ADAPTACIÓN DE

TECNOLOGÍA EN LA

FABRICACIÓN DE FUNCIONES

NODULARES

PALABRAS CLAVES

GENERALIDADES DE LA NODULACIÓN

ETAPAS DEL PROCESO DE LA FABRICACIÓN DE FUNDICIONES NODULARES

PROCEDIMIENTO REALIZADO

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

FUNDICIÓN

Se denomina fundición al proceso de fabricación de piezas, comúnmente metálicas pero también de plástico, consistente en fundir un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica.

FUNDICIÓN GRIS

Las fundiciones grises son aleaciones que contienen entre 2,5 y 4% de carbono, además tienen pequeños porcentajes de fósforo y silicio.

FUNDICIÓN BLANCA

La fundición blanca contiene de 2,5 a 3% de carbono, funde entre los 1100º y 1200ºC, es menos fluida que la gris

NODULAR

Caracterización dada a los sistemas básicos que se constituyen por estructuras de forma redonda.

GRAFITO El grafito es una de las formas alotrópicas en las que se puede presentar el carbono y diamante.

ALOTROPICO

Es la propiedad que poseen determinados elementos químicos de presentarse bajo estructuras moleculares diferentes

HIERRO NODULAR

Corresponde a un tipo de fundición gris en la que el carbón contenido en la matriz ferrifica tiene la forma de esferas.

PROCESOS ÁCIDOS Utilizan refractarios de sílice, y por las condiciones de trabajo del proceso hay que poder formar escorias que se saturen de sílice.

PROCESOS BÁSICOS

Los procesos básicos utilizan refractarios de magnesita y dolomía en las partes del horno que están en contacto con la escoria fundida y el metal.

DOLOMIA

Mineral compuesto de carbonato de calcio y magnesio, abundan en forma de rocas dolomíticas. (Dureza:3.5-4 en la escala de Mohs)

FUNDICIÓN NODULAR

También conocida como fundición dúctil o fundición esferoidal, corresponde a un tipo de fundición gris en la que el carbón contenido en la matriz ferrifica tiene la forma de esferas, este hecho modifica notablemente las propiedades mecánicas, en especial aquellas que son cuestionadas en la fundición gris como la maquinabilidad, resistencia al impacto y la ductilidad.

FUNDICIÓN NODULAR

Fundición gris

Fundición nodular

La estructura nodular del hierro, se basa en la forma redondeada del grafito el cual reduce la concentración de tensiones en el material, por ende se logra mayor ductilidad del mismo. El hierro nodular se suele utilizar en piezas de bombas que sufran elevadas cargas.

Al contrario de una fundición gris, la cual contiene hojuelas de grafito, la fundición nodular tiene una estructura de colada que contiene partículas de grafito en forma de pequeños nódulos esferoidales en una matriz metálica dúctil. De este modo la fundición nodular tiene una resistencia mucho mayor que una fundición gris y un considerable grado de ductilidad, estas propiedades y otras tantas pueden mejorarse con la utilización de tratamientos térmicos.

ETAPAS DEL PROCESO DE LA FABRICACIÓN DE FUNDICIONES NODULARES

Las fundiciones nodulares presentan cuatro etapas:

Mapa generalFusión.Desulfuración.Nodulización.Inoculación.

FUSION

Corresponde al proceso de fundición del grafito esferoidal, este proceso se desarrolla en un Horno de arco o un Horno de Cubilote ácido.

HORNO DE ARCO

El más versátil de todos los hornos para fabricar acero. No solamente puede proporcionar altas temperaturas, hasta 1.930ºC, sino que también puede controlarse eléctricamente con un alto grado de precisión.Es Debido a que no se emplea combustible alguno, no se introduce ningún tipo de impurezas. El resultado es un acero más limpio

HORNO DE CUBILOTE ACIDO

Este es un tipo de horno cilíndrico vertical de aproximadamente 6 metros de alto, el cual lleva los metales en el colocados, hasta el estado líquido y permite su colado, puede ser utilizado para la fabricación de casi todas las aleaciones de Hierro, tiene ventilación forzada por toberas ubicadas en la parte superior del mismo.

