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CONCEPTO
Se llama así a toda sustancia que facilita directa o indirectamente la fusión de otras, por efectos químicos, físicos o combinados. Se conoce con el nombre de fundentes a una amplia gama de productos que se utilizan en los procesos de fusión de los minerales para rebajar al punto de fusión y eliminar parte de la escoria del propio proceso de fusión. Se conoce como la sustancia aditiva que se utiliza parta facilitar la fundición; es un proceso químico usado en proceso de soldar y en la fabricación de placas y otros componentes electrónicos además se usa para eliminar parte de escoria del propio proceso de fusión. Sirve para entre otras funciones, aislar del contacto del aire, disolver y eliminar los óxidos que puedan formarse y favorecer el mojado del material base por el metal de aportación fundida, consiguiendo que el metal de aportación pueda fluir y se distribuya en la unión. Se suelen suministrar en forma de polvo, pasta o líquido y son mezclas de muchos componentes químicos entre los que están los boratos fluoruros, bórax, ácido bórico y los agentes mojantes. IMPORTANCIA Se utiliza porque la superficie de un metal acelera la oxidación de óxidos, que son los resultados de una reacción química entre metal caliente y oxigeno del aire. Estos óxidos han de eliminarse o evitara el mojado y la unión de las superficies. El fundente básicamente, proporciona un escudo que evita a formación de óxidos, absorbiéndolos durante el calentamiento. Por lo tanto, deberán cumplir las siguientes funciones: 1.- Fundir y llegar al activo por debajo del punto de fusión del material de aporte. Los fundentes basados en el boro no funden a bajas temperaturas con materiales de aporte base plata por lo que deben ser utilizados fundentes basados en fluoruro. 2.- Debe ser capaz de disolver y eliminar los óxidos de la superficie del metal, además de proteger las superficies de los metales base de nuevas oxidaciones.
3.- El fundente debe permanecer activo a la temperatura del soldeo y durante el tiempo suficiente como para permitir que la operación de la soldadura pueda ser llevada a cabo adecuadamente, favoreciendo además el mojado del metal base por parte de la aleación MATERIAS PRIMAS FUNDENTES La finalidad de este grupo de componentes es favorecer la formación de vidrio, rebajando su temperatura de fusión y facilitando su elaboración. El óxido de sodio es el compuesto fundente más importante, ya que se utiliza en la práctica totalidad de los vidrios. Entre las materias primas que se emplean industrialmente para aportar este componente, se encuentran el carbonato sódico y el sulfato sódico. El carbonato sódico es la materia prima empleada con mayor frecuencia para introducir el óxido de sodio en el vidrio, tanto por sus cualidades vítreas como por su precio relativamente económico. Si bien algunos países, como EE.UU., poseen importantes yacimientos de carbonato sódico natural, en la mayoría el carbonato sódico se obtiene por el método Solvay, que consiste en el tratamiento del cloruro sódico con bicarbonato amónico para formar bicarbonato sódico que, posteriormente, se somete a una descarbonatación. El sulfato sódico normalmente se adiciona a la mezcla formadora del vidrio como elemento afinante y sólo aporta una pequeña cantidad de óxido. Como fuentes de sulfato sódico se pueden emplear algunas especies minerales naturales, como la thenardita y la glauberita. Sin embargo, lo más frecuente es recurrir al producto químico anhidro obtenido a partir del azufre residual del proceso de fabricación del ácido sulfúrico. Otra de las materias primas fundentes es el óxido de potasio. El empleo del óxido de potasio en sustitución del de sodio lleva consigo un ennoblecimiento de la calidad del vidrio y un aumento del brillo. La mayor parte del óxido de potasio se obtiene a partir de la silvina y la carnalita.
