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PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 TRABAJO DE PROCESOS DE MOLDEO

PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2

ANDY FABIAN QUINTERO CASTILLO ALBERT RENE ALBARRACIN DIEGO FERNANDO

DOCENTE:

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERAS METALURGICA Y CIENCIA DE MATERIALES FACULTAD DE INGENIERIA FISICO-QUIMICAS 2011

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PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIN OBJETIVOS 1. PROCESOS DE MOLDEO EN ARENA AGLOMERADA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDA CON CO2 1.1 DEFINICIN 1.2 MATERIAS PRIMAS EMPLEADAS EN EL PROCESO 1.2.1 Arena de slice 1.2.2 Arenas de moldeo no silceas. 1.2.3 Silicato de sodio. 1.2.4 Dixido de carbono 1.2.5 Aditivos 1.3 MECANISMO DE ENDURECIMIENTO CON CO2 1.3.1 Mtodos de gaseamiento 1.3.2 Factores que influyen en el gaseado. 1.3.3 Aspectos a tener en cuenta en el gaseado C02 1.4 VIDA DE BANCO DE LA ARENA. 1.5 ELABORACIN DE LOS MOLDES Y MACHOS 1.5.3 Endurecimiento de los machos sin desmontar 1.5.4 Untos 4 5

6 6 6 6 8 9 10 11 13 13 15 17 18 18 18 19

1.6 PROPIEDADES DE LOS MOLDES Y MACHOS ELABORADOS MEDIANTE EL PROCESO SILICATO DE SODIO CO2 19 1.6.1 Propiedades a altas temperaturas 1.6.2 Colapsibilidad 1.7 ASPECTOS IMPORTANTES DEL PROCESO 1.7.1 Precisin dimensional. 1.7.2 Fundiciones slidas. 1.7.3 Defectos superficiales de las piezas coladas. 19 20 21 21 21 21 2

PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 1.8 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL PROCESO CONCLUSIONES BIBLIOGRAFA 21 23 24

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PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 INTRODUCCIN

El proceso de moldeo en arenas al silicato de sodio

CO2 es un proceso de moldeo de

fraguado en frio que se ha probado desde sus inicios en los aos 50 s como un proceso excepcionalmente verstil para todo tipo de fundiciones a pequea y a grande escala. La versatilidad de este proceso, es aprovechada particularmente en usos que implican la produccin a gran velocidad y tcnicas automticas de fraguado. Se tratar de mostrar aspectos como: Componentes de la mezcla, procesos de fabricacin de la mezcla, incluyendo el mecanismo de endurecimiento de esta, procesos de moldeo con esta arena fabricacin de moldes y machos, propiedades de los moldes y machos elaborados con este tipo de arena, algunos aspectos metalrgicos de este proceso de moldeo y por ltimo las aplicaciones ms conocidas. El propsito de este trabajo es conocer con el grado de

profundidad permitido por la bibliografa disponible, todos los aspectos del proceso de moldeo en arenas al silicato de sodio CO2.

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PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Teniendo en cuenta las diferentes caractersticas del proceso de moldeo en arenas aglomeradas con silicato de sodio y endurecidas con CO2, determinar sus ventajas y desventajas presentadas en el proceso, para as tener la facultad de implementarlo bajo ciertos criterios segn se la situacin de moldeo presentada OBJETIVOS ESPECFICOSy

Conocer las propiedades fsicas de los moldes y machos elaborados mediante este proceso y tambin las propiedades de las piezas metlicas obtenidas mediante fundicin empleando dichos moldes y/o machos.

y

Identificar las principales caractersticas y propiedades del proceso de moldeo en arenas aglomeradas con silicato de sodio y endurecidas con CO2.

y

Adquirir la capacidad de seleccionar el proceso de moldeo ms adecuado para un determinado uso, en funcin de las ventajas y desventajas que c ada proceso de moldeo presenta.