Cubilotes ácidos Cubilotes básicos

Aun con una buena practica en fusión ácida, siempre hay un aumento en azufre y, en la mayor parte de los casos, un aumento en carbono total.

En la práctica acida se considera normal la pérdida de un 10% de silicio en la carga.

Los hierros dúctiles se hacen frecuentemente con cargas que contienen de 40% a 70% de lingotes de hierros especiales de alto precio.

La operación de cubilotes con revestimientos básicos tiene como principal objetivo la producción de hierros de azufre relativamente bajo y/o carbono relativamente alto.

Es capaz de reducir azufre hasta niveles extremadamente bajos.

Una de las desventajas es la perdida de silicio relativamente elevada que se tiene generalmente (la perdida varía entre 25% y 40%), que puede ser reducida por el uso de aire caliente en el soplado.

Es el indicado en la producción de hierros dúctil en donde son deseables azufre y fosforo bajo y, contenidos altos de carbón.

DESULFURACIÓN

Es muy importante que el material de carga contenga la menor cantidad posible de Azufre, ya que el Magnesio tiene gran afinidad no solamente con el oxígeno, sino también con el Azufre y, por lo tanto al combinarse con éste último, no se dispondrá de Magnesio necesario para la desoxidación del hierro colado y eventualmente para otros fines. Un contenido, lo más bajo posible, de Azufre en la fundición líquida para elaborar la esferoidal es también de gran importancia práctica, por cuanto tras el tratamiento metalúrgico ha de desescoriarse el caldo, es decir, separar la escoria de la combinación Magnesio-Azufre y Magnesio-Oxígeno.

DESULFURACIÓN

La experiencia demuestra que el bajo contenido de Azufre permite escoriar hasta el máximo posible. Los productos de reacción (sulfuros, óxidos y también silicatos) dificultan el llenado de moldes, perjudican la calidad de las piezas fundidas y pueden a llegar a afectar las propiedades del material colado hasta el extremo de hacer inutilizable la pieza si antes de que solidifique el caldo no se consigue la separación de aquéllos.

Los sistemas Inductotherm de vaciado directo (a presión) son capaces de manejar metales ferrosos y metales base de cobre, y combinan la precisión de un mecanismo de barra de tapón con la capacidad de metal y el control preciso de  temperatura de un horno de inducción tipo de canal.

Vaciado Directo

NODULACIÓN

La formación del grafito esferoidal se logra mediante la inclusión de cantidades pequeñas de lingotes de magnesio o cerio, esta inclusión se verifica antes de colar el metal, es evidente el hecho de que, el magnesio de por si no garantiza la formación de las esferas son importantes también el enfriamiento y el origen de la materia prima utilizada, dicho sea de paso, que, esta integrada por una mezcla de carbón

INOCULACIÓN

La inoculación consiste en añadir al metal fundido en el momento de colar, bien en el canal de colado o cuando cae ya en la cuchara, ciertas aleaciones gratificantes y desoxidantes como ferro-silicio, siliciuro cálcico, etc. En la práctica industrial se emplean diversas clases de inoculantes, pero el método operatorio en casi todos los casos es muy parecido.Dicho de otra forma; la inoculación consiste en someter la fundición esfereodizada a un tratamiento especial con el fin de evitar que pase parcial o totalmente a fundición blanca e impedir que los nódulos se disuelvan en el baño metálico fundido desvaneciéndose la acción esferoidizante del Magnesio. Este proceso se realiza cada vez que el metal sale del horno en el chorro o en la cuchara los inoculantes más empleados son: ferrosilicio (FeSi), el FeSiCr, el silicato de calcio, etc.

Etapas del proceso que se realizan en las fundiciones nodulares

CASO 1

CASO 2

CASO 3

CASO 4

PROCEDIMIENTO REALIZADO

CASO 1.

Horno de Cubilote Ácido de diseño convencional:

Características del Horno:

Diámetro del cubilote: 30 cmAltura del crisol 42 cmEspesor del revestimiento (ácido) 15 cmCantidad de toberas 6 (diseño para fundir 3 alternadamente) Diámetro de toberas 6.25 cmInclinación de las toberas 25 º

Condiciones con mejores resultados:

Tiempo de encendido 4 horasAltura de la cama de coque 9 horasVolumen de aire 13 m3/minRelación Coque/Chatarra 1:8Tamaño promedio del Coque 9 cmTamaño de la Chatarra 6 a 8 cmCarburo de Calcio dentro del horno 1% peso de la cargaPeso de la carga metálica 45 KgTiempo entre cargas 8 min

Resultados Obtenidos

Dificultades

•Obtención de temperaturas elevadas, que permitieran disminuir el % de fosforo.