estructuras que atenúan el desgaste, contribuyendo a la asimilación de ligeros impactos. La matriz (X3) aporta elementos estabilizadores del arco y juega un rol importante en los procesos de oxidación-reducción y en la transferencia de elementos al depósito. La relación Escoria: Caliza: Fluorita = 80:10:10 % de la matriz, fue establecida en un trabajo previo (Cruz-Crespo y col., 2005), en el cual fueron variadas las relaciones de estos componentes, manteniendo constante el sistema de aleación y la cantidad de matriz en el fundente. En el presente trabajo se mantendrá constante la relación de componentes dentro de la matriz de la tabla, mientras la cantidad de esta como un todo será variada. En base a las variables del diseño y sus rangos de variación (Tabla 1) son posibles 12 combinaciones (N=q2∙q-1), donde N es el número de experimentos, q es el número de variables). De tales combinaciones, luego de considerar los puntos donde las variables se salen de la frontera predefinida como válida del diseño y los que no cumplen la condición de normalidad; así como los puntos con valores coincidentes de las variables, solo quedan 4 experimentos como válidos, los cuales hemos denominado a, b, c y d, que a su vez corresponden a los vértices de la región experimental dentro del triángulo de composición (Tabla 2). Si en cada arista de la región experimental se inserta un punto medio y otro en el centroide, obteniendo un total de 9 experimentos, como lo ilustra la tabla 2.
Para obtener los fundentes correspondientes a cada punto experimental de la tabla 2, los componentes (ferrocromo de alto carbono, ferromanganeso de alto carbono, caliza, fluorita y escoria) fueron triturados y tamizados a una granulometría entre 0,1 y 0,25 mm. Las mezclas se realizaron para una masa de 2 kg de carga total y fueron mezclados los componentes en un mezclador de tambor giratorio durante 30 minutos. A la masa seca le fue adicionado un 30 % de silicato de sodio (módulo 2,5) durante el proceso de peletizado en una peletizadora de plato. Los fundentes obtenidos fueron secados en una estufa a 120 °C durante 2 h, luego fueron tamizados a una granulometría de 0,25 - 2,5 mm y calcinados en un horno mufla durante 2 h a 350 °C. CLASIFICACION Fundentes de cobertura Previenen la oxidación del metal y ayudan a evitar la absorción de hidrogeno. Una de sus características era su temperatura de fusión de oscila entre los 420 a 600°C. son líquidos y hoy en día se encuentran en el mercado fundentes de carácter sólido, que forman una buena barrera de protección con la atmosfera de los hornos y con excelente desempeño en la fusión de chatarra delgada de aluminio reduciendo las perdidas por oxidación (mermas). Fundentes de escoria Sirven para retirar la escoria del metal fundido, la escoria que se encuentra en los hornos al final de fusión contiene aluminio líquido atrapado, estos fundentes separan este aluminio de la escoria mediante la exotermicidad controlada del fundente, el calor que se genera mejora la “mojabilidad” de las escorias y se produce un efecto de coalescencia que hace que las pequeñas gotas de aluminio escurran formando gotas
TIPOS DE FUNDENTES
De acuerdo a su uso se puede reconocer 4 tipos: Metalúrgicos Cerámicos o disgregantes Vitrificantes o desoxidantes De Limpieza Cobertura Escoreo 1.- Fundentes Metalúrgicos: Su misión general es de combinarse con la ganga (mineral sin valor de acompaña a los minerales metálicos, o mena, en los filones) y bajar su punto de fusión, para hacer que la escoria se encuentre fluida. Los fundentes más utilizados son: Sílice caliza o dolomita y fluorita. Caliza o dolomita.- la caliza se emplea como fundente adicional de Coy como sustancia fundente. Se combina con el SiO2 de la ganga para formar Silicato de calcio. Ya que sin la caliza se formaría SiO3Fe perdiéndose Fe metálico. 2.- Cerámicos o Disgregantes: Materiales de naturaleza inorgánica, no metálico, que se procesa mediante calor en un horno 3.- Vitrificantes o desoxidantes: Las materias primas utilizadas para la fabricación del vidrio se dividen en 4 grupos: Vitrificantes Fundentes Estabilizantes Accesorias Materiales fundentes del vidrio .- los materiales fundentes son los que se añaden a las
vitrificantes para facilitar su fusión y aumentar al mismo tiempo el intervalo de temperatura durante el cual el vidrio puede ser ocupado. Los fundentes más utilizados son el carbonato y el sulfato de sodio 4.- Fundentes de limpieza: Su objetivo principal es el de ayudar a eliminar los óxidos del metal es un fundente especialmente diseñado para la limpieza de los metales. Estos fundentes deben ser agitados las escorias para que así establezcan un contacto íntimo y se lleven a cabo las reacciones. 5.- Fundentes de cobertura: Esta dirigido a las fundiciones de Aluminio donde su función es de crear una barrera liquida entre las flamas del horno y el Aluminio a fundir esto ayuda a la prevención de la oxidación del metal y a evitar la absorción del Hidrogeno. 6.- Fundentes de escoreo: Sirven para la escoria del metal su función principal es de separar las escorias de los metales
