes, >ases de transistores. 8ascos de lanc$as, cajas de maquinas. >listers para empaque Taladros. Tapicer*a para ve$*culos. >óvedas para aviones y claraboyas
SISTEMAS DE COLADA. /os sistemas de coladas son dispositivos necesarios para conducir el metal l*quido a la cavidad del molde. /os elementos b"sicos del sistema de colada, pueden apreciarse en el siguiente esquema donde se destaca:
COLADA O BEBEDERO: 8onductor vertical a trav%s del cual el metal entra en el canal.
POZO DE COLADA: sección usualmente redondeada al #nal del bebedero, utilizando para ayudar a controlar el fujo de metal que entra en la canal.
CANAL: sección com(nmente $orizontal a trav%s de la cual el metal fuye o es distribuido mediante entradas a la cavidad del molde.
PORTADAS O ENTRADAS: 8anales secundarios variables en n (mero de acuerdo al dise&o de la pieza a trav%s de las cuales el metal deja el canal para penetrar en la cavidad del molde.
CAVIDAD DE COLADA: Sección colocada en muc$as ocasiones en la parte superior del
bebedero de manera de darle acilidad al operador para mantener el metal dentro y permitir el fujo continuo, as* mismo minimiza o evita la turbulencia y promueve la entrada al bebedero solo de metal limpio para ello usualmente emplean #ltros.
FILTROS: Peque&os dispositivos empleados en la cavidad de colada en coacciones en el pozo de colada, de manera de separar la escoria del metal y de esta orma permitir un fujo de metal limpio.
O%&ETIVOS DEL SISTEMA DE COLADA. /os elementos del sistema de colada antes mencionados permiten ejercer las siguientes unciones: •
/levar el metal l*quido al molde de orma de llenar la cavidad.
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7egular la velocidad de entrada del metal a la cavidad del molde.
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8onducir los gases al e!terior.
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?ntroducir el metal liquido en el molde con la m*nima turbulencia 0erosión y absorción1 Establecer los mejores gradientes de temperatura.
TIPOS DE SISTEMAS DE COLADA. DIRECTO : Este sistema se emplea para las piezas muy peque&as, su principal ventaja es la econom*a y la sencillez para su realización. En %l se eliminan ciertos elementos b"sicos de los ya citados.
POR LA LINEA DE PARTICIÓN: Permite colocar el sistema de colada en las placas moldeo y se puede provocar la solidi#cación direccional, colocando un cargador 0alimentador de la pieza1 entre el canal y la pieza. Su principal desventaja consiste en un sistema menos económico.
POR EL FONDO: En los cuales encontramos dos tipos el primero es en la l*nea de partición y el segundo por debajo de la l*nea de partición. Este sistema presenta desventajas por ser di*cil de moldear y el metal de menor temperatura queda en la parte superior y no e!iste la mezcla requerida. Por lo general el sistema por debajo de la l*nea de partición se utiliza para poleas de masa muy grande.
DEFECTOS DE F$NDICI'N. Todo taller o industria se preocupa por producir este porcentaje que representa una p%rdida de tiempo, material y de dinero. Por ello es importante:
•
)iagnosticar los deectos.
•
Eliminar las causas que los provoco
•
Evaluarlos en peso y en porcentaje respecto a la producción total y reguistrarlos en el estado estad*stico de la producción.
E !ia"nosti#o !e os !e$e#tos es una labor muy ardua que requiere una gran e!periencia en el arte de la undición y de colados, ya que %stos son numerosos y cada uno de ellos puede ser provocado por muc$as causas entre ellos tenemos los: •
Atri%&i%es a mo!eo' Estos bienes dados por.
Las s#"e!(cies !#)osas o *s"e!as: Este deecto en las piezas en seco resulta que la arena es poco reractaria o su grano es demasiado grueso o $a sido incompletamente secada o de que el negro $umo es malo.
Penet!aciones: Son causadas por un metal fuido que va $a llenar los intersticios entre los gr"nulos de la arena de moldeo sin separarlos. Para evitar este deecto es preciso revisar el dise&o de la pieza, el modelo, la caja, el molde, los elementos de colada, etc., a #n de evitar concentraciones de calor sobre las partes delgadas del molde y del mac$o, de la misma orma asegurar un atacado uniorme y de acuerdo de la arena en todo punto del molde.
