Libro Blanco de Minimización de arenas de moldeo en fundiciones

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Índice
Ref.15/PR2239/TEXTO.DOC
ÍNDICE
0.
1.
2.
RESUMEN ...................................................................................................................... 5
INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 11
LEGISLACIÓN MEDIOAMBIENTAL EN EL SECTOR DE FUNDICIÓN............... 15
2.1 OBSERVACIONES DE CARÁCTER GENERAL................................................................... 15
2.2 ATMÓSFERA ................................................................................................................ 15
2.3 RESIDUOS INERTES O INERTIZADOS ............................................................................. 18
2.4 RESIDUOS TÓXICOS Y PELIGROSOS .............................................................................. 20
2.5 LICENCIA DE ACTIVIDAD Y EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL............................ 25
3. BASES TECNICAS DE LOS PROCESOS DE MOLDEO .......................................... 27
3.1 TÉCNICAS DE FUNDICIÓN CON MOLDE PERDIDO ........................................................... 27
3.1.1 Materiales utilizados en la fabricación de moldes y machos ............................. 29
3.1.1.1 Arenas de moldeo .......................................................................................... 29
3.1.1.2 Aglomerantes para arenas de moldeo y machos ............................................ 30
3.1.1.3 Productos de adición a los materiales de moldeo .......................................... 31
3.1.1.4 Materiales de revestimiento para moldes....................................................... 31
3.1.2 Sistemas de moldeo ........................................................................................... 33
3.1.2.1 Técnicas de moldeo de arena en verde........................................................... 33
3.1.2.2 Técnicas de moldeo mediante resinas de curado en frío................................ 37
3.1.2.3 Técnica de moldeo en cáscara........................................................................40
3.1.2.4 Técnicas de moldeo con silicato sódico......................................................... 42
3.1.2.5 Técnica de moldeo con modelo perdido ........................................................ 43
3.1.3 Técnicas de fabricación de machos....................................................................45
3.1.3.1 Procesos de aglomeración en caliente............................................................ 46
3.1.3.2 Procesos autofraguantes................................................................................. 52
3.1.3.3 Procesos de endurecimiento a través de un gas .............................................56
3.2 TÉCNICAS DE FUNDICION EN MOLDES PERMANENTES .................................................. 58
3.2.1 Fundición en coquilla......................................................................................... 59
3.2.2 Fundición a presión............................................................................................61
4. RESIDUOS: GENERACIÓN Y ELIMINACIÓN......................................................... 63
4.1 ARENAS USADAS DE FUNDICIÓN .................................................................................. 63
4.2 RESIDUOS DE LAS ARENAS USADAS DE FUNDICIÓN: POLVOS, LODOS Y FINOS .............. 64
4.3 ARENAS, POLVOS Y LODOS DE LA SECCIÓN DE GRANALLADO ...................................... 64
5. MEDIDAS Y PROCEDIMIENTOS PARA PREVENIR, MINIMIZAR Y
VALORIZAR LOS DIFERENTES TIPOS DE RESIDUOS ................................................ 66
5.1 RELACIÓN ENTRE LOS DIFERENTES TIPOS DE RESIDUOS Y LAS MEDIDAS DE PMV MÁS
ADECUADAS ........................................................................................................................ 66
5.2 PREVENCIÓN POR CIRCULACIÓN DE LAS ARENAS PARA MOLDES Y MACHOS ................ 67
5.2.1 Datos sobre la técnica ........................................................................................ 67
5.2.1.1 Descripción ....................................................................................................67
5.2.1.2 Estado de la técnica........................................................................................69
5.2.1.3 Campos de aplicación ....................................................................................71
5.2.1.4 Potencial de minimización............................................................................. 74
5.2.2 Condiciones económicas....................................................................................75
5.2.3 Evaluación ambiental.........................................................................................75
5.2.3.1 Impacto en otros medios ................................................................................75
5.2.3.2 Otros criterios ambientales ............................................................................75
1
Libro Blanco de minimización de arenas de moldeo en fundiciones férreas
5.3 REGENERACIÓN .......................................................................................................... 76
5.3.1 Datos sobre la técnica ........................................................................................ 78
5.3.1.1 Descripción de las técnicas de regeneración.................................................. 78
5.3.1.1.1 Instalaciones de regeneración mecánica (regeneración en frío) ............ 78
5.3.1.1.2 Instalaciones para la regeneración térmica (regeneración en caliente) con
y sin tratamiento mecánico posterior..................................................................... 81
5.3.1.2 Estado de desarrollo....................................................................................... 82
5.3.1.2.1 Arenas usadas aglomeradas con resinas químicas................................. 82
5.3.1.2.2 Arenas usadas aglomeradas con bentonita ............................................ 83
5.3.1.3 Campos de aplicación.................................................................................... 88
5.3.1.3.1 Monosistemas ........................................................................................ 88
5.3.1.3.2 Sistemas mixtos ..................................................................................... 90
5.3.1.4 Potencial de minimización ............................................................................ 91
5.3.2 Condiciones económicas ................................................................................... 92
5.3.2.1 Instalaciones mecánicas sencillas de recuperación para arenas aglomeradas
con resinas químicas autofraguantes ......................................................................... 92
5.3.2.2 Instalaciones térmicas de regeneración e instalaciones mecánicas de alta
calidad para regenerar arenas usadas mixtas ............................................................. 92
5.3.3 Evaluación ambiental ........................................................................................ 94
5.3.3.1 Impacto en otros medios................................................................................ 94
5.3.3.2 Otros criterios ambientales ............................................................................ 95
5.4 VALORIZACIÓN EN LA FABRICACIÓN DE CEMENTO ...................................................... 95
5.5 VALORIZACIÓN EN LA FABRICACIÓN DE LADRILLOS.................................................... 96
5.6 VALORIZACIÓN COMO MATERIAL EN CONTACTO CON EL SUELO Y MEZCLAS ASFÁLTICAS96
5.7 VALORIZACIÓN EN OTROS SECTORES .......................................................................... 97
5.8 VALORIZACIÓN METALÚRGICA DE ARENA PROCEDENTE DEL GRANALLADO ................ 98
6. MÉTODO PARA AHORRAR MATERIAS PRIMAS Y REDUCIR RESIDUOS DE
ARENAS DE MOLDEO EN SU EMPRESA....................................................................... 99
6.1 OBSERVACIONES DE CARÁCTER GENERAL .................................................................. 99
6.2 DESARROLLO DEL MÉTODO....................................................................................... 100
6.2.1 Análisis de la situación actual ......................................................................... 100
6.2.2 Análisis de arenas ............................................................................................ 103
6.2.3 Definición de las medidas de minimización.................................................... 104
6.2.4 Evaluación técnico-ambiental.......................................................................... 104
6.2.5 Evaluación económica..................................................................................... 105
6.2.6 Desarrollo de un plan de acción ...................................................................... 105
7. APLICACIÓN DEL MÉTODO PARA AHORRAR MATERIAS PRIMAS Y
REDUCIR RESIDUOS A CINCO FUNDICIONES DE LA CAPV ANALIZADAS POR
IHOBE, S.A......................................................................................................................... 106
7.1 SELECCIÓN DE LAS EMPRESAS Y OPERACIONES ANALIZADAS .................................... 106
7.2 EMPRESA A. FUNDICIÓN DE PIEZAS DE AUTOMOCIÓN, MOLDEO EN VERDE ............... 108
7.2.1 Situación actual de la empresa A..................................................................... 108
7.2.1.1 Fundición y técnicas de fabricación de moldes y machos ........................... 108
7.2.1.2 Circulacion del material de moldeo............................................................. 109
7.2.1.3 Balance de los materiales empleados, subproductos y productos ............... 112
7.2.1.3.1 Valores característicos de los materiales empleados ........................... 112
7.2.1.4 Análisis de arenas y finos ............................................................................ 113
7.2.1.4.1 Muestreo .............................................................................................. 113
7.2.1.4.2 Resultados de los análisis y valoración ............................................... 113
2
Índice
7.2.1.4.3 Valoración de los resultados ................................................................114
7.2.2 Propuestas y evaluación de medidas de minimización y valorizacion ............ 115
7.2.3 Resumen........................................................................................................... 116
7.3 EMPRESA B. FUNDICIÓN DE PIEZAS DE AUTOMOCIÓN, MOLDEO EN VERDE ................ 118
7.3.1 Situacion actual de la empresa B .....................................................................118
7.3.1.2 Circulacion del material de moldeo .............................................................119
7.3.1.3 Balance de los materiales empleados, subproductos y productos................ 122
7.3.1.4 Análisis de arenas y finos............................................................................. 122
7.3.1.4.1 Muestreo .............................................................................................. 122
7.3.1.4.2 Resultados de los análisis y valoración................................................ 123
7.3.2 Propuestas y evaluación de medidas de minimización y valorización ............ 124
7.3.3 Resumen........................................................................................................... 125
7.4 EMPRESA C. FUNDICIÓN DE PIEZAS PARA VÁLVULAS, MÁQUINA HERRAMIENTA, ETC.
MOLDEO EN VERDE ............................................................................................................ 126
7.4.1 Situacion actual de la empresa C .....................................................................126
7.4.1.2 Circulación del material de moldeo .............................................................128
7.4.1.3.1 Valores característicos de materiales empleados ................................. 131
7.4.1.4.1 Muestreo .............................................................................................. 132
7.4.2 Propuestas y evaluación de medidas de minimizacion y valorizacion ............ 134
7.4.3 Resumen........................................................................................................... 135
7.5 EMPRESA D. FUNDICIÓN DE PIEZAS DE AUTOMOCIÓN, CONDUCCIÓN DE FLUIDOS, ETC.
MOLDEO EN VERDE ........................................................................................................... 136
7.5.1 Situacion actual de la Empresa D ....................................................................136
7.5.1.4.1 Muestreo .............................................................................................. 141
7.5.2 Propuestas y evaluación de medidas de minimizacion y valorizacion ............ 142
7.5.3 Resumen........................................................................................................... 143
7.6 EMPRESA E. FUNDICIÓN DE ACERO DE PIEZAS PARA MATRICERÍAS, FERROCARRIL, ETC.
MOLDEO EN VERDE Y QUÍMICO ......................................................................................... 145
7.6.1 Situacion actual de la Empresa E.....................................................................145
3
7.6.1.4.1 Muestreo .............................................................................................. 152
7.6.1.4.2 Resultados de los análisis y valoración ............................................... 152
7.6.1.4.3 Valoración de los resultados................................................................ 153
7.6.2 Propuesta y evaluación de medidas de minimización y valorizacion.............. 153
7.6.3 Resumen .......................................................................................................... 155
4
Resumen
0.
RESUMEN
La fundición es un sector de fuerte arraigo en la Comunidad Autónoma del País Vasco y que
tiene un importante peso en la estructura industrial vasca, tanto en términos de empleo como
en la generación de valor añadido. Sirva como ejemplo el dato de la producción en dicho
sector en el año 1997, que fue de 378.909 t de fundición férrea y de 33.874 t de fundición
primaria de metales no férreos, lo que representa el 4,3% de producción bruta industrial
vasca y un 4,4% del empleo de la Comunidad Autónoma del País Vasco1.
La mayor parte de las empresas del sector realizan el proceso de fundición con moldes y
machos (elementos internos del molde) de arena que tras su utilización son desechados. Esta
técnica se denomina de moldes perdidos y genera gran cantidad de residuos de arena,
aproximadamente el 95% de todos los residuos generados en las fundiciones, siendo su
destino más habitual la deposición en vertederos. La cantidad anual de arenas residuales de
moldeo generadas en la CAPV se sitúa cerca de las 200.000 t/a.
La gestión ambientalmente correcta de esta gran cantidad de residuos encuentra cada día
mayores problemas. La saturación de la capacidad de vertederos y la dificultad para
establecer otros nuevos, así como ciertas limitaciones para admitir estos residuos, hace que
cobre más importancia el desarrollo por parte de las fundiciones de políticas para reducir y
reutilizar en origen, así como para valorizar en otros sectores las arenas de moldeo
residuales generadas.
La misma preocupación queda reflejada en el Plan de Gestión de Residuos Inertes de 1994
de la Viceconsejería de Medio Ambiente del Gobierno Vasco, donde se fijaban unos
objetivos de reducción del 30% para los residuos inertes, entre los cuales se encuentran las
arenas de moldeo.
Por estos motivos, y por el alto potencial de minimización de residuos existente en este
sector, el Departamento de Ordenación del Territorio, Vivienda y Medio Ambiente a través
de su Sociedad Pública de Gestión Ambiental, IHOBE, S.A., ha elaborado el “Libro Blanco
de Minimización de Arenas de Moldeo en fundiciones férreas” con el apoyo de la
Asociación de Fundidores del País Vasco y Navarra (AFV). Este libro recoge las técnicas y
tecnologías de minimización existentes en la actualidad, así como la verificación de las
mismas a través de cinco experiencias piloto en fundiciones vascas. Las cinco fundiciones
seleccionadas reflejan la tipología del sector en la Comunidad Autónoma en cuanto a sus
procesos productivos, tamaño, estructura empresarial y localización geográfica.
1
Fuente: Asociación de Fundidores del País Vasco y Navarra (AFV).
5
Tabla 1: Caracterización de las fundiciones estudiadas
Empresa
A
B
C
D
E
Técnica de moldeo
Moldeo en verde:
Moldeo Automático
Moldeo en verde: Moldeo
Automático
Automático
Automático
Manual
Moldeo Silicato - éster:
Moldeo Manual
Machos
Caja fría
Caja fría
Cascara
Caja fría (tres tipos
de resinas)
Caja fría
Arena prerrevestida
(resina fenólica)
Caja fría
Silicato - éster
Producción (t/año)
43.000
22.000
10.000
12.000
4.000
Número de piezas
Series,
grandes series
Series,
grandes series
Series,
pequeña, mediana
Series,
mediana-alta
Pequeñas series
Piezas sueltas
Los procesos productivos de las 5 fundiciones vascas estudiadas se pueden dividir, en
función de la técnica de moldes empleada, en dos tipos:
•
•
Moldeo en verde. El moldeo en verde se caracteriza por el uso como material de
moldeo de una mezcla de arena de sílice, bentonita como aglomerante y agua. Esta
técnica es muy versátil, utilizándose tanto para grandes series como para pequeñas.
Moldeo químico. El material de moldeo es una mezcla de arena con un aglomerante
químico, generalmente resinas sintéticas (furánicas y fenólicas). Este tipo de moldeo se
suele emplear para la fabricación de series cortas y piezas de gran tamaño.
Las fundiciones que utilizan en su proceso arena para la fabricación de moldes disponen de
un círculo cerrado de arena que se va renovando permanentemente mediante adiciones de
arena nueva y eliminación de las arenas más deterioradas. Un sistema utilizado con
frecuencia es aprovechar la arena de los machos para la renovación, ya que estos se suelen
fabricar con arena nueva. De esta forma se mantienen dentro de unos límites prefijados los
elementos que pueden hacer variar la resistencia y dureza de la arena, tales como chamotas,
finos, etc. que se encuentran presentes en el circuito.
Dentro de la denominación genérica de arenas usadas se encuentran diversos tipos de
residuos. Los más frecuentes son:
• Arenas de moldeo. Muchas veces la retirada de finos del circuito y la adición de arena
proveniente de los machos usados no logran disminuir la presencia de contaminantes en
el circuito, por lo que se requerirán adiciones de arena nueva que hace necesario retirar a
su vez la misma cantidad de producto usado y generando de este modo el residuo.
• Terrones. Durante la fabricación y el desmoldeo se generan terrones de moldes y machos
que no se rompen durante el tratamiento de la arena y pasan a convertirse en un residuo.
• Polvos, finos. Son aquellas partículas que es posible aspirar y separar mediante filtros
secos en cualquiera de las fases del circuito: preparación del material de moldeo,
transporte de la arena y desmoldeo.
• Lodos. Son aquellas partículas recogidas en sistemas de aspiración por vía húmeda.
6
Resumen
Los polvos, finos y lodos procedentes del material de moldeo en circulación están
compuestos del material de moldeo base utilizado, así como de los productos de adición y
de sus productos de desintegración (p.ej. polvo de cuarzo, cáscaras de aglomerante orgánico,
bentonita activa y pasiva, formadores de carbono brillante).
En las operaciones de granallado, se regenera un residuo en forma de polvo, mezcla de
partículas metálicas y restos de arena calcinada que se mezclan entre sí, a pesar de su
distinta composición. Los polvos de granallado contienen fundamentalmente polvos de
arena usada, así como granallas de granulometría inferior, partículas procedentes de la
abrasión del metal y óxidos metálicos.
Para minimizar la cantidad de arena de fundición usada, así como para su valorización
interna o externa2, pueden aplicarse diferentes medidas de carácter tanto técnico como
organizativo. Sin embargo, las propuestas más interesantes para la consecución del objetivo
de minimización se pueden agrupar en tres conceptos:
•
•
•
Reducción de consumo y producción de arenas dentro de la fundición. La reducción
en la generación de residuos de arenas de moldeo, y consecuentemente el consumo de
arena nueva, se consigue optimizando la circulación de la arena dentro de la fundición,
realimentando los machos rotos y los finos, así como reutilizando la arena usada.
La regeneración de arena. Es una valorización interna, y consiste en depurar la arena
usada hasta el punto de que pueda sustituir a la arena nueva en la fabricación de machos
y moldes.
La valorización externa. Consiste en el uso como materia prima de la arena usada en
otros sectores industriales, destacando entre estos, los de cemento y asfalto por la
capacidad que tienen de utilizar estos residuos como materia prima.
Con el fin de verificar estas medidas se ha aplicado en las cinco fundiciones participantes en
este Libro Blanco una metodología o procedimiento de chequeo que permite a la empresa
detectar las posibilidades de ahorro económico y reducción de los residuos de arena. Este
método comprende las siguientes actuaciones:
I.
II.
III.
IV.
Análisis de la situación de las fundiciones, inventariando las técnicas de fabricación.
Balance de masas del circuito de arena, desarrollando valores característicos de cada
una de las fundiciones.
Análisis físico-químico de determinadas corrientes de arena con el objeto de obtener
valores sobre sustancias no deseadas y sustancias valorizables.
Propuesta y evaluación de medidas de minimización de residuos.
Una vez analizados los procesos y cantidades de residuos producidos en cada fundición, se
realizaron una serie de análisis físico-químicos, y finalmente, se propusieron una serie de
medidas cuya implantación lograría reducciones sensibles en la generación de residuos y en
el consumo de arena. A modo de síntesis, las medidas propuestas se recogen en la siguiente
tabla.
Tabla 2: Resumen de las medidas de minimización propuestas, excluida la valorización
2
La AFV junto con IHOBE, S.A. lidera un proyecto con el fin de definir los parámetros de las arenas para la valorización en éstas en
otros sectores productivos de la Comunidad Autónoma del País Vasco.
7
Empresa
Técnica de
Moldeo
Medidas de
Minimización
%
Reducción
residuos
A
Cantidad de Residuos
Cantidad de Arena
t/t de Fundición Buena Nueva (incluida machos)
t/t de Fundición Buena
Situación Situación Situación
Situación
inicial
final
inicial
final
propuesta
propuesta
0,57
0,47
0,34
0,24
0,57
0,38
0,34
0,11
0,31
0,26
0,17
0,17
Moldeo en
Organizativas 18
verde
Regeneración 32
B
Moldeo en
Organizativas 15
verde
C
Moldeo en
Organizativas 16
0,52
0,44
0,40
verde
D
Moldeo en
Organizativas 26
0,30
0,23
0,20
verde
E
Moldeo en
Organizativas 8
1,50 (1)
1,40 (1)
0,80 (1)
verde
Moldeo
Regeneración 8
1,50 (1)
1,40 (1)
1,92 (1)
Silicato Organizativas 8
1,50 (1)
1,40 (1)
1,92 (1
éster
(1) Fundición de acero, considerando la mitad de la producción por cada tipo de moldeo.
0,36
0,20
0,30 (1)
1,67 (1)
1,7 (1)
Entre las propuestas realizadas el establecimiento de medidas organizativas ha sido el más
numeroso por su sencillez y economía.
Por ejemplo, en el moldeo en verde, las adiciones de arena nueva para regenerar el circuito
varían entre 0,1 y 0,2 t arena/t metal fundido, incluida la arena de machos. Esta cantidad
depende de la relación arena-metal, tipo y cantidad de machos utilizados y de otros factores.
En las fundiciones estudiadas esta cantidad oscila entre 0,17 y 0,4 t arena/t metal fundido.
Por ejemplo, una de las fundiciones tenía un consumo excesivo de arena, 0,34 t/t de
fundición buena. La calidad de la arena del circuito, así como el aporte proveniente de los
machos, hacen innecesaria una adición de arena nueva. Optimizando el circuito de arena
pueden llegar a reducir el consumo hasta 0,24 t/t de fundición buena.
Otro punto estudiado es la reducción del consumo de aglomerantes. Considerando las
condiciones de fabricación, así como las exigencias de calidad de la fundición son
suficientes adiciones de 4 kg de bentonita por cada 100 kg de metal fundido. Los consumos
reales sitúan esta relación entre 3,5 y 5,6, adicionándose en algunos casos en exceso. Lo
mismo ocurre en la fundición de acero donde suelen ser normales unas adiciones entre 20-22
kg de bentonita/100 kg metal fundido, en la empresa analizada sin embargo, el consumo era
de 29 kg/100 kg acero.
Otro de los residuos producidos en el moldeo en verde son los finos generados durante la
preparación del material de moldeo y el desmoldeo. Estos finos contienen cantidades nada
despreciables de sustancias activas (bentonita y hulla). La cantidad de finos que se pueden
reutilizar depende del porcentaje de sustancias activas que contengan los finos y de los
parámetros exigidos al material de moldeo. En todas las fundiciones analizadas la
reutilización de finos era inferior a la posible. Por ejemplo, en una fundición la generación
de residuos se puede reducir un 13% y el consumo en bentonita y hulla en un 26% y 16%
respectivamente.
La gran demanda de arena suele ser consecuencia de un tratamiento insuficiente de la arena
usada. Las instalaciones de tratamiento suelen contar con una trituración y eliminación de
8
Resumen
finos que con frecuencia no son eficaces. La eficacia en la eliminación de finos es uno de los
factores más importantes. Con la optimización en el tratamiento de arena usada puede
conseguirse que los residuos generados sean casi exclusivamente finos. Sin embargo, en una
fundición se generan cantidades nada despreciables de arena que podría ser reutilizada
mejorando la eficacia del tratamiento.
Otra de las posibilidades para minimizar el consumo de arena es la regeneración. Por
razones económicas, la regeneración sólo esta recomendada para ciertas producciones de
arena usada. Sólo una fundición reunía las características necesarias para evaluar la
posibilidad de instalar un sistema de regeneración, lo que reduciría la generación de residuos
en un 32% y disminuirán la compra de arena nueva de 0,34 a 0,11 t de arena por cada t de
fundición buena.
La valorización externa o el aprovechamiento de las arenas usadas en otros sectores
industriales está siendo aplicada en países de nuestro entorno. Sin embargo, estas medidas
están siendo en la actualidad evaluadas en la CAPV.
Como resultado del análisis del estado de las fundiciones estudiadas, las medidas propuestas
para la minimización de arenas de moldeo susceptibles de ser implantadas se pueden
resumir en:
•
•
•
•
•
•
Optimización del circuito de arena.
Reutilización interna de aquellos finos que tengan sustancias valorizables
Reducción de la diversidad de tipos de arena utilizada: tamaño de granos, tipo de arena
Empleo de instalaciones internas de regeneración de arena usada
Optimización de la regeneración de arena
Valorización de la arena usada en otros sectores
La implantación de todas estas medidas conseguirían importantes ahorros económicos en el
consumo de arena nueva y gestión de los residuos de arena usada en las cinco fundiciones
vascas asesoradas, tal y como señala la tabla siguiente:
Empresa
A
B
C
D
E
Minimización dentro
de fundición
20%
15%
16%
26%
24%
regeneración
Valorización
Total
32%
8%
20%
58%
52%
40%
25%
72%
73%
68%
66%
57%
De la elaboración del “Libro Blanco de Minimización de arenas de moldeo en fundiciones
férreas” se han obtenido las siguientes conclusiones:
• La minimización en origen es técnicamente viable a corto plazo y económicamente muy
interesante en la totalidad de las empresas estudiadas. Estas fundiciones representan la
globalidad del sector de fundición vasco, por lo que la aplicación de medidas similares en
otras empresas tiene altas probabilidades de éxito.
• Existen otro tipo de soluciones para las arenas usadas, que salvo una excepción, van
dirigidas a valorizar externamente los residuos cuya generación sea inevitable. Esta línea
9
de trabajo está en fase de evaluación desde un punto de vista tanto técnico, económico y
ambiental.
• Propone un camino nuevo y factible hacia el cumplimiento de los objetivos del Plan de
Residuos Inertes de reducir la producción de arenas de moldeo.
En definitiva, el Libro Blanco de Minimización de arenas de moldeo en fundiciones férreas
proporciona una serie de criterios para la toma de decisiones en las empresas. Estos criterios
se articulan en un método que es aplicado a seis empresas representativas del sector vasco
de fundición. La consecución de resultados de minimización satisfactorias permitirá que se
dinamice la producción limpia a través de la implantación en el sector de medidas similares,
y fomentando la competitividad.
10
Introducción
1.
INTRODUCCIÓN
El sector de fundición, es una de las actividades industriales, con más tradición en el tejido
empresarial del País Vasco. Actualmente la producción del sector de fundición supone cerca
del 4,3% del total industrial vasco. En 1997 se produjeron 335.796 t de fundición de hierro,
43.813 t de acero y 33.874 t de fundición no férrea, principalmente de aluminio, de cobre y
en menor medida de cinc, tal y como se muestra en la Tabla 3.
Los siguientes gráficos muestran una radiografía del sector fundición en la CAPV.
Tabla 3: Número de empresas de fundición en el País Vasco
Nº de empresas
Fundición de hierro
32
Fundición de acero
21
Fundición no férrea
18
Total fundición
71
(Fuente: Elaborado a partir de datos de AFV 1997.)
Producción (t/a)
335.796
43.113
33.874
412.783
Asimismo cabe destacar, tal y como se observa en la Figura 1 la relevancia del sector de
fundición de la CAPV en el mercado europeo, situándose entre las seis posiciones más
destacadas en cuanto a facturación.
IHOBE, S.A.
Miles Millones Pesetas
1.000
955
900
800
700
600
500
485
402
400
332
300
213
200
92
100
0
Alemania
Francia
Italia
Reino
Unido
España
C.A.P.V.
71
Resto
países UE
(Fuente: Informe Sector Fundición, SPRI, 1996)
Figura 1: Producción de fundición de los principales países productores de la Unión Europea en 1993
11
El reparto territorial de las fundiciones en la CAPV es relativamente homogéneo aunque
destacan algunos puntos de gravedad como la zona del Duranguesado, Bilbao, Goierri y
Vitoria-Gasteiz.
ARABA
20%
BIZKAIA
43%
GIPUZKOA
37%
IHOBE, S.A.
(Fuente: Informe Sector Fundición, SPRI. 1996)
Figura 2: Distribución de las empresas de fundición por Territorios Históricos
Por otro lado debe resaltarse la fuerte orientación básica de las fundiciones vascas hacia el
mercado de los componentes de automoción. Mercados como la maquinaria (agrícola y
máquina herramienta) o valvulería y troquelería tienen una presencia de segundo orden en el
sector.
Tabla 4: Distribución de la producción de fundición de hierro por sectores clientes 1994
Sectores
Automoción y vehículo industrial
Maquinaria agrícola
Valvulería y acc. tubería
Máquina herramienta
Construcción
Industria naval
Troquelería
Otros
Total
(Fuente: Informe Sector Fundición, SPRI. 1996)
Toneladas
57%
13%
8%
7%
3%
2%
2%
8%
100,00%
El sector de fundición, considerado de importancia estratégica en la CAPV, debe introducir
el factor ambiental en la empresa para mantener su competitividad en el mercado europeo.
En este sentido, aún existen impactos ambientales del sector derivados de las emisiones
atmosféricas y de la generación de residuos sólidos, siendo estos últimos en su gran mayoría
(95%) las arenas de fundición usadas cuya cantidad anual se sitúa próxima a las 200.000
toneladas.
Por este motivo, y apoyándose en el objetivo global marcado en el “Plan de Residuos
Inertes de la CAPV”, de reducción en un 30% de los residuos inertes entre los cuales se
12
Introducción
encuentran las arenas de moldeo, el Departamento de Ordenación del Territorio, Vivienda y
Medio Ambiente del Gobierno Vasco ha priorizado las actuaciones dirigidas a reducir la
generación de arenas de moldeo usadas y las emisiones a la atmósfera.
La disminución de la capacidad de los vertederos, unido a la dificultad de construcción de
otros nuevos, así como el elevado potencial de minimización de residuos detectado en las
fundiciones vascas, ha impulsado a IHOBE, S.A. a centrar la atención de esta guía práctica
en la reducción y valorización de las arenas de moldeo.
Una vez enmarcados en este contexto, IHOBE, S.A. ha elaborado el presente Libro Blanco
ante la necesidad de facilitar a los profesionales del sector, criterios técnicos que permitan la
implantación de mejores prácticas encaminadas a minimizar la generación de residuos. El
Libro Blanco de Minimización de arenas de moldeo en fundiciones férreas es una guía
práctica que facilita a las empresas la adopción de medidas para la reducción de arenas de
moldeo usadas.
Este Libro Blanco incluye en primer lugar una recopilación práctica de la legislación
medioambiental que afecta a las fundiciones. Posteriormente se realiza una descripción de
las técnicas de moldeo, analizando las principales vías de generación y eliminación de
residuos. El siguiente capítulo analiza las posibles medidas de minimización de residuos de
arenas de moldeo en el sector de fundición férrea a implantar.
Sin embargo, el valor añadido de esta guía técnica, tal y como se muestra en la figura se
centra en la presentación de un método práctico para el ahorro de materias primas y
reducción de residuos por parte de la propia fundición, procedimiento validado mediante la
aplicación de este método a cinco fundiciones vascas representativas, con la correspondiente
evaluación técnico-ambiental y económica.
El presente Libro Blanco pretende ser una herramienta útil para reducir progresivamente la
cantidad de arenas residuales generadas en las fundiciones vascas, para lo cual IHOBE, S.A.
ha contado con la colaboración de la Asociación de Fundidores Vascos (AFV). La
aplicación de este método posibilitará la búsqueda de soluciones técnicas y económicamente
viables a los problemas ambientales de la fundición.
13
Modo de empleo del “Libro Blanco de Minimización de arenas de
moldeo en fundiciones férreas” para las empresas del sector
IHOBE, S.A.
Identificación de su empresa con una de
las seis empresas analizadas y lectura de
la experiencia (Ver Capítulo 7)
Evaluación del método para ahorrar
materia prima y reducir residuos
(Ver Capítulo 6)
Análisis y aplicación del método a su
empresa
Consultas técnico-ambientales en
materia de reducción, regeneración y
valorización de arenas
(Ver Capítulo 5)
Aplicación de un plan de acción para
reducir arenas usadas
14
Legislación medioambiental en el sector de fundición
2.
LEGISLACIÓN MEDIOAMBIENTAL EN EL SECTOR DE FUNDICIÓN
2.1
OBSERVACIONES DE CARÁCTER GENERAL
En este capítulo se reflejan los aspectos legales más relevantes que afectan al sector de
fundición. El capítulo se divide en varios apartados, en función de la problemática y de la
legislación que la regula. Los apartados son:
• Atmósfera
Las emisiones a la atmósfera se producen principalmente en los procesos de fusión y en
las distintas captaciones del circuito de arena. Los contaminantes principales emitidos en
el proceso de fusión son partículas y dióxido de carbono (CO2), y en el caso del circuito
de arena son las partículas.
• Residuos Inertes e Inertizados
Los residuos procedentes del circuito de arena así como las escorias de fusión son en la
mayoría de los casos residuos inertes.