Aplicación del fundente:
El fundente suele presentarse en polvo, se mezcla con agua y unas gotas de detergente, para mejorar el mojado sobre el metal base, hasta formar una pasta relativamente consistente. También se presenta en forma de pasta lo que reduce los tiempos de preparación. El mejor modo de aplicar el fundente. Es cubriendo con una pasta las piezas Individuales antes de ser unidas. La aplicación en los alrededores de la unión reduce la oxidación de esas áreas. Es importante aplicarlo después de su preparación ya que se deteriora rápidamente, así como mantener cerrada la tapa del contenedor cuando no se utilice Es muy corriente ver a los operarios calentando el final del avarilla y/o sumergirla dentro del fundente y luego aplicar ambos a la unión. Esta técnica por sí sola, tiene la desventaja de que el fundente no protege la unión durante el ciclo de calentamiento y
generada y la compatibilidad química del fundente con la aleación base, sobre todo en aquellas que se requieren bajos noveles Ca, Na u otros elementos.
Fundente de limpieza
Los fundentes de limpieza tiene como objetivo principal el de ayudar a eliminar los óxidos del metal un fundente diseñado específicamente para la limpieza del metal promueve una escoria ligeramente menos seca que un fundente de escorea ya que su función es reaccionar en el seno del metal y no tanto en la escoria que se encuentra en la superficie Todos los fundente deben ser agitar enérgicamente con la escoria o con el metal para que se establezca un contacto íntimo y se lleven a cabo las reacciones buscadas y los efectos deseados, bien sea la escoria o en el metal, por lo que se recomienda contar con las herramientas necesarias para llevar a cabo la agitación del fundente al momento de la adición.
Fundente de limpieza de paredes
Estos fundente están diseñados para ablandar y ayudar en la eliminación de la aglomeraciones de óxidos sobre las paredes de los hornos que tienen a reducir la capacidad de los hornos y “ensuciar”, más el metal, dada la gran exortermicidad de estos productos no se recomienda agregarlos a la escoria del metal, para la limpieza de paredes se debe bajar el nivel de metal a manera de dejar libre la línea de escoria para poder aplicar el fundente abajo y arriba de la línea normal de nivel de metal, después de la limpieza se debe retirar perfectamente la escoria y adicionar fundente de cobertura, es muy importante agregar el fundente de limpieza de paredes con equipo de protección adecuado como son tanques presurizados o pistolas tipo venturi, la presión de aire en estos equipos es crítica ya que el fundente debe atravesar el tubo de aplicación con una velocidad tal que no de tiempo a que reaccione dentro del tubo y lo tape. El error más común en la limpieza de paredes es agregar poco fundente y no escoriar lo suficiente, lo que provoca que queden muchos óxidos en el seno del metal, y estos se incrementan con las fusiones subsecuentes. qqwrwwd
Fundentes especiales
Existen fundentes especiales, que suelen ser inyectados al metal para diversos propósitos el ejemplo más ilustrativo de este tipo de aplicaciones son los equipos de inyección de fundente
que cuentas hasta con 3 depósitos de fundente con los que se lleva a cabo una limpieza profunda del metal, después una modificación de la aleación y por ultimo una refinación de grano, todo ello inyectando fundente durante el periodo de des gasificado. Algunas otras especialidades son fundentes con los eliminadores de magnesio, eliminadores de calcio y los fundentes libres de calcio o sodio
Efectos en la calidad del metal:
Además de la formación y la eliminación de estas escorias, otro problema son las inclusiones no metálicas que se forman en el baño fundido de metal que se suspende y flotan en el baño. Los óxidos y las impurezas permanecerán suspendidos en el baño líquido porque su estructura es porosa y algunas veces contienen algún gas incluido. Este problema podría empeorarse si se tiene un proceso de fusión inadecuado principalmente en hornos de reverbero donde un mal ajuste en los quemadores puede oxidar demasiado la carga metálica en el periodo de fusión, aun cuando se parta de primario. También los retornos de metal (del sistema de llenado del molde y mazarotas), normalmente tienen una mayor cantidad de inclusiones metálicas y no metálicas, por lo que según el tipo y el origen del metal de retorno o chatarras externas y a las condiciones de almacenamiento, el metal puede contener las cantidades considerables de ambas impurezas metálicas y no metálicas.