Pie+as co!!idas o macos le-antados: /as piezas corridas se producen generalmente cuando las placas modelo est"n mal coneccionadas o las cajas est"n mal niveladas en el caso de mac$os es por su mala colocación, por soportes insu#cientes o por una arena deectuosa la cual puede reventarse y producir $ueco.
!ietas o !a/ad#!as: Se veri#can especialmente en las nervaduras, en los radios, en las piezas delgadas $uecas, etc. )epende del modo particular del dise&o de las piezas, de la composición del metal, de la rigidez d el molde de los elementos de colada etc. •
De$e#tos atri%&i%es a meta i(&i!o o )ra#ti#a !e $&si*n: Entre los deectos atribuidos tenemos:
Pie+as incom"letas o con cost#!as: Estas piezas surgen cuando el metal no llena por completo el molde o con costuras por interrupciones parciales se debe undamentalmente a la alta de fuidez del metal, muc$as veces por temperaturas bajas, en ocasiones puede producirse por salida de aire y g ases infuyentes, composición qu*mica, equivocada, etc.
So"lad#!as: Se trata de burbujas es%ricas o aplanadas de super#cie lisa, provocadas por gases disueltos en el metal que se escapan en el acto de la solidi#cación, o en gases o vapores que se orman en el molde o al contacto de %ste con el metal y que, a causa de la escasa permeabilidad del molde tratan de encontrar un paso a trav%s del metal l*quido donde queda aprisionado en el acto de la solidiación. 5 menudo las sopladuras son provocadas por mac$os rodeados por gran cantidad de metal y por eso, aunque permeables con escasa posibilidad de dirigir todos los gases.
Incl#siones de esco!ia: Se producen cuando cuerpos e!tra&os son arrastrados por el metal durante la colada o arrancados de molde y permanecen aprisionados en el mismo metal seguidamente a la solidi#cación de la pieza. )e ordinario las inclusiones dado el menor peso espec*#co del material que la orma, se encuentra en la super#cie superior de las piezas.
REC0$PES. Son cavidades con paredes recortadas por la presencia de dentritas ormadas durante la solidi#cación. 2undamentalmente se debe a la mala ubicación de los cargadores, o a un dimensionado incorrecto de los mismos.
El origen del rec$upe esta en la variación de volumen que se produce en la solidi#cación. Para todos los materiales y aleaciones, e!cepto para el bismuto, esta variación de volumen consiste en una contracción. ay que advertir que en el caso de las undiciones grises, es decir, aquellas que contienen gra#to, esta variación de volumen es positiva causa de la cementita. 2e+ 8 @@@@@+2e 6 8 El enriamiento de los lingotes se realiza de una manera $eterog%nea. /a evaluación del calor es muc$o m"s r"pida a trav%s de las paredes laterales y de la parte inerior como consecuencia, el l*quido tiende a descender en la lingotera a medida que avanza la solidi#cación, cre"ndose en la parte superior una defe!ión de la super#cie. Esta defe!ión da lugar a un rec$upe al #nal de la solidi#cación. /a cavidad de rec$upe puede no ser visible desde el e!terior, puesto que el metal puede $aberse solidi#cado en la super#cie. /a ventaja de la lingotera tronconica es de rec$azar la cavidad del rec$upe $acia la parte superior y $ace que salga al e!terior, con una lingotera de orma inversa, el rec$upe tendr*a tendencia a quedar encerrado dentro del lingote.
La 1o!mación del !ec#"e se de2e al eco de 3#e las isote!mas son sensi2lemente "a!alelas a la s#"e!(cie e4te!io! del lin)ote. Si se somete el lin)ote a #n en1!iamiento #nilate!al "o! e/em"lo #n en1!iamiento ene!)5tico "o! medio de #na "laca de co2!e en1!iada "o! a)#a en la 2ase del lin)ote, las isote!mas 3#edan !ecti(cadas 6 no a"a!ece el !ec#"e. /os especialistas $an buscado ormas de eliminar el rec$upe, puesto que cuando se produce obliga a desperdiciar la parte superior de lingote en u n tercio apro!imadamente de su longitud. Se $a propuesto varias soluciones: •
•
5ctuar sobre la alimentación, es decir, alimentar el lingote durante la solidi#cación. 9antener caliente la cabeza de los lingotes durante la solidi#cación, sea por medio de una mazarota caleactora colocada encima de la parte superior, sea provocado un recalentamiento por medio de un cartuc$o de aluminio t%rmico, untado de soplete, un arco el%ctrico o calentamiento de las altas recuencias.