• Residuos Tóxicos y Peligrosos
Los residuos tóxicos generados en las fundiciones fundamentalmente pueden proceder de
los filtros de los hornos de fusión y de los aceites utilizados en diversas aplicaciones.
• Licencia de Actividad y Evaluación de Impacto Ambiental
Toda actividad necesita para su funcionamiento contar con las debidas autorizaciones.
Tabla 5: Resumen de legislación y efectos ambientales en el sector de fundición
Legislación
Atmósfera
Residuos inertes
Residuos tóxicos y peligrosos
Licencia de actividad y
Evaluación de Impacto
Ambiental
Principales procesos afectados
Fusión, circuito de arena
Circuito de arena, fusión
Fusión
Todos
Principales residuos y
emisiones
Partículas, CO2
Arena usada, escorias
Polvos de la filtración de humos
En los siguientes apartados se resumen en una serie de fichas prácticas las principales
obligaciones.
2.2
ATMÓSFERA
Las fundiciones generan durante su actividad emisiones a la atmósfera. Para conseguir una
protección del medio ambiente existen una serie de obligaciones derivadas de la Ley
38/1972, de 22 de diciembre, de protección del ambiente atmosférico y la Orden de 18 de
octubre de 1976 de prevención y corrección de la contaminación atmosférica de origen
industrial.
Dichas leyes clasifican las actividades en función del potencial contaminante de las mismas
(ver Tabla 6) en los siguientes grupos:
15
• Grupo A
• Grupo B
• Grupo C
Tabla 6: Resumen de Actividades Potencialmente Contaminadoras de la Atmósfera
SECTOR
Siderurgia y
Fundición
Metalúrgica
No Férrea
Industrias
Fabriles y
Actividades
Diversas
GRUPO A
• Acerías de oxígeno, incluidos los
procesos LD, LDAC, KALDO y
similares
• Fabricación y afinado de acero
en convertidor con inyección de
aire, con o sin oxígeno, incluidos
los convertidores Bessemer
• Acerías Martin
• Fabricación de acero en hornos
de arco eléctrico de capacidad
total de la planta superior a 10
Tm.
• Fabricación de ferroaleaciones
en horno eléctrico cuando la
potencia del horno sobrepasa los
100 Kw.
• Producción de aluminio
• Producción de plomo en horno
de cuba
• Refino de plomo
• Producción de plomo de segunda
fusión (recuperación de la
chatarra de plomo)
• Producción de zinc por
reducción de minerales y por
destilación
• Producción de cobre bruto o
negro en horno de cuba, horno
de reverbero u horno rotativo
• Producción de cobre en el
convertidor
• Refino del cobre en horno de
ánodos
• Producción de antimonio,
cadmio, cromo, magnesio,
manganeso, estaño y mercurio
• Producción de metales y
aleaciones por electrólisis ígnea,
cuando la potencia de los hornos
es mayor de 25 KW.
• Plantas de recuperación de
metales por combustión de
desperdicios
GRUPO B
GRUPO C
• Producción de fundición de hierro, • Operaciones de moldeo y
tratamiento de arenas de
hierro maleable y acero en hornos
fundición y otras materias de
rotativos y cubilotes y hornos de
moldeo
arco eléctrico, con capacidad de
producción igual o inferior a diez
toneladas métricas
• Fabricación de ferroaleaciones en
horno eléctrico cuando la potencia
del horno sea igual o inferior a 100
KW
• Fabricación de sílico-aleaciones en • Refino de metales en hornos
de reverbero a excepción del
horno eléctrico (silicio-aluminio,
plomo y cobre
silicio-calcio, silicio-manganeso,
etc., con excepción de ferrosilicio), • Fabricación de
cuando la potencia del horno es
silicoaleaciones, excepto
superior a 100 KW
ferrosilicio cuando la
• Refundición de metales no férreos
potencia del horno es igual o
inferior a 100 KW
• Recuperación de los metales no
férreos mediante tratamiento por
fusión de las chatarras, excepto el
plomo
• Preparación, almacenamiento a la
intemperie, carga, descarga,
manutención y transporte de
minerales en las plantas
metalúrgicas
• Almacenamiento a la intemperie y
manipulación de materiales y
desperdicios pulverulentos
• Instalaciones trituradoras de
chatarra
• Instalaciones de chorreado de
arena, gravilla u otro abrasivo
16
• Actividades que tengan focos
de emisión cuya suma de
emisiones totalice 36
toneladas de emisión
continua o más por año, de
uno cualquiera de los
contaminantes principales:
SO2, CO, NOx,
hidrocarburos, polvos y
humos
Principales obligaciones
• Cumplir límites de emisión
• Controles periódicos por parte de Entidades de Inspección y Control Reglamentario
Acreditadas (ENICRES):
Foco emisor Grupo A: Cada 2 años
Foco emisor Grupo B: Cada 3 años
Foco emisor Grupo C: Cada 5 años
• Autocontroles de las emisiones (Foco emisor del Grupo A: cada 15 días, Grupo B: según
indique el Departamento de Industria del Gobierno Vasco).
• Llevar un libro registro sobre: emisiones, incidentes, etc. Este libro debe estar
debidamente sellado por el Departamento de Industria del Gobierno Vasco.
Notas prácticas
• El industrial debe conocer en primer lugar el número y características de los focos
emisores a la atmósfera. Una vez conocidos debe de clasificar cada foco en: Grupo A,
Grupo B, Grupo C (Ver Tabla 6).
• El hecho de tener un foco Grupo A, clasifica a la actividad como Actividad
Potencialmente Contaminadora de la Atmósfera Grupo A. Sin embargo, los controles a
los que estén sometidos los focos dependen de la clasificación de cada uno de ellos, no de
la clasificación general de la actividad.
• Preparar un libro registro donde conste, al menos, foco emisor, día, mediciones, posibles
averías, etc. y llevarlo a las Oficinas Territoriales de la Dirección de Administración de
Industria, Energía y Minas del Gobierno Vasco para que lo selle.
Tendencias
• Se prevé que para el año 2000 se apruebe una nueva legislación sobre compuestos
orgánicos volátiles (VOC), principalmente generados por el uso de: disolventes, pinturas,
barnices, productos de limpieza, etc.
17
2.3
RESIDUOS INERTES O INERTIZADOS
Los residuos inertes son residuos sólidos o pastosos que no experimentan transformaciones
significativas (p. ej. no contienen materia orgánica degradable), que no son Residuos
Tóxicos y Peligrosos (RTP), y que se generan en:
• Determinadas actividades o procesos fabriles o industriales. Los residuos de estas
actividades se denominan Residuos Industriales Inertes (Tabla 7).
• Actividades de construcción, demolición, excavación o movimientos de tierras. Los
residuos de estas actividades se denominan Residuos de Construcción Inertes.
Determinados tipos de Residuos de Construcción Inertes se pueden utilizar para rellenos
o acondicionamiento de terrenos.
Gran parte de los residuos generados en las fundiciones pueden ser considerados como
residuos industriales inertes, siempre que no sean RTPs.
Tabla 7: Residuos Industriales Inertes
•
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•
•
•
•
Tipo I
Escorias de fabricación de acero
Escorias de fundición de hierro
Escorias de fusión del aluminio
Escorias de fusión de otros metales
Cenizas de combustión de combustibles sólidos y
líquidos
Cenizas de combustión de residuos sólidos urbanos
Arenas de moldeo
Arenas de machos
Restos y desechos de materiales procedentes de las
empresas de materiales para la construcción
Material refractario
Abrasivos
Cascarillas
Catalizadores
Restos de carbonato cálcico
Arenas de filtros
Lodos inorgánicos
Carbón activo no contaminado
Cenizas volantes
Polvos de depuración de humos
Polvos metálicos
Polvos no metálicos
Cenizas de combustión de combustibles para
calefacción
Otros residuos de carácter inerte
Tipo II
Restos de cal
Chatarras metálicas
Vidrio
Envases de plástico vacíos
Otros plásticos
Fibra de vidrio
Caucho y elastómeros
Neumáticos
Envases metálicos vacíos
Poliésteres en forma de productos acabados, o no
conformados, o desechos de producción
• Restos cerámicos o producidos por la industria
cerámica en general
• Plásticos o polímeros en forma de productos
acabados, o no conformados, o desechos de
producción
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
• Los productores de Residuos Industriales Inertes deben: inscribirse en el Registro de
productores de residuos industriales inertes de la Viceconsejería de Medio Ambiente del
Gobierno Vasco; solicitar carta de aceptación del residuo a Gestor Autorizado (titular del
18
vertedero) antes de su envío; rellenar documento de control y seguimiento, enviar copia
del mismo a la Viceconsejería de Medio Ambiente del Gobierno Vasco.
• Los gestores de Residuos Inertes deben solicitar autorización, enviar documento de
aceptación de residuos, rellenar documento de control y seguimiento y remitir copia a la
Viceconsejería de Medio Ambiente del Gobierno Vasco.
Notas prácticas
• Realizar un inventario de residuos. Identificar los Residuos Industriales Inertes.
• Solicitar información sobre gestores autorizados por la Viceconsejería de Medio
Ambiente del Gobierno Vasco.
• Si el residuo tiene una temperatura superior a 50ºC, humedad superior al 65% o está en
autoignición, el vertedero no aceptará los residuos.
19
2.4
RESIDUOS TÓXICOS Y PELIGROSOS
Los residuos industriales generados durante el desarrollo de la actividad suelen contener
elementos nocivos. Estos residuos, en función de la naturaleza o actividad que los genere,
constituyentes y características de los mismos, pueden clasificarse como Residuos Tóxicos y
Peligrosos (RTPs). (Ver Figura 3).
Los productores de RTPs están obligados a entregar los residuos a gestor autorizado por la
Viceconsejería de Medio Ambiente del Gobierno Vasco. Algún tipo de RTPs tienen además
legislación específica: Aceites usados, Policlorobifenilos (PCB’s) y Policloroterfenilos
(PCT’s), pilas y acumuladores, amianto, etc.
INICIO
¿Su residuo
pertenece a la Lista
Europea?
(Ver Tabla 8)
SI
Es RTP
NO
¿Pertenece
a la parte A de la
Tabla 9?
¿Presenta
características de
toxicidad y/o
peligrosidad?
(Ver Nota)
SI
SI
Es RTP
NO
NO
No es RTP
¿Pertenece
a la parte B de la
Tabla 9?
NO
No es RTP
SI
¿Contiene
sustancias de la
Tabla 10?
NO
No es RTP
SI
¿Presenta
características de
toxicidad y/o
peligrosidad?
(Ver Nota)
SI
Es RTP
NO
No es RTP
Nota.- Los parámetros a analizar para determinar la
toxicidad y/o peligrosidad se deberían contrastar
con la Viceconsejería de Medio Ambiente del
Gobierno Vasco. (Tfno.: 945-18.80.00)
Figura 3: Gestión de Residuos Tóxicos y Peligrosos
20
Tabla 8: Resumen de Residuos Peligrosos con arreglo al apartado 4 del artículo 1 de la Directiva
91/689/CEE
Código
CER
10
1003
100301
100303
100304
100307
100308
100309
100310
Descripción
RESIDUOS INORGÁNICOS DE PROCESOS TÉRMICOS
Residuos de la termometalurgia del aluminio
Alquitranes y otros residuos que contienen carbón
procedente de la fabricación de ánodos
Espumas
1004
100401
Escorias-granzas blancas de primera fusión
Revestimientos de cuba usados
Escorias de sal de segunda fusión
Granzas negras de segunda fusión
Residuos de tratamiento de escorias de sal y
granzas
Residuos de la termometalurgia del plomo
Escorias (primera y segunda fusión)
100402
Granzas y espumas (primera y segunda fusión)
100403
Arseniato de calcio
100404
Polvo de filtración de humos
100405
Otras partículas y polvo
100406
Residuos sólidos del tratamiento de gases
100407
1005
100501
100502
100503
100505
100506
1006
100603
Lodos de tratamiento de gases
Residuos de la termometalurgia del zinc
Escorias (primera y segunda fusión)
Granzas y espumas (primera y segunda fusión)
Lodos del tratamiento de gases
Residuos de la termometalurgia del cobre
Código
Descripción
CER
130103 Aceites hidráulicos no clorados (no emulsionados)
130104 Otros aceites hidráulicos clorados emulsionados
130105 Otros aceites hidráulicos no clorados emulsionados
130106 Aceites hidráulicos que contienen sólo aceite
mineral
130107 Otros aceites hidráulicos
130108 Líquidos de freno
1302
Aceites lubricantes usados de motores y engranajes
130201 Aceites lubricantes clorados de motores y engranajes
130202 Aceites lubricantes no clorados de motores y
engranajes
130203 Otros aceites lubricantes de motores y engranajes
1303
Aceites y otros líquidos de aislamiento y transmisión
de calor usados
130301 Aceites y otros líquidos de aislamiento y transmisión
de calor que contienen PCB o PCT
130302 Otros aceites y otros líquidos clorados de
aislamiento y transmisión de calor
130303 Aceites y otros líquidos no clorados de aislamiento y
transmisión de calor
130304 Aceites y otros líquidos sintéticos de aislamiento y
transmisión de calor
130305 Aceites minerales de aislamiento y transmisión de
calor
1305
Restos de separadores de agua/aceite
130501 Sólidos de separadores agua/aceite
130502 Lodos de separadores agua/aceite
130503 Lodos de interceptores
130504 Lodos o emulsiones de desalación
130505 Otras emulsiones
1306
Aceites usados no especificados en otra categoría
130601 Aceites usados no especificados en otra categoría
20
RESIDUOS MUNICIPALES Y RESIDUOS ASIMILABLES
PROCEDENTES DEL COMERCIO, INDUSTRIAS E
INSTITUCIONES INCLUIDAS LAS FRACCIONES
RECOGIDAS SELECTIVAMENTE
100605
100606
100607
13
1301
130101
130102
Residuos del refino electrolítico
Lodos del tratamiento de gases
ACEITES USADOS (EXCEPTO ACEITES
COMESTIBLES 050000 Y 120000)
Aceites hidráulicos y líquidos de freno usados
Aceites hidráulicos que contienen PCB o PCT
2001
200112
200113
200117
Fracciones recogidas selectivamente
Pinturas, tintes, resinas y pegamentos
Disolventes
Productos químicos fotográficos
200119 Pesticidas
200121 Tubos fluorescentes y otros residuos que contienen
mercurio
Otros aceites hidráulicos clorados (no
emulsionados)
21
Tabla 9: Categorías o tipos genéricos de residuos tóxicos y peligrosos, presentados en forma líquida,
sólida o de lodos, clasificados según su naturaleza o la actividad que los genera
PARTE A
Residuos que están formados por:
• Residuos de productos utilizados como disolventes
• Sustancias orgánicas halogenadas no utilizadas como disolventes, excluidas las materias polimerizadas
inertes
• Sales de temple cianuradas
• Aceites y sustancias oleosas minerales (lodos de corte, etc.)
• Mezclas aceite/agua o hidrocarburo/agua, emulsiones
• Sustancias que contengan PCB y/o PCT (dieléctricas, etc.)
• Materias alquitranadas procedentes de operaciones de refinado, destilación o pirólisis (sedimentos de
destilación, etc.)
• Tintas, colorantes, pigmentos, pinturas, lacas, barnices
• Resinas, látex, plastificantes, colas
• Sustancias químicas no identificadas y/o nuevas y de efectos desconocidos en el hombre y/o el medio
ambiente que procedan de actividades de investigación y desarrollo o de actividades de enseñanza (residuos
de laboratorio, etc.)
• Productos pirotécnicos y otros materiales explosivos
• Todos los materiales contaminados por un producto de la familia de los dibenzofuranos policlorados
• Todos los materiales contaminados por un producto de la familia de las dibenzo-para-dioxinas policloradas
PARTE B
Residuos que contengan cualquiera de los componentes que figuran en la lista de la Tabla 10 y que estén
formados por:
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•
Jabones, materias grasa, ceras de origen animal o vegetal
Sustancias orgánicas no halogenadas no empleadas como disolventes
Sustancias inorgánicas que no contengan metales o compuestos de metales
Escorias y/o cenizas
Tierra, arcillas o arenas incluyendo lodos de dragado
Sales de temple no cianuradas
Partículas o polvos metálicos
Catalizadores usados
Líquidos o lodos que contengan metales o compuestos metálicos
Residuos de tratamiento de descontaminación (polvos de cámaras de filtros de bolsas, etc.) excepto los
incluidos en los dos puntos siguientes y los lodos de depuración no tratados o no utilizables en agricultura
Lodos de lavado de gases
Lodos de instalaciones de purificación de agua
Residuos de descarbonatación
Residuos de columnas intercambiadoras de iones
Lodos de depuración no tratados o no utilizables en agricultura
Residuos de la limpieza de cisternas y/o equipos
Equipos contaminados
Recipientes contaminados (envases, bombonas de gas, etc.) que hayan contenido uno o varios de los
constituyentes mencionados en la Tabla 10
Baterías y pilas eléctricas
Aceites vegetales
Objetos procedentes de recogidas selectivas de basuras domésticas
Cualquier otro residuo que contenga uno cualesquiera de los constituyentes enumerados en la Tabla II
22
Tabla 10: Sustancias que pueden dar carácter de tóxico y peligroso a un residuo
:
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•
Berilio, compuestos de berilio
Compuestos de vanadio
Compuestos de cromo hexavalente
Compuestos de cobalto
Compuestos de níquel
Compuestos de cobre
Compuestos de zinc
Arsénico, compuestos de arsénico
Selenio, compuestos de selenio
Compuestos de plata
Cadmio, compuestos de cadmio
Compuestos de estaño
Antimonio, compuestos de antimonio
Teluro, compuestos de teluro
Compuestos de bario, excluido el sulfato bárico
Mercurio, compuestos del mercurio
Talio, compuestos del talio
Plomo, compuestos del plomo
Sulfuros inorgánicos
Compuestos inorgánicos de flúor, excluido el fluoruro cálcico
Cianuros inorgánicos
Los siguientes metales alcalinos o alcalinotérreos: Litio, sodio, potasio, calcio, magnesio en forma no combinada
Soluciones ácidas o ácidos en forma sólida
Soluciones básicas o bases en forma sólida
Amianto (polvos y fibras)
Fósforo; compuestos de fósforo, excluido los fosfatos minerales
Carbonilos metálicos
Peróxidos
Cloratos
Percloratos
Nitratos
PCB y/o PCT
Compuestos farmacéuticos o veterinarios
Biocidas y sustancias fitofarmacéuticas (plaguicidas, etc.)
Sustancias infecciosas
Creosotas
Isocianatos, tiocianatos
Cianuros orgánicos (nitrilos, etc.)
Fenoles, compuestos fenólicos
Disolventes halogenados
Disolventes orgánicos excluidos los disolventes halogenados
Compuestos organohalogenados, excluidas las materias polimerizadas inertes y las demás sustancias
mencionadas en esta tabla
Compuestos aromáticos, compuestos orgánicos policíclicos y heterocíclicos
Aminas alifáticas
Aminas aromáticas
Éteres
Sustancias de carácter explosivo, excluidas las ya mencionadas en la presente tabla
Compuestos orgánicos de azufre
Todo producto de la familia de los dibenzofuranos policlorados
Todo producto de la familia de las dibenzo-para-dioxinas policloradas
Hidrocarburos y sus compuestos oxigenados, nitrogenados y/o sulfurados no incluidos en la presente tabla
23
Principales obligaciones para los productores de RTPs
• Solicitar la autorización de Productores de RTPs ante la Viceconsejería de Medio
Ambiente y realizar declaración anual de residuos en caso de que se produzcan más de
10.000 kg/año.
• En caso de que produzcan menos de 10.000 kg/año de RTPs es conveniente la inscripción
en el Registro de Pequeños Productores de RTPs de la Viceconsejería de Medio
Ambiente del Gobierno Vasco, puesto que exime de la obligación de la autorización de
productores de RTPs así como de la realización de la declaración anual de RTPs.
• Solicitar documento de aceptación al gestor antes de enviarlos (guardar este documento
durante 5 años).
• Rellenar el documento de control y seguimiento (guardar este documento durante 5 años)
• Entregar los residuos a transportistas y gestores autorizados.
• En el plazo de cuatro años los productores de RTPs deben realizar un estudio de
reducción (minimización) de los residuos que generan y comprometerse a reducirlos en la
medida de sus posibilidades.
• Mantener un registro de los RTPs generados.
• Seguir normas de envasado, etiquetado y almacenamiento.
Notas Prácticas
• Solicitar listado de gestores autorizados a la Viceconsejería de Medio Ambiente del
Gobierno Vasco o consultar el Catálogo de Reciclaje Industrial de la Comunidad
Autónoma del País Vasco editado por IHOBE, S.A.
• No mezclar residuos.
• Los envases que hayan contenido RTPs son también RTPs. Asimismo el serrín, utilizado
para contener derrames, trapos, etc. son RTPs.
24
2.5
LICENCIA DE ACTIVIDAD Y EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL
Toda actividad necesita para su funcionamiento contar con las debidas autorizaciones.
Dentro de las autorizaciones que tienen relevancia en materia de medio ambiente, hay que
citar:
• Licencia de Actividad. Esta autorización es independiente del tipo de actividad
desarrollada.
• Evaluación de Impacto Ambiental (EIA). Dirigido a determinadas actividades entre ellas
los establecimientos siderúrgicos comprendida la fundición, forjas, perfilados y
laminados cuando se sitúen en su totalidad o en parte en zonas ambientalmente sensibles.
La licencia de actividad la concede el Ayuntamiento donde está radicada la actividad,
mientras que la evaluación de impacto ambiental depende de la Viceconsejería de Medio
Ambiente del Gobierno Vasco.
• Solicitar las Licencias de Actividad y Apertura mediante presentación de la Memoria y
Proyecto Técnico al Ayuntamiento donde se radica la actividad. El Ayuntamiento lo
tramitará ante el resto de organismos competentes.
• Solicitar la Evaluación de Impacto Ambiental mediante la presentación de un Estudio de
Impacto Ambiental. Este estudio se presentará al Ayuntamiento junto a la Memoria y
Proyecto de Licencia de Actividad, quien lo remitirá a la Viceconsejería de Medio
Ambiente.
Notas Prácticas
• Para las nuevas actividades es conveniente realizar una consulta previa al Ayuntamiento y
a la Viceconsejería de Medio Ambiente sobre la idoneidad de la ubicación de la actividad.
• Antes de redactar la Memoria y Proyecto para solicitar la Licencia de Actividad, es
conveniente ponerse en contacto con el Ayuntamiento para conocer el contenido de los
mismos. En caso de que no exista un índice para estos documentos, es conveniente
presentar uno al Ayuntamiento para su aprobación, que debe recoger al menos los
siguientes apartados: Descripción de las nuevas instalaciones, descripción de las obras
y/o nuevos equipos, planos, presupuesto, calendario de actuaciones.
• El Ayuntamiento tiene un plazo de 6 meses para contestar. En caso de no obtener
respuesta habrá que enviar un escrito solicitando la concesión por no haber respondido
(silencio administrativo positivo).
• No hay que confundir la Licencia de Actividad con las Licencia de Obra, ni con otras
autorizaciones, p.ej. con las actas de puesta en marcha, concedidas por el Departamento
de Industria del Gobierno Vasco.
25
Tendencias
Teniendo en cuenta la Directiva Europea de Control Integrado de la Contaminación (IPPC),
el régimen de autorizaciones y licencias para determinadas actividades (p.ej.: Fundición)
sufrirá modificaciones en aras a lograr una actuación integral frente a la contaminación de la
empresa (Producción Limpia). Esta directiva será de aplicación para las empresas de nueva
creación a partir de 1.999, y a partir del 2.005 para las industrias ya existentes.
26
Bases Tecnicas de los procesos de moldeo
3.
BASES TECNICAS DE LOS PROCESOS DE MOLDEO
Al hacer referencia a las técnicas de fundición parece evidente que es necesario tener en
cuenta los diferentes elementos que conforman el proceso productivo, desde los sistemas de
fusión y tratamiento del metal líquido hasta los de moldeo y operaciones de acabado. Sin
embargo, debido a su importancia, las consecuencias que producen en el resto de elementos
y fundamentalmente, la relación directa que guardan con el tema que nos ocupa, se va a
hacer referencia únicamente a los sistemas de moldeo.
Simplificando al máximo, en el proceso de fabricación mediante la técnica de fusiónsolidificación únicamente ponemos en juego dos elementos; es decir, el metal líquido y el
molde que lo va a recibir. Desde esta perspectiva, la problemática del molde absorbe al
menos la mitad de la tecnología necesaria para obtener piezas sanas de fundición.
3.1
TÉCNICAS DE FUNDICIÓN CON MOLDE PERDIDO
Se entiende por técnicas de fundición con molde perdido a aquellas en las cuales el molde
únicamente se utiliza una vez. Realizada la colada y posterior desmoldeo se obtienen las
piezas con destrucción del molde. Proceso similar se sigue con los machos que son los
elementos insertados en el molde con objeto de conseguir huecos o zonas de difícil
ejecución directa en el molde.
Los moldes perdidos son muy utilizados en las empresas de fundición debido a su capacidad
para adaptarse a piezas de diferentes tamaños y formas complejas así como su flexibilidad y
coste reducido.
MATERIAS
PRIMAS DE
MOLDEO
MODELO
FUSIÓN
METAL
LÍQUIDO
MOLDE
COLADA
SOLIDIFICACIÓN
OPERACIONES
FINALES
PIEZA FINAL
IHOBE, S.A.
Figura 4: Desarrollo del proceso de fabricación de piezas de fundición
27
Las piezas se fabrican partiendo de un modelo que puede ser permanente o perecedero; en el
primer caso se extrae del molde dejando únicamente la huella; en el segundo habitualmente
se queda dentro del molde y se funde al introducir el caldo metálico. En este segundo caso
podría hablarse de modelos perdidos tal como ocurre con la cera, urea o el poliestireno
expandido.
Los modelos permanentes se extraen de los moldes y se utilizan para cientos y miles de
moldes, son de metal, madera, resinas, etc.
El material de moldeo esta formado por diversos constituyentes donde el elemento
mayoritario es la arena, fundamentalmente de sílice a la que acompañan el polvo de carbón
(hulla), los aglomerantes, etc.
Los moldes están formados normalmente por dos piezas, caja inferior y caja superior en los
que se insertan los machos, si bien en algunos casos de piezas de grandes dimensiones las
cajas pueden ser varias y superpuestas.
Los parámetros más importantes a considerar en los moldes son:
• resistencia a la compresión y a la flexión;
• el grado de finura de la arena de sílice que va a proporcionar a la superficie de la pieza un
grado de acabado superficial;
• la permeabilidad que va a permitir una mejor o peor salida de gases.
La resistencia es importante desde el punto de vista de la estabilidad del molde
fundamentalmente en el momento de colada. Debe garantizar que el molde no se rompa,
agriete o resquebraje en su interior puesto que cualquier fisura o desmoronamiento del
molde se va a traducir en un defecto de la pieza.
El molde debe presentar también una cierta capacidad para evacuar los gases que se generan
en la cavidad en el momento de llenado; es lo que se entiende por permeabilidad, de lo
contrario el gas atrapado en la cavidad producirá poros en las piezas.
Una vez realizado el molde y llenado mediante el vertido de caldo metálico, es necesario
esperar a la solidificación del metal que será tanto más prolongada cuanto mayor sea la masa
de la pieza, más aislada se encuentre y mayor calor específico disponga. Tras el desmoldeo y
la limpieza de la pieza deben realizarse las operaciones finales de rebabado y mecanizado.
28
TÉCNICAS DE
MOLDEO
MOLDE
ENTERO
MOLDE PARTIDO
MODELO
PERMANENTE
MODELO
PERDIDO
CAVIDAD DE
MOLDE HUECA
CAVIDAD DE
MOLDE
COMPACTACIÓN
MECÁNICA
HUECA
MACIZA
QUIMICA
QUÍMICA
QUÍMICA
ARENA EN
VERDE
FÍSICA
CERA
PERDIDA
INORGÁNICA
ORGÁNICA
CEMENTO
SILICATO
SODICO
YESO
AIR SET
HOT BOX
COLD BOX
CASCARA
IHOBE, S.A.
Figura 5. Clasificación de las técnicas de moldeo
3.1.1 Materiales utilizados en la fabricación de moldes y machos
3.1.1.1 Arenas de moldeo
La mayor producción de piezas fundidas se realiza en moldes de arena. Los moldes
utilizados en fundición están constituidos esencialmente por un material granular, la arena
propiamente dicha y de un aglomerante que confiere a la arena la cohesión suficiente para la
ejecución del molde.
La arena más empleada es la de sílice fundamentalmente debido a que cumple muy bien su
función y tiene un precio muy asequible. El consumo de otros tipos de arenas tales como la
de olivino, cromita, circonio, etc. no representan más de un 5% y únicamente tienen sentido
en aplicaciones donde sea necesario afrontar problemáticas de altas temperaturas,
dilataciones muy concretas, etc.
Las propiedades granulométricas y térmicas de la arena juegan un papel importante en la
calidad de las piezas a fabricar puesto que inciden de manera directa en el proceso de
enfriamiento del caldo y por lo tanto, en las estructuras del metal una vez solidificado.
La precisión dimensional depende básicamente del coeficiente de dilatación que está en
función del nivel térmico en el que se esté trabajando. Finalmente las características
29
granulométricas tales como la distribución del tamaño de los granos, su grado de redondez y
la naturaleza de su superficie están incidiendo directamente sobre la respuesta que el molde
ofrezca en el desarrollo de su función.
Tabla 11. Propiedades de las arenas de moldeo
Propiedad
Dureza según Mohs
Densidad en g/cm3
Densidad aparente a granel en g/cm3
Temperatura fusión en ºC
Dilatación lineal hasta 600º C en %
Arena de
sílice
7
2,65
1,3–1,5
1760-1780
1,25
Arena de
cromita
5,5
Aprox. 4,5
2,4–2,8
1800-1900
0,4
Arena de
circonio
7,5
Aprox. 4,5
2,7–2,9
2200-2400
0,2
Arena de
olivino
6,5-7
Aprox. 3,3
1,6-2,0
1750–1850
0,6
Las arenas silíceas están compuestas de minerales de cuarzo, feldespatos, minerales
arcillosos, minerales micáceos, elementos de carbón y de carbonato y minerales pesados que
tienen influencia en las propiedades de la arena; así por ejemplo altos contenidos de
feldespato favorecen la caída de la dilatación térmica de la arena y su punto de sinterización.
De todas formas, los elementos presentes en las arenas siliceas diferentes del cuarzo
representan un porcentaje muy pequeño.
La utilización de las arenas una vez extraídas de las canteras requiere un lavado previo y una
clasificación en función de su granulometría.
Tabla 12. Distribución típica de la arena de cuarzo en función de su granulometría
Clase de grano, mm
> 0,5
0,5 - 0,25
0,25 - 0,125
0,125 - 0,063
< 0,63
Contenido máx. de sedimentos en %
Arena de
cuarzo
grueso
25
65
10
-
Arena de
cuarzo
mediano
5
60
35
-
< 0,25
< 0,25
Arena de
Arena de
cuarzo fino cuarzo muy
fino
25
65
10
-
5
70
20
5
< 0,5
< 1,5
3.1.1.2 Aglomerantes para arenas de moldeo y machos
El molde debe cumplir dos características aparentemente contrapuestas que tienen que ver
con los aglomerantes de la arena. Por un lado debe ser lo suficientemente rígido como para
aguantar el flujo del metal por su interior y por otro, lo suficientemente frágil como para que
se fragmente una vez cumplida su función, solidificada la pieza e iniciada la operación de
desmoldeo.
A algunos de los aglomerantes tales como las arcillas (caolinita, glauconita, bentonita, etc.)
y los hidratos de carbono (almidón) se les denomina mecánicos porque se aglomeran con
ayuda de sistemas mecánicos. Unicamente se emplean en la fabricación de moldes.
Los aglomerantes orgánicos son aquellos compuestos tipo resina que mediante
transformaciones químicas en frío o en caliente, endurecen o “curan” las arenas en
30
combinación de catalizadores. Estos catalizadores suelen dividirse en rápidos (resina epoxiSO2) y lentos (metilformiato) en función de la velocidad de endurecimiento.