Efecto en los refractarios de los hornos:
Principalmente en los hornos de reverbero. La aglomeración de estos óxidos y su contacto con las paredes del horno tienden a formar depósitos de corundum o alumina (Al2O3), que reducen la capacidad de los hornos y disminuye la vida del refractario, además de incrementar las perdidas caloríficas a través de las paredes del horno
Efecto en las ollas y hornos de retención:
Aunque en las ollas de transparencia por el movimiento del horno no se llega a la condición de la formación de corundum, la acumulación de los oxidos reduce la capacidad de las ollas además de disminuir la vida de los canales en los hornos, las cajas de filtración y las propias ollas de transparencia Formación de capas de óxidos en las ollas de transferencia y en las bocas de los hornos de baja presión
Por otro lado los directivos de las empresas deben fomentar una filosofía de aplicación de la ingeniería de procesos en sus plantas y permitir y fomentar la evaluación adecuada de los insumos de los talleres de fundición, con un criterio basado en costo/beneficio y no en el precio. Por otro lado los proveedores deberán considerar conocer perfectamente las condiciones de proceso de la fundición antes de lanzar una propuesta de la gran variedad de productos que hoy en día existen. Y comprender exactamente para que parta del proceso está dirigida la aplicación. Pues bien, el propósito de este trabajo es concientizar a los fundidores de la importación de desarrollar una técnica adecuada de aplicación de fundentes y desde un punto de vista práctico se busca indicar algunas reglas o conceptos que le ayuden a definir el fundente más adecuado para su proceso.
Aplicación industrial
Cuando se sumerge 2 superficies metálicas en contacto en estaño fundido, este moja el metal y llena los espacios entre las superficies contiguas. A esto se le conoce como la acción capilar. Si las superficies no están limpias, no ocurrirá la operación de mojado y la soldadura no llenara la unión, la fuerza de la ola de soldadura es la q llena los orificios y produce un llenado en la superficie es la capa delgada que se ve sobre la superficie de la soldadura derretida. Los contaminantes de la soldadura pueden incrementar la tensión de la superficie, reduciéndola al incrementar su temperatura. Este efecto es pequeño comparado al de la oxidación En el proceso, el flux realiza principalmente dos funciones: quitar el oxido de las superficies que van a ser soldadas y facilitar la amalgamación mejora la características de mojado de la soldadura liquida. La principal característica de los nuevos flux es que mejora considerablemente las características de mojado de la soldadura libre de plomo. Lo que permite mojar las condiciones de contacto creadas en el proceso de soldado de componentes electrónicos sobre una PCB.