MATERIALES REFRACTARIOS
Los materiales refractarios son auellos ue por su baja conducti!idad t#rmica y resistencia a las altas temperaturas permiten controlar la emisión de calor ya sea resistiendo, conteniendo o aislando los cambios t#rmicos al tiempo ue generan un ahorro de energ$a, de combustible y de tiempos de calentamiento. La gama de refractarios !ar$a de acuerdo con las necesidades de cada industria% sin embargo, todos comparten una caracter$stica similar& el uso de altas temperaturas en su procesos, am#n de ue su composición u$mica tiende a !ariar dentro de ciertos l$mites, sin afectar sus propiedades pirof$sicas o su bajo peso logrado mediante el aumento artificial de sus poros o de su composición u$mica. '(iste una gran !ariedad de productos refractarios aplicables en diferentes tipos de industria, por lo ue en este espacio apenas se podr"n esbozar algunos utilizables para la construcción. )ependiendo de sus caracter$sticas, los materiales refractarios para la construcción son clasificados de diferente manera. *s$, est"n di!ididos, por ejemplo& por su estado f$sico, de acuerdo con su m#todo de aplicación o de fraguado, por su composición u$mica, por su densidad de !olumen o bien por las normas industriales a ue est"n sujetos. Por su estado físico
$os materia!es refractarios son comercia!i%ados por s& estado físico' &e bien p&ede ser en po!vo' !odo y pasta' y !os c&a!es sirven para fabricar prod&ctos como concretos' refractarios ac&charab!es' proyectab!es' de inyección' de revo&e' morteros refractarios -en e! caso de po!vos-' refractarios p!)sticos' apisonab!es y parchab!es -si se trata de !odos- y' por *!timo' morteros refractarios h*medos' refractarios de inyección' de revo&e -c&ando est)n en forma de pasta- &e dan a! distrib&idor o constr&ctor &na visión amp!ia de !a forma en &e ser)n a!macenados !os prod&ctos refractarios"
+ipos físicos de refractarios ,ateria!es $adri!!os yo tabi&es
Características A!ta porosidad' capaces de retener e! ca!or y resistir a!tas temperat&ras"
Ac&charab!es
.ranos refractarios /r&esos y finos' y cemento de !i/a' insta!ados por medio de vaciado desp&0s de me%c!ar con a/&a" +ipo de concreto refractario insta!ado con c&chara de a!ba1i!"
P!)sticos
,ateria!es &e me%c!ados con a/&a yo a/re/ados con &na !i/a dan
Concretos
!a p!asticidad apropiada para ser /o!peados o apisonados en e! !&/ar deseado" Apisonab!es 2e parchado Proyectab!es
#imi!ares a! p!)stico refractario' só!o &e &n poco m)s d&ros &e 0ste" ,ateria!es me%c!ados con a/&a yo a/re/ados con &na !i/a' de consistecia s&ave para ser parchados en e! !&/ar deseado" Con /ranos refractarios /r&esos y finos' y e! a/ente de !i/a apropiado' e insta!ado con &na m)&ina de proyección"
2e inyección
,ateria!es &e son inyectados dentro de &n horno en cierto estado de h&medad"
3ariab!es
4nsta!ados exc!&sivamente con f&ndidor vibrante"
Arrojab!es
4nsta!ados con &na m)&ina de arrojo"
2e revo&e
5ti!i%ados para c&brir &na m)&ina de arrojo"
,orteros
,ateria!es mo!idos finamente' ap!icab!es con c&chara a! ser me%c!ados con a/&a y &ti!i%ados para co!ocar y !i/ar formas refractarias"
Por su método de instalación +o basta con conocer los estados f$sicos o la clasificación gen#rica de los materiales refractarios% para un mejor manejo de #stos, los proyectistas y constructores deben saber la metodolog$a para su instalación. or ejemplo, deben conocer los casos en ue los concretos refractarios utilizan un m#todo de !aciado, o saber de auellos materiales refractarios aplicables por cuchara -como por ejemplo, algunos concretos y morteros- o de los casos en ue son utilizados m#todos como el proyectado, la !ibración, el golpeteo o apisonado e incluso la inyección. Por su método de fraguado Los materiales refractarios desarrollan su resistencia despu#s de ser aplicados. 'n este punto, el fraguado depende del agente de liga, el cual puede ser fosfórico, no fosfórico, gran$tico o elaborado con productos especiales. *lgunos de los m#todos utilizados son& el fraguado hidr"ulico, el fraguado al aire, la base seca y el fraguado u$mico. Por su composición química ara la obtención de un producto pueden emplearse di!ersos materiales crudos, as$ como !ariaciones en la composición u$mica, mismas ue depender"n de las necesidades y caracter$sticas ue reuiera la industria en la cual ser" utilizado el material refractario.