El silicato sódico y el cemento son aglomerantes inorgánicos de endurecimiento químico. El
silicato sódico se emplea tanto para la fabricación de moldes como de machos mientras que
el cemento sólo es apto para la fabricación de moldes.
El aglomerante de las arenas de moldes y machos se selecciona en base a los más variados
criterios tales como: tipo y tamaño de las piezas que se va a fabricar, especificaciones y
tamaño de la serie, fiabilidad del proceso, seguridad laboral y medioambiental y rentabilidad
del método.
3.1.1.3 Productos de adición a los materiales de moldeo
Los productos de adición son materiales que se añaden a los de moldeo con objeto de
mejorar sus propiedades. Fundamentalmente, se pueden dividir en dos grupos:
• Generadores de carbono brillante
Se trata de sustancias tales como el polvo de hulla, betunes, resinas, aceites y sus mezclas
que mediante descomposición térmica de sus materiales volátiles producen carbono
brillante favoreciendo el acabado superficial de las piezas. Los formadores de carbono
brillante se adicionan principalmente a los materiales de moldeo aglomerados con arcilla
empleados para la fundición de hierro.
• No generadores de carbono brillante
Son productos que se adicionan con objeto de prevenir la aparición de fallos de
consistencia en la arena (almidones) y mejorar la posterior desintegración (diversas
harinas...)
Otros elementos como el óxido de hierro se utilizan una vez la arena se encuentra
aglomerada con resina con el fin de prevenir problemas superficiales de las piezas. También
suele utilizarse polvo de azufre y ácido bórico con objeto de que los gases resultantes
neutralicen la reacción del metal con el agua y el oxigeno del aire.
En los materiales de moldeo aglomerados con arcilla se sustituye a veces una parte del agua
por glicol con objeto de impedir reacciones entre el material de fundición y el molde.
3.1.1.4 Materiales de revestimiento para moldes
Uno de los problemas típicos de las piezas de fundición puede estar directamente
relacionado con lo que se denomina reacción molde-metal. Puede ser motivo suficiente para
rechazar las piezas, por lo que si las condiciones del hierro o del molde favorecen esta
reacción es aconsejable utilizar materiales de revestimiento.
Se trata de pinturas, plombaginas, negro para moldes u otros materiales que se aplican sobre
los moldes o machos con el fin de evitar esa reacción y consiguiendo a la vez un mejor
acabado superficial de la pieza.
31
En las figuras adjuntas se presentan las aplicaciones más habituales;
Aglutinante
Vehículo
(Estabilizante de suspensión)
(Adherencia entre el
revestimiento y el molde)
(Forma suspensión con los
elementos base)
arcillas, arcillas
modificadas
orgánicamente,
celulosas,
alginatos,
estearatos
derivados del
almidón, de la
lignina, resinas,
plásticos
Agua
Alcohol
Agente de suspensión
Elementos base
coque, grafito, cuarzo,
silicato de zirconio,
mica, polvos de talco,
magnesita, silicato de
aluminio, chamota,
componentes de efecto
metalúrgico (p.ej. teluro,
bismuto,cromo)
IHOBE, S.A.
Figura 6 Materiales de revestimiento para moldes
Tabla 13 Sustancias base de revestimiento de los materiales de fundición
Coque
Fundición de acero sin
alear
Fundición de acero aleada
Fundición nodular
Fundición maleable
Aleaciones de cobre
Aleaciones de aluminio
Aleaciones de magnesio
+
aplicable o usual
o
posible
imposible
grafito cuarzo
o
o
o
Silicato
de Zr
+
o
+
+
+
+
+
o
o
+
+
+
+
+
o
o
+
+
+
-
+
+
+
+
o
+
-
mica
talco
magnesita
Chamota
-
Silicato
de Al
-
-
-
o
o
o
+
+
-
+
+
+
+
+
-
o
+
o
o
o
+
o
-
+
-
Silicato
de Al
+
-
Chamota
+
Tabla 14 Sustancias base de revestimiento de los materiales de moldeo
Arena de cuarzo
Arena de olivino
Arena de circonio
Arena de cromita
+
aplicable o usual
imposible o inusual
Coque
grafito
cuarzo
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
Silicato
de Zr
+
+
+
+
32
mica
talco
magnesita
+
-
+
-
+
-
+
-
3.1.2 Sistemas de moldeo
Se entiende por sistemas de moldeo las técnicas utilizadas para la realización del molde. Los
sistemas de moldeo con molde perdido deben contemplar no sólo la facilidad y rapidez para
realizar el molde sino también para destruirlo. Quizá principalmente por este motivo la
mayor parte de los sistemas de moldeo que han conseguido una gran implantación, utilizan
como elemento base la arena.
Existen criterios de calidad técnicas y económicas que tienen una gran incidencia, por lo que
existen diversos sistemas de moldeo.
3.1.2.1 Técnicas de moldeo de arena en verde
Se denominan de arena en verde porque el elemento fundamental que es la arena se
encuentra aglomerada con arcilla humedecida. Estas arenas principalmente están
constituidas por arenas de sílice a las que se les añade bentonita y agua con el fin de que la
mezcla sea lo suficiente débil como para fluir y adaptarse rígidamente al modelo y lo
bastante fuerte como para mantener su forma durante el desmoldeado y posterior colada.
Las partes del molde, que habitualmente son dos por lo que se les denomina semimoldes, se
obtienen compactando el material de moldeo alrededor de un modelo.
La compactación puede ser manual (apisonado) o mecánica mediante moldeadoras (por
sacudidas, prensado, vibración, vacío, de aire comprimido, etc.). La pieza permanece en el
molde tras la colada hasta alcanzar la temperatura de desmoldeo que habitualmente viene
definida más por necesidades del circuito que por consideraciones de tipo metalúrgico.
La destrucción del molde propiciada por el desmoldeo, genera gran cantidad de arena usada
que por lo general da como resultado una mezcla de la propia arena del molde y la de los
machos.
Ante la imposibilidad de desprenderse de estas cantidades ingentes de arena usada, tanto por
los motivos operativos como económicos, la mayor parte de ella se somete a un tratamiento
de acondicionamiento y se reutiliza en la fabricación de nuevos moldes, con lo cual la arena
se encuentra en un circuito cerrado al que se va añadiendo arena nueva de forma gradual.
Esta práctica es imprescindible y debe realizarse de forma controlada puesto que en el
circuito se van acumulando elementos no deseados. Esta bentonita ha perdido de forma
irreversible su capacidad de aglomerar puesto que libera su agua de cristalización a
temperaturas superiores a 500 ºC. La creciente presencia de bentonita calcinada y granos
fragmentados de arena en el circuito influyen negativamente en la calidad del molde por lo
que se hace necesario desechar una parte de arena usada al circuito y sustituirla por arena
nueva y adicionar bentonita activa.
33
Arena nueva
y/o
arena usada
Productos
de adición
Agua
Bentonita
Preparación del material de
moldeo
Fabricación del molde
Colocación de machos
Acondicionamiento
Colada
Solidificación
Desmoldeo
Arena usada
Pieza
IHOBE, S.A.
Figura 7: Representación esquemática del proceso de moldeo mediante arena en verde
Materias primas utilizadas en el moldeo mediante arena en verde
• Arena
El material base de moldeo utilizado habitualmente es la arena propiamente dicha y un
aglomerante que confiere a la arena la cohesión suficiente para la ejecución del molde. La
arena de cuarzo es de tipo granular con un calibre entre 0,20 y 0,24 mm. y superficie esférica
entre 100 y 160 cm2/gr.
• Bentonita
Por su parte el componente principal de las bentonitas es la montmorilonita que supone un
75% del peso total. Se trata de silicato multicapa que tiene propiedades de adhesividad y
plasticidad que se transfieren a la mezcla.
Distancia entre capas aprox. 10-20Å(15,5Å)
T
O
T
HO
HO
2
HO
2
2
+
+
HO
HO
HO
Agua y cationes
intercambiadores
+
2
2
2
O
Si
O,OH
Al
O,OH
Si
O
b= ca.9Å
IHOBE, S.A.
Figura 8 Estructura de la montmorilonita
34
Resistencia a la tracción en húmedo en N/cm2
La mayoría de las bentonitas están saturadas por naturaleza con iones de calcio y de
magnesio, en ocasiones, también con iones de sodio. Los iones influyen en el
comportamiento frente al agua y especialmente sobre el hinchamiento. Una ventaja
importante de las bentonitas de sodio, en comparación con las bentonitas de calcio, es que la
formación de bentonita dura se inicia a temperaturas superiores. Cambiando los iones de
calcio de una bentonita de calcio por iones de sodio mediante adición de sosa, se obtiene una
bentonita de sodio activada con una mejor capacidad de hinchamiento. El grado de
activación se determina indirectamente a través de la resistencia a la tracción en húmedo y
permite averiguar si se trata de una bentonita de calcio o de sodio.
0.35
Nmax
Grado de activación ηNa2CO 3
0.30
para arena 1 - 25%
para arena 2 - 100%
para arena 3 - 140%
0.25
0.20
NB
0.15
3
0.10
1= Calcio bentonita
2= Bentonita sódica
natural o activada
3= Bentonita sódica
sobreactivada
1
2
NA
0.05
0
0
40 80 120 160 200 240 280 320
Adición de sosa en miliequivalente / 100 g
de bentonita en la arena
0
2
4 6
8 10 12 14 16
Adición de sosa en % (g de sosa / 100 g de bentonita)
IHOBE, S.A.
Figura 9: Determinación del grado de activación por medio de la resistencia en húmedo con 6 partes en
peso (pp) de bentonita y un 3% de agua
El valor azul de metileno es otra de las características propias de las arenas aglomeradas con
bentonita. La fijación de esta tinta está en función del contenido de montmorilonita y de la
capacidad de intercambio de iones de las bentonitas. Dicha fijación es el resultado de la
sustitución de los cationes ligados en la superficie de la capa de arcilla por el azul de
metileno, y constituye una medida para comprobar el contenido de montmorilonita presente
en la arcilla.
Las bentonitas altamente cualitativas presentan las características recogidas en la Tabla 15.
Tabla 15: Características de las bentonitas altamente cualitativas
Contenido en agua:
Porcentaje de grano > 0,2 mm:
Valor del azul de metileno:
Grado de activación:
Resistencia a la tracción en húmedo:
<4 %
10% como máx.
35 % como mín.
Entre 90 y 110 % en bentonitas de sodio activadas y naturales
27 p/m2 como mín. para una mezcla de arena con 6 pp de
bentonita de sodio activada natural y un 3% de agua
35
La cantidad de bentonita adicionada a la arena de moldeo está en función, no sólo de las
características específicas de las arenas y bentonitas empleadas, sino también de las
exigencias relativas a la resistencia y a la permeabilidad a los gases planteados al molde.
La Tabla 16 muestra los parámetros más importantes para las arenas de moldeo aglutinadas
con bentonita obtenidos a partir del análisis de 105 muestras de arena de moldeo en
Alemania, comparadas con los datos obtenidos en el presente estudio.
Tabla 16: Valores medios de las características de arenas de moldeo utilizadas en Alemania comparadas
con las 6 fundiciones analizadas
Media
establecida
a partir de
105 arenas
de moldeo
Contenido en agua
Arcilla ligadora
Densidad aparente a granel
Compactabilidad
Sedimentos
Pérdidas totales por
calcinación
Resistencia a la presión
Resistencia a la separación
Resistencia a la tracción en
húmedo
Permeabilidad a los gases
Tamaño granular medio
Porcentaje de arenas
de moldeo dentro del
margen 10% en
relación a la media
Valor
máximo
Valor
mínimo
Media
establecida a
partir de las
muestras del
estudio
%
%
g/cm3
%
%
%
4,1
8,3
0,94
38
13,2
5
margen
(3,7-4,5)
(7,5-9,1)
(1,00-0,85)
(34-42)
(11,9-14,5)
(4,5-5,5)
%
48
45
75
50
43
20
6,9
11,9
1,06
53
17,6
15
2,4
5,6
0,73
25
9,8
1
3,5
7,6
10,73
5,2
N/cm2
N/cm2
18,6
3,3
(16,7-20,5)
(3,0-3,6)
54
39
24,5
5,3
13,2
2,1
-
N/cm2
0,18
(0,16-0,20)
47
0,32
0,1
-
mm
78
0,22
(70-86)
(0,20-0,24)
30
45
140
0,29
26
0,11
0,26
Campos de aplicación
Los moldes de arena en verde se utilizan para la fabricación de todo tipo de piezas en los
distintos materiales, formas y tamaños. Las limitaciones no vienen por la propia arena del
molde, sino por las exigencias de la pieza fundamentalmente en lo que a precisión
dimensional y grado de acabado superficial se refiere.
Los moldes de arena en verde pueden obtenerse mediante cajas soporte o sin ellas en
función del sistema de moldeo utilizado.
Las dimensiones de los moldes fabricados en cajas pueden variar de 300 x 400 mm. a 4000
x 6000 mm. o aún más con un espesor de molde de 100 a 800 mm.
36
Tabla 17: Pesos máximos en kg de las piezas elaboradas en moldes de arena en verde según el tipo de
fundición
Material
Moldeo en máquinas Moldeo manual en caja o
fosa
Sin caja
En caja
150
500
1000
Fundición maleable
100
200
100
Fundición de acero
50
2000
2000
Fundición de metales ligeros (aluminio, magnesio)
50
500
500
Fundición de metales pesados (bronce industrial,
50
500
500
bronce, latón)
La fundición de piezas en moldes de arena en verde satisface las exigencias de muchos de
los sectores que utilizan estas piezas en lo que se refiere a cantidad de piezas, precisión
dimensional, formas y pesos, calidad superficial, etc.
El desarrollo de técnicas modernas de compactación de la arena en verde ha permitido
mejorar algunos de los aspectos más problemáticos, como son el de la precisión dimensional
y el grado de acabado.
El moldeo de arena en verde es una técnica muy extendida en la industria de la fundición
debido entre otras cosas a su versatilidad, seguridad en el proceso, repetitividad y alta
productividad (hay ciclos inferiores a 10 sg.). Desde el punto de vista del coste también
presenta unos costes relativamente bajos en comparación con los de otras técnicas de
moldeo.
3.1.2.2 Técnicas de moldeo mediante resinas de curado en frío
Descripción de la técnica
Es una técnica que utiliza como aglomerante resinas sintéticas fenólicas o furánicas que en
combinación con un endurecedor curan a temperatura ambiente.
Se utilizan tanto para fabricar moldes como machos y se sigue el mismo procedimiento. Se
prepara el material de moldeo y se vierte en las cajas compactando por vibración. Una vez
endurecido el material de moldeo se retiran las cajas y se deja que continúe el
endurecimiento hasta alcanzar su resistencia final. Con objeto de conseguir un mejor
acabado superficial se aplica algún tipo de pintura o recubrimiento como la plombagina
acuosa o alcohólica.
Es importante respetar el tiempo de endurecimiento de las resinas sintéticas durante la
fabricación de los semimoldes porque de él va a depender la respuesta del molde. Este
tiempo puede variar de unos minutos a varias horas según el tipo de endurecedor empleado.
37
Material de moldeo
El material de base sigue siendo la arena de sílice lavada y seca que no debe presentar
componentes de reacción ácida o básica puesto que la utilización de resinas furánicas o
fenólicas supondría una dificultad en el mecanismo de aglutinación.
El proceso de endurecimiento de la mezcla cuando se utilizan resinas fenólicas, furánicas o
alquídicas se consigue por polimerización en presencia de un catalizador. Durante ese
proceso se reticulan las moléculas envolviendo los granos de arena y manteniéndolos de esta
forma firmemente unidos.
CH
2
OH
CH
2
CH
OH
CH
2
OH
2
CH
CH
2
2
OH
OH
CH
2
OH
CH
2
CH
CH
2
2
CH
2
OH
CH
2
CH
2
OH
CH
2
OH
CH
2
CH
2
OH
CH
2
IHOBE, S.A.
Figura 10: Resina sintética reticulada
a) Resinas fenólicas
Las resinas fenólicas se elaboran en polvo o en forma de líquido, pueden ser desde muy
fluidos hasta muy viscoso. El endurecimiento se obtiene por adición de un ácido
moderadamente fuerte. Como endurecedores se utilizan el ácido p-toluensulfónico (PTS; a
menudo en solución acuosa), mezclas de PTS y ácido fosfórico y, con menor frecuencia,
ácido fosfórico puro. La Tabla 18 muestra las ventajas y desventajas del empleo del PTS y
del ácido fosfórico.
Tabla 18: Ventajas y desventajas del PTS y del ácido fosfórico
Acido p-toluensulfónico
Costes
0
Medio ambiente
+
Endurecimiento total
Formación de grietas (escamas)
Requemado
+
Penetración
+
Formación de gas
+
Burbujas
+
Sedimento blanco
+
Consumo de arena nueva
+
Absorción de humedad
+
+ = influencia favorable; - = influencia desfavorable; 0 = ninguna influencia
38
Acido fosfórico
0
+
+
-
b) Resinas furánicas
Las resinas furánicas se suministran en forma de líquido. A través del porcentaje de urea
puede influirse sobre las propiedades de la resina (fragilidad, tiempo de endurecimiento,
resistencia, contenido de agua). Las arenas aglomeradas con resinas ricas en urea se
desmoronan fácilmente tras la colada y la solidificación de las fundiciones. Las resinas
furánicas puras no suelen emplearse como aglomerantes, debido a su alto grado de
fragilidad.
Con objeto de minimizar el impacto medioambiental (seguridad laboral, contenido de
contaminantes en las arenas usadas), se ha rebajado en los últimos años el porcentaje de
fenol y de formaldehído libre presente en las resinas. El contenido actual en las resinas
furánicas de formaldehído libre se sitúa en aprox. un 0,1% rebajándose en los últimos años
el contenido de fenoles libres del 17% al 0,33%.
La Tabla 19 muestra las ventajas y desventajas de las resinas fenólicas y furánicas de
endurecimiento en frío.
Tabla 19: Características de las resinas furánicas y fenólicas de endurecimiento en frío
Resinas furánica
Resinas fenólicas
Ventajas
−
−
−
−
−
−
−
Baja adición de aglutinante
Elevada reactividad (dependencia relativa a
la temperatura)
Buena duración en almacén
Buen endurecimiento total
Baja viscosidad
Altas resistencias, en caso de altos
porcentajes de alcohol furfurílico
Buena regeneración
−
−
Caras, en caso de altos porcentajes de urea
Peligro de burbujas de gas, etc.
Generalmente presencia de nitrógeno
Circunstancialmente, alta formación de
formaldehído durante el endurecimiento
−
−
−
−
−
−
−
−
Baratas
Bajo desarrollo de contaminantes durante
el endurecimiento
Libres de nitrógeno
Período largo para el procesamiento de la
arena
Baja tendencia al endurecimiento
excesivo
Endurecimiento uniforme
Baja formación de gases durante el
vaciado en compactación con las resinas
de alcohol furfurílico ricas en urea
Desventajas
−
−
−
−
−
Mayor viscosidad
Baja reactividad
Baja estabilidad de almacenamiento
(aumento de la viscosidad)
Presencia de fenoles en la arena usada
c) Resinas alquídicas
Las resinas alquídicas, de uso preferente en la fundición de acero, se elaboran a partir de
aceites (p.ej. aceite de linaza, de madera) y de polialcoholes (p. ej. glicerina, pentaeritrita).
Antes de endurecer son bastante fluidas. Debido a la poliadición se forma poliuretano.
En la Tabla 20 se recogen algunas mezclas de moldeo habituales y sus campos de
aplicación.
39
Tabla 20: Mezclas de arenas aglutinadas con resinas de endurecimiento en frío
Composición
Campo de aplicación
100 p.p. de arena nueva
0,4 p.p. de PTS
1,0 p.p. de resina fenólica
90 p.p. de arena de circulación
10 p.p. de arena nueva
0,35 p.p. de PTS
0,9 p.p. de arena furánica
1,2 p.p. de resina alquídica
Fundición de hierro y acero de Fundición de hierro y acero de todo
hasta 60 t/pieza
tipo, moldeada a mano de 200 Kg.
hasta aprox. 50 t
100 p.p. de arena de
cromita3
1,5 p.p. de Fe2O3
0,4 p.p. de agente
reticulador
Fundición de acero de
todas las calidades de
hasta 120 t/pieza
p.p. = partes en peso
La técnica del moldeo con resinas de curado en frío se emplea ampliamente, especialmente
cuando se requiere conseguir precisión dimensional y buen acabado superficial, pues son sus
virtudes más notables.
Se puede aplicar tanto en piezas de gran tamaño, se han realizado con esta técnica piezas de
acero de 120 Tn, hasta pequeñas series de piezas de 50 Kg.
3.1.2.3 Técnica de moldeo en cáscara
Es una técnica que también se utiliza tanto para la fabricación de moldes como de machos.
El material de moldeo es una mezcla granulada compuesta de arena muy fina y un
aglomerante de resina sintética. Esta técnica recibe habitualmente el nombre de
procedimiento CRONING.
El modelo metálico se dispone sobre su placa modelo y ambas se calientan a una
temperatura aproximada de 250-300 ºC. A esa temperatura se recubre con una capa de
antiadherente y se deposita el material de moldeo que debido al calor del modelo funde la
primera capa en contacto con él. De esta manera se obtiene un primer curado de una capa
fina de entre 4 y 8 mm. que acaba de endurecerse del todo al someterla a 450 ºC. El modelo
debe presentar una temperatura homogénea ya que de lo contrario no se obtiene un
endurecimiento uniforme del semimolde con el consiguiente peligro de rotura del mismo
durante la colada.
3
Como arena de contacto.
40
a
b
e
f
c
d
g
h
IHOBE, S.A.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
Rociar el modelo con líquido antiadherente
Modelo precalentado sobre el recipiente de arena
Colocar el modelo sobre el recipiente de arena y girar
Arena sobre el modelo caliente; una pequeña capa queda adherida
Girar a la posición inicial el modelo con la cáscara adherida; la arena no endurecida cae al recipiente de arena
Levantar del recipiente de arena el modelo con la cáscara
Endurecimiento de la cáscara adherida al modelo por calentamiento en el horno túnel
Retirar la cáscara con espigas o manualmente
Figura 11: Fabricación de moldes por el procedimiento Croning
Una vez endurecido suficientemente el molde, se extrae o retira el semimolde del modelo; se
obtienen los dos semimoldes y se unen mediante abrazaderas o pegamento. En caso de que
peligre la estabilidad del molde durante la colada, se rodea con arena de cuarzo o granalla de
acero. Esta medida mejora la evacuación del calor de la pieza de fundición.
Material de moldeo
El que más se utiliza es la arena de sílice con un tamaño granular medio de 0,15-0,20 mm.
acompañándole con un aglomerante del tipo resina fenólica.
Las propiedades de estas resinas base pueden modificarse añadiendo productos de adición
especiales. El porcentaje de aglomerante en la arena de moldeo oscila entre 1,5 y 4%. Para la
técnica de moldeo en cáscara se emplean preferentemente resinas novalacas y en menor
medida resoles modificados.
La técnica de moldeo en cáscara se adapta a todos los materiales de fundición. Esta técnica
se emplea también en aquellas ocasiones en que, por razones tecnológicas o relativas a la
técnica de aleación, no es posible el moldeado a presión. Los modelos metálicos son
bastante caros, por lo que la serie deberá ser lo suficiente grande (varios miles de piezas),
con objeto de asegurar su rentabilidad. La producción es fácil de automatizar.
41
En la Tabla 21 se recogen los pesos de las fundiciones elaboradas normalmente con dicha
técnica.
Tabla 21. Pesos de las fundiciones elaboradas con la técnica de moldeo en cáscara
Técnica
Cáscara (matriz) aislada
Cáscara rodeada
Cáscara alojada (p. ej. En coquilla)
Peso de la fundición
Hasta 20 kg
Hasta 40 kg
Hasta 100 kg
3.1.2.4 Técnicas de moldeo con silicato sódico
Es una técnica que se basa en el endurecimiento del material de moldeo (arena y el
aglomerante de silicato sódico) mediante ácido carbónico o bien con arenas aglutinadas con
silicato sódico de autocurado.
Se emplea fundamentalmente en la fabricación de machos y en algunos casos muy concretos
para moldes.
La mezcla del material de moldeo, es decir la arena y el aglomerante de silicato sódico se
endurece por inyección del dióxido de carbono (CO2) también llamado con frecuencia
iniciador. El silicato sódico reacciona con el dióxido de carbono transformándose en pocos
segundos en sosa y ácido silícico en forma de gel que provoca la aglutinación de los granos
de arena en el molde. Durante la inyección del gas se producen diferentes reacciones
químicas entre las que pueden destacarse:
(1)
NaO· nSiO2 + mH 2 O + CO2 → Na 2 CO3·10 H 2 O + nSiO2· (m − 10 )H 2 O
(2)
CO 2 + H 2 O → H 2 CO3
(3)
Na 2 O + H 2 CO3 → Na 2 CO3 + H 2 O
Los aglomerantes de silicato sódico con un módulo elevado (relación molar entre el SiO2 y
el Na2O) reaccionan rápidamente con el CO2. Un exceso de CO2 tiene como consecuencia
que la humedad del gel silíceo se transforme en H2CO3 al reaccionar con el CO2, con lo que
el ácido silícico amorfo resultante se pierde para la reacción de la ecuación (1) y acaba
formándose menos ácido silícico en forma de gel. Esto reduce la resistencia del semimolde.
En caso de que los semimoldes y machos no alcancen la resistencia máxima inicial al
haberse inyectado una cantidad insuficiente de CO2, aumentará la resistencia de los mismos
durante su almacenamiento, como consecuencia del CO2 contenido en el aire circundante.
Para mejorar la superficie de los semimoldes y machos se emplean revestimientos
alcohólicos.
42
Material de moldeo
El material de moldeo base utilizado es arena de cuarzo seca y lavada, con un tamaño
granular medio entre 0,2 y un máximo de 0,6 mm.
El silicato sódico es un silicato alcalino y tiene un pH de 12 aproximadamente, contiene
aproximadamente un 35% en peso de Na2O+SiO2.
Con el objeto de mejorar las características del aglomerante, suelen adicionarse a menudo
plastificantes (alcoholes polivalentes), sustancias hidrófugas (estabilizadores de la humedad)
y azúcar (aceleradores de la desintegración). En la Tabla 22 presentamos a modo de ejemplo
la composición de una mezcla de material de moldeo.
Tabla 22. Composición de materiales de moldeo en la técnica de moldeo con silicato sódico
Arena de cuarzo (entre el 50 y el 80% puede ser
arena regenerada).
Silicato sódico.
Inyección de CO2:
− Teórica:
− Dosificación manual:
− Con dosificador:
Aditivos para un curado más rápido, una mayor
resistencia, una menor sensibilidad a la humedad
y una mejor desintegración.
Aditivos para mejorar la superficie de la
fundición.
Aditivos para mejorar la desintegración.
100 p.p.
De 2 a 5 p.p.
De 0,06 a 1,0% en peso de CO2
De 1 a 5% en peso de CO2
De 1 a 1,5% en peso de CO2
1% aprox. de resina fenólica alcalina
Polvo de hulla, grafito
Polvo de hulla, hidratos de carbono
solubles, arcillas
p.p. = partes en peso
La técnica del CO2 se emplea en la fundición del hierro y de metales no férricos para la
elaboración de piezas sueltas y en serie de fundiciones de hasta 1.000 kg. de peso. La mala
calidad de las superficies, comparada con la obtenida aplicando otras técnicas de moldeo,
puede mejorarse utilizando revestimientos. En lo relativo a la seguridad laboral y protección
medioambiental, cabe destacar que tanto durante la elaboración del material de moldeo
como durante el vaciado apenas se producen emisiones de sustancias contaminantes. Por el
contrario es necesario mencionar también la menor resistencia, la conservabilidad limitada y
las malas propiedades de desintegración de los moldes y machos, así como la mala
regenerabilidad de las arenas usadas.
3.1.2.5 Técnica de moldeo con modelo perdido
Técnica de moldeo lost-foam
El procedimiento de fundición lost-foam se inicia produciendo un modelo de espuma
(FOAM) cuyo material de partida puede consistir en poliestireno o productos similares
como el polimetilmetacrilato.
43
El modelo es una réplica exacta de la pieza a conseguir y se puede alcanzar de una sola vez
o en varios trozos que se pegarán posteriormente.
Estos modelos se fabrican en prensas similares a las de inyección de plástico donde se
introduce el material de partida en forma de pequeñas bolitas en utillajes de aluminio
mecanizado de gran precisión.
Mediante una aportación de vapor, agua, vacío y aire se consigue fundir, enfriar y estabilizar
los modelos que una vez secos se extraen de la máquina con un aspecto superficial
característico, de forma granular, resultado de la fusión de las perlitas de poliestireno.
Al tratarse de modelos evaporables, son destruidos durante la colada y por tanto, cada pieza
que deseemos fundir requerirá su correspondiente réplica en poliestireno.
Para la formación de aquellos modelos que están constituidos por dos o más partes,
previamente se ha de efectuar una operación de pegado a la salida de la prensa.
Habitualmente se utilizan métodos adhesivos en caliente y en frío o termosoldadura.
Una vez formados los modelos de poliestireno el paso siguiente es formar los racimos y
pintarlos. La pintura debe ser lo suficientemente refractaria como para impedir filtraciones
del metal en la arena y lo suficientemente permeable como para evacuar los gases.
Una vez seca la pintura se introduce el modelo en un contenedor metálico donde
previamente se ha dispuesto un lecho de arena sin ningún ligante. Posado el modelo en el
lecho se comienza a llenar de arena el contenedor que vibra sobre una mesa con uno o dos
ejes de vibración. La vibración ayudada por la fluidez de un material sin aglomerante
permite el desplazamiento de la arena por todas las cavidades del modelo alcanzando todas
las zonas interiores y compactándose alrededor del modelo. De esta forma se va atacando el
exterior, es decir el molde y el interior incluyendo las contra-salidas (machos) los cuales en
otros procesos hubieran necesitado ser colocados previamente.
Tras la colada y el enfriamiento de la pieza el desmoldeo es sencillo; mediante una parrilla
vibratoria se separa la pieza y la arena suelta con restos de pintura que lleva también
incorporada algún trozo de metal. Mediante sistemas de separación mecánicos se recupera la
arena que puede volver a utilizarse en un 98%.
En esta técnica el protagonismo lo llevan el modelo y la pintura pasando la arena a segundo
plano y no existir aglomerante.
La arena debe cumplir tres funciones:
• formar un soporte compacto para aguantar la capa de pintura durante la colada
• proporcionar un medio de transporte eficaz para la evacuación de gases y residuos de la
combustión de poliestireno hacia el exterior
• servir como medio de transporte para la transferencia de calor permitiendo la
solidificación rápida de la pieza
Habitualmente se recomiendan arenas de sílice con 99% de grano redondo y granulometría
entre 30 y 45%.
44
Otras técnicas
El poliestireno es un producto de una reacción de polimerización del estireno monomérico y
esta formado por carbono e hidrogeno en una proporción de (92-8 % aprox.). Bajo la
influencia de un catalizador se esponja la suspensión de poliestireno.
La técnica del modelo perdido se utiliza de manera habitual en las fundiciones de pieza
grande, los modelos son una reproducción exacta de las piezas a fabricar aplicando los
factores de corrección de las contracciones del metal.
El modelo independientemente de cómo se haya completado el molde queda totalmente
embebido en él por lo que al verter la colada gasifica y se pierde. El carbono generado
provoca una carburación en aleaciones de acero y hierro muy pobres en carbono y a veces
pequeñas inclusiones, sin embargo presenta la ventaja de que la atmósfera carbonífera
reduce la formación de escoria.
En las técnicas de moldeo con modelo perdido la realización del molde puede aplicar
diferentes métodos dependiendo del material utilizado.
Cuando se trata de piezas de tamaño grande se aplica material de moldeo aglutinado con
sustancias químicas generalmente resinas sintéticas de curado en frío.