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PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 1. PROCESOS DE MOLDEO EN ARENA AGLOMERADA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDA CON GAS CARBNICO

1.1 DEFINICIN Es una tcnica que se basa en el endurecimiento del material de moldeo (arena y el aglomerante de silicato sdico) mediante cido carbnico o bien con arenas aglutinadas con silicato sdico. Se emplea fundamentalmente en la fabricacin de machos y en algunos casos muy concretos para moldes. La mezcla del material de moldeo, es decir la arena y el aglomerante de silicato sdico se endurece por inyeccin del dixido de carbono (CO2) tambin llamado con frecuencia iniciador. El silicato sdico reacciona con el dixido de carbono transformndose en pocos segundos en sosa y cido silcico en forma de gel que provoca la aglutinacin de los granos de arena en el molde.

1.2 MATERIAS PRIMAS EMPLEADAS EN EL PROCESO

Esencialmente, los nicos materiales requeridos para desarrollar el proceso de silicato de sodio (CO2) es una base refractaria tal como arena de slice, de cromita, de zirconio o de olivino, un aglomerante que en este caso es el silicato de sodio y una fuente de dixido de carbono. Algunos aditivos agregados, como arcillas, polvo de carbn mineral y derivados de carbohidratos como azcares y almidones se usan con el fin de mejorar las caractersticas de la arena en el desmoldeo y mejorar el acabado superficial de las piezas coladas.

1.2.1

Arena de slice

Cualquier arena limpia de slice se puede utilizar para el proceso de silicato de sodio - CO2, pero para mejores resultados es necesario la seleccin y el control cuidadoso de la arena, especialmente donde se practica la produccin mecanizada del molde y del macho. La arena es un material de ocurrencia natural por lo que puede variar la forma y tamao de grano, el contenido de arcilla y el contenido de agua. Por estas razones se debe realizar en cuanto sea posible el control cuidadoso de cada carga de arena destinada a este uso con el fin de controlar las siguientes caractersticas: 6

PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2

TAMAO Y FORMA DE GRANO

Influencia los siguientes aspectos del proceso: Las fuerzas endurecedoras durante el y gaseamiento con CO2 cambios en las fuerzas en enlace en los y moldes y machos durante el almacenaje y La permeabilidad de los moldes y machos durante la distribucin de C02 en el gaseamiento. La calidad superficial de las piezas coladas y La granulometra ms adecuada es de 60 a 100 A.F.S. repartida en 3 4 tamices Puede causar reducciones en la vida de banco de la mezcla e influenciar las fuerzas de enlace en sta, resultando moldes y corazones con baja cohesin y superficies y bordes frgiles. No debe superar ni ser menor al 1%. El exceso de agua puede disminuir la resistencia en verde y la capacidad endurecedora del CO2, adems de ocasionar defectos como sopladuras. La reaccin de endurecimiento entre el CO2 y el silicato de sodio es muy lenta a bajas temperaturas y no tiene muchos efectos endurecedores por debajo de 10C a menos de suministrar en exceso el gas. La temperatura idnea de la arena es aproximadamente 20C. Se requiere un contenido alto de slice para contar con buenas propiedades refractarios. Si las arenas contienen ms de 0.5% de xidos de potasio y de sodio (principalmente como los feldespatos y mica) en las partculas mayores de 0.1 milmetros esta se puede quemar. DE igual forma los xidos de calcio y de magnesio no deben exceder el 1%. Las arenas de mar contienen carbonato de calcio el cual puede ocasionar problemas en la colada, al descomponerse a temperaturas alrededor de 800C.

CONTENIDO DE ARCILLA

CONTENIDO DE AGUA

TEMPERATURA

CONTENIDO MINERAL

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PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 1.2.2 Arenas de moldeo no silceas

Para aplicaciones especiales de este proceso de moldeo, en los que se requiera una buena resistencia al calor y a la penetracin del metal, por ejemplo en las fundiciones de acero de alto manganeso pueden ser requeridas las arenas especiales de moldeo tales como zirconita, olivino o cromita en vez de las arenas de slice. Otra razn para usar arenas especiales es el requerimiento de un bajo coeficiente de dilatacin trmica, como lo tienen estas arenas y no la arena silcea. Por lo general se usan como arena de contacto, debido a sus altos costes. 1.2.2.1 Cromita: La composicin qumica debe ser: Cr203 mnimo 44 %, Fe203 mximo 26%, Si02 mximo 4%. CaO mximo 0.5%, Al203, MgO y otros compuestos mximo 05%. Los granos de arena de cromita deben ser de angulares a sub -angulares y la distribucin granulomtrica adecuada se muestra en la siguiente tabla.