)e esta manera, e(isten refractarios fabricados con base de silicato de almina -mejor conocidos como ose/i- arcilla cocida o silimanita monol$tica. 'n otros casos, e(isten los llamados silicios monol$ticos o de alta almina, donde es tomada en cuenta la cantidad de ciertos de sus componentes de ó(ido. or otra parte, si el componente no es el ingrediente m"s importante, su nombre puede ser utilizado para referirse al refractario ue lo contiene. Por su densidad de volumen )entro de esta clasificación est"n principalmente los concretos refractarios, ya ue algunos de #stos llegan a tener una densidad menor ue 1.0 g.2dm 3, siendo considerados como concretos refractarios de peso ligero. ambi#n e(isten concretos refractarios con una alta densidad de !olumen, mejor conocidos como concretos refractarios densos, y otros concretos como denominados de peso medio. Por las normas industriales Los materiales refractarios tambi#n pueden ser clasificados de acuerdo con ciertas normas industriales, dentro de las cuales est"n contempladas las temperaturas a las ue ser"n e(puestos, el poder refractario con eui!alencia a un cono pirom#trico, la resistencia despu#s del secado, el módulo de ruptura, la resistencia de compresión en fr$o, el $ndice de moldeabilidad, el contenido de agua y el de almina ue tendr" el producto final, de manera ue se cumplan los reuerimientos del consumidor.
ara satisfacer las necesidades del mercado e(isten di!ersas empresas tanto nacionales como internacionales con una amplia gama de productos, entre los cuales est"n las fibras cer"micas refractarias, ladrillos y tabiues -de di!ersas formas y composiciones u$micas- porta fibras, postes con y sin cejas, cocodrilos refractarios, portarresistencias, moldes de !aciado, concretos, morteros y pl"sticos, entre muchos otros productos con los cuales pueden ser construidos muchos elementos m"s, desde un simple portarresistencia o una chimenea, hasta complejos elementos industriales tales como hornos rotatorios, canales de sangrado, altos hornos, hornos de tratamiento t#rmico, sistemas de precalentamiento, ductos y re!estimientos, hornos de crisol y muchos elementos m"s aplicables en di!ersas industrias como las del aluminio, la fundición, la petrou$mica, el acero, o el cemento, entre muchas m"s. •
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RECUBRME!"#$ PR#"EC"#RE$ P%R% E&E'%(% "EMPER%"UR% P#R C'( (E M%"ER%&E$ ME"%&C#$ C#!'E!C#!%&E$
Los materiales ue operan a ele!ada temperatura deben cumplir dos reuisitos fundamentales. 'n primer lugar, debe satisfacer los reuerimientos mec"nicos para los cuales se han dise4ado y, en segundo lugar, deben ser resistentes frente a la corrosión y2u o(idación del medio circundante, mas agresi!a por la ele!ada temperatura. *s$, resulta interesante emplear materiales met"licos con!encionales, de propiedades conocidas y costes moderados y recubrir su superficies para hacerlos resistentes a su degradación, con la consecuente perdida de propiedades mec"nicas. )e entre las numerosas t#cnicas de recubrimientos, se ha empleado la )eposición 5u$mica en 6ase 7apor 897):, la cual tiene la peculiaridad de recubrir de forma homog#nea toda la superficie de la pieza a diferencia de otros tipos de t#cnicas. La 97) se ha
