Sistemas de alimentación innovadores para una mejor calidad de la fundición de acero

Productos auxiliares para sistemas de alimentación como manguitos aislantes y exotérmicos y polvos de cobertura pueden tener un impacto positivo en la calidad general y en los costes de la fundición de acero. Su utilización ha sido larga y profundamente estudiada. Sin embargo, estos materiales pueden afectar la composición química del metal contenido en la mazarota y potencialmente en la colada de acero. Esto puede suceder por dos mecanismos ampliamente estudiados por ASK Chemicals. El primer mecanismo consiste en el hecho de que estos sistemas son deliberadamente utilizados para desacelerar la solidificación del metal en la mazarota. Ello puede generar la segregación de ciertos elementos de la aleación en la mazarota y potencialmente en la colada en el área situada debajo de la mazarota, causando grietas en dicha área y otros problemas. El segundo mecanismo es la contaminación directa en la mazarota o en la colada debido a ciertos elementos de material liberados desde los productos auxiliares de alimentación.

La segregación de la aleación y el agrietamiento en el área situada debajo de la mazarota normalmente constituyen un problema solo cuando se utilizan galletas de corte para facilitar la eliminación de la mazarota. Estudios anteriores han demostrado que las galletas con aberturas inferiores al 70% del diámetro de la mazarota pueden causar segregación en la colada. Sin embargo, nuevas pruebas realizadas por ASK Chemicals han evidenciado que el empleo de diferentes materiales y geometrías para las galletas permite minimizar la segregación facilitando al mismo tiempo la rebaba de la mazarota.

La absorción de aluminio desde los productos auxiliares de alimentación exotérmicos en la mazarota y en la colada es un serio problema a causa de la potencial producción de nitruro de aluminio (AlN), el cual, como se sabe, hace frágil la colada de acero. Se llevaron a cabo pruebas para cuantificar la contaminación causada por distintos tipos y formulaciones de productos auxiliares de alimentación. Primero se colaron piezas de prueba en forma de cubo con manguitos para mazarotas de diferentes materiales, después se seccionaron las mazarotas y las coladas para analizar las características químicas, extrayéndose las siguientes conclusiones:

Se pudo verificar una segregación de la aleación debajo de la mazarota si las dimensiones de la abertura, la geometría y la composición de las galletas no son controladas o proyectadas adecuadamente para la colada por alimentar (ver fig. 1 más abajo)
Una galleta de corte en forma de estrella facilita la eliminación de la mazarota y mejora de modo evidente la alimentación de la colada sin causar segregación de la aleación respecto de una galleta normal de forma circular con la misma área de corte.
Las galletas no son tan irrelevantes desde el punto de vista térmico como se suponía anteriormente. Las dimensiones de la abertura de la galleta en arena sí repercuten en sus prestaciones, las cuales dependen de la composición química del metal y de la geometría de la colada.
Las galletas exotérmicas pueden mejorar la alimentación con una abertura más pequeña respecto de galletas en arena, facilitando la eliminación de la mazarota y la limpieza de la colada.
Cálculos matemáticos demuestran que una galleta en forma de estrella facilita la eliminación en aproximadamente un 21,5% más, respecto a una galleta circular.
La simulación puede ser una herramienta eficaz para determinar la prestación del diseño de una cierta mazarota y su galleta incluso antes de crear la primera colada.
Los polvos de cobertura han arrojado resultados variables. El grado de contaminación depende de la formulación del material de cobertura.

Galletas circulares en arena 40% Galletas circulares en arena 50% Galletas circulares en arena 70% Galletas circulares en forma de estrella

Figura 1: Diferencias en la segregación de la aleación en pruebas de coladas en acero en función de dimensiones y formas de las galletas.

Las fotos se pueden ver en la revista impresa, o en el PDF de la revista en http://www.metalspain.com/fundidores-gifa.htm

Como se puede apreciar en la figura, los investigadores de ASK Chemicals han estudiado minuciosamente los efectos de las galletas y sus prestaciones en la alimentación de una colada, de la amplitud de la apertura a los materiales de los que se componen y la forma del área de contacto (véase abajo en fig. 2 la comparación entre fracciones líquidas con una galleta circular en arena al 50% y una galleta en arena de dimensiones análogas con corte en forma de estrella). Ésto demuestra que las galletas en forma de estrella pueden mejorar el perfil térmico en el área de contacto y reducir la segregación de la aleación durante la solidificación de la colada. Este tipo de estudios encaminados a identificar las dimensiones y configuraciones óptimas de los productos auxiliares de alimentación son sólo un ejemplo de la contribución de ASK Chemicals a la optimización de los procesos de fundición.

Fig. 2: Simulaciones de los resultados de fracciones líquidas con macho 50% a la izquierda, en contraste con área de contacto en forma de estrella a la derecha para t=562 sec.

ASK Chemicals se enorgullece de estar a la vanguardia de la tecnología de manguitos para mazarotas. Nuestros manguitos para mazarotas y nuestros productos auxiliares se basan en técnicas patentadas, con empleo de una base refractaria libre de fibras aglomeradas con la resina cold box de ASK Chemical. Este diseño ofrece numerosas ventajas en comparación con los manguitos tradicionales para mazarotas a base de fibra, como excelente precisión, elevada resistencia, baja emisión de gas y composición química uniforme. Nuestros manguitos para mazarotas están disponibles en una variedad de formulaciones:

Serie IN ­ La serie IN es una fórmula aislamiento diseñada para su utilización con todos los metales incluyendo el acero de espesores de hasta 4 pulgadas
Serie STL ­ La serie STL es una formulación de alto poder aislante diseñada para su uso con piezas de acero con espesores de perfil de 3.5 pulgadas o más
Serie EX ­ La serie EX es una formulación exotérmica de nivel estándar diseñada para su utilización con todos los metales ferrosos
EXF ­ La serie EXF es una formulación de alto rendimiento, de rápido encendido, libre de flúor, desarrollada para el hierro dúctil a fin de prevenir los defectos "de ojo de pez" asociados a la contaminación de flúor tradicionalmente contenido en manguitos exotérmica en arena verde. El bajo consumo de energía necesaria para el encendido de estos manguitos les hacen particularmente eficaces para aplicaciones en frío. También se pueden utilizar en aplicaciones de acero cuando se requiere un encendido rápido.

ASK Chemicals también ofrece los sistemas de cobertura Exactcast™ Floating Cover Lids, capaces de mejorar notablemente la constancia de las prestaciones de la mazarota, garantizando a la vez un mejor nivel de seguridad. La utilización de FCL permite eliminar muchas de las variables en la fundición, entre otras, la cantidad de materiales de cobertura utilizada, el momento en que se añadió y si se cubrió realmente la mazarota de modo uniforme. Las pruebas realizadas tanto en el laboratorio como en la fundición confirman la mejora general del rendimiento y la constancia cuando en vez de materiales tradicionales se utilizan Exactcast™ Floating Cover Lids.

La tecnología Exactcast™ de manguitos para mazarotas también ofrece oportunidades únicas a fundiciones en el proyecto de usos de colada y de sistemas de alimentación para las piezas que se piensa producir. En lugar de tener que utilizar formas estándar, las fundiciones ahora pueden trabajar con técnicos de Ashland para diseñar geometrías personalizadas que permiten maximizar la eficiencia de las mazarotas y reducir aún más los costos de fundición.

Lee Horvath es Global Product Manager para la línea de productos de ASK Chemicals Feeding Aid