Solución

•Evaluación de los espesores de las fundiciones que permitieran producir hierros de condiciones satisfactorias.Teniendo en cuenta que estos procedimientos se desarrollaron para las fundiciones F1 y F2.

CASO 2.

CUBILOTE ÁCIDO DE DOBLE HILERA DE TOBERAS Y AIRE BALANCEADO:

Condiciones iníciales de diseño:

Diámetro de cubilote 36 cmDistancia entre toberas principales y auxiliares 36 cmAltura del Crisol 6 (diseñadas para trabajar de 3 alternadamente)Cantidad de toberas auxiliares 3Diámetro de las toberas principales 8 cmDiámetro de las toberas auxiliares 5 cm

Resultados de los ensayos para lograr altas temperaturas adecuadas para la fabricación de hierro nodular en cubilote de doble hilera de toberas.

Aumento en 40% de chatarra en la carga, expresados en los siguientes gráficos

.

Tiempo de desmoldeo en minutos Dureza brinell

5 320

10 290

15 275

22 265

35 240

CASO 3.

FUSION EN HORNO ELECTRICO DE ARCO

CONDICIONES INICIALESEl baño liquido se preparo cargando acero estructural, seguido de un proceso de carburizacion a base de grafito pulverizado, con granulometría entre 40 y 100 meshVariación de la dureza del hierro nodular F9, con el tiempo de desmoldeo.

CASO 4.

FUSION EN HORNO DE CRISOL (ACPM) (CAPACIDAD DE 150 KG)

CONDICIONES INICIALES

Se fabrico la fundición nodular austenitica. Alcanzada a 1420 CTeniendo en cuenta la selección de la composición se estableció que el hierro nodular por producir debería tener los siguientes aleantes:Niquel entre 14 y 17 %Silicio entre 2,8 y 3,3 %Manganeso máximo 2%Cobre entre 1 y 2 %Cromo 0 %El tiempo del tratamiento fue de 2 a 3 minutosLa cantidad tratada fue 80 Kg en todos los casos

Para evaluar el efecto de la finura del carburo de calcio se obtuvieron los siguientes datos.

Finura del CaC2 en mm % de s después del tratamiento

0.5 0.06

0.5 0.05

1.0 0.04

1.5 0.04

2.0 0.05

3.0 0.06

4.0 0.08

5.0 0.09

6.0 0.1

7.0 0.1

En los ensayos realizados se aplico el proceso Mag/coke con liga de magnesio coke al 45 % de Mg. En cada ensayo se procesaron 200 Kg de fundición proveniente de un cubilote acido.

SECUENCIA DEL PROCESO MAG-COKE

SECUENCIA DEL PROCESO MAG-COKE

SECUENCIA DEL PROCESO MAG-COKE

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Se encuentran ciertas limitaciones en la utilización del cubilote acido de diseño convencional para la fabricación de fundiciones nodulares de aceptable calidad y debido a los siguientes factores:

•La temperatura lograda no permite el manejo del metal para que se produzca nodulizacion en piezas de espesores menores de 15 mm

•Al no poderse incrementar los porcentajes de chatarra de acero. Los contenidos de fosforo en el producto son elevados. Lo cual se refleja en una disminución de las propiedades.

•Una de las modificaciones a realizar al cubilote seria la fabricación del mismo con doble hilera de toberas

•Para obtener una apta fabricación de fundiciones nodulares y con un costo bajo es apropiado utilizar un cubilote acido con doble hilera de toberas y aire balanceado

•La fabricación de fundiciones ferrÍticas directamente de colada requiere un estricto control de la materias primas. A pesar de disminuir costos.

•El método de desulfuración deberá satisfacer dos exigencias básicas.

•Alta eficiencia en la formación de los esferoides.•Calidad garantizada del producto.