Optimización y Regeneración de Arenas de Moldeo para Fundición Sostenible

Regeneración y Acondicionamiento de Arenas de Moldeo

1. Introducción a la Regeneración de Arenas de Moldeo

La regeneración de las arenas de moldeo es un proceso crucial en la industria de la fundición para optimizar recursos y reducir el impacto ambiental. A continuación, se detallan las propiedades ideales de las arenas de moldeo y los desafíos asociados con el uso de arenas recuperadas.

Propiedades Ideales de las Arenas de Moldeo

• Aglomerante uniformemente distribuido: El aglomerante debe estar disperso de manera homogénea alrededor de los granos de arena.
• Humedad controlada y dispersa: La humedad debe estar igualmente dispersa en la mezcla de arena y su cantidad debe ser controlada con precisión.
• Arena aireada: Los granos deben estar separados para mejorar la fluidez de la arena.
• Temperatura adecuada: La arena debe mantener una temperatura óptima para el proceso.
• Arena limpia: Libre de partículas extrañas o contaminantes.

Inconvenientes del Empleo de Arenas Recuperadas

• Acumulación de aglomerantes: Se produce una acumulación de aglomerantes de distintas coladas, lo que puede afectar la calidad.
• Impacto en la fundición: Esta acumulación impide obtener un resultado satisfactorio en el proceso de fundición.

Métodos de Recuperación de Arenas

• Térmico: Calentamiento por encima de los 1200°F (aproximadamente 650°C). Este método no es aplicable a arenas aglomeradas por aglutinante arcilloso.
• Húmedo: Se realiza mediante el desgaste abrasivo de los recubrimientos de arcilla antiguos mientras los granos están suspendidos en agua.
• Seco: Se logra mediante abrasión cuando los granos de arena están suspendidos en una corriente de aire (air blast).

Proceso General de Recuperación

• Pérdidas: Durante el proceso, se pierden partículas pequeñas de arena y arcilla.
• Recuperación: Es necesario reemplazar las partículas de arena pequeña gastadas y la arcilla para mantener la composición.
• Recuperación de arcilla: Implica quitar el recubrimiento de arcilla que aglutina los granos de arena.

2. Acondicionamiento de las Arenas de Moldeo

El acondicionamiento es fundamental para asegurar que las arenas de moldeo, tanto sintéticas como recuperadas, cumplan con los requisitos de calidad para la fundición.

Acondicionamiento de Arena Sintética

• Adición de arcilla: Incorporación de arcilla para las propiedades aglomerantes.
• Mulling (amasaje) de la arena con la arcilla: Un amasaje excesivo puede incrementar la rigidez y disminuir la moldeabilidad de la arena.
• Adición de agua: Ajuste del contenido de humedad.
• Adición de aditivos carbonosos: Deben añadirse lo más tarde posible, después de una buena distribución de los demás componentes.

Recuperación y Reacondicionamiento de la Arena

El objetivo es recuperar las condiciones iniciales de la arena con una mínima adición de arena nueva. El alto coste de la arena virgen, sumado al transporte, hace que un proceso industrial sin recuperación sea inviable.

Proceso General de Acondicionamiento

• Retirar el molde de la arena: La arena se presenta en forma de lumps (aglomerados de arena).
• Romper los lumps: Este paso permite la recuperación de granos individuales y del binder (recubrimiento de granos).
• Etapas principales de la recuperación de arena:
  • Rotura de los sands lumps.
  • Retirar el aglomerante de las superficies del grano:
    • Arenas cohesionadas por aditivos químicos (chemically bonded): Se limpian mediante frotado (limpiado, pulido) en húmedo, procesos térmicos o trituración mecánica.
    • Thermal reclamation: Implica el uso de altas temperaturas en atmósfera oxidante para la combustión completa del binder y obtener arena limpia.
    • Wet reclamation (para arenas químicamente cohesionadas): Consiste en un frotado húmedo donde los granos de arena suspendidos son sometidos a un vigoroso movimiento y choque mediante agua, chorros y agitación. Un inconveniente es que el agua sobrante del proceso está contaminada.
    • Arenas cohesionadas con arcilla: Se utiliza un dispositivo para romper los lumps después del secado, seguido de un tamiz rotativo para eliminar el exceso de arcilla (fines).

3. Proceso General de Acondicionamiento de las Arenas de Moldeo: Fases Detalladas

1º Separación de Partículas Metálicas

Esta fase busca liberar la arena de partículas de hierro y otras materias extrañas.

• Electroimán: Separa las partículas de hierro (o magnéticas), puntas de alambre y otras partículas ferrosas de la arena.
• Separador magnético: Utiliza una cinta transportadora magnetizada. Las partículas ferrosas son atraídas por la cinta, mientras que la arena libre cae.

2º Desintegración de Terrones

El desintegrador giratorio proyecta la arena sobre unas barras móviles, rompiendo los terrones de arena. Este proceso está diseñado para evitar romper los trozos de macho, que se eliminarán en la siguiente fase de tamizado.

3º Tamizado (Separación de Fines)

La función principal de esta etapa es la eliminación de:

• Finos sobrantes (mediante aspiración).
• Trozos de macho.
• Bollos y terrones de gran dimensión y dureza.

Existen diferentes tipos de tamizadores, incluyendo manuales y mecánicos (neumáticos, eléctricos).

4º Mezclador/Amasador (Muller)

• Función: Distribuir los ingredientes en una mezcla homogénea, asegurando la uniformidad de la arena.
• Funcionamiento básico: Un eje cilíndrico sobre el cual giran dos cilindros amasadores (ligeramente desfasados, no alineados) describiendo un círculo sobre un eje vertical de giro. Las paletas arrastran la arena y la posicionan para que quede enfrentada a los cilindros amasadores.

5º Mezcladora Continua

Este tipo de mezcladora permite la dosificación automática y el mezclado de los componentes.

• Depósito: Contiene resinas y catalizadores dosificados por bombas graduadas.
• Paletas mezcladoras: Realizan la mezcla mediante giro continuo.

6º Aireador

• Aireación de arena: Después del proceso de mulling, el aireador separa los granos de arena y la adapta al modelo, mejorando su fluidez.
• Fluibilidad: Se refiere a la capacidad de la arena de moldeo de fluir libremente en torno al patrón (moldeo) y de empaquetarse de manera compacta.