Como se ha comentado anteriormente en el caso del lost foam el molde esta formado por
arena de cuarzo seca que recubre los moldes generalmente de tamaño pequeño y luego se
compacta por diversos sistemas vibratorios.
3.1.3 Técnicas de fabricación de machos
Los machos son los elementos que se incorporan al molde con objeto de obtener perfiles
complejos que resultan dificultosos para su obtención directa en el molde. Deben cumplir,
de la misma manera que los moldes, la condición de su fácil desintegración por lo que
también se fabrican en arena.
Presentan la diferencia de que esta arena se aglutina químicamente dando mayor
consistencia a los machos para lo cual se utilizan distintas técnicas.
45
Arena
Aglomerante
Productos de
adición
Mezclar el material de
moldeo
Fabricación del macho
- a mano
- con máquinas
Curado del aglomerante
Extracción del macho de
molde para machos
IHOBE, S.A.
Figura 12. Esquema del proceso de fabricación de machos
3.1.3.1 Procesos de aglomeración en caliente
a) Proceso Croning (Shell process)
Este proceso apareció en Alemania, durante la segunda guerra mundial.
La mezcla consiste en arena de sílice mezclada con una resina fenólica (novolaca) y un
agente endurecedor (hexametileno tetramina).
Cuando la mezcla es introducida en el interior de una caja de machos, generalmente
realizada en hierro fundido y calentada hasta alcanzar una temperatura comprendida entre
240 y 280º C, el calor provoca la fusión de la resina y la descomposición del endurecedor,
produciéndose una mezcla que va endureciéndose progresivamente desde la zona en
contacto con el molde metálico hacia el interior.
Cuando el espesor de capa endurecida es suficiente, se puede dar la vuelta al utillaje,
vaciando de su interior el resto de arena preparada que no ha sido todavía endurecida y que
puede ser aprovechada para una próxima ocasión. De esta forma se obtiene un macho hueco.
A la mezcla pueden añadirse diferentes aditivos con el fin de mejorarla. A continuación
citamos algunos de ellos.
• Estearato de calcio, como lubrificante y desmoldeante
• Oxido de hierro, para prevenir el veining, calcinaciones y pin-holes
• Caolinita para aumentar la resistencia en caliente durante la colada.
En el endurecimiento del macho pasa por tres fases como pueden apreciarse en la Figura
13:
46
• Período de fusión de la resina.
• Comienzo de formación del gel de solidificación.
• Endurecimiento.
Sobrecocción
descomposición
Período de
fusión de la
resina
Viscosidad
Endurecimiento
Comienzo de
formación del
gel de
solidificación
100º
150º
200º
Temperatura
250º
IHOBE, S.A.
Figura 13: Distintas fases del endurecimiento del macho
Un macho o molde bien cocido, presenta una coloración de color miel oscura.
La homogeneidad de temperatura del utillaje tiene gran importancia, ya que se corre el
riesgo de que queden zonas mal cocidas con el consiguiente peligro de desprendimientos de
arena. Las temperaturas ideales de calentamiento para el utillaje se sitúan entre los 250º y
275º C, con dos límites extremos situados en 200º y 300º.
Los tiempos de cocción son variables según el espesor de pared requerido y pueden variar
entre uno y varios minutos.
Ventajas e inconvenientes del proceso Croning
Entre las ventajas indiscutibles de este proceso podemos citar:
•
•
•
•
Buena precisión dimensional.
Excelente aptitud al stokage.
No tiene incompatibilidades con ninguna familia de aleaciones.
Buena aptitud al desarenado durante el proceso de desmoldeo.
Entre los inconvenientes sobresalen:
• Costo elevado de la mezcla.
• Utillajes costosos, ya que las cajas de machos son metálicas y mecanizadas.
47
b) Proceso denominado Caja Caliente (Hot box)
Este proceso, como el Croning, es un proceso de endurecimiento en caliente y consiste en la
introducción, bien por soplado o por llenado, de una arena premezclada con resina y un
catalizador en el interior del utillaje metálico caliente.
Este proceso se desarrolló durante los años 60 y conoció su impulso más significativo
durante los 70.
La mezcla puede prepararse en el lugar de trabajo y está compuesta por arena de sílice, una
resina líquida en una solución acuosa y de un catalizador.
La resina en solución acuosa puede pertenecer a una de las combinaciones siguientes:
• Fenol - Formol (FF)
• Urea - Formol (UF)
• Furánica por policondensación de alcohol furfurílico (AF) y los co-polímeros siguientes:
− UF-FF
− UF-AF
− FF-AF
− UF-FF-AF
La arena utilizada en este proceso es arena siliciosa con un índice de finura comprendido
entre 50 y 100 AFS.
La humedad máxima aconsejable es de 0,2%
Tipos de resinas
Las resinas empleadas forman un vasto abanico como se ha visto anteriormente.
Resinas basadas en urea-formol (UF)
Polimerizan rápidamente a 150º C. Pueden llegar a contener hasta 18% de nitrógeno.
Los catalizadores utilizados pueden ser: ácido bórico o sales de amonio. Tienen un
precio módico, pero el formol libre contenido las convierte en resinas de utilización
delicada por razones de salud laboral.
Resinas con formulación urea-formol-alcohol furfurílico (UF-AF)
Poseen una reactividad elevada y permiten obtener resistencias más elevadas que las
resinas con base urea-formol.
Se pueden dividir en dos clases. Las que contienen un alto porcentaje de nitrógeno,
entre 12 y 18% y las destinadas a la colada de aleaciones de hierro que contienen entre 6
y 7 % de nitrógeno.
48
Estas últimas tienen una reactividad menor que las anteriores lo que hace necesario el
empleo de catalizadores muy activos y una temperatura de la coquilla metálica
comprendida entre 250 y 280º C.
Cuando se utilizan catalizadores adecuados, se obtienen resistencias mecánicas
elevadas, lo que las hace aptas para la fabricación de machos frágiles o delicados.
Resinas fenólicas (F)
No contienen apenas nitrógeno, por lo que difícilmente producen desprendimiento de
nitrógeno durante la colada. Esta circunstancia las hace muy aptas en ciertas
fabricaciones de hierro y acero.
Son poco sensibles a la humedad, lo que permite pintar los machos con pinturas de base
agua.
Tienen el inconveniente de una cocción delicada y el riesgo de deformación en machos
grandes.
Resinas con formulación urea-formol/ fenol-formol (UF-FF)
Han aparecido tarde en el mundo de la fundición y fundamentalmente para sustituir el
alcohol furfurílico. Tienen más resistencia a la temperatura, es decir menos pérdidas de
propiedades debidas a la sobrecocción. También son resistentes a la humedad.
Resinas con formulación fenol-formol/ alcohol furfurílico (FF-AF)
No contienen nitrógeno, la fluidez y la duración de vida de la mezcla preparada son
buenas
Resinas con formulación urea-formol-fenol-formol-alcohol furfurílico (UF/FF/AF)
La incorporación del alcohol furfurílico tiene el efecto de aumentar la estabilidad de las
resinas y alargar la vida de banco. En general tienen contenidos bajos de nitrógeno.
Las resinas de caja caliente se pueden clasificar en furánicas y fenólicas. Las furánicas
tienen la ventaja sobre las fenólicas de un fraguado más rápido, por tanto, de una mayor
cadencia en la obtención de machos. Las resinas furánicas tienen mejor aptitud al
desarenado.
Catalizadores o aceleradores
Son los compuestos más importantes de este proceso. Deben permanecer "inactivos" a
temperatura ambiente, pero se descomponen rápidamente en contacto con el molde caliente
liberando el ácido necesario para que se produzca la reacción de policondensación.
Los componentes principales son sales de amonio de ácidos minerales (clorhídrico,
sulfúrico, nítrico), a las que se les puede añadir urea para bloquear el formol libre y
disminuir el olor de la cocción.
49
Aditivos utilizados en arenas preparadas para caja caliente
•
•
•
•
Aceites de silicona para facilitar la extracción de los machos.
Conservantes para prolongar la vida de la mezcla.
Plastificantes en caliente.
Oxido de hierro en porcentajes de 0,2 a 0,4% para evitar los pin-holes y la penetración.
c) Proceso Caja Templada
El proceso denominado “ Caja Templada " no es sino una variación del método empleado en
el sistema de caja caliente, en el cual la gama de temperaturas de curado es sensiblemente
inferior (140 -180º C). Las cajas de machos son las mismas que las empleadas en caja
caliente.
Un sistema resina / catalizador sensible al calor es mezclado con la arena con el fin de
obtener una mezcla relativamente estable a la temperatura ordinaria. La cantidad de resina
necesaria es inferior a la de caja caliente y sus límites están comprendidos entre 0,9 y 1,2%
del peso de la arena. La cantidad de catalizador sobre la cantidad de resina oscila entre el 20
y el 30% del peso de resina.
Las dos principales ventajas de este proceso son:
• El menor consumo de energía
• La menor evolución y emisión de gas durante la colada.
d) Proceso IQU
Es una variante del proceso de caja templada. Ha sido desarrollado por la sociedad
Industrias Químicas del Urumea a comienzo de los años 80.
Las resinas utilizadas en este proceso son las mismas que las empleadas en los procesos
clásicos de caja caliente, es decir, resinas furánicas del tipo (AF,UF-AF,UF-FF-AF) o
resinas fenólicas. El catalizador es un ácido orgánico, estable a temperatura ambiente y a
presión atmosférica.
Cuando existe una disminución de presión y un pequeño aumento de temperatura, se
produce la reacción de endurecimiento- policondensación.
El procedimiento consiste en:
• Mezclar la arena con la resina y el endurecedor. Debido a la baja viscosidad tanto de la
resina como del endurecedor, la mezcla con la arena es muy fácil de realizar, pudiendo
utilizarse tanto mezcladores continuos como discontinuos. Los tiempos de mezclado son
similares a los tradicionales.
• Disparo de la arena al interior de la caja de machos. Esta se encuentra a una temperatura
en el entorno alrededor de los 150ºC. Aunque se puede trabajar también con temperaturas
comprendidas entre los 80 y 100º C.
50
• Como la mezcla tiene alta fluidez, llena perfectamente todos los huecos de la caja de
machos. La presión de disparo es similar a la utilizada en los sistemas tradicionales.
• Aplicación del vacío (presión residual entre 10 y 60 mm. de mercurio).
• Las cajas tienen que estar perfectamente estancas para evitar pérdidas de vacío.
• El número de filtros debe ser el suficiente como para conseguir una extracción adecuada
de todos los gases producidos durante la reacción.
El esquema de trabajo puede verse en el croquis siguiente:
1 Disparo
2 Vacío
3 Extracción y barrido
IHOBE, S.A.
Figura 14. Esquema secuencial del proceso IQU
51
3.1.3.2 Procesos autofraguantes
a) Proceso silicato de sodio-ester
El procedimiento de aglomeración de arenas de fundición por medio de silicato de sodio y
un éster apareció en Estados Unidos en el año 1967, quince años después de la aparición del
proceso silicato de sodio - CO2. Dos años más tarde se empezó a conocer en las fundiciones
europeas.
Descripción del proceso
La reacción entre el silicato de sodio y un éster pasa por la formación de un gel de sílice que
es capaz de proporcionar a la mezcla de arena-ester-silicato un esqueleto duro,
permitiéndole obtener buenas características mecánicas.
La arena se mezcla primero con el éster durante un minuto y se malaxa posteriormente con
el silicato. También pueden añadirse diferentes compuestos para mejorar alguna de las
características de la mezcla. La arena puede ser cualquiera de las utilizadas frecuentemente
en fundición, sílice, cromita o circonio. Es importante que se encuentre seca y fría en el
momento de la mezcla. Una humedad importante retarda la reacción y coadyuva a la pérdida
de características mecánicas.
Una temperatura elevada de la arena provoca desecación del silicato y acelera la reacción,
por lo tanto, la temperatura de ésta debe situarse entre los 15 y 35º C.
El comportamiento de las arenas al silicato de sodio depende del módulo de éste.
Comparando con el proceso CO2, los mejores resultados se obtienen en el binomino
silicato-ester con valores de módulo altos (2,4-3)
El porcentaje de incorporación se sitúa generalmente entre el 2 y 4,5% con respecto al peso
de arena. A un contenido dado de silicato en la mezcla, corresponde un porcentaje de éster.
Las características mecánicas de los moldes y machos mejoran con mayores porcentajes de
silicato, pero más difícil también resulta el desarenado en el desmoldeo, principal desventaja
de este proceso.
A la mezcla pueden añadirse también diversos productos como:
•
Hulla
En proporciones comprendidas entre 0,5 y 2%; tiene el objeto de mejorar el desmoldeo.
•
Azúcar
En un porcentaje comprendido entre 0,3 y 1%. Ayuda a mejorar la resistencia mecánica y la
conservación durante el stokage. El azúcar mejora la aptitud al soplado de ciertas arenas.
52
•
Melaza
Acción análoga a la del azúcar, pero menos eficaz. Su mayor inconveniente es el de contener
cantidades variables de agua que modifica la concentración del silicato.
•
Dextrina
Mejora la conservación del macho, pero disminuye sus características mecánicas.
•
Oxido de Hierro
Para reducir la reacción molde-metal.
Los moldes o machos realizados con la mezcla silicato-ester pueden ser pintados con
pinturas al alcohol, las pinturas con base agua están prohibidas. El comportamiento al
stokage de moldes y machos es deficiente, debido a la tendencia a tomar humedad del
ambiente que fragiliza la mezcla de arena aglomerada. Esto es particularmente importante
con los machos y moldes realizados con silicatos de bajo módulo.
La arena aglomerada de acuerdo con el procedimiento éster-silicato de sodio, puede ser
preparada tanto en molinos continuos, como discontinuos. El proceso es compatible con
cualquier metalurgia, pero especialmente es empleado en fundiciones de acero.
b) Proceso de aglomeración con resinas furánicas
El proceso de endurecimiento de las arenas autoendurecibles con resinas furánicas, se basa
en la capacidad de estas resinas para endurecer rápidamente a temperatura ambiente, en
presencia de un catalizador ácido. La transformación puede ser representada según el
esquema siguiente:
Resina líquida Medio
 ácido
→ Resina sólida + agua
Las consideraciones anteriores permiten precisar que los factores fundamentales con
influencia en el endurecimiento de las resinas son:
•
•
•
•
La naturaleza y propiedades de la resina utilizada
La acidez del medio (pH)
La temperatura
El contenido de agua
La composición química de la arena es importante. El catalizador es un ácido fuerte que
puede reaccionar con sustancias alcalinas y con partículas metálicas. La presencia en la
arena de óxidos metálicos pueden inutilizar este proceso. Asimismo la presencia de arcillas
en la arena es perjudicial por el aumento en el consumo de resina que generan y por la
aptitud de las arcillas a fijar la humedad, afectando a la velocidad de la reacción y a la
resistencia final. La arena debe ser siliciosa, pura, seca, redonda y sin arcilla.
53
Las resinas utilizadas en este proceso son las conocidas comúnmente con el nombre de
resinas furánicas y vendidas con nombres comerciales variados.
Son resinas sintéticas en cuya fabricación entra el alcohol furfurílico y una o varias
sustancias tales como:
•
•
•
•
Formol
Resinas urea formol
Resinas fenol formol
Silanos
La proporción de alcohol furfurílico en estas resinas es variable y a menudo superior al 50%.
Las razones del empleo del alcohol furfurílico:
−
−
−
−
Gran reactividad, lo cual permite elevadas velocidades de reacción.
Es un excelente disolvente de numerosas resinas ( urea formol, fenol-formol, etc.).
Posee buenas propiedades mojantes.
No es tóxico durante las manipulaciones.
Condensado con una resina urea formol da una resina con las siguientes características:
−
−
−
−
Más resistente en caliente.
Desprende menos gas durante la colada.
Más estable en el tiempo.
Aumenta la vida de banco de la arena.
Los constituyentes posibles de una resina furánica y las proporciones en las que estos
constituyentes pueden entrar, son prácticamente infinitas. Sin embargo, se pueden distinguir
las siguientes categorías principales:
•
•
•
•
•
Resinas constituidas por polímeros de alcohol furfurílico
Resinas formol - alcohol furfurílico (Resinas F-AF)
Resinas urea-formol-alcohol furfurílico (Resinas UF-AF)
Resinas fenol-formol-alcohol furfurílico (Resinas FF-AF)
Resinas urea formol-fenol-formol-alcohol furfurílico (Resinas UF-FF-AF)
En un principio las resinas empleadas eran del tipo urea formol alcohol furfurílico, con
porcentajes variables de alcohol furfurílico y urea. Estas resinas están todavía en el mercado
y ciertas categorías tienen pequeñas proporciones de urea.
En función del grado de calidad de una misma resina tendremos porcentajes variables de
nitrógeno y de agua.
De una manera general a mayor contenido en alcohol furfurílico mejores son las propiedades
de la resina. También el costo de una resina está en función de su contenido. Conforme
aumenta su porcentaje en las resinas, mejora la aptitud de éstas al stokage, es buen
disolvente de la mayor parte de los componentes de las resinas, mejora el enrobado de los
54
granos de arena, facilita el malaxado, aumenta la velocidad de la reacción y disminuye la
evolución gaseosa en el momento de la colada.
El fenol aumenta la resistencia en caliente, pero disminuye la aptitud al desmoldeo y
desarenado.
El formol mejora la reactividad y disminuye el precio de las materias primas.
La urea mejora el desmoldeo y desarenado, atenúa la tendencia a las grietas en la fundición
de acero, pero es una fuente de nitrógeno.
Catalizadores
Los catalizadores empleados con las resinas furánicas son productos ácidos más o menos
complejos. Entre los principales ácidos que entran en su composición se encuentran el ácido
fosfórico y los ácidos sulfónicos.
c) Proceso de aglomeración con resinas fenólicas
La resinas fenólicas autoendurecibles fueron introducidas al mismo tiempo que las resinas
furánicas, en 1958. Este proceso tuvo poco éxito debido a la lenta velocidad de reacción, se
empleaba entonces un catalizador compuesto a base de ácido fosfórico.
Durante los años 70 y debido a la falta de alcohol furfurílico en el mercado, así como a los
desarrollos de nuevas resinas y catalizadores basados en ácidos sulfónicos el proceso conoce
un auge importante. Hoy en día, debido al bajo precio de las resinas fenólicas, se utilizan de
manera importante en el moldeo de grandes piezas tanto en aleaciones férricas como no
férricas.
Resinas
Contrariamente a las resinas fenólicas utilizadas en el proceso Croning, éstas son del tipo
resol, es decir fabricadas en medio alcalino y con una relación formol/fenol superior a 1.
También son adicionados aditivos en cantidades variables entre 0,1 y 0,2% para mejorar la
unión resina-grano de arena.
El contenido en agua puede variar entre 10 a 25%, no tiene influencia sobre los valores de
resistencia final obtenidos, pero sí tiene influencia sobre la vida de banco.
Las resinas fenólicas son entregadas en estado precondensado y tienen el aspecto de un
caramelo más o menos viscoso. La viscosidad aumenta con el tiempo de stokage y con la
temperatura. En tiempo frío esta viscosidad puede aumentar tan rápidamente que sea
imposible su bombeo o mezcla.
La mayor parte de las resinas fenólicas no deben ser utilizadas después de un período de
almacenamiento superior a los cuatro meses.
55
Las resinas con base urea-formol / fenol-formol, pueden contener hasta un 2% de nitrógeno.
Esto es debido a la adición deliberada de urea, con el fin de controlar la cantidad de formol
libre que desprende un olor desagradable, especialmente cuando la arena está caliente.
Catalizadores
Son catalizadores ácidos del tipo paratolueno-sulfónico o benzeno-sulfónico empleándose
en porcentajes comprendidos entre el 20 al 45% del peso de la resina. Los catalizadores a
base de ácido sulfónico contienen una cierta cantidad de agua. Si para mejorar la reacción se
necesitara superar el valor del 45% del peso de la resina, es necesario pensar en cambiar de
catalizador o bien calentar la arena.
Preparación de la arena
La preparación de la mezcla y el porcentaje de adición de resina, es prácticamente igual que
en el caso de las resinas furánicas.
3.1.3.3 Procesos de endurecimiento a través de un gas
a) Poliuretanos. Proceso Caja fría o proceso Ashland
La mezcla de arena con 2 resinas (blanca y negra) se sopla dentro de la caja de machos y a
continuación, ésta se coloca entre un inyector de gas y el colector de extracción.
El gas se introduce por el inyector dentro de la caja de machos y se obliga a pasar a través de
la mezcla de arena, produciéndose el endurecimiento instantáneo de la misma.
A continuación se pasa una corriente de aire de barrido que arrastra el exceso de catalizador
y el macho está listo para ser sacado de la caja y usado.
El proceso de aglomeración es el siguiente:
Resina I + Resina II + catalizador amínico ⇒ URETANO
Se debe prestar especial atención al contenido de Nitrógeno.
Si se mezclan las dos resinas sin el catalizador van reaccionando lentamente.
• Las resinas deben usarse a temperatura ambiente.
• A baja temperatura aumenta la viscosidad de las resinas y hacen difícil el bombeo.
• No es aconsejable el transporte neumático de la arena premezclada, debido a cuestiones
de evaporación.
Se les suele añadir óxido de hierro, o dextrina, también hulla.
resistencia.
56
Aunque reducen la
Porcentajes de mezcla
• Son variables, pero en general se usa del 1% al 2% dependiendo de la complejidad del
macho.
• A menor porcentaje tendremos:
− Menor cantidad de gases en el momento de la colada.
− Menor tendencia del macho a pegarse a la superficie de las cajas y por lo tanto,
menor consumo de desmoldeante.
PARTE I
+
RESINA
FENOLICA
+
AGLOMERANTE
SÓLIDO
PARTE II
POLIISOCIANATO
R
CATALIZADOR
AMINICO
R''
URETANO
R
R''
O H
OH
R'
+
NCO
SOLVENTE
CATALIZADOR
AMINICO
O C N
SOLVENTE
R'
IHOBE, S.A.
Figura 15 Reacción química del aglomerante Isocure
El mejor método de llenado es mediante el disparo.
• Presiones de disparo altas favorecen el pegado del macho a la caja.
• Presiones bajas producen machos con poca compactación.
• Presiones de disparo altas dificultan el desmoldeado y aumentan el nº de machos rotos.
Las relaciones que suelen emplearse habitualmente entre las resinas son de 50/50.
CO2
CO2
CO 2
CO 2
IHOBE, S.A.
Figura 16. Diversos sistemas utilizados para el gaseado en caja horizontal
57
CO2
CO2
CO2
IHOBE, S.A.
Figura 17. Diversos sistemas utilizados para el gaseado en caja vertical
3.2
TÉCNICAS DE FUNDICION EN MOLDES PERMANENTES
Son técnicas de una utilización mucho más restringida que las de los moldes perdidos; ello
se debe a que no pueden utilizarse para todas las aplicaciones y son mucho menos flexibles
que aquellos.
Los moldes se componen de dos o más piezas que permanecen unidas durante la colada y
parte del proceso de solidificación que en algunos casos puede ser de unos segundos,
transcurridos los cuales se abren para expulsar las piezas.
Como su nombre indica estas partes del molde permanecen y se vuelven a utilizar con el
mantenimiento que cada caso requiera.
58
En las técnicas de fundición en moldes permanentes se emplean también machos que
pueden ser de metal o arena; en algunos casos se trata tanto los machos como los moldes
con plombaginas u otros revestimientos que reducen o eliminan las adherencias de la pieza y
mejoran su calidad superficial.
En estos moldes pueden realizarse largas series de piezas que estarán en función del grado
de solicitación de los moldes y de las exigencias de precisión dimensional.
Los materiales empleados para la fabricación de los moldes deben cumplir una serie de
características entre las que cabe destacar: buena maquinabilidad, máxima resistencia al
desgaste, elevada resistencia técnica, baja dilatación y buena conductividad térmica. En
general suele utilizarse fundición gris en la fabricación de coquillas y aceros de alta aleación
en la fabricación de moldes de colada a presión.
Un aspecto importante a tener en cuenta en este tipo de moldes es el del coste económico.
Su fabricación y mantenimiento son muy caros y sólo se justifican en grandes series.
3.2.1 Fundición en coquilla
El desarrollo del proceso de fundición en coquilla abarca por lo general las siguientes
secuencias operativas. En primer lugar se prepara el molde (limpiar, aplicar la plombagina).
A continuación se introducen o colocan los machos y se cierra la coquilla. Al vaciado de la
colada le sigue una fase de solidificación. Una vez solidificada la fundición, se abre la
coquilla y expulsa la fundición.
La fundición en coquillas se caracteriza por un enfriamiento extraordinariamente rápido de
la fundición en el molde metálico permanente. La velocidad de enfriamiento puede
manipularse calentando la coquilla o aplicando plombaginas.
La fundición en coquillas puede ser por gravedad o a baja presión. En la fundición por
gravedad fluye la colada de metal a la coquilla por la fuerza de gravedad. El gas contenido
dentro de la cavidad del molde escapa a través de los canales de aire o respiraderos.
1
2
3
1 Placa de fijación de la coquilla
2 Coquilla
3 Cuchara
IHOBE, S.A.
Figura 18. Fundición en coquilla por gravedad
59
En la fundición a baja presión sube la colada a la coquilla a través de una mazarota o tubo
ascendente. Una ligera sobrepresión por encima del nivel de la caldera de fusión origina el
transporte de la colada a través de la mazarota. Los gases escapan a través de un respiradero
practicado en la parte superior de la coquilla. La sobrepresión sobre la caldera de fusión se
mantiene hasta que el metal se ha solidificado. Una vez eliminada la presión vuelve a fluir el
metal fundido contenido en la mazarota de vuelta a la caldera de fusión.
Coquilla
Aire a presión
Tubo de alimentación
Crisol
IHOBE, S.A.
Figura 19. Fundición en coquilla a baja presión
Las ventajas de la fundición a baja presión son:
−
−
−
−
Flujo pausado del metal a la cavidad del molde.
Fácil salida de los gases hacia arriba.
Muy buena alimentación, ya que la colada se solidifica de arriba hacia abajo.
Bajas cantidades de material de circulación (3 a 10%), ya que no son necesarios canales
de alimentación.
− Condiciones metalúrgicas favorables, ya que el metal se halla dentro de un sistema
cerrado.
− El proceso puede hacerse automático.
La aplicación de este tipo de fundición en calidades férreas se orienta a piezas de pequeño y
mediano tamaño debido a la necesidad de manipular los elementos del molde y de extraer
las piezas sin dañarlas.
60
Este sistema ha adquirido importancia en la fundición de aluminio debido a la calidad
superficial y a una mayor precisión dimensional.
3.2.2 Fundición a presión
En la fundición a presión la colada se inyecta a gran velocidad en un molde permanente. Un
horno de conservación del calor almacena el metal fundido. En un cilindro se dosifica la
cantidad a colar y a continuación actúa el émbolo de una bomba de émbolo directamente
sobre el metal fundido. La presión generada asciende a entre 70 y 140 bar, por lo que el
metal se inyecta a gran velocidad en la cavidad del molde a través de un pequeño orificio
llamado bebedero. Este proceso tarda por lo general entre 0,02 y 0,2 segundos. El tiempo de
vaciado depende de diferentes factores (volumen de la fundición, grosor del bebedero,
espesor de pared de la fundición, longitud de flujo de la colada dentro del molde). Mientras
se solidifica el material de fundición, se mantiene constante la alta presión. A continuación
se suprime la presión, se abre el molde, se expulsa la fundición y se prepara el molde para la
siguiente colada.
La preparación incluye principalmente la aplicación del agente de desmoldeo, así como el
cierre y el precalentamiento del molde. El desmoldeante, que se aplica sobre la superficie
interna del molde, mejora la movilidad de los semimoldes, impide la adherencia del metal y
facilita así la rápida y cómoda separación de la fundición y el molde. Como desmoldeantes
se utilizan emulsiones que contienen, entre otros, siloxanos, glicoles, parafinas y agentes
tensoactivos. Antes del vaciado es necesario precalentar el molde (con quemadores de gas,
equipos de rayos infrarrojos, radiadores eléctricos de cerámica), a fin de evitar tensiones
térmicas y las consiguientes fisuras. Son necesarias instalaciones hidráulicas capaces de
generar grandes fuerzas para mantener cerrado el molde durante la colada. El tamaño de las
fundiciones depende de las fuerzas de sujeción disponibles. En la fundición a presión no se
utilizan machos de arena.
La fundición a presión de cámara caliente y la fundición a presión de cámara fría, dos
tecnologías aplicadas en la fundición a presión, se diferencian por la posición de la bomba
de émbolo. En la fundición de cámara caliente la bomba se encuentra en posición vertical
dentro del baño de metal fundido. El peligro de esta tecnología es que la colada ataque el
material de la bomba. La bomba de émbolo de las máquinas de fundición a presión de
cámara fría se halla fuera del horno de conservación del calor. Su posición puede ser vertical
u horizontal.
Para determinadas aplicaciones se han desarrollado variantes especiales de la fundición a
presión (p.ej. fundición con desgaseado forzado del molde de fundición a presión).
Las ventajas de la fundición a presión son unas tolerancias generales bastante ajustadas,
superficies lisas, contornos precisos, bajas sobremedidas para el mecanizado, economía de
materiales (relación de peso entre la pieza final y los materiales empleados) y alta
61
productividad, así como la posibilidad de elaborar fundiciones complicadas y de pared
delgada con insertos de elementos de otros materiales (p.ej. pernos, casquillos, tubos de
refrigeración).
La fundición a presión de cámara caliente se emplea principalmente para el vaciado de
aleaciones de zinc y de magnesio. La fundición a presión de cámara fría se emplea
principalmente para el vaciado de aleaciones de aluminio y, en menor medida, para
aleaciones de cobre, de cinc y de magnesio.
En la actualidad se elaboran piezas fundidas bajo presión desde 1 g. hasta de unos 40 kg. de
peso. En algunos grupos de materiales todavía quedan márgenes de mejora como resultado
de evoluciones tecnológicas.
Tabla 23. Pesos máximos, dimensiones máximas, márgenes de los espesores de pared y aspereza de las
fundiciones a presión
Grupo de
materiales
Aluminio
Zinc
Magnesio
Cobre
Peso de la
fundición Kg
35
20
15
5
Medidas
Longitud
Ancho
Profundidad
mm.
mm.
mm.
1200
600
400
1200
600
400
1200
600
400
400
300
200
Espesor de pared
mm.
A partir de 1,0 - 3,0
A partir de 0,3 - 2,0
1,0 - 3,0
1,5 - 4,0
En caso de que las piezas satisfagan las correspondientes exigencias (p.ej. precisión
dimensional, resistencia, estructura), puede considerarse la fundición a presión en serie
como una técnica rentable.
62
Residuos: generación y eliminación
4.
RESIDUOS: GENERACIÓN Y ELIMINACIÓN
4.1
ARENAS USADAS DE FUNDICIÓN
Las fundiciones que utilizan en su proceso arena para la fabricación de moldes disponen de
un círculo cerrado de arena que se va renovando permanentemente mediante adiciones de
arena nueva y eliminación de las arenas más deterioradas. Un sistema utilizado con
frecuencia es aprovechar la arena de los machos para la renovación, ya que éstos se suelen
fabricar con arena nueva. De esta forma se mantienen dentro de unos límites prefijados los
elementos que pueden hacer variar algunos parámetros de la arena, tales como chamotas,
finos, etc. que se encuentran presentes en el circuito.
Cuando los programas de fabricación se orientan a piezas con poco macho, este sistema de
renovación de la arena resulta totalmente insuficiente, por lo que se requieren adiciones de
arena nueva. Habitualmente las fundiciones retiran del circuito entre 0,2 y 0,3 kg de
arena/kg de fundición buena, siendo muy poco el porcentaje de arena usada que se valoriza,
prácticamente la totalidad se deposita en vertederos.
En la denominación genérica de arenas usadas se encierran residuos de diversa constitución
que es de interés tener en cuenta. Los más frecuentes son:
Clase de residuo
Arena de moldeo usada y residual
Arenas para machos, Arena para machos usada
Finos
Lodos
Residuos de arena de granallado
Para describir las arenas de fundición usadas se recurre a un gran número de parámetros que
presentan gran interés:
• Composición mineral (proporción de cuarzo, cromita, silicato de circonio, así como el
contenido de SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO+MgO, Na2O+K2O).
