ARTÍCULO

Propuesta de una metodología para la implementación industrial de un circuito de arenas de moldeo en verde

 

 

Tito Zegarra Verástegui

Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales
Universidad Mayor de San Andrés
titozegarra@yahoo.com

 

 

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RESUMEN

Cuando una arena de moldeo es sometida al calor del metal que se funde, se producen algunos fenómenos que no permiten que los materiales componentes de la arena vuelvan a reproducir las propiedades técnicas cuando se las recirculan para posteriores aplicaciones. Esta es la razón por la que se deben determinar cuales son los aditivos necesarios que deben ser introducidos en la arena reciclada para que esta reproduzcan las propiedades técnicas necesarias.

En el presente trabajo se presenta una propuesta para determinar las adiciones necesarias a las arenas que reciclan, de tal forma que se pueda generar un circuito de arenas de moldeo en verde que permanentemente desarrollen las mismas propiedades. Para entender mejor la propuesta, se lo presenta con la aplicación práctica industrial que avala el beneficio del método.

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INTRODUCCIÓN

La determinación de las condiciones adecuadas para el reciclado de las arenas, se constituye en factor de introducción de defectos a las piezas, si no se lo hace adecuadamente. Considerando que los componentes básicos de una arena de moldeo son, arena de sílice, bentonita y agua, los fenómenos que se producen cuando la arena entra en contacto con el metal en estado líquido, son básicamente dos:

•     La degradación de la bentonita
•     La crepitación de algunos granos de sílice

La determinación de la magnitud de estos fenómenos, es la base para determinar las recetas que deben aplicarse a la arena usada al momento de su reciclado, para que desarrollen las propiedades técnicas exigidas a las arenas de moldeo. El objetivo del presente trabajo es el de presentar una propuesta para determinar la receta que permita conseguir un circuito de arena de moldeo en verde.

 

METODOLOGÍA

La metodología seguida es la siguiente:

•     Determinación de la durabilidad de la bentonita
•     Determinación de la degradación de la arena de moldeo
•     Determinación de los aditivos para la recirculación de la arena
•     Aplicación práctica industrial

 

RESULTADOS

Determinación de la durabilidad de la bentonita

Esta determinación tiene vital importancia por ser este constituyente de la arena la que le confiere gran parte de las propiedades técnicas. Para este fin se utiliza el medidor de azul de metileno (535-A-MD1) y las normas recomendadas por la AFS. El consumo de azul de metileno para diferentes cantidades de bentonita, se muestra en el siguiente cuadro. En la Figura 1 se puede ver la curva de calibración de esta bentonita. Los resultados de las pruebas de durabilidad de la bentonita se presentan en el cuadro siguiente y la curva de durabilidad en la Figura 2.

Figura 1. Curva de calibración de la bentonita

Figura 2. Curva de durabilidad bentonita Baroid.

Determinación de la degradación de la arena

Cuando la arena de moldeo es expuesta al calor del metal que se cuela, se producen dos fenómenos como son:

•     Una parte de la bentonita pierde sus propiedades, por haberse calentado a más de 6000°C. Es decir que la bentonita sufre una degradación.
•     Se generan finos en la arena como producto de la crepitación de algunos granos de sílice

El procedimiento seguido para la determinación de la degradación se muestra en el siguiente esquema:

Las propiedades técnicas desarrolladas por la mezcla de moldeo durante la degradación se presentan en el siguiente cuadro.

En las Figuras 3 y 4 se pueden observar los resultados del análisis granulométrico cuando la arena es virgen y cuando es sometida a 5 recirculaciones

Figura 3. Análisis granulométrico de la arena virgen

Figura 4. Análisis granulométrico de la arena recirculada 5 veces

Lo que muestran los resultados obtenidos, es que a medida que se produce la degradación de la arena, se produce una disminución significativa de la resistencia. No sucede lo mismo con la compactabilidad y permeabilidad, propiedades estas que sufren leves cambios aún después de la quinta recirculación.

Por otro lado se puede detectar que el índice de finura de la arena se incrementa de 63 a 70,56, pasando el tamaño medio de la arena de 0,2535 mm a 0,195 mm. Esto significa el 23 % de disminución. Los finos se incrementan en 0,6 % y la arcilla AFS sube en un 5,4%

Por todo lo mencionado se concluye que para la recirculación de la arena se hace necesario adicionar una determinada cantidad de bentonita que reemplace a la que perdió sus propiedades y también se debe adicionar arena nueva para recuperar la distribución granulométrica inicial.