Tabla 1. Distribucin granulomtrica de la arena de cromita empleada para el proceso silicato de sodio CO2 1.2.2.2 Arenas de zircn: Deben tener la siguiente composicin qumica para ser usadas en el proceso silicato de sodio CO2: Zr02 mnimo 63%. SiO2 del 32% al 36%,

Fe203 mximo 0.8%. Los granos de arena de cromita deben ser de angulares a subangulares y la distribucin granulomtrica adecuada se muestra en la siguiente tabla.

Tabla 2. . Distribucin granulomtrica de la arena de zircn empleada para el proceso silicato de sodio CO2 8

PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 1.2.2.2 Arenas de olivino: Deben tener la siguiente composicin qumica para ser usadas en el proceso silicato de sodio CO2: fosferita (Mg2Si04) aproximadamente 90% y 10% de fayalita (Fe2Si04). Los granos de arena de cromita deben ser de angulares a sub-angulares y la distribucin granulomtrica adecuada se muestra en la siguiente tabla.

Tabla 3. Distribucin granulomtrica de la arena de olivino empleada para el proceso silicato de sodio CO2 1.2.3 Silicato de sodio

El silicato de sodio est formado por una mezcla de slice (SiO2), xido de sodio (Na2O) y agua (H2O). Es obtenido del vidrio en polvo, es altamente soluble y para el uso en la industria fundidora comnmente se encuentra en solucin alcalina. Variando las proporciones de cada componente, varan tambin las propiedades del aglutinante. Estas proporciones se valoran por la relacin de los componentes slidos SiO2/Na2O que se denomina mdulo. Esta solucin de silicato es producida comercialmente en un rango de mdulos moleculares de slice y soda entre 1:1 y 4.1:1. La variacin del mdulo y tambin la dilucin da una diferencia amplia entre las propiedades fsicas y qumicas de la solucin. Industrialmente se emplean 2 tipos de soluciones de silicato de sodio: Una con solo silicato de sodio, y otra que contiene aditivos como azcar y melazas. La gran mayora de estos silicatos poseen un modulo 2:1. 1.2.3.1 Sistema Silicato Soda Agua: Pequeos cambios en el contenido de agua,

tiene un efecto importante en las propiedades del silicato de sodio y puede ser apreciado en el diagrama de fase del sistema SiO2 Na2O H2O.

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PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 1.2.3.2 Porcentajes de adicin de silicato de sodio: Los porcentajes de adicin de silicato de sodio varan en funcin de varios factores, como, por ejemplo, la forma de grano, la finura de la arena, la calidad del silicato de sodio y el tipo de mezclador empleado.

Con mucha frecuencia en la industria se emplean molinos de aspas utilizados en la preparacin de la arena verde, para mezclar la arena con silicato de sodio. Para compensar la deficiencia de la dispersin, se aumentan las adiciones de silicato de sodio hasta proporciones tan altas como el 6% en algunos casos, pero a la vez este porcentaje tan elevado es perjudicial y costoso si tenemos en cuenta que el porcentaje de silicato de sodio utilizado vara generalmente entre el 3% y el 4% aproximadamente. Los resultados ptimos se logran con adiciones de silicato de sodio entre valores del 3.5% al 4.5%. El xito radica en el buen mezclado de la arena, el respectivo silicato de sodio y un buen mecanismo de gaseado. Se debe tener en cuenta que para arenas de granulometra gruesa se usan cantidades de silicato de sodio entre el 2% y el 2-5%, mientras que las arenas de granulometra fina requieren cantidades de silicato por encima del 5%. Pequeas cantidades de silicato de sodio en la mezcla produce una vida de banco corta. Un exceso de silicato de sodio produce mezclas con acumulaciones de arena en forma de bolas y caja de machos difciles de desmoldear. Los moldes y machos construidos con arena que contiene un e xceso de silicato de sodio requieren de tiempos ms largos para poder ser empleados adems de tener baja resistencia a la compresin. Un exceso de silicato de sodio requiere por consiguiente un aumento en la adicin de CO2.

