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92 Las escorias líquidas presentan generalmente una derivación de la corriente entre 2 y 5 % de la corriente del arco, pero para aquellas escorias cuyo contenido de fluorita sobrepase los requisitos, que impongan el sistema de óxidos y las funciones metalúrgicas y tecnológicas a que está encomendado el fundente, puede provocar una mayor conductividad (Figura 2.17), y por tanto derivar una mayor cantidad de corriente permitida, que ocasione, por lo general, alteraciones en el proceso de soldadura. Un mayor contenido de fluorita en el fundente ocasiona una menor viscosidad de la escoria y provoca que la escoria sea menos larga (corta), propiedad circunstancialmente preferible para trabajos en piezas de pequeño diámetro, pero puede conllevar a los aspectos negativos evocados antes sobre la derivación de la corriente (Figura 2.18) y defectos en el metal depositado. Según los resultados de las investigaciones de Toropov y Bondar [168] y Kozakevitch y Urbain [172], se estableció que adiciones de 5 y 10 % de CaF2 a masas fundidas del sistema de óxidos SiO2-Al2O3-CaO (véase Figura 1.2, Cap.I) provocan un desplazamiento de los límites de estabilidad de determinadas zonas. Por esta razón, la zona de la gehlenita (SiO2, 21,90 %; Al2O3, 37,23 % y CaO, 40,87 %) disminuye significativamente (véase Figura 2.16) desplazándose hacia la esquina Al2O3. De la misma forma disminuyen las zonas de estabilidad del metasilicato de calcio rankinita (SiO2, 41,67 %; y CaO, 58,33 %) y de la anortita (SiO2, 43,28 %; Al2O3, 36,62 % y CaO, 20,10 %). También estas investigaciones confirman el carácter congruente de la mullita. La adición de 5 % de CaF2 hace disminuir la temperatura de solidificación de las masas fundidas entre 50 ºC y 70 ºC y con un 10 % entre 100 ºC y 120 ºC. 2.3.8 Sílice Figura 2.19. Diagrama de fase de transformaciones de la sílice en dependencia de la temperatura y la presión. El mineral de sílice (SiO2) más frecuente en la naturaleza es el cuarzo (-SiO2), que presenta propiedades físicas y estructurales que se exponen en la Tabla 2.22, así como de sus polimorfos [28, 37, 156]. El andamiaje estructural de la sílice SiO2 puede considerarse como un polímero ramificado tridimensionalmente por cada uno de los vértices del tetraedro y, en su
93 forma más simple, es eléctricamente neutro, cuando no contiene ninguna otra unidad estructural. En estado fundido el sistema de óxidos SiO2-Al2O3-CaO a una determinada temperatura, a mayor contenido de sílice aumenta el carácter “ácido” y la viscosidad, y disminuye la conductividad eléctrica [173] de la masa fundida de la matriz de los fundentes para la SAW basados en ese sistema de óxidos. El efecto de la sílice en las matrices y escorias en estado fundido se puede considerar como la antítesis de la fluorita. La forma estable de sílice a bajas temperaturas es el cuarzo, por acción del calor se transforma en otras variedades: tridimita y cristobalita, que a presión de 1 atmósfera tiene cada una su zona de estabilidad según indica la secuencia siguiente (véase Figura 2.19): 573 o C 867 o C 1470 o C 1725º C -cuarzo = -cuarzo = -tridimita = -cristobalita = sílice fundida Tabla 2.22: Algunas propiedades de los polimorfos de la sílice, ordenados por el valor decreciente de la densidad Nombre Parámetros estructurales [37] Densidad, g/cm 3 Parámetros de la red cristalina, Sistema ao, bo y co en Å y en grados, cristalino Z=Nº de átomos por celda Parámetros termodinámicos [28] S H G J/(mol. [kJ/mol] [kJ/mol] grad) Estisovita Tetragonal ao=4,18,co=2,665, co/ao =0,638, Z=6 4,35 - - - Coesita Monoclinico ao=7,234,, bo=12,52, co = 7,23, =120 o , Z=16 2,93 - - - Cuarzo (Q) Hexagonal Trigonal ao=4,999, co=5,45, co/ao = 1,092, Z=3 (de alta, ) ao=4,913, co=5,4045, co/ao =1,100, Z=3 (de baja, ) 2,65 -859,39 -805,00 41,84 Keatita Tetragonal ao=7,46,co=8,61, co/ao = 1,154, Z=12 2,50 - - - Cristobalita (Crt) Cúbica Tetragonal ao=7,13, Z= 8 (de alta, ) ao=4,97,co= 6,93, co/ao = 1,394, Z = 4 (de baja, ) 2,32 -857,72 -803,75 42,63 Tridimita (T) Hexagonal Monoclínica ao=5,04, co=8,24, co/ao =1,6352, Z=4 (de alta, ) ao=18,54,bo=5,01, co = 2,579, =117,33 2,26 -856,55 -802,91 43,35 o , Z=48 (de baja, ) Lachetelierita Amorfo - 2,20 - - - Opalo Amorfo - 2,0-2,2 - - - La sílice pura, cristalina, presenta en la naturaleza tres principales variedades polimórficas: cuarzo (hexagonal), tridimita (monoclínica) y cristobalita (tetragonal) y otras cinco menos frecuentes, cuyas características se encuentran indicadas en la Tabla 2.22. Las condiciones energéticas y de presión son las que determinan principalmente cuál de los polimorfos es estable, siendo aquellos de temperatura de formación más elevada y con mayor energía reticular los que poseen estructuras más abiertas, lo cual se manifiesta por una menor
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