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optimizado empleado los sistemas de reactores de lecho fluidizado 86;:, en los ue se promue!e la transferencia de masa y de energ$a, por lo ue se obtienen recubrimientos a menores tiempos y temperaturas ue en otras t#cnicas. *dem"s, la 97)-6; es una t#cnica medioambientalmente aceptable gracias a la recuperación y neutralización de los gases de desecho y el reciclaje de los productos sólidos. 'l acero ino(idable austen$tico *<=< 3>? se emplea desde hace mucho tiempo gracias a su buena relación propiedades2coste. =in embargo, su temperatura l$mite de operación se sita por debajo de los @>>A 9 por e!aporación de la capa protectora basada en 9rBC3. ecubriendo con *1 su superficie, se puede conseguir aumentar la temperatura de uso de este acero 8siempre y cuando los reuerimientos mec"nicos no sean muy ele!ados: mediante la formación de capas de *lBC3 a alta temperatura en ambientes o(idantes. )e este modo, se han estudiado pre!iamente las condiciones termodin"micas apropiadas para la obtención de recubrimientos de difusión de *1 en este acero ino(idable, as$ como las condiciones idóneas de fluidización. La t#cnica de 97)-6; se ha optimizado bajo distintas condiciones e(perimentales 8naturaleza de pol!o de *1 de suministro, relación de gases reacti!os HB2H91, temperatura y tiempo de operación: as$ como el estudio del efecto de un tratamiento t#rmico posterior para promo!er la $nter difusión de las distintas especies recubrimiento2substrato. * continuación, una !ez optimizados los recubrimientos de difusión de *1, se ha lle!ado a cabo el estudio de la resistencia a la o(idación a ele!ada temperatura 8@D>A9: bajo distintas condiciones e(perimentales& o(idación isoterma continua y discontinua, as$ como o(idación c$clica. Los mismos ensayos se han lle!ado a cabo en el material no recubierto con el fin de establecer criterios comparati!os. 6inalmente, se concluye ue el acero ino(idable *<=< 3>? recubierto con *1 mediante 97)-6; y posterior tratamiento t#rmico es capaz de e(tender la !ida en ser!icio del acero, especialmente bajo condiciones isotermas continuas. #B"E!C#! (E &%(R&$ %CUMU&%(#RE$ (E C%R % P%R"R (E (#$ R#)#$* 'n este trabajo se desarrollan y se obtienen ladrillos acumuladores de calor a partir de los Lodos ojos. Los Lodos ojos son el residuo insoluble del proceso ;ayer en el cual se e(trae la almina de la bau(ita por disolución en +aCH. =e caracterizan por contener ó(idos de hierro, s$lice y titanio, adem"s de cantidades !ariables de compuestos de =i, 9a, +a, y otros elementos. ienen porcentajes importantes de +aCH, ue le dan un pH claramente b"sico, y al ser almacenados a la intemperie representan un riesgo medioambiental. 'n Ealicia se producen m"s de ?01.>>> toneladas2a4o de este residuo. 'ntre los sistemas el#ctricos de calefacción est"n los calefactores por acumulación. 'stos aparatos est"n dise4ados para almacenar calor durante la noche apro!echando la tarifa nocturna ue tiene un precio reducido y liberarlo durante el d$a cuando la tarifa es plena. 'l almacenamiento de calor se realiza en ncleos cer"micos de material refractario de alta densidad. La idea de utilizar los lodos rojos para la fabricación de ladrillos acumuladores de calor se fundamenta principalmente en una cierta similitud entre la composición de los ladrillos comerciales y la de estos residuos. Luego de realizar una caracterización e(hausti!a, se realizaron ensayos de procesamiento t#rmico, detect"ndose como fases principales en el material cocido itanatos de *luminio y Hierro, corindón y Hematita en soluciones sólidas continuas. =e realizaron diferentes ensayos de conformación, siendo escogido el prensado por los mejores resultados obtenidos. Fna !ez desarrollada y afinada la mec"nica de producción, se realizaron ensayos de comparación entre los ladrillos comerciales y de la laboratorio, siendo los resultados satisfactorios. =e hicieron pruebas en industrias cer"micas y se homologó el producto para su uso comercial. 'l sector pri!ado una !ez negociada la patente ue cubre este proceso, ha comenzado el montaje de una planta piloto para la producción de 1> on2d$a de ladrillos, ampliable a 1>> on2d$a.
