La arena de fundición recuperada es un activo valioso que merece la pena proteger. Cada tonelada que reprocesa representa un ahorro en costes de materiales y una reducción de los gastos en vertederos, pero solo si cumple con las estrictas especificaciones que exigen sus operaciones de fundición.
Las pruebas de calidad detectan los problemas antes de que lleguen a la línea de moldeo. Un solo día de retraso en la producción por defectos de arena puede costar más que un año de equipos y mano de obra para pruebas. Las fundiciones que no siguen programas de pruebas rigurosos suelen perder entre un 5 % y un 15 % de la producción debido a defectos de fundición que podrían haberse evitado.
El primer paso para evaluar la arena reciclada es comprender su estructura física. Es necesario conocer el índice de finura de grano (GFN), la distribución del tamaño de las partículas y el porcentaje de finos (partículas menores de 200 mallas) que comprometen la permeabilidad.
Compruebe la granulometría de su arena según la norma AFS (American Foundry Society). La mayoría de las fundiciones aceptan arena con un GFN entre 100 y 200, dependiendo de sus requisitos de fundición. Las fundiciones de hierro suelen preferir valores de GFN entre 140 y 160 para un óptimo resultado. acabado de la superficie y equilibrio de permeabilidad.
La arcilla actúa como aglutinante de la arena, manteniendo los granos unidos durante la compresión. Sin suficiente arcilla, los moldes pierden resistencia. Con demasiada arcilla, se pierde la permeabilidad necesaria para que los gases escapen durante el colado.
Realice dos pruebas específicas de arcilla. El contenido de arcilla activa utiliza la prueba del azul de metileno (AM) para medir la cantidad de arcilla que participa en la unión. La pérdida por ignición (LOI) mide todos los materiales orgánicos y la humedad que se queman al calentarse a 900 °C. Un aumento en la LOI suele indicar un incremento de materiales combustibles o residuos de aglomerante sin quemar, ambos problemas en la arena reciclada.
Para la arena reciclada, también conviene analizar la presencia de arcilla fuertemente ligada frente a la débilmente ligada. El proceso de reciclaje puede reactivar la arcilla, pero a veces esta se une químicamente de forma que reduce su eficacia. Compare los resultados de arcilla en el análisis de microburbujas (MB) con la pérdida por ignición (LOI); si la LOI es significativamente mayor de lo esperado, es probable que exista contaminación combustible que el proceso de reciclaje no eliminó por completo.
El Índice de Demanda Ácida (IDA) y las pruebas de pH revelan el estado químico de la arena. El IDA mide la cantidad de ácido que la arena necesita para alcanzar un pH determinado. En el caso de arenas recicladas, el IDA permite determinar si la bentonita se ha reactivado correctamente o si se ha desactivado mediante un proceso térmico.
Un ADV elevado indica que la arena es más básica y puede tener dificultades para reactivar el aglomerante arcilloso. Esto es especialmente importante con la arena regenerada térmicamente, donde la bentonita desactivada se manifiesta con un ADV elevado pero un rendimiento deficiente. La prueba de pH complementa el ADV; un pH entre 6 y 8 es típico de la arena regenerada lista para la producción.
No te fíes únicamente del ADV o del pH. Utiliza estas pruebas junto con un análisis del contenido de arcilla para obtener una visión completa. Podrías tener un pH aceptable pero una cantidad insuficiente de arcilla activa, lo que significa que tu arena formará mohos débiles.
La prueba de permeabilidad mide la facilidad con la que los gases escapan a través de la arena. Utilice el método estándar AFS 5224-13-S: una muestra cilíndrica de 2 cm de diámetro y 2 cm de altura recibe 2,000 cm³ de aire a una presión de 10 g/cm². Cuanto más rápido pase el aire, mayor será el número de permeabilidad (PN).
La mayoría de las fundiciones de hierro buscan valores de PN entre 100 y 200. Las piezas fundidas de paredes más delgadas requieren una permeabilidad mayor (200+) para evitar defectos por gas. Las piezas fundidas más gruesas toleran una permeabilidad menor (80-100).
Pruebe la resistencia a la compresión junto con la permeabilidad. Tanto la resistencia a la compresión en verde (arena moldeada) como la resistencia a la compresión en seco (una vez fraguado el molde) son importantes. La norma AFS 5202-09-S abarca estas mediciones. Su arena reciclada debe alcanzar al menos el 90 % de los valores de resistencia que se observan en arena virgen con un contenido de arcilla similar.
La resistencia a la flexión es el indicador más importante de la calidad de los núcleos, ya que determina si mantienen su integridad durante el vertido. La prueba de flexión en tres puntos estándar de la AFS ha sido el referente del sector durante décadas. Si los núcleos no superan las pruebas de flexión, fallarán en la producción.