1.2.4 Dixido de carbono

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PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 1.2.5 Aditivos Las mezclas de arenas para moldear o para fabricacin de machos pueden contener otras materias diferentes a la arena y al aglomerante. Estas materias son llamadas aditivos y son usadas para mejorar el acabado superficial de las piezas fundidas o inhibir las reacciones qumicas entre el metal caliente y el macho de arena durante el vaciado. Muchas veces tambin se requiere agregar desmoronantes. El aditivo se debe aplicar a la arena antes de agregar el silicato de sodio. Los aditivos ms usados son las arcillas y el polvo de carbn mineral. No se deben usar aditivos cidos ya que stos reaccionan con el silicato de sodio.

1.2.5.1 Arcilla: Es agregada a la mezcla para:y

Aumentar la resistencia en verde de la mezcla con el fin de prevenir las distorsiones y rebabas cuando los patrones son sacados de los moldes antes de ser gaseados.

y

Para mejorar la cualidad de manipulacin de las arenas aglutinadas con silicato de sodio.

y y

Para prevenir que la caja de corazones se pegue al patrn. Para mejorar la colapsibilidad de los moldes.

Hay dos clases de arcillas que son usadas como aditivos a las arenas aglutinadas con silicato de sodio, la caolinita y la bentonita (de calcio o de sodio). Cuando es necesario incluir arcilla como aditivo se deben tener en cuenta los siguientes puntos:y

Es preferible utilizar caolinita en un 2% al 3% para obtener la resistencia en verde adecuada.

y

Si se aade arcillas de bentonita, para obtener alta resistencia en verde. Se debe saber que al gasear la mezcla se pierde parte de esa resistencia.

y

Puede ocurrir que la mezcla requiere de agua adicional, normalmente de 0.5% por cada 1% - 2% de arcilla. Esta agua debe ser bien dispersada en la arena antes de aadir el silicato de sodio y la arcilla.

y

La adicin de arcilla puede disminuir la fluidez de la mezcla, lo cual da como resultado corazones de baja densidad (mala compactacin) cuando se usan mquinas sop ladoras de corazones.

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PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 1.2.5.2 Carbn mineral en polvo: Su funcin es mejorar el acabado superficial de las piezas coladas y facilitar la colapsibilidad del molde. El carbn en polvo usado para las fundiciones es producto del carbn bituminoso y contiene aproximadamente el 30% de material voltil. El carbn en polvo de grano grueso comenz a usarse en las mezclas de arena para producir piezas fundidas de gran seccin. Con grandes adiciones de carbn en polvo de tamao de grano fino se puede provocar un deterioro en la resistencia. La velocidad de la reaccin de endurecimiento en una mezcla de arena es influenciada por la calidad del carbn en polvo; para grandes adiciones el endurecimiento ocurre rpidamente.

1.2.5.3 Brea (Alquitrn): Es usado al igual que el carbn en polvo para obtener una buena colapsibilidad y un buen acabado superficial. La brea en polvo fluye libremente; este polvo est constituido de partculas esferoidales. Este material contiene cerca del 92% de carbn que tiene un total de materia voltil entre el 50% y 60%. Normalmente se aade en una proporcin del 0.5% - 1% de la arena aglutinada con silicato de sodio. La adicin de ms del 1% no tiene efectos considerables sobre la resistencia despus del gaseado.

1.2.5.4 Carbohidratos: La dextrina puede ser aadida para aumentar la resistencia en verde de la mezcla y ayudar a la colapsibilidad; el almidn puede ser usado para el mismo propsito. Estas sustancias pueden incrementar la consistencia de la mezcla, causando una reduccin de la fluidez de la misma y problemas cuando se soplan corazones de diseo complicado. La dextrina desarrolla mayor resistencia en verde y es menos daina a la resistencia despus del gaseado y a la vida de banco de la mezcla que el almidn. Ambas sustancias ayudan al desmoldeo en igual forma.