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$$"EM%$ (E PR#"ECC#! %!"#+(%!"E (E M%"ER%&E$ C#MPUE$"#$ C,$C*
Los materiales compuestos 92=ic forman parte del e(clusi!o grupo de materiales estructurales de alta temperatura. =us principales propiedades son una ele!ada resistencia a fle(ión y al choue t#rmico en un amplio rango de temperaturas ue abarca desde temperatura ambiente hasta 1G>> grados 9. =in embargo, el principal problema es la ele!ada !elocidad de o(idación de la fibra de carbono. 'sta tesis es el fruto de la participación del >> horas a 1B>> 9 y m"s de 1>> horas a 1G>> 9 con una p#rdida m"(ima de peso del 3I.
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($E-# . (E$%RR#& (E M%"ER%&E$ (E %&"% %&UM!% C#! M%"RCE$ (E E$P!E&% . /E+%&UM!%"# C%&CC#*
'l propósito de la presente esis ha sido el desarrollo de materiales refractarios, conformados y hormigones, de alta almina aglomerados fundamentalmente por una matriz de espinela y he(aluminato de calcio, para su aplicación, en siderurgia. ara dise4ar apropiadamente dichas matrices se establecieron pre!iamente las relaciones de compatibilidad y de fusión en el sistema ternario& *lB>3- MgC-9aC, fundamentalmente en la región de alto contenido en almina, datos no disponibles en la literatura cient$fica. Fna !ez establecido el sistema y teniendo en cuenta la información suministrada por el subsistema& monoaluminato de calcio 89a*lBC?:- espinela 8Mg*lBC?:- dialuminato de calcio 89a*l?C0:, se dise4ó y obtu!o un nue!o cemento de aluminatos de calcio conteniendo espinela, mediante el estudio de la sinterización reacti!a de una mezcla de dolomita y almina. )icho proceso ha sido patentado. osteriormente, a partir de mezclas apropiadas del nue!o cemento y almina, se ha estudiado y establecido el mecanismo de reacción imperante en la formación de dichas matrices de espinela 8Mg*lBC?: y he(aluminato de calcio 89a*l1BC1@:. 'studi"ndose igualmente su influencia en las microestructuras desarrolladas. 6inalmente, con toda la información obtenida se dise4ó y fabricó un nue!o hormigón de alta almina y una matriz de espinela y he(aluminato de calcio, el cual, en un ensayo piloto en una cuchara de aceria secundaria, presentó un mejor comportamiento al desgaste ue los materiales actualmente utilizados. 'stim"ndose por la ingenier$a de planta ue su uso doblar$a como m$nimo la !ida actual de las cucharas. or ltimo, mediante un estudio post-mortem, se han podido confirmar las pre!isiones sobre el mecanismo de desgaste imperante y el papel desempe4ado por las fases espinela y he(aluminato de calcio.
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C#MP#R"%ME!"# MEC%!C# E! C%&E!"E (E RE0R%C"%R#$ (E M%1!E$%2 1R%0"#*
'l desarrollo de los materiales de magnesia-grafito ha tenido lugar de una manera fundamentalmente empirica, ligada a su uso en la industria siderurgica y no e(iste una metodolog$a sistem"tica para su caracterización. =in embargo, esta aceptado de forma general ue cualuier desarrollo futuro de estos materiales implica el abandono del m#todo de prueba y error utilizado hasta ahora. 'n particular, el comportamiento en uso de estos materiales, como el de todos los materiales refractarios, esta directamente relacionado con sus propiedades mec"nicas a alta temperatura. ara lograr el a!ance cient$fico en lo ue se refiere al desarrollo de los materiales de magnesia-grafito 8mgo-c: y magnesia-grafito-aluminio 8mgo-c-al: es necesario determinar las relaciones procesamiento-microestructura-propiedades mec"nicas, para lo cual, en primer lugar, es preciso contar con las herramientas adecuadas para su caracterización. Jnicamente a partir de ese momento, ser" posible determinar las relaciones procesamiento-microestructura propiedades mec"nicas y, a partir de este conocimiento, podr"n ser trazadas nue!as l$neas de actuación para el desarrollo de estos refractarios. 'n esta tesis se propone una metodolog$a para la caracterización mec"nica y microestructural de los materiales de mgo-c y mgo-c-al y se aplica a la caracterización de una serie de materiales con objeto de establecer las relaciones b"sicas procesamientomicroestructura-propiedades mec"nicas. •