• Propiedades químicas (pH, conductividad, capacidad ácida y básica).
• Propiedades físicas, (aspecto, color, humedad, pérdidas por calcinación).
• Propiedades granulométricas (nº AFS, superficie específica, diámetro representativo,
sedimentos).
• Contenido metálico en el eluato y en la muestra original (p.ej. cromo, níquel, hierro).
• Sustancias orgánicas y sustancias traza contenidas en el eluato y en la muestra original
(p.ej. fenoles, hidrocarburos policíclicos aromáticos).
En algunas ocasiones, se observan altas concentraciones de cromo en las arenas usadas
debido al empleo de arenas de cromita. El cromo contenido en la arena de cromita, sin
embargo, prácticamente no es movilizable. Los fenoles, que presentan una buena solubilidad
en agua, se incorporan a la arena al emplear resinas fenólicas. Los hidrocarburos policíclicos
aromáticos (PAH) se forman en el curso de procesos pirolíticos durante la colada a partir de
formadores de carbono brillante, y en un porcentaje muy pequeño, también, a partir de las
resinas. Las concentraciones de PAH medidas en las arenas usadas dependen en gran medida
del tipo de los formadores de carbono brillante. Empleando los formadores de carbono
63
brillante adecuados, y disponibles en la actualidad, pueden alcanzarse valores de PAH de
entre 1 y 15 mg/kg, mientras que con formadores de carbono brillante ricos en aromáticos, la
concentración de PAH puede llegar a 60 y 80 mg/Kg.
4.2
RESIDUOS DE LAS ARENAS USADAS DE FUNDICIÓN: POLVOS, LODOS Y FINOS
A lo largo del circuito de arena, y en los procesos de regeneración de las arenas usadas de
fundición, se genera una cierta cantidad de compuestos de granulometría fina que reciben
diferentes denominaciones:
• Polvos, finos. Son aquellas partículas que es posible aspirar y separar mediante filtros
secos en cualquiera de las fases del circuito: preparación del material de moldeo,
transporte de la arena y desmoldeo.
• Lodos. Son aquellas partículas recogidas en sistemas de aspiración por vía húmeda.
Los polvos, finos y lodos procedentes del material de moldeo en circulación están
compuestos del material de moldeo base utilizado, así como de los productos de adición y
de sus productos de desintegración (p.ej. polvo de cuarzo, cáscaras de aglomerante orgánico,
bentonita activa y pasiva, formadores de carbono brillante). Los mecanismos de separación
de las instalaciones de captación de polvo no son todo lo eficaces que sería deseable, por lo
que junto con el polvo también se elimina arena de cuarzo que podría ser reutilizada en el
proceso. Las partículas se separan en filtros o separadores por vía húmeda y se depositan en
vertedero. Antes de su depósito pueden ser acondicionados mediante pelletización,
briquetado, etc.
Los finos procedentes de la regeneración mecánica de la arena usada contienen los mismos
componentes que la arena de fundición usada, aunque en otras concentraciones, durante la
correspondiente extracción de estas sustancias de grano inferior (impuesta por las exigencias
al regenerado), también accede arena de cuarzo reutilizable a los finos. Esto se debe a una
insuficiente eficacia de separación de las técnicas disponibles. Los finos de arenas usadas
que han sido sometidos previamente a un tratamiento térmico están exentos de componentes
orgánicos (inertización). La arena de cuarzo reutilizable como material de moldeo, la
bentonita activa y los formadores de carbono brillante contenidos en los finos, pueden ser
recuperados y valorizados.
4.3
ARENAS, POLVOS Y LODOS DE LA SECCIÓN DE GRANALLADO
En la sección de acabados de las fundiciones se retiran los restos de machos calcinados, se
recogen las arenas usadas del circuito, se eliminan los elementos del sistema de alimentación
utilizados en la colada, etc.
Mención especial requieren las operaciones de granallado, en las que se regenera un residuo
en forma de polvo, mezcla de partículas metálicas y restos de arena calcinada que se
mezclan entre sí, a pesar de su distinta composición.
Los polvos de granallado se generan en las granalladoras y durante la recuperación de la
granalla. La granalla utilizada suele ser principalmente chatarra de fundición de acero o de
alambre de acero. Durante la operación de granallado se acumula arena usada, fracciones de
64
Residuos: generación y eliminación
la granalla y material de fundición erosionado. Las impurezas presentes son eliminadas
durante la recuperación de la granalla, con el objeto de poder utilizar de nuevo la granalla.
Los polvos del granallado contienen fundamentalmente polvos de arena usada, así como
granallas de granulometría inferior, partículas procedentes de la abrasión del metal y óxidos
metálicos. Los polvos del granallado, generados durante la limpieza de las fundiciones
maleables, presentan una composición diferente. Predomina la parte de hierro,
especialmente en forma de cascarilla.
65
5.
MEDIDAS Y PROCEDIMIENTOS PARA PREVENIR, MINIMIZAR Y
VALORIZAR LOS DIFERENTES TIPOS DE RESIDUOS
Durante el proceso de fundición se generan residuos, para minimizar la cantidad de residuos
generada pueden aplicarse una serie de medidas de minimización, tanto técnicas como
organizativas, así como de valorización interna o externa. En los siguientes capítulos se
describen estas medidas.
En primer lugar, en el apartado 5.1 se ofrece un cuadro sinóptico donde se relacionan los
distintos tipos de residuos y sus posibilidades de Prevención, Minimización y Valorización
(PMV).
A continuación, en el apartado 5.2 se describen medidas para aumentar las circulaciones
existentes del material de moldeo, restituyendo por ejemplo la arena de los machos rotos al
circuito.
La regeneración constituye una valorización interna de las arenas de moldeo usadas, tal y
como se presenta en el apartado 5.3. La regeneración tiene por objetivo depurar la arena
usada de restos de aglomerante, de forma que pueda sustituir a la arena nueva en la
fabricación de moldes y machos. Se describen instalaciones para la regeneración mecánica y
neumática (regeneración en frío). Estas instalaciones pueden ser, tanto grupos sencillos de
depuración para la regeneración de arenas de moldeo aglomeradas con resinas químicas
autofraguantes, como instalaciones mecánicas altamente evolucionadas para la regeneración
de arenas usadas mixtas - moldeo en verde con arena de machos - que contienen bentonita y
resinas químicas. También se tratan las instalaciones de regeneración térmica (regeneración
en caliente), y se presenta el estado de desarrollo y los campos de aplicación de estas
técnicas de regeneración, recurriendo, a modo de ejemplo a algunas instalaciones ya
experimentadas en la práctica.
Por último, en los apartados 5.4 a 5.7 se describen y evalúan desde un punto de vista
ambiental diferentes medidas para valorizar externamente arenas usadas en la industria
cementera, en la del ladrillo, como material de construcción y en otros sectores. En el
apartado 5.8 se describe la valorización metalúrgica de los finos ricos en metales. Esta
descripción se basa en experiencias realizadas en Alemania. En la actualidad se está
desarrollando un proyecto para definir las condiciones de valorización en la Comunidad
Autónoma del País Vasco.
5.1
RELACIÓN ENTRE LOS DIFERENTES TIPOS DE RESIDUOS Y LAS MEDIDAS DE PMV MÁS
ADECUADAS
Las cantidades de residuos generadas pueden minimizarse a través de:
• mayores circulaciones internas y más eficaces;
• la regeneración interna y externa para reutilizar la arena usada como arena para moldes y
machos;
• la valorización externa como materia prima o material de relleno.
66
Medidas y procedimientos para prevenir, minimizar y valorizar los diferentes tipos de residuos
Tabla 24: Relación entre los diferentes tipos de residuos y sus posibilidades de PMV
Tipo de
fundición
Tipo de residuo
Apartado
Arena de moldeo usada y residual
Finos de la arena de moldeo
Residuos de arena del granallado
Arena para machos, arena para
machos usada
Lodo procedente de fundiciones
Finos que contienen hierro
Nº
europeo
CER
Fe
Al
Fe
Al
1009 02
1010 02
1009 02
1010 02
1202 01
Fe
Al
Fe
Fe
1009 01
1010 01
1009 99
1009 02
Medidas de PMV
Circulación Regeneración
5.2
x
x
x
x
5.3
x
x
x
x
x
x
x
Valorización
externa
5.4 a 5.7
X
X
X
x
x
x
x
x
x
Fe: fundición de hierro y acero; Al: Aleaciones de aluminio
CER: Código europeo de residuos
5.2
PREVENCIÓN POR CIRCULACIÓN DE LAS ARENAS PARA MOLDES Y MACHOS
La circulación del material de moldeo es muy común, y se pueden recuperar y reutilizar las
arenas aglomeradas tanto con bentonita como con resinas químicas.
5.2.1 Datos sobre la técnica
5.2.1.1 Descripción
La reutilización del material de moldeo usado abarca cuatro etapas fundamentales:
• Trituración de los terrones de arena hasta individualizar el grano y eliminación de los
cuerpos extraños
• Eliminación del polvo y de los finos
• Transporte, enfriamiento y almacenamiento
• Medición, pesaje, dosificación y mezcla
La Figura 20 muestra el esquema simplificado de una preparación de arena de moldeo:
67
Eliminación
de finos
Aglomerante, etc.
Eliminación
de finos
Criba
do
Refrig
eració
n
Desmoldeo
Tolva arena usada
Separación
del metal
Tolva arena nueva
Trituración
Agua
Material de moldeo
Elevador de
cangilones
IHOBE, S.A.
Figura 20: Esquema de preparación de arena de moldeo
Secuencia operativa
• Trituración de los terrones
La trituración de los terrones de arena de moldeo comienza durante el desmoldeo de las
piezas sobre una parrilla, un canal vibrante o un tambor giratorio. La trituración puede
continuar en trituradoras de cilindros o de mordazas. Las partículas que superan el
tamaño de grano tolerado son eliminadas mediante cribas. Los terrones de machos, los
trozos de cerámica y las partículas metálicas más gruesas se separan en la criba poligonal.
Los restos de metal, como p.ej. las “lágrimas” de hierro, se eliminan por vía magnética.
• Eliminación de finos
Durante la trituración se separa y libera en forma de polvo una parte de las cáscaras de
aglomerante presente en las arenas de moldeo químico.
68
• Enfriamiento
Las piezas de fundición transfieren una parte de su calor a la arena de moldeo durante su
enfriamiento. Para poder garantizar unas buenas condiciones del material de moldeo se
debe refrigerar hasta aproximadamente 40-45ºC. En las fundiciones se utilizan
enfriadores de evaporación con lechos turbulentos y fluidizados, así como
intercambiadores de calor. Si el desmoldeo se produce en canales vibrantes o en tambores
giratorios, puede efectuarse allí mismo la refrigeración del material de moldeo usado.
• Transporte, almacenamiento
Para transportar los materiales se emplean: elevadores de cangilones, cintas
transportadoras, transportadores de espiral, transportes vibrantes y transporte neumático,
sobre todo para materias secas.
Los materiales de moldeo se almacenan en depósitos soldados de chapa de acero (a veces
inoxidable), otras veces recubierta de ciertos materiales sintéticos para evitar el pegado.
• Mezcla
La mezcla o malaxado es una fase del proceso decisiva dentro de la preparación de la
arena de moldeo, es muy importante que el aglomerante envuelva de forma uniforme los
granos de arena. En el caso de moldeo en verde, han de distribuirse de forma homogénea
el agua, la bentonita y los aditivos entre los granos de arena.
Los machos se fabrican, aún hoy en día, fundamentalmente con arena nueva. Como primer
paso hacia la constitución de una recirculación de arena de machos, se puede triturar, y
restituir al proceso de fabricación de machos, la arena procedente del área de machería, que
no ha pasado por el proceso de colada y no está mezclada con la arena de moldeo en verde.
Siguiendo el mismo principio pueden reutilizarse también los semimoldes no colados y
fabricados a base de resinas químicas autofraguantes. En este caso no es necesario realizar
inversiones adicionales, si se utiliza la instalación de recuperación de las arenas aglomeradas
con resinas.
5.2.1.2 Estado de la técnica
Optimización de la circulación de arena de moldeo
La recirculación de las arenas de moldeo en verde y químico reduce notablemente las
cantidades de residuos generados en las fundiciones.
Una óptima separación de los diferentes flujos de arena - en arena en verde para moldes y
arena para machos - facilita la recirculación, pero no se practica en muchas fundiciones
debido al coste que ello implica. De gran importancia es procurar evitar lo máximo posible,
desde el inicio mismo del proceso productivo, la confluencia o mezcla de diferentes tipos de
arena. Las piezas de fundición deberían ser extraídas del molde sin excesivas adherencias de
arena de moldeo; en caso necesario deberán eliminarse los terrones adheridos. Al mismo
tiempo es importante que sólo acceda una pequeña cantidad de arena de machos a la
circulación de la arena de moldeo en verde. Esto facilitaría por una parte la reutilización de
69
la arena de moldeo y, por otra, la regeneración de la arena de machos, al presentar ésta una
carga inferior de sustancias no deseadas.
En la circulación del material de moldeo, por cada circulación:
• se incorporan aglomerantes y otros aditivos importantes para el proceso de colada,
• se eliminan sustancias producidas por desgaste (principalmente a través de las
instalaciones de captación de polvo y durante el granallado).
En caso de no eliminar las sustancias de desgaste en una cantidad suficiente, se producirá un
enriquecimiento de éstas en la arena de moldeo, que si supera una determinada
concentración, puede llegar a inutilizarla. Este fenómeno se contrarresta procediendo a
retirar una pequeña cantidad de arena de moldeo residual. La cantidad de arena usada a
evacuar depende de:
• el programa de fabricación y las exigencias de calidad de las fundiciones,
• el tamaño de la serie y el grado de automatización,
• la maquinaria y la técnica de moldeo.
En base a la experiencia adquirida hasta la fecha, por cada kg. de fundición de hierro buena
se retiran del sistema entre 0,2 y 0,3 kg. de arena usada. Cuanto más arena nueva y/o arena
de machos se incorpore al circuito, tanto más cantidad habrá de retirarse del mismo, al
objeto de mantener constante el volumen de arena de moldeo en circulación. Esta cantidad
es notablemente inferior en el caso de las fundiciones de aluminio, dado que el proceso se
realiza a una temperatura más baja, y que la arena sufre una solicitación menor.
Las mayores pérdidas de arena proceden principalmente de las adherencias a la pieza de
fundición, y se generan por ello en la operación de granallado. También en el área de
desmoldeo se producen pérdidas de material.
Separación de la arena de machos y moldes tras el desmoldeo
La mezcla durante el desmoldeo de la arena para moldes y la arena para machos es
inevitable cuando se colocan machos aglomerados con resina en moldes aglomerados con
bentonita; dicha confluencia puede minimizarse en parte aplicando determinadas técnicas de
desmoldeo. En el apartado 5.3 se describe con más detalle la reutilización de estas arenas
mixtas constituidas por materiales de moldeo aglomerados con sustancias tanto orgánicas
como inorgánicas.
La separación de la mayor parte de la arena de moldes y machos resulta relativamente fácil
cuando la geometría de la pieza de fundición envuelve al macho o cuando el calor aportado
ha sido tan bajo que apenas se descompone el macho.
En Alemania existen instalaciones de moldeo para bloque de cilindros de fundición gris en
las que durante el desmoldeo se levanta la caja superior para a continuación extraer la
fundición junto con los machos por medio de un mecanismo. Los machos se extraen luego
por separado y se regeneran. En la producción de tubos de aspiración de Al, carcasas para
bombas y cárteres del diferencial se procede de manera similar. Lo importante en estos casos
es que la pieza de fundición envuelva en su mayor parte a los machos.
70
Los componentes ácidos y alcalinos de los restos de machos que se incorporan a la arena de
moldeo en verde pueden mermar la capacidad cohesiva de la bentonita; por otra parte
incorporan también a la arena del circuito carbono y arena de cuarzo, haciendo así
innecesaria la incorporación de esas mismas cantidades en forma de nuevas adiciones. No
obstante, si se fabrican piezas con un porcentaje elevado de machos, de forma que la
cantidad de arena de machos incorporada al circuito fuera superior a 0,1 kg. por cada kg. de
fundición buena, esto provocaría un superávit de arena que habría de ser compensado
incrementando la evacuación de arena de moldeo. Esto hace aumentar la cantidad de arena
usada. Para contrarrestar este efecto es necesario regenerar la arena usada hasta obtener una
arena de alta calidad, apta para la fabricación de machos.
Realimentación de machos rotos
Otra posibilidad de prevenir la generación de residuos es la de restituir los machos rotos una
vez triturados. Debido a los efectos químicos sobre la arena de moldeo en verde, no deberían
incorporarse en ningún caso machos fabricados con metilformiato y silicato sódico al
circuito. Los componentes alcalinos de esos sistemas aglomerantes merman las propiedades
de uso de la arena verde. El potencial de minimización por restitución de la arena de machos
es además bastante bajo, ya que sólo entre un 5 y un 10 % de la arena usada en la machería
termina como machos rotos.
Realimentación de finos
También puede minimizarse la cantidad de finos restituyendo el polvo generado en la
preparación de la arena, en la estación de desmoldeo y en el enfriador. Esta medida de
minimización está limitada por las pérdidas de calidad resultantes de un incremento de los
finos en la arena de moldeo
Los equipos utilizados en el desmoldeo, y en el enfriamiento, tienen una influencia decisiva
sobre la cantidad de finos y de arena de moldeo residual generados. También son
importantes el molino y la dosificación de los componentes de la arena de moldeo.
Reutilización de arena usada
El desarrollo de nuevos equipos de preparación ha contribuido decisivamente a mejorar el
grado de reciclaje. Por “Grado de reciclaje” se entiende la relación porcentual entre la
cantidad de arena usada reutilizada y la suma de la arena preparada para los moldes (sin
contar la adición de agua) y la arena nueva para machos.
El grado de reciclaje en el moldeo mecánico, con arena en verde, se sitúa entre un 95 y un
98%.
En el moldeo manual, por la técnica de moldeo químico autofraguante, se alcanzan unos
grados de reciclaje situados entre el 90 y el 95 %.
5.2.1.3 Campos de aplicación
71
El moldeo mecánico con arena de moldeo en verde tiene la gran ventaja económica de que
permite recuperar prácticamente todo el material de moldeo en circulación.
La circulación de este tipo de arena está sin embargo limitada por procesos de acumulación
de sustancias no deseadas en el material de moldeo, que pueden afectar negativamente a la
calidad de la fundición.
La fragmentación de los granos, consecuencia de la solicitación térmica y mecánica de la
arena, provoca un incremento de los finos. Además aumentan las pérdidas por calcinación, y
la proliferación de cáscaras de bentonita sobre los granos de cuarzo hacen aumentar el grado
de oolitización. Las arenas altamente oolitizadas, y con exceso de finos producen superficies
de fundición extremadamente malas, por lo que puede ser necesaria su sustitución. Para
limitar en consecuencia el grado de oolitización, y compensar el desgaste térmico y
mecánico de la arena, es necesario añadir arena de renovación. La cantidad de arena nueva
necesaria depende de factores como la relación metal-arena, la calidad y la cantidad de la
bentonita utilizada, y la temperatura de colada.
La influencia, sobre el material de moldeo, de la arena de machos usada incorporada al
circuito depende también del tipo de aglomerante. Son conocidos los efectos de los sistemas
próximos al pH neutro, ácido y alcalino.
Las arenas de machos usadas próximas al pH neutro, y procedentes de las técnicas de
moldeo con SO2-epoxi, en cáscara y PUR-caja fría, tienen una influencia positiva sobre las
propiedades de uso de la arena de moldeo en verde (Figura 21). Incrementan la resistencia
en húmedo, y arrojan superficies más lisas, debido a su mayor densidad de compactación.
El calor de la colada reduce la acidez de los sistemas ácidos de fabricación de machos (caja
caliente, acetato y FRC) (Figura 22), por lo que la influencia negativa para la bentonita de
estos sistemas sólo ha de ser tenida en cuenta al restituir machos rotos sin usar a la
preparación de la arena de moldeo. La acumulación de los componentes ácidos de estos
sistemas de moldeo químico puede provocar una desactivación de la bentonita (Figura 23).
Los radicales libres contenidos en las arenas de machos afectan negativamente a la
capacidad aglomerante de la bentonita, con lo cual disminuyen las resistencias y aumenta el
peligro de formación de defectos en las piezas. Los procesos de acumulación limitan por lo
tanto la recirculación de la arena de moldeo. Siempre es necesaria una cierta cantidad de
arena de renovación, a fin de poder garantizar una calidad alta y constante de la fundición.
Abreviaturas utilizadas en las siguientes figuras para diferentes técnicas de fabricación de
machos:
SO2-E=SO2-epoxi,
CR=cáscara,
CF = PUR-caja fría,
AC = acetato,
FRC = FU-hidroperóxido,
CC = caja caliente,
CCF = caja caliente furánica,
SS = silicato sódico,
MF = metilformiato
72
antes de la colada
Alteración de la resistencia de
la arena de moldeo en %
Alteración de la resistencia de
la arena de moldeo en %
casi neutras
+30
+30
+20
ácidas
alcalinas
SO2-E
CR
+10
CF
AC
0
FRC
CC
SS
MF
SS
MF
-20
resistencia tracción verde
resistencia tracción húm.
-40
-60
a
después de la colada
CR
+20
+10
CF
SO2-E
AC
0
FRC
CC
-20
-40
-60
b
IHOBE, S.A.
Figura 21 Influencia de la incorporación de arena de machos sobre las propiedades del material de
moldeo aglomerado con bentonita
SS
12
después de la colada
antes de la colada
MF
11
pH de la arena para machos usada
10
9
8
7
SO2-E
CR
CF
AC
FRC
CC
6
5
4
3
IHOBE, S.A.
Figura 22. Influencia del calor de la colada sobre la acidez o basicidad de la arena de moldeo
Los machos fabricados con técnicas alcalinas (silicato sódico y metilformiato) conservan,
sin embargo, su pH incluso tras la solicitación térmica de la colada. Por ello es necesario
mantenerlos alejados de la circulación del material de moldeo, tanto si se trata de machos
73
rotos no utilizados en la colada, como si se trata de arena de machos usados en la colada. La
clasificación de los terrones de machos aglomerados con silicato sódico es relativamente
fácil, ya que no se desmoronan con facilidad; los restos de machos aglomerados por la
técnica del metilformiato son, por el contrario, más difíciles de clasificar, ya que se
desmoronan más fácilmente. La arena para machos de este tipo afecta negativamente a la
bentonita, circunstancia que ha de ser compensada con un consumo mayor de aglomerante.
SO2-E
+20
Variación de la resistencia de la arena verde en %
+10
CR
CF
±1
0
SO2-E
-10
CF
desviación del punto neutro (pH 7)
(basicidad o acidez creciente)
±2
±3
±4
±5
±6
FRC
AC
CR
CC
-20
CC
FRC
-30
MF
SS
resistencia tracción en húmedo
-40
-50
SS
-60
-70
resistencia tracción en húmedo
AC
MF
IHOBE, S.A.
Figura 23. Efecto de las arenas de machos no usados en la colada sobre el poder de aglomeración de la
bentonita
5.2.1.4 Potencial de minimización
En las técnicas de moldeo con sistemas aglomerantes uniformes, o por lo menos
compatibles, pueden alcanzarse unas cuotas de reciclaje de hasta el 98 %, siempre y cuando
se practique una recirculación de la arena de moldeo, unida a la restitución de machos rotos
y, en menor medida, se apliquen unas técnicas de desmoldeo adecuadas y se restituyan los
finos y los lodos. El grado de reciclaje alcanzable en el moldeo con arena en verde, con un
alto porcentaje de machos con sistemas de aglomerantes alcalinos, u otros incompatibles, se
sitúa entre un 90 y un 94 %.
74
5.2.2 Condiciones económicas
Una recuperación y minimización de residuos exhaustiva sólo es posible mediante un
control técnico consecuente de la recirculación del material de moldeo. Esto puede requerir
inversiones en mezcladores y dispositivos de dosificación, así como en un cuadro de mandos
del proceso. También deberá invertirse en la trituración de machos rotos y no se puede
practicar en instalaciones ya existentes (p.ej. equipos de regeneración mecánica y
neumática).
5.2.3 Evaluación ambiental
La circulación de la arena para moldes y machos puede considerarse una valorización
interna de material auxiliar, a través de la cual se evita el consumo de sustancias nuevas
como la arena y la bentonita.
5.2.3.1 Impacto en otros medios
La circulación no tiene repercusiones medioambientales negativas, ya que los procesos de
desintegración y las evacuaciones inherentes al proceso de fundición evitan una
acumulación de sustancias contaminantes medioambientalmente relevantes. A fin de
garantizar la calidad de la arena, es necesario que la bentonita calcinada (chamota) y los
finos, las pérdidas por calcinación, el azufre, el nitrógeno y los metales pesados no superen
determinados valores límite. Acumulaciones excesivas mermarían la utilidad de la arena del
circuito. Los controles periódicos de estos parámetros de proceso, para mantener las
características técnicas necesarias relativas al moldeo y a la colada, propician al mismo
tiempo que no se acumulen sustancias orgánicas y metales pesados.
• Aire
Añadiendo de forma moderada los aglomerantes orgánicos y el polvo de carbón, y utilizando
materiales de alta calidad, no tiene porqué afectar negativamente la recirculación al proceso
de colada. Los porcentajes de aglomerante y de polvo de carbón, por encima de los
estrictamente demandados por el proceso, dan lugar a emisiones adicionales de monóxido de
carbono y de hidrocarburos a lo largo de la línea de colada.
• Agua
La recirculación no supone un efecto adicional para el agua.
• Residuos
La recirculación reduce notablemente la cantidad de residuos. Sin embargo, los finos
captados contienen una cantidad claramente superior de compuestos de carbono.
• Energía
Los procesos mecánicos apenas consumen energía adicional.
5.2.3.2 Otros criterios ambientales
75
• Acumulación de sustancias contaminantes
Al practicar la recirculación de las arenas de moldeo en verde se conservan componentes
útiles del aglomerante, de forma que, para alcanzar la concentración necesaria en el material
de moldeo se debe añadir menos cantidad de sustancias nuevas. No se producen
acumulaciones de sustancias contaminantes, ya que la calcinación y evacuación compensan
las adiciones de sustancias nuevas.
En los machos y arenas de moldeo químico permanecen restos del aglomerante en la arena
del circuito; se trata de componentes de la resina condensados y polimerizados. Los restos
del aglomerante monomérico, al ser reutilizados, son absorbidos por la nueva resina, por lo
que tampoco aquí se produce una acumulación de sustancias contaminantes.
• Mezclado de diferentes residuos
Al practicar la circulación de las arenas de moldeo en verde, se restituyen a la circulación los
finos aspirados para ser utilizados de nuevo.
• Principio de la valorización altamente cualitativa
La restitución y nueva utilización de arenas usadas y finos al proceso originario constituye el
tipo de valorización más cualificado.
• Principio de la minimización de los transportes
A través de la valorización interna se evita por completo cualquier tipo de transporte
externo.
5.3
REGENERACIÓN
La regeneración sirve para recuperar la arena de moldeo al objeto de utilizar la arena
regenerada como un sustituto altamente cualitativo de la arena nueva.
Durante la regeneración han de eliminarse de la arena usada las sustancias no deseadas,
como los sedimentos, los restos de aglomerante, las cáscaras oolíticas, los radicales libres y
el grano demasiado fino o demasiado grueso.
Algunas investigaciones (Figura 24) han demostrado que la mezcla de arenas residuales de
diferente procedencia repercute negativamente sobre la posibilidad de regeneración y sobre
las resistencias de los machos y moldes fabricados con ese regenerado. En estos “ensayos de
cruce” se ha diferenciado entre “origen” y “utilización” de los regenerados de arena usada.
Todos los tipos de machos se emplearon en moldes colados con hierro fundido, y se
regeneraron a continuación durante 30 minutos. A continuación se utilizaron los regenerados
para fabricar machos con metilformiato, PUR-caja fría y SO2-epoxi. La resistencia a la
flexión, tras una hora de reposo (tiempo de procesado), se estableció en relación a la
resistencia de la arena nueva (100 %). Las mediciones de la resistencia demuestran que los
regenerados de las arenas usadas muy alcalinas, procedentes de los sistemas de moldeo con
silicato sódico y metilformiato, no pudieron ser sustancialmente mejorados a pesar de haber
sido sometidos a esa intensa limpieza.
Incluso la resina SO2 -epoxi de gran poder aglomerante pierde prácticamente toda su
eficacia al mezclarse con el silicato sódico. Los regenerados de las arenas para machos
76
aglomeradas con metilformiato representan una dificultad especial para la fabricación de
machos PUR-caja fría. La extrema basicidad de las sustancias del sistema de moldeo con
metilformiato empeora extraordinariamente la capacidad de almacenamiento de las mezclas
de caja fría.
arena nueva
Resistencia a la flexión
regenerado
x 100 en % (tv=1h)
Para el empleo sin problemas de los regenerados en la fabricación de moldes y machos de
alta calidad, deberían separarse las arenas usadas incompatibles entre sí, y eliminar, a poder
ser por completo, todos los componentes no deseados del aglomerante, así como el polvo.
Esto es algo a tener en cuenta especialmente a la hora de planificar y gestionar una
instalación central de regeneración.
Origen
160
SO2-E
1,6 PP
1 Metilformiato
2 Caja fría
3 SO2-Epoxi
140
CC
2/0,5 PP
120
100
CF
1,6 PP
arena nueva
MF
2,8 PP
80
60
SS
4 PP
-40
20
0
Utilización
IHOBE, S.A.
Origen de la arena usada
Contenido de aglomerante de la Utilización del regenerado
arena (% en peso)
Silicato sódico SS
Metilformiato MF
Caja caliente CC
4
2,8
2 resina/
0,5 endurecedor
1,6
1,2
PUR-caja fría CF
SO2-epoxi SO2-E
Serie 1 (metilformiato)
Serie 2 (PUR-caja fría)
Serie 3 (SO2-epoxi)
Contenido de aglomerante al
emplear el regenerado
(% en peso)
2,8
1,6
1,2
Figura 24. Calidad de los machos (resistencia a la flexión) según la procedencia de la arena usada, el
contenido de aglomerante de los machos y la utilización de la arena regenerada [Boenisch 1991]
77
5.3.1 Datos sobre la técnica
5.3.1.1 Descripción de las técnicas de regeneración
Para diferentes sistemas de materiales de moldeo se han desarrollado diferentes técnicas de
regeneración. Las instalaciones de regeneración pueden ser térmicas, mecánicas, neumáticas
y combinadas. Las técnicas mecánicas y neumáticas de regeneración requieren por lo general
un secado previo de la arena usada para que pueda producirse una fricción de grano contra
grano. Tras la regeneración se clasifica y criba el regenerado.
5.3.1.1.1
Instalaciones de regeneración mecánica (regeneración en frío)
La regeneración de las arenas para moldes y machos aglomeradas con resinas de
endurecimiento en frío está muy extendida y se viene practicando desde hace decenas de
años en las fundiciones. Las arenas aglomeradas con resinas furánicas y fenólicas pueden ser
tratadas (separación de granos) en equipos de trituración sencillos, debido a que el
aglomerante forma una cáscara frágil y duroplástica. Los equipos más utilizados son los
molinos de impacto o de bolas, los trituradores de espiral los quebrantadores de mandíbulas,
los molinos de bolas, etc.
Las arenas usadas croning (de caja caliente) SO2 y PUR-caja fría también pueden
regenerarse por vía mecánica, si sus cáscaras de aglomerante están lo suficientemente
fragilizadas. La regeneración de dichas arenas con los equipos arriba mencionados, sólo
incluye sin embargo la trituración de los terrones y la individualización de los granos. La
regeneración mecánica propiamente dicha se produce en unidades de regeneración que
separan los últimos restos del aglomerante por impacto, golpeteo, abrasión o excoriación.