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PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON S LICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2

El moldeo al CO2 es un procedimiento para endurecer los moldes y mac os sin necesidad de

cocerlos

Para esto se emplea arena e trasiliciosa me clada con silicato de sodio como aglomerante en lugar de arcilla. El molde o mac o se prepara como si fuese de arena en verde y cuando est terminado se hace pasar a travs de su masa una corriente de dixido de carbono . Se ha propuesto que en el mecanismo de endurecimiento con CO2 dos mecanismos

alternativos estn implicados

l. Una reaccin qumica en medio alcalino que implica la formacin de gel de slice.

Na2O SiO2 + H2O + CO2

.

Na2CO3

+

2. La deshidratacin fsica del silicato de sodio acuoso debido al contacto con CO seco que 2 produce la aparicin de un vidrio de gran viscosidad.

l

l d sli : es el elemento aglutinante que endurece el molde o macho sometido e este

proceso. El gaseado con CO2 puede realizarse antes del desmodelado del molde o macho o bien despus el desmodelado. En este caso la arena deber contener algo de arcilla, para que el molde tenga suficiente resistencia en verde. "! !

131

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Son varias las tcnicas empleadas para endurecer moldes y machos# # %$ #

y

El uso de sond s ins t d s en los moldes o machos. Usadas solo en arreglos mltiples conectados entre s.

13

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2

SiO2 H2O Gel de slice

.

13

PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2y

Gaseamiento a travs de una capucha capilla usadas generalmente para el gaseado despus del desmontaje en verde.

y

Gaseamiento a travs de agujas perforadas de 3 a 6 mm de dimetro, espaciadas de 100 a 150 mm en la arena. Por medio de estas agujas se sopla el gas al molde o macho y se recomienda contar con un mtodo de succin de gas por medio de una bomba de vaco, ubicado por el otro extremo del molde o macho. Este sistema es usado en la produccin repetitiva de machos.

y

Gaseamiento a travs de respiraderos en la base de la caja de macho; esto implica generalmente el uso de cajas de macho de doble pared.

La produccin mecanizada del macho usando ventiladores o sopladores para el endurecimiento puede emplear cualesquiera de los mtodos mencionados. Se debe tener en cuenta que el CO2 como todo fluido tomar los caminos en el molde o macho que le proporcionen menor resistencia a su paso, por lo tanto si el molde o macho poseen un diseo complicado se debe disear un ingenioso mecanismo de gaseamiento de forma que toda la pieza quede uniformemente endurecida.

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PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 1.3.2 Factores que influyen en el gaseado 1.3.2.1 Concentracin de silicato de sodio: En los primeros instantes del endurecimiento con el CO2, este ocurre generalmente a una taza ms rpida cuando la mezcla usada contiene bajas concentraciones de silicato de sodio. A medida que la cantidad de silicato de sodio en una mezcla se aumenta, las fuerzas aglomerantes se desarrollan progresivamente ms lentamente, aunque se puede lograr muy alta resistencia con un tiempo de gaseado extendido. La explicacin para esto es que en las concentraciones de silicato de sodio bajas, las pelculas finas de aglomerante que rodean los granos de arena facilitan una reaccin rpida con CO2, debido a que existe una mayor rea de contacto entre los reactantes; mientras a concentraciones altas de silicato de sodio se forman pelculas ms gruesas y la reaccin con el CO2 se llevar a cabo ms lentamente. 1.3.2.2 Mdulo del silicato de sodio

Mdulo bajo: Estos silicatos poseen alto grado de deshidratacin; como consecuencia el gaseado no es efectivo debido a que el mecanismo de

endurecimiento ser dirigido por deshidratacin. Aunque presentan algunas ventajas: 1. Mayor control en la duracin del gaseado y en flujo de CO2. 2. La vida de banco de las mezclas es a menudo ms larga. 3. Los moldes y los corazones conservan mas sus fuerzas de cohesin durante el almacenaje y sus superficies tambin se conserva ms.