Factores que afectan al funcionamiento de fundente:
La habilidad de fundente para realizar satisfactoriamente la operación de brazing, dependerá del material base, temperatura, tiempo del proceso y volumen del fundente aplicado. Limpieza previa de los materiales base La acción capilar acontece exclusivamente cuando las superficies de los materiales de los metales están limpias de contaminación tales como, grasa óxidos o cualquier tipo de suciedad. Si estos permanecen formaran una barrera entre las superficies de los metales base y la aleación fundida, sin que puede esta última mojar al material base. FUNDENTE EN LOS METALES FUNDENTE PARA MOLDE DE COLADA CONTINUA Los fundentes para molde de colada continua de acero cumplen diferentes funciones clave para obtener planchones de acero de óptima calidad. En este trabajo, se caracterizaron cuatro fundentes comerciales mediante pruebas de laboratorio (Estudio petrográfico, difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido con microanálisis). La caracterización indica que los fundentes están constituidos por simple mezcla mecánica de minerales utilizando feldespatos y arcillas como materiales base, que contienen SiO2, Al2O3, Na2O y en menor
comparado con M-1, mientras que en M-4 decrece en 15,93% en relación a M-2. La presencia de las principales fases del clínker se comprobó por difracción de rayos X, concluyéndose que la adición de escoria al proceso de fabricación del clínker mejora marginalmente la ignición de las mezclas crudas, no hay formación de fases nuevas o indeseables y que ésta puede ser una alternativa económica y ambientalmente viable para coprocesamiento de escoria, dependiendo su uso del contenido de metales pesados. Las reacciones de formación de clínker ocurren usualmente en un sistema multicomponente complejo a altas temperaturas (1400 a 1500 C) formado⁰C) formado principalmente por el sistema CaO-5i02-AI203-Fe203' y los óxidos como Na 2 O, K 2 O, SO 3 , MgO, P 2 O 5 TiO 2 , se presentan como impurezas. La reactividad de la mezcla cruda depende de las propiedades termodinámicas de los componentes, pero la cinética de formación de clínker es una función del número de interacciones químicas que ocurran entre los componentes de la mezcla cruda y depende de la naturaleza de los mismos, preparación de la mezcla cruda y del tratamiento térmico. El clínker Portland está formado básicamente por cuatro fases principales: El Silicato tricalcico (C 3 S) es la fase más importante, Silicato bicálcico (C 2 S), aluminato tricalcico (C 3 A) y Ferroaluminato tetracalcico (C 4 AF). La formación de silicato tricalcico (C 3 S) a partir de la reacción entre el silicato bicálcico (C 2 S) y el óxido de calcio (CaO) ocurre principalmente en presencia de la fase líquida, por lo que el proceso cinético está bajo la influencia de los fundentes y/o mineralizantes. Los óxidos de hierro (Fe 203 ) y de aluminio (AI 203 ) son los mineralizantes más efectivos que intervienen y facilitan la producción de la fase líquida, promoviendo que en el interior de la fase líquida se haga la transferencia de masa. En la actualidad es común utilizar minerales y compuestos químicos que contengan fluor y fósforo como fundentes y/o mineralizantes en los procesos de producción de clínker tipo Portland. El uso de otros óxidos tales como MnO, CuO, V 2 O 5 PbO, CdO, ZrO2, Li 2 O, MoO 3 , NiO, WO 3 , ZnO, Nb 2 O 5 ,
CrO 3 , Ta 2 O 5 y BaO 2 es un poco más limitado. Estudios sobre reactividad y cinética de formación de clínker partiendo de mezclas crudas típicas para producir clínker Portland han demostrado que es posible utilizar de manera efectiva óxidos de zinc y de cobre como fundentes y/o mineralizantes, en donde las ventajas que se obtienen son: reducción de la temperatura de formación de la fase líquida, se mejora la reactividad del clínker y se incrementa la resistencia a la compresión del cemento. La caracterización química de la escoria de cobre (residuos sólidos) producidos en el proceso de fundición de sulfuros de cobre hacen que ésta pueda emplearse en la formación de mezclas crudas, donde los beneficios potenciales pueden ser: sustitución parcial de los minerales de sílice y de hierro, disminución de la temperatura de clinquerización (ahorro de energía) y una alternativa ambientalmente segura para la disposición final de este residuo. Caracterización Química de la Escoria de Cobre. La principal caracterización química de la escoria de cobre producida en el proceso de fundición de sulfuros de cobre es la que se muestran en la Tabla 1. [15] Tabla 2. Caracterización química de la escoria Contenido (%) Material SiO 2 CaO Al Fe Zn Cu Pb S Ti Mo Escoria 23.95 0.74 1.89 40.25 1.615 0.99 0.19 0.8 0.2 0.
