METODO DE PREPARACION DE ARENA DE FUNDICION ...

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Método de preparación de arena de fundición.
Antecedentes de la invención
Campo de la invención
ES 2 265 045 T3
DESCRIPCIÓN
La presente invención está relacionada con el campo de la fundición metálica no férrica y, más particularmente,
con un método para la producción de arena de calidad para fundición a partir de materias primas no convencionales, y
para la clasificación de la arena producida de ese modo en dos productos o más de clase para fundición.
Descripción del estado de la técnica relacionado
La mayor parte de la arena de fundición se produce tamizando o clasificando por vía húmeda la sílice o arena
cuarzosa que se producen de forma natural. (Tal como se usa aquí, por “arena cuarzosa” se entiende que se refiere a
arena que contiene sílice tal como se encuentra en el cuarzo en forma cristalina. Tal como se usa aquí, por “arena no
cuarzosa” se entiende que se refiere a arena que no contiene una cantidad significativa de sílice). La arena cuarzosa
apropiada para fundición contiene niveles bajos de metales alcalinos y alcalinotérreos, de carbón tanto ligados orgánica
como inorgánicamente y de derivados halógenos y de azufre. Dicha arena se compone de partículas redondeadas de
peso medio y tamaños de partículas medios que van desde 0,15 a 1,3 mm y distribuciones de tamaños de partículas
reducidos, normalmente con más de 90% de partículas dentro del 0,5 a 1,5 de la media.
En algunos casos, las características térmicas o físicas de la arena cuarzosa son inaceptables y las funderías se ven
obligadas a emplear otras arenas con mejores propiedades. Estas alternativas no cuarzosas son mucho menos comunes
y enormemente más caras que la arena cuarzosa e incluyen olivino (silicato de magnesio ferruginoso), (cromita ferrosa,
FeCr2O4), y (ortosilicato de zirconio, ZrSiO4). El mayor coste de las alternativas del cuarzo destierran su uso general,
y las funderías que fabrican especialmente piezas que requieren precisión normalmente utilizan arena cuarzosa o una
mezcla de arena reciclada que contiene una fracción apreciable de arena cuarzosa para fabricar las partes externas de
los moldes, y arena no cuarzosa nueva para fabricar las partes internas o machos de los moldes.
La arena de fundición debe resistir las temperaturas originadas en el proceso de fundición, y no debe reaccionar de
forma adversa con los ligantes empleados para fabricar los moldes y machos. Deberá rellenar bien de manera que la
densidad volumétrica sea alta, produciendo una superficie lisa en el producto metálico fundido, pero suficientemente
porosa para permitir el escape fácil del gas formado durante la colada. La densidad volumétrica alta se consigue
empleando partículas redondeadas que se producen de forma natural las cuales se desplazan fácilmente las unas a las
otras y las cuales tienen una distribución de tamaños lo más amplia posible. No obstante, una buena porosidad requiere
niveles bajos de partículas finas, en tanto que las superficies de fundición lisas requieren niveles bajos de partículas
grandes; estos dos factores limitan la amplitud de la distribución de tamaños de las partículas. Una arena cuarzosa de
calidad alta típica consiste en granos redondeados cuya distribución de tamaños de las partículas es un compromiso
entre estas demandas, con al menos el 95% de las partículas estando dentro de ± 75% del tamaño medio y con menos
del 2% de las partículas estando por debajo de un cuarto del tamaño medio.
La combinación de propiedades físicas y químicas requeridas de una arena de fundición cuarzosa limita el número
de lugares en donde tales productos se producen de forma natural. Por lo tanto la arena puede requerir ser transportada
a lo largo de distancias considerables, haciendo a la arena de fundición cuarzosa más cara que la arena local ordinaria
para edificación. Muchos países, particularmente aquellos ubicados en las partes más secas del mundo tales como
el Norte de África y el Oriente Medio, carecen de fuentes autóctonas de cuarzo apropiado para uso como arena de
fundición y tienen que importar arena de fundición a un coste considerable desde el norte y el oeste de Europa.
Otro factor que limita el número de lugares que pueden suministrar arena de fundición cuarzosa es el hecho de
que mucha de la arena cuarzosa, por ejemplo, arena de playa, está contaminada con fragmentos de conchas o huesos
o partículas de piedra caliza que perjudican seriamente a los procesos de fundición. Dicho inconveniente se crea por
el hecho de que estos contaminantes pueden reaccionar con los ligantes empleados habitualmente y/o descomponerse
a las temperaturas empleadas normalmente para fundir metales.
El cuarzo no solamente presenta dificultades en cuanto a disponibilidad, sino que el empleo de cuarzo ha sido
asociado con problemas respiratorios. La Organización Mundial de la Salud (The World Health Organization) ha
clasificado oficialmente el polvo de cuarzo como cancerígeno. Por consiguiente, la arena cuarzosa es objeto de restricciones
y precauciones en el lugar de trabajo, y la arena usada, particularmente el polvo de los filtros de fundición
que contiene niveles elevados de polvo de cuarzo, es restringido de manera similar. Esto limita el empleo útil de arena
cuarzosa usada en hormigón y asfalto.
Otra falta asociada con el cuarzo es su coeficiente no lineal de dilatación térmica. El cuarzo sufre una transición
cristalina a alrededor de 560ºC la cual va acompañada de un aumento considerable de volumen. Dado que diferentes
partes del molde se hallan a temperaturas diferentes durante la colada, las mismas se dilatan irregularmente y desarrollan
fisuras, en las cuales puede penetrar metal fundido. Tras la colada, estas intrusiones de metal aparecen como
láminas muy delgadas que sobresalen de la colada y tienen que ser eliminadas mediante operaciones de acabado que
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