Modulo alto: Se forma una pelcula aglomerante gruesa al inicio, la cual con el paso del tiempo se encoge, originando microfisuras que rompen la continuidad de la pelcula, lo que produce una reduccin en las propiedades del macho con la aparicin de la fragilidad. Sin embargo son preferibles los silicatos de mdulo alto que de mdulo bajo, pues proporcionan las siguientes ventajas: 1. Un aumento substancial en el ndice de desarrollo de la reaccin de endurecimiento con el CO2 2. El porcentaje de aprovechamiento del CO2 suministrado aumenta. 3. Mejores propiedades a altas temperaturas.

4. Mayor endurecimiento a temperatura ambiente, a lo que haya concluido el proceso. 15

PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 1.3.2.3. Funcin del tiempo en el gaseado: Usando un flujo de gas constante, la fuerza aglomerante aumenta progresivamente con el paso del tiempo de gaseado. Se debe tener en cuenta que en muchos casos hay un perodo inicial de algunos segundos al principio del gaseado en el cual no se desarrolla ninguna fuerza. Posteriormente se da un aumento rpido en el desarrollo de las fuerzas a medida que contina el gaseado.

1.3.2.4. Cambios de temperatura durante el gaseado: Durante el endurecimiento, ocurre una reaccin exotrmica entre el silicato de sodio y el C02 formando gel de slice, carbonato sdico y bicarbonato sdico. Por lo tanto ocurren cambios de

temperatura dentro de los moldes y machos a una rata dependiente del flujo de CO2. La temperatura aumenta muy poco al comienzo del endurecimiento. A medida que el tiempo de gaseado avanza, las fuerzas de enlaces aumentan gradualmente hasta alcanzar las mximas posibles. Para ese instante la temperatura de la mezcla ha aumentado cerca de 8F (4.5C). Tener en cuenta: 1. Las cantidades excesivas de gas sern requeridas para alcanzar un buen nivel de fuerza. 2. Cualquier reduccin de temperatura en la arena inhibir el desarrollo de la dureza y llevar al despilfarro de CO2. 3. Los moldes y corazones tendrn reas poco duras localizadas producto d altos e flujos de gas en esas zonas.

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PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 En resumen, el control del tiempo de gaseado y del flujo de CO2 es necesario para producir el endurecimiento uniforme de moldes y machos. El control del flujo del CO2 es importante por dos razones: 1. Las fuerzas de enlace de moldes y de corazones durante el almacenaje es afectado de forma vital por el flujo empleado de gas. 2. La distribucin eficiente del CO2 a travs de moldes y corazones durante la operacin de endurecimiento depende del control del flujo del gas.

1.3.3 Aspectos a tener en cuenta en el gaseado CO2

Cuando el consumo es bajo se pueden usar cilindros de gas comprimido. Cuando se consumen grandes cantidades se puede comprar en forma lquida y almacenarse en tanques.

Tambin se puede comprar hielo seco y usar un convertidor para hacerlo gas. Mucho aglomerante necesita un volumen muy grande de gas para desarrollar la resistencia deseada

Gaseados prolongados a baja presin dan ms alta resistencia que gaseados cortos a alta presin La presin de manmetro que se recomienda esta en el rango de 1.4 - 3,5 Kg/cm2 Se ha comprobado que la arena que se endurece ofrece menor resistencia al pa so del gas que la no endurecida, el gas tiende a canalizarse a travs de la arena endurecida.

Se debe evitar el sobre gaseado porque un exceso de CO2 produce bicarbonato de soda, segn la siguiente reaccin:

Na2CO3 + CO2 + H2O

2Na2HCO3

El agua par esta reaccin en particular se toma del gel de slice, dejando SiO2 que no tiene las caractersticas necesarias para mantener los granos de arena fuertemente unidos.

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PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 1.4 VIDA DE BANCO DE LA ARENA Las mezclas de arena que contienen silicatos de modulo 2:1 poseen una vida de banco relativamente larga lo que permite su uso prolongado sin una reduccin importante en fuerzas las fuerzas de cohesin dadas por el gaseamiento. Cuando la mezcla se expone al ambiente se forma una corteza en la superficie, debido principalmente a la evaporacin del agua. Se debe almacenar la mezcla de arena en envases sellados, o simplemente cubrindola del contacto directo con el ambiente y de esta manera la vida de banco puede ser prolongada. Un aumento en el modulo del silicato viene acompaado por una relacin mayor de aire endurecedor por tal razn la vida de banco de una mezcla de arena de altos mdulos de silicato posee comparativamente una vida de banco ms corta. Sin embargo, si se toman las precauciones para preparar tales mezclas con el contenido en agua ptimo y se tiene cuidado en el almacenamiento el deterioro de la vida til de la mezcla es controlado.