Portland Férrico El portland férrico está caracterizado por un módulo de fundentes de 0,64. Esto significa que este cemento es muy rico en hierro. En efecto se obtiene introduciendo cenizas de pirita o minerales de hierro en polvo. Este tipo de composición comporta, por lo tanto, además de una mayor presencia de óxido ferrosos una menor presencia de 3CaOAl2O3 cuya hidratación es la que desarrolla más calor. Por este motivo estos cementos son particularmente apropiados para ser utilizados en climas cálidos. Cemento Blancos Contrariamente a los cementos férricos los cementos blancos tienen un módulo de fundentes muy alto, aproximadamente. Estos contienen por lo tanto un porcentaje bajísimo de Fe2O3. El color blanco es debido a la falta de hierro que le da una tonalidad grisácea al Portland normal y un gris más oscuro al cemento férrico. La reducción del Fe2O3 es compensada con el agregado de fluorita (CaF2) y decriolita (Na3AlF6), necesarios en la fase de fabricación en el horno. En el caso de un cemento Portland, se deberán aplicar las fórmulas de Bogue con el objeto de poder decir algo sobre sus propiedades. En un cemento aluminoso, las cantidades de cal y alúmina son muy parecidas y su suma oscila entre 75 y 80%. Un cemento Ferrari tiene comprendido el módulo fe fundentes entre 0,64 y 1,00. Un Portland férrico tiene el módulo de fundentes menor de 0,64. Un Portland blanco puede tener F menor de 0,5%. Un cemento P.A.S. tiene AC3 menor del 5%. Página 27
- Materiales de la Construcción Un cemento Portland tiene el módulo hidráulico comprendido entre 1,7 y 3,2; el módulo silícico entre 1, 2 y 4 (valor normal 2,5). La cal comprendida entre 60 y 67% y la sílice alrededor del 20. El módulo de fundentes entre 1 y 4 (valor normal 2). Los cementos siderúrgicos (PS, PAH, SC) se caracterizan por un porcentaje de sílice superior al de un Portland (puede oscilar entre un 20 y32%). El contenido de alúmina también es superior al del Portland. Los cementos siderúrgicos sobresulfatados se caracterizan por tener 5 a 12% de SO3. Los cementos puzolánicos son muy parecidos en su composición química a los siderúrgicos. Los cementos sin retracción y expansivos tiene más alúmina que el portland. El módulo hidráulico de un cemento aluminoso está comprendido entre 0,5 y 0,65. La A.S.T.M. en su especificación A.S.T.M. C 150-61 da la siguiente
composición potencial media para cada uno de los cinco tipos de cemento Portland, empleados en Estados Unidos. INTERPRETAR EL ANALISIS DE UN CEMENTO Otro tipo de problema es en el que se da la composición centesimal de un Clinker, o de un cemento y se pide interpretar esa composición. Para averiguar de qué cemento o Clinker se trata, es preciso proceder por eliminación. En el caso de un cemento Portland, se deberán aplicar las fórmulas de Bogue con el objeto de poder decir algo sobre sus propiedades. En un cemento aluminoso, las cantidades de cal y alúmina son muy parecidas y su suma oscila entre 75 y 80% Un cemento Ferrari tiene comprendido el módulo de fundentes entre 0,64 y 1,00. Un portland férrico tiene el módulo de fundentes menor de 0. Un portland Blanco puede tener F menor de 0.5% Un cemento P.A.S. tiene AC3 menor del 5% Un cemento Portland tiene el módulo hidráulico comprendido entre 1,7 y 3,2; el módulo silícico entre 1,2 y 4 (valor normal 2,5). La cal comprendida entre 60 y 67% y la sílice alrededor del 20. El módulo de fundentes entre 1y 4 (valor normal2). Los cementos siderúrgicos (PS, PAH, SC) se caracterizan por un porcentaje de sílice superior al de un Portland (puede oscilar entre un 20 y 32%). El contenido de alúmina también es superior al del Portland. Los cementos siderúrgicos sobre sulfatados se caracterizan por tener 5 a 12 % de SO Los cementos puzolánicos son muy parecidos en su composición química a los siderúrgicos Los cementos sin retracción y expansivos tien más alúmina que el portland. El módulo hidraúlico de un cemento aluminosos está comprendido entre 0,5 y 0, La A.S.T.M. en su especificación A.S.T.M C 150-61 da la siguiente composición potencial media para cada uno de los cinco tipos de cemento portland, empleados en estados únicos. FUNDENTE COMO COMPONENTE DEL CEMENTO PORTLAND