El agua cumple dos funciones distintas en la arena. El agua de ablandamiento se adhiere a las plaquetas de arcilla y activa el aglutinante; esta es el agua necesaria. El agua libre se acumula entre los granos de arena y provoca expansión, vapor y defectos superficiales; esta es el agua que perjudica la calidad de la fundición.
Mida diariamente el contenido total de humedad utilizando métodos de secado en horno estándar o sensores de humedad en tiempo real. Sin embargo, la humedad total por sí sola no indica si el equilibrio es el adecuado. Una fundición podría tener un 4 % de humedad total, dividida en un 2 % de agua de desgrasado y un 2 % de agua libre, o bien un 2.5 % de agua de desgrasado y un 1.5 % de agua libre. La distribución, y no solo el total, determina la calidad de la pieza fundida.
Controle la humedad durante el mezclado. Su mezcladora debe activar correctamente la arcilla incorporando agua a la matriz de arcilla y arena. Un tiempo de mezclado insuficiente resulta en una cantidad inadecuada de agua de ablandamiento. Un mezclado excesivo puede introducir agua libre en exceso. La mayoría de las fundiciones obtienen resultados óptimos con 3 a 5 minutos de mezclado, dependiendo del equipo y el volumen de arena.
Realice pruebas diarias de humedad, compactabilidad, permeabilidad y resistencia a la compresión en verde. Incorpore semanalmente pruebas de contenido de arcilla, pH y pérdida por ignición (LOI). Lleve a cabo evaluaciones mensuales exhaustivas que incluyan el tamaño de partícula, la resistencia a la flexión y la resistencia a la compresión en seco. Este programa permite detectar el 90 % de los problemas de calidad antes de que lleguen a la producción.
La arena regenerada mecánicamente conserva mejor las propiedades originales de la arcilla, pero deja contaminación superficial. La arena regenerada térmicamente elimina los aglutinantes mediante combustión, pero puede desactivar la bentonita si las temperaturas superan los 450 °C. La arena térmica suele presentar valores ADV más altos, lo que exige criterios de aceptación diferentes. Se deben realizar las mismas pruebas para ambas, pero la interpretación de los resultados debe ser distinta: la arena mecánica generalmente muestra una recuperación de arcilla más rápida; la arena térmica requiere más tiempo para reactivarse.
Compare los resultados de sus pruebas con los estándares AFS. La mayoría de las fundiciones de hierro buscan un índice de permeabilidad de 100-200, un contenido de arcilla activa de 4-8%, un GFN de 140-160 y una resistencia a la compresión en verde de 15-25 psi. Sus rangos de aceptación específicos dependen de la aleación y la geometría de la pieza fundida. Obtenga datos de referencia de sus mejores lotes de producción históricos y utilice esos valores como objetivos de calidad.
Realice internamente pruebas de permeabilidad, resistencia a la compresión y humedad; estas requieren una inversión moderada en equipo (entre $30,000 y $50,000 para un laboratorio básico). El análisis granulométrico (tamizado) también se puede realizar internamente. Envíe las pruebas de contenido de arcilla, contenido de metales y lixiviación ambiental a laboratorios externos certificados. Las pruebas externas cuestan entre $400 y $800 por muestra completa, pero proporcionan documentación independiente y fiable.
Las pruebas rápidas diarias (permeabilidad, humedad, resistencia) tardan entre 60 y 90 minutos. El análisis exhaustivo semanal añade entre 2 y 3 horas más para el análisis de arcilla y pH. La evaluación mensual completa con análisis granulométrico requiere entre 4 y 6 horas. Los análisis de lixiviación ambiental realizados por laboratorios externos tardan entre 2 y 3 semanas en obtener resultados. Planifique su programa de análisis teniendo en cuenta los plazos de entrega del laboratorio.
Las opciones dependen de los parámetros que presenten fallas. Si la permeabilidad es baja, elimine las partículas finas mediante despolvado o regeneración secundaria, o aumente la cantidad de arena virgen en la mezcla. Si el contenido de arcilla es insuficiente, agregue material virgen o ajuste el proceso de regeneración. Si los resultados de la lixiviación ambiental son deficientes, la arena no se puede reutilizar; debe desecharse. Muchas fundiciones mantienen una mezcla de arena regenerada y virgen para controlar la variabilidad.
Las pruebas ambientales solo son obligatorias si se pretende reutilizar la arena en aplicaciones beneficiosas (carreteras, relleno, hormigón) o si su eliminación requiere prueba de que no es peligrosa. La arena que se reincorpora al proceso de fundición no requiere pruebas ambientales. Consulte la normativa estatal; algunos estados exigen documentación, otros no. Las directrices de la EPA respaldan la reutilización beneficiosa de la arena de fundición de hierro, acero y aluminio.