1.5 ELABORACIN DE LOS MOLDES Y MACHOS El proceso silicato de sodio CO2 es ampliamente utilizado para la fabricacin de molde s.

Debido a la gran flexibilidad del proceso, ste se ha adoptado al moldeo de piso, al ensamble de los machos y al moldeo mecanizado. En muchos usos ha sustituido el moldeo en verde, y el moldeo en seco, debido a la gran velocidad de fraguado. Este proceso es tambin una buena opcin para el moldeo mecanizado gracias a su excelente exactitud dimensional y su alta velocidad de endurecimiento. 1.5.1 Endurecimiento de los machos sin desmontar: El proceso de silicato de sodio CO2 es ideal para el trabajo de endurecimiento de machos. Con este proceso, los corazones se pueden endurecer en su propia caja, sin necesidad de desmontarlos. Los corazones resultan fuertes, rgidos e idnticos a su molde y se pueden manejar y utilizar inmediatamente, o almacenar sin miedo de que ocurra alguna distorsin. Las siguientes ventajas son las obtenidas usando el proceso silicato de sodio - CO2 para el endurecimiento de los machos.y y

Se obtienen machos muy exactos. No ocurre distorsin del macho durante el desmontaje ni durante el transporte.

y

El manejo del proceso se facilita enormemente. 18

PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 1.5.4 Untos Para la mayora de los usos es necesario aplicar una capa de pintura a los moldes o corazones hechos por el proceso de silicato Las razones de esta prctica son:

CO2 antes de someterlos al contacto con el metal liquido.

La mejora del acabado superficial Reducir la posibilidad de que la superficie de la arena se queme al momento de la colada

Prevenir la penetracin del metal en un molde o macho

Las pinturas se componen generalmente de los siguientes materiales.

Base refractaria. Agentes de suspensin. Aglomerante Portador lquido. Para el uso en los moldes y corazones elaborados con el proceso silicato industrial. CO2, el portador lquido debe ser isopropanol o alcohol desnaturalizado

1.6 PROPIEDADES DE LOS MOLDES Y MACHOS ELABORADOS MEDIANTE EL PROCESO SILICATO DE SODIO CO2 1.6.1 Propiedades a altas temperaturas El silicato de sodio, al ser un material inorgnico, no es descompuesto por el calor y por lo tanto no ocurre la destruccin del enlace a diferencia de lo que ocurre con los aglomerantes orgnicos. De hecho, las caractersticas a altas temperaturas de las arenas al silicato-CO2 son nicas. 1.2.1.1 Resistencia en caliente.: La resistencia en caliente, en el sistema arena silicato Co2, se acostumbra a medir por el esfuerzo retenido despus del calentamiento y posterior enfriamiento a temperatura ambiente. A los 200C ocurre un aumento en la resistencia del material, debido a la deshidratacin del silicato de sodio que no se alcanz a gasear. Entre los 300C y los 600C se da un ablandamiento de la unin de la pelcula de gel de slice que rodea loa granos de arena. A ms altas temperaturas (800C a 900C) es posible la aparicin de uniones de tipo cermico lo que explica el aumento de la resistencia a esas temperaturas.

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PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 1.6.1.2 Cambios de volumen por las altas temperaturas: La dilatacin a altas temperaturas se puede minimizar con la adicin de xido de hierro arcilla. Tambin se puede adicionar entre el 2% y el 4% de almina o bauxita para retrasar muy efectivamente el efecto de la expansin trmica.

Fig. . Expansin trmica de machos de 2in x 2in.