Para este trabajo suelen emplearse los regeneradores de lecho fluidizado, tambores de
excoriación, etc.
El depurador centrífugo es un aparato que sirve para regenerar tanto arenas aglomeradas
con resinas químicas autofraguantes, como también otras arenas aglomeradas con sustancias
orgánicas. La instalación consta de un depurador centrífugo, un transportador neumático y
un clasificador de lecho fluidizado. La velocidad periférica del rotor se selecciona para que
los granos se vean sometidos fundamentalmente a una fricción y menos a un impacto. Por
medio del transportador neumático se transporta verticalmente el regenerado del depurador
centrífugo hacia el clasificador de lecho fluidizado, en el que las sustancias extrañas
separadas por fricción son eliminadas del regenerado a través de una corriente de aire
ascendente. La instalación se ofrece con una capacidad de 5 ó 10 t/h.
El depurador centrífugo se desarrolló a comienzos de los años 90 y se concibió para ser
utilizado como fase de regeneración adicional para arenas aglomeradas con resinas químicas
autofraguantes, a fin de aumentar el grado de eficacia de la recuperación mecánica de estas
arenas. Esta instalación ya se está utilizando en diferentes fundiciones, según información
del fabricante.
78
La regeneración de las arenas mixtas aglomeradas con bentonita está ganando en los
últimos años cada vez más importancia, si bien supone todo un reto para la técnica de
regeneración.
Para regenerar por vía mecánica y neumática dichas arenas de moldeo puede recurrirse
actualmente a los equipos que se muestran en la Figura 25.
a)
b)
c)
a) excoriación en lecho fluidizado
b) excoriación por contracorriente
c) excoriación por contracorriente
d) fricción
e) abrasión
f) excoriación por chorro de aire
d)
e)
f)
IHOBE, S.A.
Figura 25. Regeneradores para la regeneración en frío
Los desarrollos de procesos para la regeneración por vía seca, mecánica o neumática, de
arenas usadas aglomeradas con bentonita, abarcan principalmente los siguientes principios
de acción:
•
•
•
•
excoriación (excoriación por chorro de aire, por contracorriente, en lecho fluidizado),
abrasión,
fricción (fricción centrífuga, fricción por chorro de aire) e
impacto.
En los procesos de regeneración por excoriación, abrasión o fricción, los granos de arena se
mueven intensamente unos contra otros dentro de la masa de arena. La energía cinética
necesaria puede ser aportada:
• por vía mecánica, por ejemplo mediante mecanismos de agitación o abrasión, o bien
• por vía neumática, de forma que la conducción de la corriente de aire con arena propicia
la fricción de grano contra grano.
A continuación se presentan las últimas innovaciones.
Regeneración discontinua, neumática de la arena (sistema “Künkel & Wagner“)
Las instalaciones neumáticas de impacto impulsan los granos de arena sueltos a través de
una corriente de aire. La fricción de los granos entre sí, o contra partes de la instalación, así
como su impacto contra un obstáculo fijo (p.ej. placas o pantallas de choque) provocan el
desprendimiento de la cáscara de aglomerante del grano. Otros efectos de este intenso
movimiento de la arena son la mejora de su fluidez (ventaja), la formación de polvo y el
79
calentamiento de la arena (desventajas). La corriente de salida arrastra y evacúa del sistema
las cáscaras de aglomerante separadas y los granos finos. El impacto de los granos de arena
sobre una pantalla de choque puede provocar también la fragmentación de los granos. Esto
incrementa los finos a evacuar y el consumo de aglomerante. Las instalaciones de impacto
funcionan de forma continua. En la práctica suelen emplearse instalaciones de impacto de
varias etapas y de diferentes tipos.
Regeneración mecánica de la arena por abrasión (sistema “Gemco”)
La regeneración de la arena por el sistema “Gemco“ consta fundamentalmente de un cilindro
horizontal, abrasivo, rotatorio, alrededor del cual gira lentamente una rueda de palas que
transporta continuamente arena usada hacia una muela abrasiva (Figura 26). Sobre la muela
abrasiva se produce el desprendimiento por abrasión de las sustancias no deseadas adheridas
a los granos de arena. Sobre la instalación de regeneración se encuentra un dispositivo de
desempolvado que succiona continuamente el polvo generado durante la regeneración. La
capacidad de carga asciende a 750 kg. El rendimiento del regenerado se sitúa
aproximadamente en un 70 %, dependiendo del tiempo de regeneración y del contenido de
sustancias no deseadas en la arena usada. Los polvos más gruesos de la regeneración se
separan en un ciclón, los finos se captan por medio de un filtro fino y pueden ser restituidos
al circuito, debido a su alto contenido en bentonita activa y en aditivos carbonosos. De esta
forma se reduce notablemente la cantidad de polvo a eliminar.
La regeneración de la arena por abrasión se practica con éxito en una empresa holandesa y
otra alemana, que fabrica con el regenerado machos PUR-caja fría.
entrada de la arena
Eliminación de finos
rueda de paletas
muela abrasiva
salida del regenerado
IHOBE, S.A.
Figura 26. Regeneración mecánica de la arena por abrasión (sistema “Gemco“)
Jet-Reclaimer (sistema “KGT”)
Este equipo sirve tanto para la regeneración de arenas mixtas que contienen bentonita, como
para la depuración de arena aglomerada con silicato sódico. En el Jet-Reclaimer (Figura 27)
80
se impulsa la arena usada a través de una corriente de aire contra una pantalla de impacto. La
corriente de aire puede modificarse de forma que sólo se produzca una fricción de grano
contra grano. La capacidad de la instalación es de 0,75 t/h. La arena puede también secarse y
refrigerarse en el aparato mediante un equipamiento adicional.
El Jet-Reclaimer se emplea con éxito como fase previa y posterior de depuración en las
instalaciones de regeneración térmico-mecánicas de varias fases.
Actualmente está llevándose a cabo un proyecto de investigación en una fundición alemana.
En ella están regenerándose en un Jet-Reclaimer las arenas usadas que contienen silicato
sódico procedentes de varias fundiciones de aluminio, a la vez que se estudia la adecuación
del regenerado para su utilización en la fabricación de machos por la técnica de moldeo con
silicato sódico.
arena usada
aire fresco
M
aire
comprimido
+
aire comprimido
+
aire comprimido
aire fresco
agua de refrigeración
arena regenerada
IHOBE, S.A.
Figura 27. Jet-Reclaimer (KGT)
5.3.1.1.2
Instalaciones para la regeneración térmica (regeneración en caliente) con y
sin tratamiento mecánico posterior
En la regeneración térmica se calienta la arena usada, ya previamente tratada, a una
temperatura entre 700 y 950 ºC. En los monosistemas aglomerados con resina sintética
puede obtenerse, mediante la calcinación de los componentes del aglomerante, un
regenerado equivalente cualitativamente a la arena nueva.
Las instalaciones de regeneración térmica constan, por lo general, de una fase previa de
tratamiento, de una fase principal térmica y de una depuración posterior mecánica o
neumática. En las fases de tratamiento previo se practica una separación del metal y una
trituración mecánica preliminar de la arena usada. La trituración mecánica preliminar de la
arena usada incluye por lo general una abrasión parcial de la bentonita calcinada y un
desempolvado previo.
Para la regeneración térmica de la arena se utilizan los siguientes tipos de horno:
81
• hornos de capa turbulenta
• hornos de lecho fluidizado
• hornos tubulares rotatorios
Los hornos se calientan bien directamente con una mezcla de gas-aire, o bien indirectamente
con gas. Las instalaciones térmicas suelen ser continuas, a fin de evitar arranques repetidos.
De esta forma se pretende reducir su ya de por sí elevada demanda energética.
También existe en los de lecho fluidizado un calentamiento de rayos infrarrojos desarrollado
conjuntamente por IFM (Italia), Schwing (Alemania), Tem Tech (Inglaterra). En los hornos
de caldeo indirecto se insufla además aire para la incineración. Las instalaciones técnicas
suelen ser continuas, a fin de no incrementar más aún su ya elevada demanda energética
como consecuencia de arranques repetidos.
5.3.1.2 Estado de desarrollo
5.3.1.2.1
Arenas usadas aglomeradas con resinas químicas
La regeneración mecánica de los materiales de moldeo aglomerados con resina fría viene
practicándose con éxito desde hace años. En equipos pequeños de trituración se
individualizan los granos de arena y se liberan en parte de las cáscaras de aglomerante que
los envuelven. Tras una clasificación puede volver a utilizarse la arena así tratada en la
fabricación de moldes.
Las arenas de moldes y machos aglomerados con resinas químicas se clasifican, según su
estado antes de la regeneración, en moldes y machos no sometidos a carga térmica (no
colados), así como moldes y machos rotos, y restos de arena de las áreas de moldeo y
machería. Las cáscaras de resinas químicas de las arenas no sometidas a carga térmica son
en parte muy lisas y pueden contener disolventes (p.e. las arenas para machos PUR-caja
fría). De estas arenas no sometidas a carga térmica sólo puede eliminarse por vía mecánica
aproximadamente el 25 % del aglomerante. También resulta difícil la regeneración mecánica
de las arenas sometidas a una baja carga térmica, según el sistema aglomerante, tal y como
se dan en las fundiciones de metales ligeros. Estas arenas es mejor tratarlas en instalaciones
térmicas de regeneración.
Las arenas usadas sometidas a carga térmica se generan en moldes calientes (p.e. arena
croning) o durante la colada. Las resinas duroplásticas (resinas de polimerización, como p.e.
la fenólica o la furánica) se fragilizan a una temperatura relativamente baja de aprox. 250ºC.
Los aglomerantes termoplásticos (p.e. el poliuretano) se fragilizan tras un periodo más largo
de exposición a una temperatura superior a los 350 ºC, pasando al estado duroplástico. Las
cáscaras de aglomerante, fragilizadas de esta forma, pueden separarse con facilidad de los
granos de arena, por vía mecánica.
La ventaja de la regeneración térmica reside en la incineración total de las cáscaras de
aglomerante, de forma que tras una clasificación del regenerado se obtiene un producto
equivalente o de calidad superior a la arena nueva.
82
A través de ensayos se ha demostrado que la mezcla de arenas para machos aglomeradas con
diferentes sistemas dificulta la utilización del regenerado en la fabricación de machos por lo
que no es aconsejable en la mayoría de los casos mezclar tipos de arena diferentes. Así, por
ejemplo los sistemas aglomerantes de endurecimiento ácido acusan enormemente la
presencia de componentes básicos en el regenerado.
En base a toda la experiencia acumulada hasta la fecha relativa a la utilización de arena
regenerada puede decirse que las arenas regeneradas pueden emplearse en la fabricación de
machos, aunque de forma limitada. La utilización de arena regenerada en la fabricación de
machos va unida a menudo a un mayor consumo de aglomerante, y en muchos casos dicha
utilización sólo es posible para la fabricación de machos geométricamente sencillos y
estables.
5.3.1.2.2
Arenas usadas aglomeradas con bentonita
Alrededor de las 3/4 partes de la cantidad de arena usada que se genera en las fundiciones de
hierro y acero pertenecen a la arena excedente que contiene bentonita. La obtención de un
regenerado altamente cualitativo a partir de esta arena de moldeo en verde supone un reto
para la técnica de regeneración, al tener que eliminar al mismo tiempo componentes
orgánicos e inorgánicos.
El éxito y la calidad de la regeneración dependen en primer lugar de una selección adecuada
de las arenas usadas que van a tratarse en la instalación. Preferentemente ha de regenerarse
material que se ha visto afectado por el calor de la colada. En el desmoldeo se crean ya dos
circulaciones diferentes de arena, siguiendo las piezas diferentes etapas de eliminación de la
arena. En la primera etapa se elimina el material de moldeo sometido a una baja carga
térmica y se restituye a la preparación de la arena de moldeo. La segunda circulación de
arena está constituida por el material de moldeo sometido a una elevada carga térmica,
integrado por la arena verde adherida a la fundición y la arena usada en los machos. El
material de moldeo que ya no puede volver a ser utilizado en el proceso de colada es
transportado a la instalación de regeneración y transformado en un regenerado apto para la
fabricación de machos.
En los últimos años, si bien se han desarrollado una serie de instalaciones de regeneración
para este tipo de arenas mixtas, no han conseguido implantarse en las fundiciones. Algunas
sólo funcionan como instalaciones piloto y aún no han demostrado su capacidad de
rendimiento a escala industrial. Otras, que han sido desarrolladas en colaboración con la
fundición en la que actualmente se explotan, producen un regenerado de calidad suficiente
para dicha planta, pero la experiencia y los resultados obtenidos no se pueden extrapolar a
cualquier otra empresa.
En el marco de un estudio sobre el sector de la fundición en Alemania se analizaron la
técnica de las instalaciones y equipos, así como los campos de aplicación de los regenerados
de algunas instalaciones de eficacia contrastada para la regeneración de arenas mixtas
aglomeradas con bentonita, al objeto de poder diagnosticar con precisión el grado de
desarrollo de este proceso.
83
En la Tabla 25 se muestra la información de las diferentes fundiciones analizadas en el
citado informe, relativa a los metales colados, así como a las técnicas de moldeo y de colada
empleadas.
Es significativo que estas empresas, aparte de practicar una o dos técnicas de fabricación de
moldes, gestionando los materiales en circulaciones separadas, sólo empleen una o dos
técnicas de fabricación de machos. Esto facilita enormemente la valorización tanto interna
como externa de las arenas usadas. Cuanto más técnicas se empleen y mezclen, tanto más
difícil resulta la regeneración y tanto más problemático resulta utilizar el regenerado en la
fabricación de machos, ya que las técnicas no suelen ser compatibles.
Las instalaciones de regeneración pueden clasificarse en tres categorias diferentes en función
de los procesos aplicados:
Categoría 1:
Regeneración térmica
Instalaciones en las empresas C y D. La empresa C es un caso excepcional al
tratarse de una instalación central.
Categoría 2:
Instalaciones térmicas combinadas
Instalaciones en las empresas A y B
Categoría 3:
Regeneración mecánica y neumática
Instalaciones en las empresas E, F y G
Todas las instalaciones de regeneración incluyen tratamiento previo de la arena usada, es
decir, la trituración y separación del metal. La regeneración propiamente dicha se produce en
diferentes equipos. Las técnicas ya se han descrito anteriormente en otros capítulos. En la
Tabla 26 se relacionan los componentes más importantes de las instalaciones de
regeneración.
Tabla 25: Resumen de las empresas estudiadas con instalaciones de regeneración de eficacia contrastada
Empresa
Materiales
colados
Producción
de
fundición
en t/año
Moldeo
manual
Moldeo
mecánico
Técnica de
fabricación
de machos
Arena
residual a
regeneración
en t/año
Técnica de
regeneración
Observaciones
A
aluminio,
aleaciones de
aluminio
4.000 de
fundición en
arena y
coquilla
4.500
fundición a
presión
No tiene
PUR-ColdBox, Pep-Set
5.500
térmico-mecánica
fabricación de
grandes series
B
fundición de
hierro con
grafito nodular
y laminar
19.000
resina fría
(furano)
PUR-ColdBox
4.800
mecánicotérmico-mecánica
D
fundición de
hierro con
grafito nodular
y laminar
37.000
técnica de
moldeo con
resina fría:
circulación
separada con
recuperación de
la arena de resina
fría
técnica de
moldeo con
resina fría:
circulación
separada con
recuperación de
la arena de resina
Arena
verde. 1
moldeadora
de soplado y
presión al
vacío. 1
moldeadora
de vibración
y presión
arena verde.
1
moldeadora
de soplado y
presión
arena verde.
1
moldeadora
de presión al
vacío
silicato sódico,
PUR-ColdBox
9.000
térmica
84
Empresa
Materiales
colados
Producción
de
fundición
en t/año
Moldeo
manual
E
fundición de
hierro con
grafito nodular
y laminar
70.000
fría
No tiene
F
fundición de
hierro con
grafito nodular
y laminar
34.000
No tiene
G
fundición de
hierro con
grafito nodular
y laminar
4.300
técnica de
moldeo con
resina fría:
circulación
separada con
recuperación de
la arena de resina
fría
Moldeo
mecánico
Técnica de
fabricación
de machos
Arena
residual a
regeneración
en t/año
Técnica de
regeneración
Observaciones
arena verde,
1
moldeadora
de soplado y
presión, 1
de vibración
y presión, 1
de presión y
vacío y 1 de
impulsión
arena verde,
1
moldeadora
de soplado y
presión
arena verde,
1 Formatic.
1
moldeadora
de soplado y
presión
PUR-ColdBox
37.000
neumática
no requiere
secado previo, ya
que la arena
usada está seca y
suelta
PUR-ColdBox
9.600
mecánica
secado previo de
la arena usada a
60ºC
PUR-ColdBox, silicato
sódico
890
neumática
temperatura de
tratamiento de la
arena usada
175ºC
Tabla 26: Componentes de las instalaciones de regeneración estudiadas
Componentes de la instalación
Trituración previa y separación del metal
Secado previo
Unidad de regeneración térmica
horno de capa turbulenta
horno de lecho fluidizado
Refrigerador
Unidad de regeneración mecánica
Excoriación en lecho fluidizado
Fricción
Excoriación por chorro de aire
Abrasión
Separador (de capa turbulenta, en cascada)
Clasificación
A
X
B
X
X
X
X
X
X
C
X
Empresa
D
X
X
X
X
X
E
X
F
X
X
G
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
En la Tabla 27 se describen arenas usadas tratadas y se aportan datos sobre el rendimiento
de las instalaciones, la demanda de energía, la cantidad de regenerado obtenido y el campo
de aplicación de los regenerados.
Puesto que cinco de las fundiciones utilizan sus regenerados para la fabricación de machos
por la técnica de moldeo Cold-Box, se comprobó la aptitud de todos los regenerados para
este sistema aglomerante.
La comprobación de la aptitud de diferentes técnicas mecánicas y térmicas de regeneración
muestra que las arenas usadas, que presentan una composición favorable, es decir, una baja
carga de sustancias no deseadas, previamente clasificadas y seleccionadas, pueden ser
regeneradas tanto por vía mecánica como térmica (con tratamiento mecánico posterior). Al
final se obtiene un regenerado de buena calidad que puede sustituir la arena nueva en la
fabricación de machos por la técnica Cold-Box.
85
Tabla 27: Instalaciones de regeneración de eficacia contrastada para arenas usadas de fundición
Empresa
1
2
3
*
**
Técnica de
regeneración
Principio de
regeneración
A
térmico-mecánica
incineración /
excoriación en lecho
fluidizado
B
mecánica-térmicomecánica
fricción / incineración /
fricción
C1
térmica
incineración
D
térmica
incineración
E
neumática
excoriación por chorro
de arena
F
mecánica
abrasión
G
neumática
excoriación por chorro
de arena
Arena usada para la
regeneración
Capacidad
t/h
13% arena verde
87% arena para
machos usados (PURCold-Box)
arena verde con arena
para machos PURCold-Box
arena del granallado
línea 1: arenas usadas
mixtas aglutinadas
con bentonita
línea 2: arenas usadas
aglutinadas con resina
sintética
arena verde
arena de resina fría
polvos (50-60% < 90
µm)
2,3
Demanda de energía
/ tonelada de
regenerado
20 m3 de gas
62 kw/h
Coste de
inversión
Rendimiento
en %
Utilización del regenerado
n.h.d.
80*
84**
regenerado fino para
fabricar machos PUR-ColdBox
Valorización del
subproducto (finos de
regeneración)
polvo de regeneración
inerte a depósito para
escombros
inerte a empresa de
eliminación
fundición (sólo línea 2),
mortero seco, ladrillo
silico/calcáreo, materiales
de construcción, industria
del ladrillo
fabricación de mortero,
material de const.,
industria del acero,
ladrillo silicocalcáreo
regenerado grueso para
renovar el material de
moldeo, 100% del
fabricar machos de silicato
sódico
inerte a depósito
depósito
2,5
16 m3 de gas
50 kw/h
n.h.d.
70*
87**
línea 1: 4
línea 2: 8
14 m3 de gas
68 kw/h
n.h.d.
línea 1: 87*
n.h.d.2
línea 2: 90*
n.h.d.2
3,4
28 m3 de gas
50 kw/h
12 mill DM
40-50*
69-86**
41 kw/h
25 mill DM
85*
n.h.d.3
3 m3 de gas
39 kw/h
1,2 mill. DM
72*
89**
n.h.d.
65*
80**
20% arena verde
8
80% arena para
machos usada (PURCold-Box)
arena verde
1,5
arena para machos
usada PUR-Cold-Box
arena de granallado
0,75
(arena verde), arenas
para machos PURCold-Box y de silicato
sódico
0 a 3 m3 de gas
62 kw/h
caso excepcional: instalación central de regeneración
no hay datos, ya que se desconoce el porcentaje de arena en la arena usada
no hay datos, ya que la arena usada contiene arena de mena de cromo y se desconoce el porcentaje de arena
en relación a la cantidad empleada
en relación al porcentaje de arena de cuarzo
86
depósito
depósito
Los grados de regeneración de las instalaciones térmicas analizadas se sitúan entre el 75 y el
94 % (Tabla 28). En la regeneración mecánica se alcanzan unos grados de regeneración
entre el 83 y el 91 % (Tabla 29). En las arenas usadas previamente clasificadas, como A y E,
que presentan una baja carga de sustancias no deseadas, puede reducirse la concentración de
sustancias no deseadas por debajo incluso del 1 %.
Una mayor carga de sustancias no deseadas en la arena usada puede ser reducida
drásticamente mediante técnicas de regeneración adecuadas (p. ej. arenas usadas B y G),
pero ello supondría una generación notablemente superior de polvo.
Tabla 28: Grados de regeneración de las instalaciones de regeneración térmica y térmico-mecánica
estudiadas
Empresa
Sustancias no deseadas
Sedimentos en % 1)
Contenido de bentonita en %
Pérdidas totales por calc. en %
Pérdidas por calc. (grano) 2)
Bentonita calcinada en % 3)
Potencial de sustancias no deseadas
en % 1) + 2) + 3)
Grado de eficacia de la
regeneración en %
Evacuación de polvo en %
Resistencia relativa a la flexión al
de tv = 1h en %
Regeneración térmica (regeneración en caliente)
A
B
D
Arena usada.
Regenerado
Arena usada.
Regenerado
Arena usada.
Regenerado
1,8
11,1
0,9
0,7
1,8
0,19
0,8
0
0
0,9
12,1
7,4
4,0
0,9
6,3
0,3
0
0
0
0,9
23,0
15,2
12,6
7,1
11,7
0,27
0
0
0
4,3
4,3
1,09
19,3
1,2
41,8
4,57
n.h.d.
75
94
89
20
30
50 - 60
90
n.h.d.
72
n.h.d.
13
Tabla 29: Grados de regeneración de las instalaciones de regeneración mecánica estudiadas
Empresa
Sustancias no deseadas
Sedimentos en % 1)
Contenido de bentonita en %
Pérdidas totales por calc. en %
Pérdidas por calcin. (grano) 2)
Bentonita calcinada en % 3)
Potencial de sustancias no
deseadas en % 1) + 2) + 3)
Grado de eficacia de la
regeneración en %
Evacuación de polvo en %
Resistencia relativa a la flexión al
de tV = 1h en %
Regeneración mecánica (regeneración en frío)
E
F
G
Arena usada
Regenerado
Arena usada
Regenerado
Arena usada
Regenerado
3,8
3,4
1,8
1,3
0
0,3
0
0,4
0,4
0
12,2
9,5
4,2
2,0
5,1
1,4
1,1
0,7
0,6
1,3
11,0
8,6
4,3
2,4
5,3
0,2
0,7
0,2
0,2
1,3
5,1
0,7
19,3
3,3
18,7
1,7
n.h.d.
86
83
91
15
28
35
70
n.h.d.
60
n.h.d.
103
La cantidad de finos depende, tal y como demuestran los resultados, de la selección de la
arena usada y de la regeneración mecánica.
En la Tabla 30 se presenta el estado de desarrollo de las técnicas de regeneración para arenas
usadas que contienen bentonita.
87
Tabla 30. Estado de desarrollo de las técnicas de regeneración para arenas usadas que contienen
bentonita (datos 1997)
Instalación de regeneración
Instalación a
escala industrial
En uso
desde
Difusión
x
x
x
x
x
1993
1993
1991
> 10 años
1992
2 instalac.1
3 instalac.
1 instalac.1
2 instalac. 1
1 instalac. 1,2
x
x
x
x
1986
1993
1986
1992
5 instalac.1,2
1 instalac. 2
1 instalac. 1
1 instalac.
Técnicas mecánicas / neumáticas
Regeneración mecánica de la arena por
abrasión, sistema “Gemco”
Jet-Reclaimer
Regeneración neumática, sistema “Turbodry”3
Regeneración neumática, sistema “Jacob”4
sistema IMD 5
Instalaciones mecánico-térmico-mecánicas
Sistema KGT
Sistema Richards 6
Sistema KHD 7
Instalación central de regeneración
1
2
3
4
5
6
7
utilizada en fundiciones de hierro
utilizada en fundiciones de aluminio
casa Künkel & Wagner, Alemania
casa Georg Fischer AG, Alemania
casa IMD, USA
casa Richards Engineering Limited, Leicester, Inglaterra
casa Klöckner Humbold Deutz, Alemania
5.3.1.3 Campos de aplicación
5.3.1.3.1
Monosistemas
La arena utilizada en moldeo en verde suele renovarse a menudo añadiendo arena nueva.
Esta demanda de arena nueva puede ser minimizada mediante la adición de arenas usadas
aglomeradas con bentonita previamente regeneradas. La arena de moldeo en verde resultante
del desmoldeo se trata en los regeneradores mecánicos hasta que la cantidad de chamota
disminuye suficientemente (Tabla 31).
Las arenas usadas aglutinadas con resina fría pueden recuperarse con facilidad en
sencillos equipos de trituración, debido a la fragilidad de sus cáscaras de aglutinante. Tras la
clasificación y cribado de estos regenerados, pueden utilizarse de nuevo en la fabricación de
moldes y machos. El grado de regeneración de los materiales de moldeo aglutinados con
resina fría depende en primera instancia de la solicitación térmica durante la colada, de la
relación arena/hierro y del contenido de aglutinante. La solicitación mecánica durante la
trituración sólo consigue eliminar una pequeña cantidad de aglutinante adherido a la
superficie de los granos de arena. Mediante una intensa regeneración mecánica, p. ej. en un
depurador de lecho fluidizado, puede mejorarse considerablemente el grado de regeneración.
El contenido en polvo del regenerado debería ser inferior al 0'5%, ya que en caso contrario
aumentarían el consumo de aglutinante y las pérdidas por calcinación, siendo por tanto
necesaria una buena separación de los finos.
Las arenas usadas aglutinadas con resina sintética y procedentes de técnicas de moldeo
como caja fría, SO2, Hot-Box y Croning no pueden ser recuperadas en equipos sencillos de
trituración. Sólo a través de técnicas mecánicas, como la abrasión, la fricción, la molienda,
88
la excoriación, el golpeo y el impacto, se individualiza la arena usada y se separan los granos
de arena de las sustancias no deseadas (polvo, componentes orgánicos del aglutinante y
bentonita inactiva) por el efecto de la fricción de grano contra grano. La eficacia de
regeneración mecánica depende de que durante la colada se haya producido una
fragilización suficiente de las cáscaras de aglutinante. Durante la regeneración deberá
captarse el polvo de forma continua.
La técnica de proceso a aplicar en cada caso está supeditada a la calidad de regenerado
requerida. De las exigencias de calidad del regenerado dependen el tiempo de regeneración y
la cantidad de polvo generado.
Tabla 31. Campos de aplicación de diferentes técnicas de regeneración para monosistemas
Tipo de arena
usada
Monosistemas
inorgánicos
Técnica de
regeneración
arena verde
mecánica
arena de silicato
sódico
mecánica
Equipo de
regeneración
p.ej. excoriación por
chorro de aire
Utilización
•
•
arena de renovación
para la circulación de
la arena verde
sólo para fabricar
moldes y machos por
la técnica de moldeo
con silicato sódico
Condiciones marginales
•
•
•
requiere secado previo
valorización de los
finos
fragilización de los
componentes del
aglomerante a 200 ºC
Cantidad
mínima
0,75 t/h
0,5 t/h
Monosistemas
orgánicos
arena de resina
fría
arena Cold-Box,
SO2, Hot-Box y
Croning
arena de
metilformiato
mecánica o
térmica
mecánica o
térmica
actualmente no
regenerable
mecánica: fricción,
impacto, excoriación
por chorro de aire
térmica:
horno de capa
turbulento, tubular
rotatorio y de lecho
fluidizado
•
mecánica:
excoriación por
chorro de aire,
fricción centrífuga,
fluidizado
térmica:
horno de capa
turbulenta, tubular
rotatorio y de lecho
fluidizado
•
•
para fabricar moldes
por la técnica de
moldeo con resina
fría
20 - 25 % en
sustitución de arena
nueva para fabricar
machos caja fría
•
para fabricar machos,
en sustitución de la
arena nueva
•
•
•
•
•
con reservas, en la
técnica de moldeo
con metilformiato
•
mecánica: sólo en caso 1,5 t/h
de suficiente
frragilización de las
cáscaras de aglomerante
durante la colada
se deben cumplir los
valores orientativos
para la calidad del
regenerado
mecánica: sólo en caso 0,75 t/h
de suficiente
fragilización de las
cáscaras de aglomerante
durante la colada
se deben cumplir los
valores orientativos
para la calidad del
regenerado
finos
fragilización de los
componentes del
aglomerante
Las arenas aglomeradas con resina sintética pueden regenerarse también por vía térmica. La
ventaja principal de la regeneración térmica reside en la incineración de los compuestos
orgánicos y de los productos de transformación originados durante la colada. El polvo
generado durante esta variante de regeneración se hace inerte a temperaturas de 750 a 900º
C. Tras una buena clasificación, los regenerados pueden alcanzar una calidad equivalente a
la de la arena nueva.
La regeneración térmica no puede eliminar los elevados contenidos de álcalis, de las arenas
de silicato sódico y de metilformiato. Es más los compuestos alcalinos (p. ej. sodio, sales de
89
potasio) contenidos en esos sistemas aglutinados, se sinterizan en la superficie de los granos
de cuarzo, acumulándose en el regenerado y mermando la resistencia de los machos
fabricados con el regenerado.
5.3.1.3.2
Sistemas mixtos
Los sistemas mixtos orgánicos pueden regenerarse tanto por vía mecánica, en regeneradores
en frío, como por vía térmica, y utilizarse a continuación para la fabricación de machos en
sustitución de arena nueva (Tabla 32). La regeneración térmica tiene la ventaja de incinerar
los compuestos ácidos de las técnicas de machería en caja caliente y SO2.
La regeneración térmica de las arenas mixtas que contienen bentonita presenta por el
contrario la desventaja de que a las temperaturas de trabajo se desactiva la bentonita activa
contenida en la arena y aumenta la oolitización. Además también se incinera el aditivo
carbonoso, formador de carbono brillante, que aún está activo en la arena usada. La
recuperación, y restitución, de dichas sustancias valorizables sólo es posible diseñando una
fase previa de depuración mecánica de forma que, por fricción y captación de polvo, se
elimine de la arena usada la bentonita activa y el formador de carbono brillante (hulla). La
regeneración térmica requiere una depuración mecánica posterior, a fin de separar de la
arena los finos y los componentes calcinados del aglomerante.
Las arenas usadas mixtas pueden sustituir a la arena nueva en la fabricación de machos, tras
una regeneración mecánica de alta calidad o una regeneración mecánico-térmico-mecánica.
La regeneración puramente mecánica requiere un secado previo, debido a la presencia de
agua y de bentonita activa.