Determinación de los aditivos necesarios para la recirculación.

Considerando que la degradación de la arena alcanza a 9.6 % en la primera recirculación, para recuperar su condición inicial se deberá incrementara la arena usada, el 10% de bentonita total utilizada.

En cuanto a la generación de finos, si se consideran los granos comprendidos entre la malla 140 y el fondo, se nota un incremento del 4,6 % según el siguiente detalle.

Entonces para retornar a la condición inicial debe eliminarse el exceso de finos. Esto puede ser logrado con la adición de una cantidad de arena nueva según el siguiente análisis. Existen 16,8 Kg de finos en 100 kilos de arena de moldeo. En consecuencia 4,6 kilos de finos habrá en 27,38 kilos de arena de moldeo. Entonces si se eliminan 27,38 kilos de arena usada y se reemplazada por arena nueva, se estará eliminando el exceso de finos.

Sin embargo si se considera que en el manipuleo de la arena usada se elimina una determinada cantidad de finos, se estima que con la adición de 20% de arena nueva, es posible recuperar las condiciones iniciales. De esta manera, la arena para la recirculación deberá prepararse con una composición que es el resultado de la solución del siguiente sistema de ecuaciones.

X + Y + 0.07 X + 0.007 Y = 100 X/Y = 0.2/0.8

Donde: X = Arena nueva; Y = Arena vieja y (0.07 X + 0.007 Y) = Cantidad de bentonita

Este resultado es el siguiente:

•     Arena virgen  = 19.61 Kg

•     Arena vieja     = 78.46 Kg

•     Bentonita       = 1,92 Kg

•     Agua              = 3 % respecto al peso total de materiales secos

 

APLICACIÓN INDUSTRIAL

La aplicación industrial se lo realiza siguiendo el siguiente esquema.

La primera mezcla y la mezcla para la recirculación se las prepara con las siguientes composiciones en materiales sólidos.

La medida de las propiedades técnicas de las mezclas, reportaron los siguientes resultados.

Como se puede notar en la primera recirculación se tuvo una variación de las propiedades técnicas de la mezcla. Se incrementa levemente de la resistencia y en consecuencia se nota una baja de la permeabilidad, pero lo que es más importante es la baja notoria de la compactabilidad, que convierte la mezcla en inadecuada.

Por lo tanto, para contrarrestar este efecto, se procedió a la reformulación de la mezcla en la recirculación, disminuyendo la cantidad de bentonita respecto a la arena vieja de 0,7 % a 0,5% e incrementando la humedad de 3,2% a 3,6%. Esta variación se realizó a partir de la segunda recirculación. La nueva composición de la mezcla es la siguiente.

Las propiedades técnicas en la segunda recirculación son las siguientes

Como se puede observar las propiedades técnicas de la mezcla fueron recuperadas adecuadamente, por lo que se continuó las recirculaciones manteniendo estos parámetros.

Los resultados de las propiedades de la arena, en sucesivas recirculaciones, se los puede observar seguidamente.

Si bien estos resultados muestran que en las recirculaciones las propiedades técnicas de la arena se mantienen "constantes", se hace necesario determinar lo que pasa con otros parámetros relacionados con la cantidad de bentonita activa y la granulometría, en las sucesivas recirculaciones.

En ese sentido se realizaron pruebas tendientes a determinar la bentonita activa y el análisis granulométrico en las sucesivas recirculaciones.

Los resultados obtenidos se muestran en el siguiente cuadro.

Como se puede notar, los valores de las propiedades analizadas en las sucesivas recirculaciones de la mezcla de moldeo, se mantienen casi constantes. Por esta razón es que se puede considerar logrado el propósito de implementar un circuito de arenas para moldeo en verde que mantienen sus propiedades constantes o controladas.

 

CONCLUSIONES.

Se puede concluir en que, la metodología seguida para la implementación de un circuito de arenas para moldeo en verde es adecuada y puede ser empleada con este fin para otras aplicaciones.

 

AGRADECIMIENTOS

El autor desea manifestar su agradecimiento al Centro Internacional de Investigación para el Desarrollo (CIID) organismo de ayuda del Canadá, por el respaldo financiero para la ejecución del proyecto. De la misma manera a la Empresa Volcán S.A. por su participación activa y al Ing. Víctor Hugo Flores por la cooperación en la realización de pruebas de laboratorio.

 

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