1.6.2 Colapsibilidad En general se observa una pobre colapsibilidad de los machos elaborados en el proceso silicato de sodio CO2. Esta propiedad depende primordialmente de cuatro factores:y y y y

Temperatura alcanzada por el molde macho Aditivos Mdulo del silicato de sodio Porcentaje de adicin del silicato de sodio

Los silicatos de modulo bajo son los ms difciles de desarenar, mientras que los de modulo alto (alrededor de modulo 3) presentan la mejor colapsibilidad siempre y cuando sean empleados el mismo da de su elaboracin. Pequeos porcentajes de exceso de silicato de sodio provocan dificultades en el momento de desarenar el macho. Por tal motivo, se debe ensayar y utilizar el mnimo porcentaje de silicato, con el que se reduce el tiempo de desarenado.

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PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 1.7 ASPECTOS IMPORTANTES DEL PROCESO

1.7.1 Precisin dimensional: Uno de los principales beneficios obtenidos en la produccin de moldes y corazones por el proceso de Silicato CO2 es la alta precisin dimensional. Este

aspecto es atribuido al hecho que el endurecimiento se efecta antes de que los moldes sean sacados de sus patrones o cajas de corazones y por otro lado a la rigidez o estabilidad dimensional que poseen los moldes o corazones cuando son expuestos al metal fundido.

1.7.2 Fundiciones slidas: El movimiento de las paredes del molde durante el desmodelado da como resultado un engrandecimiento de la cavidad del molde, el cual al ser llenado de metal fundido y la subsiguiente solidificacin de ste produce problemas de falta de solidez y precisin. El uso del proceso de Silicato de sodio CO2 minimiza estos problemas.

Consecuentemente este proceso es usado en la produccin de moldes y corazones donde la alta precisin dimensional y solidez es esencial.

1.7.3 Defectos superficiales de las piezas coladas

1.7.3.1 Porosidad: La baja evolucin de gases producidos en las arenas aglutinadas con silicato de sodio, hace que este tipo de defectos sean muy poco comunes en este proceso. Cuando se presentan es generalmente debido a una mala distribucin o un defectuoso endurecimiento del Silicato de sodio causado por una mala mezcla de la arena.

1.7.3.2. Acabado superficial: Los moldes corazones hechos por el proceso de Silicato de sodio CO2 tienen normalmente una capa protectora que previene la penetracin del metal y la formacin de quemaduras de la arena.

1.8 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL PROCESO 1.8.1 Ventajas

Sencillez operativa, No sensible a la calidad de la arena. Bajos costos de produccin. Los machos y moldes son de gran dureza y buena exactitud dimensional. Buen acabado superficial en la pieza colada 21

PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2

Los moldes y machos pueden ser almacenados ya que tienen una gran estabilidad. No es necesario la coccin. Los corazones pueden hacerse por cualquier medio normal de fabricacin, debido a la alta fluidez de la arena.

El proceso es rpido: los corazones y moldes se pueden apisonar y endurecer en minutos.

Los corazones y moldes tienen una mnima evolucin de gases.

1.8.2

Desventajas Presenta dificultades para el desmoldeo (regular colapsibilidad). La arena no puede ser utilizada nuevamente (salvo como relleno). Los procesos de recuperacin de la arena previamente utilizada son costosos.

Casi siempre las cajas de machos deben ser desarmables y su acabado superficial es inferior a otros procesos.

En particular se destaca adversamente el bajo aprovechamiento del CO durante el 2 proceso de soplado al molde, el cual se estima en el orden de solo el 20%.

Como el proceso de gaseado es manual, la calidad del molde depender del operador. Debe usar materiales adicionales a fin de mejorar la colapsibilidad. Para corazones delgados se necesita una armadura de acero.

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PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 CONCLUSIONES

Los procesos de moldeo en arenas aglomeradas con silicato de sodio y endurecidas con gas carbnico son un procedimiento verdaderamente verstil para la industria fundir debido sus bajos costos y altas velocidades de desarrollo. Los moldes y machos elaborados mediante esta tcnica poseen excelentes propiedades fsicas e igualmente proporcionan muy buenos acabados a las piezas coladas con ellos. Es un proceso econmico y ampliamente utilizado por ser una tcnica de fraguado en frio que proporciona excelentes resultados.

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PROCESO DE MOLDEO EN ARENA CON SILICATO DE SODIO Y ENDURECIDO CON CO2 BIBLIOGRAFA

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