Tabla 32. Campos de aplicación de deferentes técnicas de regeneración para sistemas mixtos
Tipo de arena
usada
sistemas mixtos
orgánicos
Técnica de
regeneración
Equipo de
regeneración
Utilización
mecánica o térmica
mecánica: fricción
centrífuga, excoriación
por chorro de aire,
fluidizado
térmica:
horno de capa
turbulenta, tubular
rotatorio, de lecho
fluidizado
•
Para fabricar
machos en
nueva
mecánica o
mecánico-térmicomecánica
mecánica:
abrasión, excoriación
por chorro de aire, en
lecho fluidizado
térmica:
horno de capa
turbulenta, tubular
rotatorio, de lecho
fluidizado
•
para fabricar
machos en
nueva
arena de renovación
para el circuito de la
arena verde
Condiciones
Cantidad
marginales
mínima
mecánica:
0,75 t/h
• sólo en caso de
suficiente
frragilización de las
cáscaras de
aglomerante durante
la colada
• se deben cumplir los
valores orientivos
para la calidad del
regenerado
• valorización de los
finos
sistemas mixtos que
contienen bentonita
arena usada mixta
•
•
•
•
90
requiere secado
previo
la regeneración
térmica combinada
requiere una
regeneración
mecánica eficaz
para extraer la
bentonita activa
finos
0,75 t/h
Las resistencias obtenidas con los regenerados en el moldeo por la técnica de caja fría, así
como el potencial de sustancias no deseadas presente en la arena tras la regeneración,
muestran que los regenerados pueden emplearse en la fabricación de machos, pero deberán
tenerse en cuenta los riesgos en la calidad de la fundición.
Los resultados demuestran además, la necesidad de separar la arena a regenerar de otras
corrientes de sustancias (p.e. arena del granallado y arena usada aglomerada con silicato
sódico), que dificulta enormemente la regeneración.
Para una regeneración eficaz y para el empleo del regenerado en la fabricación de machos es
importante que durante el proceso productivo se reduzca al mínimo posible la mezcla de los
diferentes sistemas de arena. Las piezas deberían ser extraídas del molde sin cantidades
excesivas de arena adheridas a las mismas, que contiene bentonita activa y aditivos
carbonosos. Al mismo tiempo hay que procurar que sólo vaya a parar una pequeña cantidad
de la arena de machos al circuito (sólo para renovar la arena de circulación). Esto facilita por
una parte la preparación de la arena de moldeo y, por otra, la regeneración de la arena de
machos, al presentar una carga inferior de sustancias no deseadas (p.e. bentonita activa,
radicales libres).
5.3.1.4 Potencial de minimización
Tabla 33: Potencial de minimización por regeneración en función del porcentaje de machos
Tipo de arena usada
Arena usada
aglomerada
orgánicamente al 100 %
Potencial de minimización por
95 %
regeneración
Arena usada
porcentaje de machos
> 70 %
80 %
Arena usada
porcentaje de machos
< 70 %
50 %
Si la arena de moldeo usada está compuesta en un 100 % por compuestos aglomerantes
orgánicos, puede recuperarse mediante regeneración el 95 % de la arena y restituirse al
circuito. Conforme disminuye el porcentaje de arena para machos aglomerada
orgánicamente, se reduce sensiblemente el potencial de minimización. La causa reside en
una mayor carga de sustancias no deseadas (p.ej. porcentaje mayor de bentonita activa,
mayor grado de oolitización), lo cual complica la regeneración y hace incrementar la
cantidad de residuos. El potencial de minimización desciende de esta forma en una arena
usada con un porcentaje de machos < 70 % hasta sólo un 50 %.
La regeneración mecánica también tiene desventajas, aparte de las ventajas de poder
practicarse de forma discontinua y de que la resina química facilita la regeneración. La arena
usada, por lo general, ha de ser secada previamente. Las arenas para machos no utilizados en
la colada, además, apenas pueden regenerarse por vía mecánica, debido a que las cáscaras de
aglomerante suelen presentar un aspecto dúctil y plástico. Otra desventaja muy importante
es la elevada cantidad de finos que normalmente se genera, y que puede situarse entre un 5 y
un 40 % en función de la composición de la arena usada. La generación de esta cantidad de
finos puede limitarse mediante una selección adecuada de la arena usada a regenerar,
adaptando convenientemente la regeneración y restituyendo las sustancias valorizables
separadas.
91
Los sistemas de regeneración mecánica y térmica-combinada permiten en parte recuperar y
restituir al circuito sustancias valorizables como la bentonita y los aditivos carbonosos.
Mediante la regeneración térmica se inertiza ciertamente todo el material, pero esto
incrementa al mismo tiempo el esfuerzo abrasivo en las siguientes fases mecánicas o
neumáticas de regeneración. El aprovechamiento de las sustancias valorizables sólo puede
conseguirse separando, y recuperando, la bentonita activa y los aditivos carbonosos, a través
de una fase previa mecánica de depuración.
5.3.2 Condiciones económicas
5.3.2.1 Instalaciones mecánicas sencillas de recuperación para arenas aglomeradas
con resinas químicas autofraguantes
Estas instalaciones vienen utilizándose desde hace tiempo. Los costes fijos se sitúan, según
la cantidad a regenerar y la suma invertida, entre 150 y 4860 pts/t (Figura 28). Los costes
variables ascienden aproximadamente a unos 1800 pts/t. Los costes totales (la suma de los
costes fijos y de los costes variables) se sitúan en consecuencia entre 1950 y 6660 pts/t de
regenerado, variación que obedece al tamaño y al equipamiento de la instalación. Los costes
variables no pueden especificarse con precisión, este dato sólo puede calcularse para cada
instalación de regeneración. Si las cargas son muy pequeñas, y la instalación no se utiliza
con frecuencia, los costes variables pueden llegar al doble del valor indicado anteriormente.
Los costes de capital se componen de la suma invertida, de la amortización (plazo de
amortización 8 años) y de los intereses (tipo de interés 8 %).
5.3.2.2 Instalaciones térmicas de regeneración e instalaciones mecánicas de alta
calidad para regenerar arenas usadas mixtas
Los costes de inversión varían según el tamaño y el equipamiento de la instalación (Figura
29). Para la regeneración térmica se emplean sobre todo hornos de capa turbulenta, a los que
normalmente precede y sucede una fase mecánica. Las instalaciones mecánicas de
regeneración de alta calidad son p.ej. instalaciones de regeneración de la arena por abrasión.
Las instalaciones más pequeñas tienen una capacidad de 0,75 t/h o de 1.500 t/año de
regenerado. Una fundición mediana se sitúa entre 2.500 y 5.000 t/año de regenerado.
92
Costes de regeneración en Ptas/t (costes fijos)
7.000
Amortización: 8 años
6.000
Interés: 8%
5.000
Costes de inversión: 90.000.000
4.000
3.000
2.000
1.000
Costes de inversión:
45.000.000
5.000
10.000
20.000
Cantidad de arena regenerada en t/año
30.000
40.000
IHOBE, S.A.
■
▲
Costes de inversión: 90 Millones pts.
Costes de inversión: 45 Millones pts.
Figura 28. Costes fijos por tonelada de regenerado en instalaciones mecánicas sencillas de recuperación
para arenas de moldeo aglomeradas con resina fría.
La instalación más pequeña (inversión de 90 millones de pts.), situando el plazo de
amortización en 8 años y los intereses de cálculo en un 8 %, tiene unos costes de capital de
9900 pts/t de regenerado. Estos costes no incluyen los gastos de personal y energía, así como
la eliminación de los finos separados, por lo que por debajo de aprox. 1000 t/año no resulta
rentable este tipo de regeneración.
93
IHOBE, S.A.
Costes del regenerado en Ptas/t (costes fijos)
10.000
Amortización: 8 años
Costes de inversión: 150 Mill.
9.000
Interés: 8%
8.000
7.000
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0
0
1.500
2.500
5.000
10.000
15.000
20.000
30.000
Cantidad de regenerado en t/a
Figura 29. Costes fijos por tonelada de regenerado en instalaciones térmicas de regeneración e
instalaciones mecánicas de alta calidad para regenerar arenas usadas mixtas
5.3.3 Evaluación ambiental
La regeneración de arena de moldeo usada, de forma que pueda volver a ser utilizada en
sustitución de la arena nueva, es una medida de valorización a través de la cual se minimiza
el empleo de arena nueva.
5.3.3.1 Impacto en otros medios
• Aire
La regeneración mecánica origina emisiones de partículas adicionales, limitadas por las
instalaciones de captación de polvo. En la regeneración térmica han de tenerse en cuenta
además las emisiones del combustible, p.ej. NOx y SO2.
• Agua
El agua no sufre contaminación alguna.
• Residuos
La cantidad de residuos se minimiza proporcionalmente a la cantidad de material
recuperado. Sin embargo, se genera un residuo en forma de polvo que presenta un
porcentaje elevado de finos y de carbono (> 10 % en la regeneración mecánica de la arena
regenerada).
94
• Energía
La regeneración mecánica necesita sólo un aporte adicional de energía, la regeneración
térmica, sin embargo, presenta una demanda sensiblemente superior de combustible.
5.3.3.2 Otros criterios ambientales
La regeneración es una valorización altamente cualitativa puesto que se restituye la arena
usada al proceso original.
Los contaminantes de las cáscaras de aglomerante se destruyen durante la regeneración
térmica; en la regeneración mecánica se produce una acumulación en los residuos
producidos. Estos contaminantes se destruyen, no obstante, si el residuo se destina a una
valorización térmica en la industria del cemento o del ladrillo.
5.4
VALORIZACIÓN EN LA FABRICACIÓN DE CEMENTO
En la fabricación de cemento se utilizan habitualmente arenas que ajustan la composición,
estas arenas pueden ser sustituidas, en principio, por arenas de moldeo usadas.
En función de la tecnología de cada cementera se puede añadir la arena en la zona caliente
directamente (adición en zona caliente) o premezclada con el resto de materiales (adición
convencional)
En Alemania se han realizado varios ensayos donde se ha constatado que no es necesario
realizar la molienda de la arena, la mayor granulometría de la arena favorece la calcinación
del carbono y de las sustancias orgánicas. Por tanto, la molienda sólo será necesaria cuando
lo requiera técnicamente la cementera y no desde el punto de vista ambiental.
El polvo de carbón y las pequeñas cantidades de sustancia orgánica que contienen las arenas
se incineran por completo a lo largo del proceso.
Las cementeras sin embargo, sí pueden exigir concentraciones límites para el dióxido de
silicio, hierro, aluminio como componentes fundamentales del cemento, o límites para el
cloro y metales pesados.
Desde el punto de vista ambiental, la hulla adicionada a las arenas de moldeo en verde y los
restos de resinas pueden liberar sustancias orgánicas volátiles y productos de pirólisis en
caso de realizar la adición convencional. Han de vigilarse los hidrocarburos aromáticos
(BTX), así como los aromáticos policíclicos (PAH) derivados del polvo de carbón. Las
resinas que se utilizan en las fundiciones no liberan aromáticos policíclicos o, en cualquier
caso, la cantidad es mucho menor que con los materiales de moldeo que contienen polvo de
carbón. Las arenas de moldeo usadas, son sustancias pobres en emisiones y con un
porcentaje de carbono < 3 %, y que han pasado por el proceso de colada, no liberan una
cantidad superior de sustancias contaminantes que las arenas naturales.
En la adición en la zona caliente se incineran también los compuestos volátiles de carbono,
como p.e. los PAH y BTX, por lo que tampoco los materiales ricos en carbono, como p.e.
95
los finos procedentes del circuito de la arena de moldeo y de la regeneración, generan
emisiones adicionales. Los arrastres de sustancias contaminantes por la acción del viento
durante el trasvase y almacenamiento pueden evitarse humedeciendo los finos o
suministrándolos en recipientes cerrados, como p.ej. en big-bags.
El empleo de arenas usadas de fundición no produce emisiones más elevadas de metales
pesados, siempre y cuando se añadan arenas y finos con bajos niveles de metales pesados
similares a las de las arcillas naturales.
El potencial de absorción de las cementeras de la C.A.P.V. se estima en 30.000 t/año.
5.5
VALORIZACIÓN EN LA FABRICACIÓN DE LADRILLOS
En la fabricación de ladrillos se utilizan materias porógenas como los recortes de papel. El
uso de arenas usadas y finos podría ser un sustituto a los recortes de papel, además de
aportar carbón al horno.
Esta utilización de arenas usadas también está indicada cuando se utilizan arcillas
demasiado grasas.
Las condiciones de uso sólo se ven limitadas por el propio proceso de las fábricas de
ladrillos y por las condiciones de almacenamiento.
Las arenas procedentes de las fundiciones férreas y de aluminio no afectan a la composición
final de producto.
Desde el punto de vista ambiental se pueden producir un incremento de las emisiones de
hidrocarburos aromáticos (BTX) e hidrocarburos policíclicos (PAH) que pueden ser
eliminados si tras el proceso de combustión hay conectada una combustión térmica
posterior.
5.6
VALORIZACIÓN
COMO MATERIAL EN CONTACTO CON EL SUELO Y MEZCLAS
ASFÁLTICAS
A fin de garantizar una valoración inocua desde el punto de vista ambiental, se han fijado en
Alemania unos valores para usos de arenas en contacto con el suelo (rellenos, construcción
de carreteras, etc). El uso en mezclas asfálticas podría requerir “arenas menos limpias” que
las requeridas en usos en contacto con el suelo.
96
Tabla 34. Normas técnicas para la valorización de arenas de moldeo usadas según la LAGA del 08-091994 (valores de asignación para la sustancia sólida y el eluato para arenas de moldeo)
Parámetro
Sustancia sólida
EOX
Hidrocarburos de aceite mineral (H 18)
PAH (suma según EPA)
Cadmio
Cromo (total)
Cobre
Níquel
Cinc
Plomo
Eluato
pH
Conductividad
Fluoruro
DOC
Nitrógeno-Amonio
Índice fenólico
Arsénico
Plomo
Cadmio
Cromo (total)
Cobre
Níquel
Cinc
Dimensión
Valor de asignación Z2
(Valores límites)
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
3
150
20
5
600
300
300
500
100
µS/cm
µg/l
µg/l
µg/l
µg/l
µg/l
µg/l
µg/l
µg/l
µg/l
µg/l
µg/l
5,5-12
1000
1000
20000
1000
100
60
200
10
150
300
150
600
El potencial de absorción en la fabricación de asfaltos se ha estimado entre 56.000 t/año y
140.000-200.000 t/año en la CAPV dependiendo en que fracción se incluya
5.7
VALORIZACIÓN EN OTROS SECTORES
Fundición secundaria de cobre
La adición de sílice en la fundición secundaria de cobre se realiza con el fin de silicatar el
óxido de hierro y disminuir el punto de fusión. De esta manera se consigue la suficiente
diferencia de densidad entre la escoria y el metal lo que permite colarlos de forma
independiente.
En principio, el contenido de metales de las arenas usadas no estaría limitada excepto en
cromo (<1% Cr total) y aluminio (<7% en Al2O3).
En cuanto a la granulometría no hay limitación, pues si son finos la inyección se podría
hacer bajo nivel de la escoria a 1.150ºC. No se producirían emisiones adicionales de PAH y
BTX, puesto que a la temperatura del horno estos compuestos se incineran.
La capacidad máxima de arena que podrán absorber este tipo de empresas dentro de la
CAPV se sitúa en torno a las 10.000 t/año.
97
Recuperación pirometalúrgica de polvos de acería y fundición con alto contenido en
zinc
La sílice, en el proceso de recuperación de zinc y plomo de polvos de acería y fundición se
añade como escorificante.
En principio no existen limitaciones en cuanto a la granulometría, contenido en materia
orgánica y metales.
La capacidad máxima de arena que podrán absorber en este tipo de empresas dentro de la
CAPV se sitúa en torno a las 15.000 t/año.
5.8
VALORIZACIÓN METALÚRGICA DE ARENA PROCEDENTE DEL GRANALLADO
En las fundiciones se generan subproductos que contienen metales, tanto en forma
compacta, p.ej. bebederos, como en forma granular, p.ej.: arenas del granallado.
Los primeros se funden y reutilizan normalmente en la propia fundición. Las arenas de
granallado sin embargo no se pueden fundir directamente. Los finos más granallado se
podrían fundir en hornos altos de plantas siderometalúrgicas. El límite en contenido en
hierro en Alemania se ha fijado entre un 30-50% para que sea rentable. Sin embargo, esta
valorización suele estar condicionada por la distancia a las plantas.
98
Método para ahorrar materias primas y reducir residuos de arenas de moldeo en su empresa
6.
MÉTODO PARA AHORRAR MATERIAS PRIMAS Y REDUCIR RESIDUOS
DE ARENAS DE MOLDEO EN SU EMPRESA
6.1
OBSERVACIONES DE CARÁCTER GENERAL
La aplicación del método para ahorrar materias primas y reducir residuos de arenas de
moldeo en la fundición requiere el inventario de la situación actual de los procesos, la
realización de balances de materias, el análisis de distintos flujos de materia y evaluación de
las posibles medidas de minimización.
A continuación se resumen en forma de diagrama de flujo las distintas fases para aplicar
dicho método, relacionando dichas fases con los apartados correspondientes de este Libro
Blanco.
INICIO
Mejora Continua
RECOPILACIÓN DE DATOS DEL PROCESO (6.2.1)
BALANCE DE MATERIAS (6.2.1)
ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICO DE PRINCIPALES
PARÁMETROS DE LAS ARENAS (6.2.2)
DEFINICIÓN DE LAS MEDIDAS DE
MINIMIZACIÓN (6.2.3)
Consultar
Capítulos 5 y 7
EVALUACIÓN TÉCNICO-AMBIENTAL (6.2.4)
EVALUACIÓN ECONÓMICA (6.2.5)
IMPLANTACIÓN DEL PLAN DE ACCIÓN DE
MEDIDAS A ADOPTAR (6.2.6)
IHOBE, S.A.
Figura 30: Método para ahorrar materias primas y reducir residuos de arenas de moldeo
Antes de entrar en el método es necesario presentar una serie de términos que se usan a lo
largo del capítulo:
99
− Cantidad específica de residuos: (t/t). Cantidad de residuos generados en la producción
de moldes y machos y granallado (arena y finos) en relación a la producción neta de
fundición (fundición buena) en toneladas de hierro o acero.
− Eficiencia de la regeneración: (%). Disminución de la contaminación de la arena en el
proceso de regeneración (p.ej. disminución del contenido de chamota en regeneración de
arenas en verde).
− Grado de reciclaje interno: (%). Relación entre la arena reciclada y la cantidad total de
arena usada para la producción de moldes y machos.
− Preparación de arena: tratamiento tradicional de la arena después de la colada, incluido
homogeneización, adición de agua y bentonita para reusarla como arena de moldeo.
− Regeneración de arena: tratamiento de la arena de fundición usada (arena de moldeo y
machos) por medios mecánicos, neumáticos o térmicos (o combinación de estos), para su
reutilización como arena nueva en la línea de moldeo y especialmente en la machería.
− Rendimiento de la regeneración (%). Relación entre la cantidad de arena regenerada y la
entrada de arena al proceso de regeneración.
6.2
DESARROLLO DEL MÉTODO
6.2.1 Análisis de la situación actual
El análisis de la situación actual constituye la base de partida para el desarrollo del concepto
de minimización.
El análisis incluye:
− Tecnología de producción de los moldes y machos en las diferentes líneas.
− Descripción del proceso de producción. Diagrama de proceso, relacionando las distintas
secciones.
− Balance de materias, entrada de materias primas y salida de residuos en un cierto periodo
de tiempo (por norma general, un año).
− Parámetros más relevantes del material de moldeo.
Para realizar esta fase se puede utilizar el cuestionario que se presenta a continuación para lo
cual es importante referir los datos a un mismo periodo de tiempo, (p.ej. un año).
100
Cuestionario para la recopilación de datos. (Hoja 1 de 2)
1.- Procesos productivos
a) Fundición.− Tipo de Fundición: (especificar gris (GG), nodular (GGG), acero, etc.)
− Aleaciones: (especificar t/mes o año de cada aleación, no distinguiendo entre las diversas calidades de gris,
nodular. Especificar si las aleaciones son especiales como acero al carbono, manganeso, etc…):
− Cantidad de metal fundido (bruto fundición) (t/año):
− Cantidad de fundición buena (neto fundición) (t/año):
b) Hornos.− Número de hornos (referido a fusores):
A continuación rellenar por cada horno
− Tipo (Cubilote, de inducción, de crisol, etc., de media o frecuencia de red,…):
− Marca:
− Capacidad:
− Rendimiento (t/hora):
Si existen hornos de mantenimiento o de vertido en los moldes especificar también.
c) Colada.− Tratamiento de la colada (referido a nodulación, inoculación, tipo de cuchara, desoxidantes, etc):
2.- Fabricación de moldes
Rellenar por cada tipo de moldeo (arena en verde, resinas, etc)
− Técnica (arena en verde, resina, silicato, etc.):
− Moldeadora (horizontal, vertical, etc.):
− Rendimiento (moldes/hora):
− Dimensiones caja de moldeo:
− Moldes por relevo (también puede ser día, semana, mes):
− Tn de arena preparada por relevo (día, semana, mes):
− Número de relevos por día y días anuales de trabajo:
− Arena nueva de moldeo (cantidad adicionada por: día, semana, mes, año):
− Arena nueva de machos (cantidad adicionada por: día, semana, mes, año):
− Análisis típico de arena (copia de un par de análisis):
− Transporte de los moldes:
− Desmoldeo (tipo de desmoldeo):
− Preparación del material de moldeo (molino, mezclador, turbo mezclador, en algún caso coincidirá con la
moldeadora):
− Participación en la producción de la fundición (% sobre el total de la fundición, cantidad de metal fundido
en dicha línea):
− Peso de las piezas (entre qué pesos y peso medio):
− Número de piezas (piezas al año):
− Gama de productos:
3.- Fabricación de machos
Rellenar por cada tipo de macho
− Tipo de macho (caja fría, caliente, cáscara, etc):
− Componentes (% de los componentes, resina, catalizador, etc.):
− Producción de machos (t/día o semana, mes, año):
− Punto de empleo de los machos (cuánto en cada tipo de moldeo diferente):
− % de machos rotos o peso de machos rotos:
− % de arena reciclada (cantidad de arena de los machos que se incorpora a la arena de moldeo):
101
Cuestionario para la recopilación de datos. (Hoja 2 de 2)
4.- Preparación de arena
Rellenar por cada línea de moldeo, en caso de que las líneas sean independientes.
− Tipo de preparación (desmoldeo, separador magnético, trituración, ciclones, aspiraciones, enfriadores,
silos, molinos, mezcladores, etc):
− Descripción del circuito de arena
− Punto de consumo del preparado o recuperado:
5.- Diagrama de circulación de materiales
Hacer uno por cada línea de moldeo y machería si son independientes.
− Puntos de consumo (líneas de moldeo y machería):
− Materiales consumidos (incluye la arena usada):
− Cantidades consumidas (incluye la arena usada):
− Puntos de generación de residuos (incluye las granalladoras):
− Cantidades generadas (en cada punto):
− Calcular el grado de reciclaje (arena reutilizada / arena preparada en moldes excepto el agua+arena de
machos):
Arena reutilizada
Grado de reciclaje =
Arena de moldeo − agua + arena machos
− Realizar el diagrama de flujo:
6.- Balance de materiales empleados, subproducto y productos para un periodo determinado
Tabla A: Balance de materiales empleados
Materia primas
Tipo
t/año
Arena nueva en moldeo
Arena para machos
Arena de cromita
Bentonita
Hulla
Resina
Catalizador
Otros
TOTAL
PERIODO
Precio
Residuos
pts/t
Exceso de arena en el circuito
Machos rotos
Finos de la preparación del material de
moldeo, desmoldeo
Arena de granallado
Otros
t/año
Precio
pts/t
TOTAL
BALANCE DE METAL
Metal fundido
Fundición buena
t/año
Tabla B: Valores característicos de los materiales empleados
SUSTANCIA EMPLEADA
CANTIDADES EN KG/100 KG DE
metal fundido
fundición buena
Arena nueva (moldeo)
Arena nueva ( incluida arena machos)
Bentonita
Hulla
Catalizador
Resina
Relación metal: arena (material de moldeo elaborado + machos)
Cantidad específica de residuos =
102
Total de residuos
= t /t
Fundición buena
6.2.2 Análisis de arenas
Análisis físico-químico de las arenas
Con el fin de determinar los potenciales de minimización (reutilización de arenas,
regeneración y/o reutilización externa), es necesario conocer ciertas características físicas y
químicas del material de moldeo y los residuos. Los parámetros a analizar son:
Tabla 35 Análisis químicos en finos/arena
PARÁMETRO
S
C
N
Al2 O3
Fe total
Cr total
Ni
P
Fe metal
PAH total
Na+ (1)
K+ (1)
MUESTRA 1
UNIDAD
%
%
%
%
%
%
%
%
%
mg/kg
%
%
MUESTRA 2
(1) Analizar cuando se utiliza silicato.
Tabla 36. Análisis de las características físicas de los finos/arena
PARÁMETRO
Humedad a 105ºC
Pérdidas por calcinación
Componentes volátiles
Sedimentos
Chamota
Nº AFS
UNIDAD
%
%
%
%
%
Análisis químico en el eluato
Estos análisis son sólo necesarios para el envío a valorización externa.
Tabla 37: Análisis del eluato
PARÁMETRO
pH
Conductividad
Cr (VI)
DOC
Consumo de HNO3 (1)
Consumo de NaOH (2)
Fenoles
UNIDAD
---µS/cm
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
(1) Para eluatos básicos.
(2) Para eluatos ácidos
Los puntos de muestreo se deben elegir en función de la representatividad (por ej.: material
de moldeo a la entrada a la línea, material de moldeo después de la preparación, finos de
103
preparación línea de moldeo, finos de desmoldeo) y de la cantidad generada. Asimismo, los
puntos deben ser tales que se evite la mezcla con otros materiales.
6.2.3 Definición de las medidas de minimización.
Las medidas de minimización comprenden:
− Medidas internas para reducir la generación de residuos optimizando el proceso (Capítulo
5).
− Regeneración de arenas usadas para reutilizar la arena en la fabricación de machos
(Capítulo 5).
− Valorización externa. (Esta opción está todavía en desarrollo en la Comunidad Autónoma
del País Vasco).
Con el fin de fijar las medidas más adecuadas para cada fundición, compare su fundición
con los ejemplos descritos en el siguiente capítulo, teniendo en cuenta:
− Tamaño de la fundición.
− Tipo de machos y moldes.
− Productos fabricados.
Para la evaluación de la situación actual compare sus valores con los siguientes valores
típicos:
Tabla 38: Parámetro características de residuos generados
TIPO DE FUNDICIÓN
Hierro y acero (moldeo manual)
Hierro y acero (moldeo automático)
Aluminio
t de residuos
t de fundición buena
0,8
0,5
1,6
Estos valores pueden variar considerablemente de acuerdo a la geometría de la pieza y
particularmente a la cantidad de machos.
Adicionalmente, en el capítulo 5 se describen las principales medidas de minimización.
6.2.4 Evaluación técnico-ambiental
Una vez fijadas las medidas que pueden ser implantadas en la empresa:
− Chequear si son compatibles en el proceso de producción (p. ej.: compatibilidad del
sistema de aglomerante con el uso de arena reciclada).
− Dibujar el nuevo diagrama de flujo.
104
− Cálculo/estimación de la posible reducción de la cantidad de residuos generados en
función de los datos de los capítulos 4 y 5.
Con estos datos habrá que fijar las prioridades de actuación de acuerdo a las posibles
cantidades reducidas y costes.
Los criterios para priorizar pueden ser:
-
Disminución cantidad de residuos generada.
Ahorro de materias primas.
Mejora relaciones con los gestores de residuos (vertederos).
Mejora relaciones con la Administración.
6.2.5 Evaluación económica
Para hacer la valoración económica, es recomendable hacer un balance para cada medida
propuesta que nos ayudará a realizar la priorización.
Tabla 39: Evaluación económica de las medidas propuestas
Balance económico
Personal
Energía eléctrica
Productos y materiales
Mantenimiento
Gestión de residuos
Coste total
Inversión
Retorno de la inversión
Situación actual
Pay − back =
Nuevo proceso
Inversión
Coste inicial − Coste total nuevo proceso
6.2.6 Desarrollo de un plan de acción
Fijar el programa de acción una vez definidas las prioridades y el retorno de la inversión.
105
7.
APLICACIÓN DEL MÉTODO PARA AHORRAR MATERIAS PRIMAS Y
REDUCIR RESIDUOS A CINCO FUNDICIONES DE LA CAPV
ANALIZADAS POR IHOBE, S.A.
7.1
SELECCIÓN DE LAS EMPRESAS Y OPERACIONES ANALIZADAS
La selección de empresas a analizar se ha realizado de modo que la gran mayoría de
empresas de la CAPV puede identificarse con alguna de ellas.
Por esta razón es importante recordar la caracterización del sector fundición en la CAPV en
función de la sectorización, la técnica de moldeo, el tipo de machos, las series, las cifras de
producción y el tipo de metal férreo producido. En la Tabla 40 se presenta una
caracterización semicuantitava que permite extrapolar la representatividad de las empresas
seleccionadas.
Tabla 40: Caracterización del sector de fundición férrea de la CAPV
Factor de caracterización
Sectores clientes
Técnica de moldeo
Técnica de fabricación de
machos
Series
Producción (t/a)
Tipo de fundición
-
Concepto
Automoción y vehículo industrial
Maquinaria agrícola y máquina herramienta
Valvulería y accesorios de tubería
Otros
Moldeo en verde
Moldeo químico
Caja fría
Cáscara
Silicato ester
Otros
Grandes
Medianas
Pequeñas
Alta ≥ 30.000 t/a
Media 10.000 t/a-30.000 t/a
Baja ≤ 10.000 t/a
Hierro
Acero
••• Alta
•• Media
• Baja
Representatividad
•••
••
•
••
•••
••
•••
•/••
•
•/••
•••
•/••
•/••
•
•••
••
•••
••
En consecuencia las empresas seleccionadas tienen tal y como se muestra en la Tabla 41 el
perfil que se describe a continuación:
• Empresa A: Fundición en serie en moldes de arena verde, fabricados en dos
instalaciones: una de moldeo horizontal y otra vertical, ambas mecanizadas, con machos
de caja fría.
• Empresa B: Fundición en serie en moldes de arena en verde, fabricados en
instalaciones de moldeo vertical sin caja mecanizadas, con machos de caja fría y de arena
prerrevestida producidos en el exterior por otra empresa auxiliar.
106
Aplicación del método para ahorrar materias primas y reducir residuos a cinco fundiciones de la CAPV
• Empresa C: Fundición de pequeñas y medianas series en moldes de arena en verde,
fabricadas en tres instalaciones de moldeo horizontal mecanizadas, con machos de caja
fría y en su mayor parte de isocianato - poliuretano pero con algunos de ellos en resina
fenólica alcalina con formato de metilo y con propilen carbonato
• Empresa D: Fundición en serie en moldes de arena verde, fabricados en dos
instalaciones de moldeo vertical sin caja mecanizadas, con machos de caja fría y de arena
pre-revestida
• Empresa E: Fundición de acero de pequeñas series en moldes de arena verde
fabricadas en una instalación de moldeo horizontal mecanizada, con machos de caja fría.
Fundición de acero de piezas sueltas de diverso tamaño en moldes aglutinados con
silicato y machos de caja fría y silicato.
Tabla 41: Caracterización de las fundiciones estudiadas
Empresa
A
B
C
D
E
Técnica de moldeo
Automático
Automático
Automático
Automático
Manual
Moldeo Silicato - éster:
Moldeo Manual
Machos
Caja fría
Caja fría
Cascara
Caja fría (tres tipos
de resinas)
Caja fría
Arena prerrevestida
(resina fenólica)
Caja fría
Producción (t/año)
43.000
22.000
10.000
12.000
4.000
Número de piezas
Series,
grandes series
Series,
grandes series
Series,
pequeña, mediana
Series,
mediana-alta
Pequeñas series
Silicato - éster
Piezas sueltas
La selección de empresas representativas tiene por objeto traccionar en materia de
minimización de arenas sobre otras fundiciones de perfiles similares en la CAPV. Los
resultados obtenidos, que se muestran a modo de resumen en la siguiente tabla, pretenden
motivar al sector industrial para que profundice en la/s empresa/s de su interés.