#B"E!C#! (E M%"ER%&E$ C#MPUE$"#$ (E $C,$34!5 P#R $!"ER6%C#! RE%C"'% P%R% $U %P&C%C#! E! RE0R%C"%R#$*
'n la industria de fabricación de porcelana, el material de enhornamiento utilizado es el carburo de silicio con liga ceramica. )ado el proceso de conformación de este material, se produce una perdida de resistencia al choue t#rmico. *dem"s, la o(idación ue sufren pro!oca en los mismos una deformación ue se transmite a las piezas ue soportan. ara e!itar estos incon!enientes se han desarrollado materiales de carburo de silicio ligado con nitruro de silicio. ara ello se parte de mezclas sic2si de granulometr$as adecuadas ue se conforman por colado. Las piezas se cuecen a una temperatura m"(ima de 1?D> grados c en atmósfera de nitrógeno. 'n el proceso el silicio se transforma en su nitruro, proporcionando una unión ue no reblandece por debajo de 1@>> grados c. las caracter$sticas de los materiales obtenidos, comparadas con el sic tradicional son& menor coeficiente de dilatación t#rmica, con lo ue se reducen las tensiones por dilatación% mayor conducti!idad t#rmica% mayor modulo de rotura, lo ue permite disminuir el grosor de las placas, introduciendo menos masa inerte en el horno. 'n conjunto la resistencia al choue t#rmico se !e mejorada, as$ como la resistencia frente a la o(idación.
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7#B"E!C#! . C%R%C"ER6%C#! (E $ #+(#$ (E 6RC#!# $!"E"6%(#$ ME(%!"E ($1RE1%C#! B%$C% (E& $&C%"# (E 6RC#!#7*
'n el presente trabajo se desarrollan dos m#todos de obtención del o(ido de zirconio utilizando el silicato de zirconio como materia prima. La primera etapa a realizar ser" la descomposición del zircon en sus dos ó(idos correspondientes& la zircona y la s$lice. La ruptura de la mol#cula de silicato de zirconio puede realizarse por dos !$as& - a alta temperatura, por encima de los 10>> grados cent$grados. - utilizando agentes disgregantes. en el segundo caso, los m#todos tradicionales proponen una relación ele!ada entre la cantidad de disgregante y el zircon, con el fin de ue el zirconio reaccione totalmente con el disgregante y forme un compuesto soluble en medio acido, de tal manera ue al neutralizarse la solución se obtenga el hidró(ido de zirconio. 'n este estudio, sin embargo, se propone la utilización de cantidades inferiores de fundente, consigui#ndose la disociación de la mol#cula de silicato de zirconio, pero sin ue pueda reaccionar todo el zirconio con el disgregante. Los fundentes elegidos en este estudio son el carbono sodico y el o(ido de calcio. la composición u$mica de los ó(idos de zirconio sintetizados por estos dos m#todos propuestos, y utilizando distintos silicatos de zirconio, !ar$an ampliamente dentro de un inter!alo comprendido entre @> y @KI como zroB, y son de una riueza semejante a las elaboradas mediante tecnolog$as hidrotermales o de plasma. 'n la memoria de tesis se caracterizan los pol!os de o(ido de zirconio obtenidos tanto por !$a carbonato sodico, como por la del o(ido de calcio.
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E$"U(# . (E$%RR#& (E CEME!"#$ RE0R%C"%R#$ E! $ $$"EM%$ %&8#42 C%#2$#820E8#4 . %&8#42C%#2$#82"#8*
=e ha desarrollado un m#todo para el calculo cuantitati!o de fases en especial de la fase mono aluminato de calcio 8ca: en los cementos aluminosos refractarios fundidos de altos contenidos de ó(idos de hierro a partir de sus an"lisis u$micos y se han establecido las bases u$mico-f$sicas para la obtención de cementos aluminosos refractarios fundidos de bajos contenidos de o(ido de hierro y de refractariedad media 81D>>-1G>>c:.