Tabla 42: Resumen de medidas propuestas
Empresa
A
B
C
D
E
Minimización dentro
de fundición
20%
15%
16%
26%
24%
regeneración
Valorización
Total
32%
8%
20%
58%
52%
40%
25%
72%
73%
68%
66%
57%
107
7.2
EMPRESA A. FUNDICIÓN DE PIEZAS DE AUTOMOCIÓN, MOLDEO EN VERDE
Material
Serie
Moldes
Instalación
Machos
Producción
Empresa A
Hierro
Grandes series, piezas de automoción
Arena verde
Moldeo horizontal; automatizado
Moldeo vertical; automatizado
Caja fría
43.000 t/a
7.2.1 Situación actual de la empresa A
7.2.1.1 Fundición y técnicas de fabricación de moldes y machos
En la fundición analizada se elaboran piezas en serie desde 0’5 kg hasta 12 kg con un peso
medio de 7’5 kg. Son piezas exclusivamente para automoción como brazos de suspensión,
portamanguetas, colectores y discos ventilados. La producción total asciende a unas 43000
t/año. Los metales se funden en hornos de inducción y los moldes se fabrican en arena en
verde y los machos en caja fría.
Técnica de moldeo con arena verde
La fabricación de los moldes se lleva a cabo en dos líneas de moldeo automático en las
cuales el proceso de preparación de la arena de moldeo es independiente. En la línea de
moldeo horizontal e impacto, la arena se prepara en un molino mezclador de turbulencia,
mientras que en la otra línea de moldeo vertical sin caja, disparo y compresión, la arena se
prepara en un molino mezclador de rulos. Los moldes horizontales son transportados hacia
la colada y enfriamiento mediante un sistema de rodillos y los verticales por empuje y
traslado sobre barras metálicas. En los moldes se colocan los machos previamente a la
colada.
La arena y las piezas se separan en una parrilla vibrante en el caso de los moldes
horizontales y en un tambor giratorio en el caso de los moldes verticales. A continuación las
piezas se desmazarotan, granallan y rebarban. La arena usada se depura y prepara para una
nueva utilización.
Técnicas de fabricación de machos
Los machos de caja fría se producen en máquinas disparadoras automáticas, la arena es
suministrada por un único molino mezclador programado para cada máquina. En una de las
máquinas los machos son rebarbados y pintados automáticamente, en el resto de máquinas
estas operaciones son manuales.
Los machos se recogen en contenedores o carros y son transportados a la zona de moldeo
para su utilización.
108
En la Tabla 43 se resumen los procesos y técnicas de fabricación
Tabla 43: Resumen de los procesos y técnicas de fabricación de la Empresa A
Proceso
Fusión
Tratamiento de colada
Fabricación de moldes:
Técnica de moldeo con
arena en verde
Fabricación de machos
Preparación arena
desmoldeada
Procedimiento / Técnica
• 4 Hornos de fusión por inducción de media
frecuencia ( capacidad: 12 t; rendimiento
14,7 t/hora).
• 1 Horno de inducción de canal para
mantenimiento de 60 t de capacidad.
• Tundish-Cover
• Inoculación
• 1 Moldeadora horizontal con caja de impacto
(marca: BMD):
• Dimensiones de las cajas: 850x700x220
mm.
• Rendimiento: 165 moldes/hora
• Transporte de los moldes: Caminos de
rodillos
• Desmoldeo: Parrilla vibrante
• Preparación del material de moldeo: Molino
mezclador de turbulencia (4 t/molinada) con
control de humedad
• 1 Moldeadora vertical sin caja de disparo y
alta presión (DISAMATIC):
• Dimensiones de los moldes:
600x480x210 mm.
• Transporte de los moldes: AMC
• Desmoldeo: Tambor giratorio
• Preparación del material de moldeo:
Molino mezclador de rulos (4
Tn/molinada)
• Técnica de caja fria en disparadoras
automáticas
• Pintura: Refractaria en base agua
Producto
• Fundición de hierro con
grafito laminar
• Fundición nodular
• Producción: 25000 Tn/año
nodular
• Peso de las piezas: 4 - 12 Kg
• Numero de piezas:
4.166.000
• Gama de productos:
Automoción
(5000 Tn nodular y 13000
Tn gris)
• Peso de las piezas: 0,5 a
10,5 Kg
• Número de piezas:
2.250.000
Automoción
• Producción de machos:
10778 t/a (BMD: 7920 t,
DISAMATIC: 2858 t)
• Empleo de los machos:
Moldeo arena en verde
• Línea BMD: Desmoldeo en parrilla vibrante, Empleo de desmoldeado
separador magnético, rompedor de terrones, preparado: Moldeo arena en
ciclones, criba poligonal, enfriador de lecho verde
fluidificado, silos y molino.
• Línea DISAMATIC: Desmoldeo en tambor,
separador magnético, ciclones, criba
poligonal, enfriador de lecho fluidificado,
silo y molino.
7.2.1.2 Circulacion del material de moldeo
En el siguiente diagrama (Figura 31) se presenta la circulación de los materiales de moldeo
109
Figura 31: Circulación de materiales de moldeo
110
E1 Arena nueva
E6 Comp I
E7 Comp II
E8 Catalizador
E9 Hulla granulada
E10 Pintura
R3.2’
Silo
Arena sobrante
a vertedero
Arena usada
R2.2
Preparación de material
de moldeo
(Disamatic - Línea 2) MM1.2
E1 Arena nueva
E2 Bentonita
E3 Hulla
E4 Agua
R3.2
R2.1
Preparación de material MM1.1
de moldeo
(BMD - Línea 1)
E5 Cereal
R3.1
Silo
R3.1’
Arena sobrante
a vertedero
Restos de machos
a vertedero
R7.2
Criba poligonal
Moldeo Línea 2
Machería
Moldeo Línea 1
Criba poligonal
R7.1
Restos de machos
a vertedero
R6.2
MM5.2
MM5.1
R5.2
Finos a vertedero
Elevador
Enfriamiento
Separador magnético
Colada
MM4
Fusión
MM4
Colada
Ciclones a circuito
R1.2
MM3.2
MM2
MM2
MM3.1
R1.1
Finos a vertedero
R5.1
Elevador
Enfriamiento
R6.1
Ciclones a circuito
EMPRESA A
R4.1
R0.2
Desmoldeo
Desmoldeo
(Parrilla)
R0.1
MM6.2
R8
MM0
Fundición
terminada
IHOBE, S.A.
Arena y finos
a vertedero
Granalladora
MM6.1
Ciclón tambor a vertedero
bajo rendimiento
Aclaraciones a las sustancias empleadas, subproductos y productos:
E1
E2
E3
E4
Entradas de
E5
materias
E6
primas
E7
E8
E9
E10
MM0
MM1.1, MM1.2
MM2
Flujos de
MM3.1,MM3.2
fusión y
MM4
colada
MM5.1, MM5.2
MM6.1, MM6.2
Flujos de
línea de
arena
R0.1, R0.2
R1.1, R1.2
R2.1, R 2.2
R3.1, R3.2
R3.1’, R3.2’
R4.1
R5.1, R5.2
R6.1, R6.2
R7.1, R7.2
R8
Arena nueva
Bentonita
Hulla
Agua
Cereal
Componente I de la resina
Componente II de la resina
Catalizador
Hulla granulada
Pintura
Piezas limpias listas para su terminación (rebarbado y verificación)
Material de moldeo preparado, línea 1 y línea2.
Machos de caja fría
Moldes de arena en verde listos para su llenado o colada, línea 1 y línea 2
Material fundido
Moldes de arena en verde y a coladas, línea 1 y línea 2
Fundición bruta desmoldada, con arena pegada y restos de machos, línea 1 y
línea 2
Arena de desmoldeo sin depurar ni preparar, línea 1 y línea 2
Arena enfriada libre de metales, línea 1 y línea 2
Arena libre de finos y de terrones de moldes y machos, línea 1 y línea 2
Arena usada tratada para ser reutilizada, línea 1 y línea 2
Arena usada tratada retirada del circuito, línea 1 y línea 2
Finos de desmoldeo, línea 1
Finos recogidos en el enfriamiento, línea 1 y línea 2
Finos recirculados al circuito
Restos de la criba de depuración (restos de machos y terrones de moldeo),
línea 1 y línea 2
Finos de la aspiración de la granalladora en los filtros de mangas
Tanto la arena usada procedente del desmoldeo de la línea horizontal (BMD) como la de la
línea vertical (DISAMATIC) es transportada por cintas y elevadores hasta una criba
poligonal donde se retiran los terrones de los machos y de los moldes, previamente un
separador magnético ha retirado las partículas metálicas. Después, la arena pasa por un
enfriador de lecho fluidificado y se almacena en varios silos. Todas las operaciones tienen
una instalación de aspiración con ciclones que devuelven al circuito el fino grueso y retiran
de la instalación el fino que se recoge en los filtros de mangas. Previamente a la criba
poligonal un desterronador deshace los grandes grumos de arena.
La arena usada de la línea BMD, previamente a la criba poligonal, pasa por un
desterronador, con objeto de deshacer los grandes grumos de arena.
El ciclón que hay en el tambor de desmoldeo de la línea DISAMATIC es de bajo
rendimiento, por lo que los finos recogidos no se añaden al circuito sino que van a vertedero.
El grado de reciclaje, es decir, la relación entre la arena usada preparada y la suma de la
arena preparada más la de los machos menos el agua es del 97,23% para la línea BMD y del
94,9% en la línea DISAMATIC.
111
7.2.1.3 Balance de los materiales empleados, subproductos y productos
En la Tabla 44 se indican las cantidades de los materiales consumidos, así como las
cantidades de residuos generados.
Tabla 44: Balance de materiales empleados. Empresa A
Materiales empleados
Cantidad Porcentaje %
t/a
Línea 1: Moldeo arena verde BMD
E1 Arena nueva
583
0,15%
E2 Bentonita
1.717
0,40%
E3 Hulla
682
0,17%
E4 Cereal
32,7
0,008%
E5 Agua
8712
2,2%
R3.1 Arena usada
384.273
97%
TOTAL
396.000
100%
Línea 2: Moldeo arena verde DISAMATIC
E1 Arena nueva
2.816
2%
E2 Bentonita
1.091
0,75%
E3 Hulla
515
0,36%
E5 Agua
3.520
2,50%
R3.2 Arena usada
135.674
94,4%
TOTAL
143.616
100%
Línea 1: Moldeo de machos BDM
E1 Arena nueva
7.920
98,8%
E6+E7 (Comp. I+II)
95
1,2%
TOTAL
8.015
100%
Línea 2: Moldes de machos DISAMATIC
E1 Arena nueva
2.858
98,8%
E6+E7 (Comp. I+II)
34,5
1,2%
TOTAL
2.892,5
100%
7.2.1.3.1
Subproductos / residuos
Cantidad
t/a
Residuos a vertedero:
Arena usada
22.000
Finos BMD
921
Finos DISA
475
Trozos machos
215
Machos rotos
430
Finos y arena granallado
726
TOTAL
24.767
Valores característicos de los materiales empleados
En las siguientes tablas se resumen los valores característicos (indicadores) de la Empresa A
con el fin de facilitar a empresas de similares características la evaluación de sus procesos.
Tabla 45: Valores característicos de los materiales empleados. Empresa A
Material empleado
Arena nueva
Arena nueva (incluida arena para machos)
Bentonita
Hulla
Parte correspondiente a los machos
Relación metal:arena (material de moldeo elaborado + machos)
Arena nueva
Bentonita
Hulla
Relación metal:arena (material de moldeo elaborado + machos)
112
Cantidad en Kg/100Kg
Metal fundido
Fundición buena
1,16
2,33
17
34
3,43
6,86
1,36
2,72
15,84
31,66
1:8
1:16
9
15,64
18,3
31,5
3,5
6
1,66
2,86
9,3
15,86
1:4,7
1:8
Tabla 46: Grado de reciclaje de la Empresa A
Línea 1
97,23 %
Grado de reciclaje
Línea 2
94,9 %
7.2.1.4 Análisis de arenas y finos
7.2.1.4.1
Muestreo
Para evaluar el potencial de minimización de arenas en las fundiciones es necesario conocer
al menos la composición del material de moldeo antes de la preparación del molde, con el
fin de determinar si la calidad se ajusta a la realmente requerida. Asimismo es necesario
conocer la composición de otras corrientes del circuito de arena que permitan detectar
potenciales de minimización adicionales de relevancia.
Con el fin de racionalizar recursos económicos y humanos se han fijado una serie de
criterios para seleccionar dichas corrientes adicionales, como por ejemplo el potencial de
minimización en función de experiencias similares y las cantidades relativas generadas.
En la Empresa A se tomaron muestras de la arena de moldeo y los finos de los dos circuitos
(BMD y DISAMATIC) para ser analizadas.
7.2.1.4.2
Resultados de los análisis y valoración
Los resultados obtenidos de la analítica se presentan en las tablas siguientes:
• La primera tabla recoge parámetros químicos relacionados generalmente con la calidad
del material de moldeo.
• La segunda tabla representa los análisis relacionados fundamentalmente con la posible
valorización, ambientalmente correcta, de las arenas en otros sectores.
• La tercera tabla resume los análisis físicos relacionados con la calidad de la arena.
Tabla 47: Resultados correspondientes al análisis químico de las arenas y finos. Empresa A
Parámetros
S
C
N
Al2O3
Fetotal
Crtotal
Ni
P
Femetal
PAHtotal
Na
K
Unidad
R5.1
Finos BDM
%
%
%
%
MM1.1
Circuito arena
BDM
0,026
2,61
0,07
2,85
%
%
%
%
%
mg/Kg
%
%
0,38
< 0,05
< 0,05
< 0,05
< 0,1
0,27
-
2,30
< 0,05
< 0,05
0,06
0,17
202,7
-
0,21
23,0
0,24
14,6
MM1.2
R5.2
Circuito arena Finos DISA
DISA
0,04
0,30
3,61
24,5
0,08
0,34
2,98
12,8
0,48
< 0,05
< 0,05
0,05
< 0,1
1,54
-
2,25
< 0,05
< 0,05
0,07
0,15
188,9
-
Tabla 48: Resultados correspondientes al análisis de características del eluato. Empresa A
113
Parámetros
Unidad
R5.1
Fino
BDM
10,0
879
< 0,05
51
314
MM1.2
Circuito
arena DISA
10,1
344
< 0,05
67
207
R5.2
Fino DISA
µS/cm
mg/l
mg/l
mg/l
MM1.1
Circuito
arena BDM
9,8
294
< 0,05
61
160
pH
Conductividad
Cr VI
DOC
Consumo
HNO3
Consumo NaOH
Fenoles
mg/l
mg/l
0,15
2,4
< 0,05
0,80
9,9
1048
< 0,05
53
226
Tabla 49: Resultados correspondientes a características físicas de las arenas y finos. Empresa A
Parámetros
Humedad a 105º C
L.O.I.
Bentonita activa
Sedimentos (Finos)
Chamota (oolíticos)
Nº AFS
Arena específica
∅ representativo
7.2.1.4.3
Unidad
MM1.1
Circuito arena
BDM
R5.1
Finos
BDM
%
%
%
%
%
%
2,71
4,54
1,62
5,00
8,77
2,61
57,2
8257
0,28
mm2/gramo
mm
4,49
28,4
10,5
35,7
59,3
2,36
206,8
3,3x104
MM1.2
Circuito
arena
DISA
3,02
5,74
2,37
6,79
9,05
2,62
67,8
8919
R5.2
Finos
DISA
2,39
32,5
10,9
35,7
89,8
2,20
241
4,8x104
0,086
0,26
0,067
Valoración de los resultados
Los análisis físico-químicos de MM1.1 y MM1.2 muestran unas arenas muy limpias con
bajo contenido en finos y bajo contenido en chamota (oolíticos).
Los finos (R5.1 y R5.2) presentan considerables contenidos de carbón útil y bentonita activa
por lo que es posible incrementar su retorno a la arena del circuito.
Tabla 50: Valoración de resultados
Parámetros
Finos
Chamota
Carbón útil
Bentonita activa
Unidad
MM1.1
Circuito arena
BDM
R5.1
Finos
BDM
%
%
%
%
8,77
2,61
---
--23
35,7
114
MM1.2
Circuito
arena
DISA
9,05
2,62
---
R5.2
Finos
DISA
--24,5
35,7
7.2.2 Propuestas y evaluación de medidas de minimización y valorizacion
La primera recomendación sería eliminar la adición de arena nueva en el moldeo, esto es, no
introducir la arena nueva para las líneas de moldeo debido a la alta calidad de la arena del
circuito. La arena nueva se introduciría sólo a través de los machos. Esto reduciría alrededor
de 3000 t/a de residuos. Esta medida no representa ningún riesgo, ni técnico ni de calidad.
La segunda recomendación sería incrementar la reutilización de los finos. La cantidad de
bentonita y hulla contenida en estos finos reduciría la adición que de estos compuestos se
realiza en la actualidad, disminuyendo el consumo de materia prima. El incremento de
reutilización de finos se debe realizar progresivamente con el fin de no sobrepasar el 3% de
chamota (oolíticos) y mantener la permeabilidad en valores apropiados. Esta medida podría
reducir 2000 t/a de residuos (finos + materia prima adicionada).
La tercera medida propuesta consiste en regenerar la arena sobrante de la Línea 1 junto con
los trozos de machos y terrones de la criba poligonal, en una planta mecánica de alto
rendimiento. Esta arena regenerada se usaría para la producción de machos. La Línea 1
genera unas 11000 t/a de arena usada, de las que se obtendrían 7000 t/a de regenerado y
3000 t/a de finos, siendo necesaria una planta de regeneración de 2,5 t/h de capacidad. La
utilización del regenerado en la fabricación de machos debe evaluarse técnicamente
mediante pruebas antes de la adquisición de la planta de regeneración.
Otra posible alternativa es la valorización externa. Actualmente en la CAPV no es una vía
de gestión generalizada y sin embargo parece interesante comentar dicha medida puesto que
ya es operativa en países de nuestro entorno.
Las vías de valorización externa potenciales para las arenas no minimizables tras aplicar las
tres primeras medidas, basándose en la legislación alemana al respecto, son las siguientes:
-
Introducción de los finos en cementera como sustitutos de materia prima, incluyéndose
aquellos finos generados en la regeneración propuesta. Los finos se introducirían en la
“zona caliente” del horno para evitar emisiones atmosféricas adicionales. Estos finos
no podrían sin embargo emplearse como material de relleno debido a su alto contenido
en carbón y PAH.
-
Utilización del exceso de arena como material de construcción de carreteras y rellenos
cuando se admitan contenidos de DOC superiores a 50 mg/l.
Evaluación económica
•
Primera medida: Eliminar la adición de arena nueva en el moldeo.
Debido a las características de la Empresa A sería necesario la adquisición de un nuevo silo
de arena con el fin de almacenar la arena usada que actualmente se retira del circuito.
115
Tabla 51: Valoración económica de la eliminación de la adición de arena nueva en el moldeo
Balance económico
Personal
Energía eléctrica
Mantenimiento
Coste total
Inversión
•
Situación actual
--11.850.000 pts/a
-1.875.000 pts/a
13.725.000 pts/a
--
Situación propuesta
-50.000 pts./a
-50.000 pts./a
100.000 pts/a
1.000.000 pts
0,07 años ≈ 1 mes
Segunda medida: Incrementar la reutilización de finos.
La inversión a realizar consiste en un sistema, tornillo sinfin o cintas transportadoras, para
transportar los finos a la zona de preparación de material de moldeo.
Tabla 52: Valoración económica del incremento de la reutilización de finos
Balance económico
Personal
Energía eléctrica
Mantenimiento
Coste total
Inversión
•
Situación actual
--31.670.000 pts/a
-1.500.000 pts./a
33.170.000 pts/a
-50.000 pts./a
-50.000 pts./a
-100.000 pts/a
1.000.000 pts.
0,03 años ≈ 0,4 meses
Tercera medida: Regeneración mecánica de arenas.
Para valorar económicamente la regeneración mecánica se han considerado, además de los
costes de mantenimiento, electricidad, personal y gestión de los finos generados, los costes
derivados de los siguientes conceptos:
-
Aire comprimido
Gas natural
Repuestos anuales necesarios de la planta
Tabla 53: Valoración económica de la regeneración mecánica de arenas
Balance económico
Personal
Energía eléctrica
Mantenimiento
Coste total
Inversión
Situación actual
--37.920.000 pts/a
-9.000.000 pts/a
46.920.000 pts/a
7.2.3 Resumen
116
5.000.000 pts./a
4.140.000 pts/a
2.150.000 pts/a
1.000.000 pts/a
3.000.000 pts/a
15.290.000 pts/a
70.000.000
2,2 años
La Empresa A puede reducir el 50% de los residuos generados por medidas internas de
minimización que pueden diferenciarse en dos grupos:
-
Medidas organizativas de inversión mínima y riesgo técnico muy reducido. En esta
categoría se incluye la primera medida de “Eliminar la adición de arena nueva en el
moldeo” y la segunda medida “Incrementar la reutilización de finos”,
-
Medidas tecnológicas que implican inversión y suponen un riesgo técnico reducido. La
“Regeneración mecánica de arenas”, tercera medida propuesta, se incluye en esta
categoría.
Parte de los residuos aún existentes tras aplicar las medidas antes citadas (6000 t/a) podrían
gestionarse por vías de valorización externa, esto es, finos a cementera y arenas a
construcción de carreteras, siempre y cuando se hagan operativas estas vías en la CAPV.
Tabla 54: Resumen de la valoración técnica, económica y ambiental de las medidas de minimización y
valorización propuestas para la Empresa A
Medida
1.
2.
Eliminar la
adición de
arena nueva
Incremento de
reutilización
de finos
Material
minimizado /
valorizado
Arena nueva
Arena usada
Cantidad
ahorrada
(t/a)
3.000
3.000
Bentonita
480
Hulla
275
Finos
2000
residuales
3. Regeneración Arena nueva
8000*
de arenas
Arena usada
8000
4. Valorización Finos
5000*
* Considerando implantadas las medidas 1, 2 y 3.
Se señalan en negrita las materias primas
••• Favorable
•• Medio
• Desfavorable
Ahorro
sobre
total
material
(%)
12
12
Inexistencia
de riesgos
técnicos
•••
13,6
1
0,07
•••
28
23
8
•••
(aplicación
progresiva)
33,0
1
0,03
•••
32
32
20
••
(a evaluar)
•
32,6
70
2,2
••
desconocido
--
--
•
117
Ahorros de Inversión
Periodo
costes (MM
(MM
amortización
pts/a)
pts/a)
(años)
Estado de
la técnica
en la
CAPV
7.3
EMPRESA B. FUNDICIÓN DE PIEZAS DE AUTOMOCIÓN, MOLDEO EN VERDE
Material
Serie
Moldes
Instalación
Machos
Producción
Características
Hierro
Grandes series; piezas seguridad automoción
Arena verde
Moldeo vertical sin caja; automatizada
Caja fría
Arena prerrevestida
(subcontratados)
22.000 t/a
7.3.1 Situacion actual de la empresa B
En la fundición analizada se elaboran piezas en serie desde 0'8 Kg hasta 5 Kg siendo las más
habituales entre 0'8 y 2 Kg. Son piezas exclusivamente para automoción, concretamente
piezas de seguridad para frenos. La producción total asciende a 22.000 t/a. Los metales para
la colada se funden en hornos de inducción. Los moldes se fabrican en arena en verde y los
machos en caja fría la inmensa mayoría y en prerrevestida el resto; ambos tipos de machos
se fabrican exteriormente en otra empresa auxiliar.
Técnicas de moldeo con arena verde
El material de moldeo se prepara por cargas en un molino mezclador de turbulencia. La
fabricación mecanizada de los moldes se lleva a cabo en dos líneas de moldeo verticales por
disparo y compresión.
Los moldes se transportan mediante un sistema de empuje y traslado hidráulico sobre barras
metálicas. Sobre ellas se efectúa la colada y los moldes se enfrían según avanzan. En los
moldes se colocan los machos previamente a la colada.
La arena y las piezas se separan en un tambor de desmoldeo, un tambor para cada línea de
moldeo. A continuación las piezas de desmazarotan, granallan y rebarban. La arena usada se
depura y prepara para una nueva utilización.
Aunque los machos se fabrican en una empresa auxiliar, a continuación se expone
brevemente su proceso de fabricación.
Para los machos de caja fría, el material se prepara en un molino mezclador, en cambio el
material para los machos de arena prerrevestida el material viene preparado por el
suministrador.
118
Tanto los machos de caja fría como los machos de arena prerrevestida, se mecanizan en
máquinas disparadoras, recogiéndose en contenedores para su traslado a la planta de
moldeo.
En la Tabla 55 se resumen los procesos y técnicas de fabricación.
Tabla 55: Resumen de los procesos y técnicas de fabricación. Empresa B
Proceso
Fusión
Tratamiento de la
colada
Fabricación de
moldes:
Técnica de moldeo
con arena en verde
Fabricación de
machos
Preparación arena
desmoldeada
• 2 Hornos de fusión por inducción de media
frecuencia (capacidad: 12 t; rendimiento
4,75 t/h)
• Para la colada en moldes tienen 2 presspouring de canal (capacidad 7-8 t) y
dotadas con stopper y laser
• Tundish-Cover
• Inoculación en vena
• 2 Moldeadoras verticales sin caja por
disparo y alta presión (Disamatic) modelos
2013 Mk5-B y 2013 Mk4-A)
• Dimensiones de los moldes:
650x535x(200-300) mm una de ellas y
600x480x(200-300) mm la otra
• Rendimiento: 262 y 238 moldes/h
respectivamente
• Transporte de los moldes: AMC y SBC
• Desmoldeo tambor giratorio
• Preparación del material de moldeo:
Molino mezclador de turbulencia (DISABMD, 3000 Kg/molinada) con control de
humedad y compactabilidad
• Fabricación externa de machos de caja fría
y arena prerrevestida en disparadoras
•
•
•
•
Desmoldeo en tambor giratorio
Tamizado en criba vibrante
2 Separadores magnéticos
Enfriamiento por humectación sobre cinta
(con sondas de humedad y temperatura y
pesaje de la cinta) y aspiración forzada
• Ensilado en silos arena usada
Producto
• Fundición de hierro con grafito
laminar
• Fundición nodular
• Peso de las piezas: 0,8 - 5 Kg
(70% entre 0,8 – 2 Kg)
• Numero de piezas: 15.000.000
• Gama de productos: Piezas de
seguridad, freno de automoción
• Compra de machos: 1177 t/a
(1122 caja fría y 55 arena prerevestida)
• Empleo de los machos: Moldeo
arena en verde
• Empleo de desmoldeado
preparado: Moldeo arena en verde
119
MM1
120
Arena usada
Finos de aspiración
R3
Preparación del material
de moldeo
E1 Arena nueva
E2 Bentonita
E3 Hulla
E4 Agua
R5
Finos o finos que no
absorbe la preparación
del material de moldeo
a vertedero
R5’
Finos
Instalación de moldeo
Machería
R2
MM3
MM2
R10
Restos de machos
procedentes del
cribado a vertedero
R1
Criba poligonal
Enfriamiento en cinta
Elevadores
Colada
MM4
Fusión
EMPRESA B
MM5
R4
R0
Desmoldeo
Finos
aspiración
granallado
más metal
Arena
adherida a
las piezas
más
partículas
metálicas
Arena
procedente
transporte
vibrante
R9
Se junta y se tira
R8
R7
MM0
Fundición
terminada
R6
MM6
Granalladora
Limpieza
IHOBE, S.A.
Aclaraciones de las sustancias empleadas, subproductos y productos:
E1
Entradas de
E2
materias
E3
primas
E4
MM0
MM1
Flujos de MM2
fusión y MM3
colada
MM4
MM5
MM6
R0
R1
R2
R3
R4
Flujos de R5
línea de
arena
R5’
R6
R7
R8
R9
R10
Arena nueva
Bentonita
Hulla
Agua
Piezas limpias listas para su terminación (rebarbado y verificación)
Material de moldeo preparado
Machos de caja fría y arena prerrevestida.
Moldes de arena en verde listos para su llenado o colada
Material fundido
Moldes de arena en verde colados
Fundición bruta desmoldada, con arena pegada y restos de machos
Arena en verde de desmoldeo
Arena usada tratada para ser reutilizada
Finos recogidos en el tratamiento de arena usada
Finos recogidos en la preparación del material de moldeo
Finos recogidos en el desmoldeo
Mezcla de los finos R3, R4 y R2 reutilizados en la preparación del material de
moldeo
Mezcla de los finos R3, R4 y R5 a vertedero
Arena usada procedente del transporte vibrante
Arena adherida a las piezas y partículas metálicas de granallado
Fino de la aspiración de las granalladoras
Mezcla de R6, R7 y R8 a vertederos
Restos de criba poligonal (resto de machos y terrones de moldeo)
La arena usada proveniente del desmoldeo es enviada mediante cintas transportadoras, a la
criba poligonal. Previo a la criba poligonal se eliminan las partículas metálicas empleando
dos separadores magnéticos instalados en las cintas. En la criba poligonal, se reducen los
terrones de los machos y de los moldes. Posteriormente la arena se enfría humectándola en
la cinta de transporte a los silos de almacenamiento de arena usada; desde allí se incorpora al
molino de preparación de arena verde.
Los finos aspirados en la arenería, los procesos de desmoldeo y la zona del transporte
vibrante, van a la tolva de finos pero cuando ésta se llena, lo sobrante va a un silo exterior,
para su posterior depósito en vertedero.
La arena caída en el suelo y los restos de machos y terrones de la criba, se recogen en
contenedores y se llevan también a vertedero.
En las máquinas de granallado la arena de la limpieza con metal y los finos de la aspiración,
más la arena que se retira del vibrante previo a las granalladoras, se juntan en contenedores y
se depositan en vertedero.
arena preparada más la de los machos menos el agua, es del 93,36%.
121
cantidades de subproductos generados.
Tabla 56: Balance de materiales empleados. Empresa B
Cantidad
t/a
Moldeo con arena verde
E1
Arena nueva
2.640
E3
Bentonita
1.870
E4
Hulla
1.045
E5
Agua
4.946
R5
Finos aspiración
2.604
R1
Arena usada
247.298
TOTAL
260.403
Machos del exterior
MM2 Machos
1.177
1.177
TOTAL
7.3.1.3.1
Porcentaje %
1,01 %
0,72 %
0,40 %
1,90 %
1%
94,97 %
100 %
100 %
100%
Subproducto /
Cantidad
Residuos
t/a
Residuos a vertedero
Terrones + Arena
+ fino + fino
granalladoras
6.800
TOTAL
6.800
En las siguientes tablas se resumen los valores característicos (indicadores) de la Empresa B
con el fin de facilitar a las empresas de similares características la evaluación de sus
empresas.
Tabla 57: Valores característicos de los materiales empleados. Empresa B
Material empleado
Cantidades en Kg/100 Kg
Metal fundido
Fundición buena
6
12
8,67
17,35
4,25
8,50
2,37
4,75
2,67
5,35
1:6
1:12
Arena nueva
Bentonita
Hulla
Parte correspondiente a los machos (arena nueva)
Relación metal:arena
(material de moldeo elaborado + machos)
Tabla 58: Grado de reciclaje de la Empresa B
Grado de reciclaje
96,36%
7.3.1.4.1
Muestreo
122
En la Empresa B se tomaron muestras de arena del desmoldeo, mezcla de los finos de la
aspiración de arenería, desmoldeo y cribado así como de los finos de la aspiración del
granallado para ser analizadas.
7.3.1.4.2
•
La primera tabla recoge parámetros químicos relacionados generalmente con la calidad
Tabla 59: Resultados correspondientes al análisis químico de las arenas y finos. Empresa B
Parámetros
S
C
N
Al2O3
Fetotal
Crtotal
Ni
P
Femetal
PAHtotal
Na
K
Unidad
%
%
%
%
R5
Finos
0,15
17,0
0,31
11,6
MM1
Arena circuito
0,04
3,52
0,10
4,03
R7
Finos granallado
0,027
2,35
0,07
1,62
%
%
%
%
%
mg/Kg
%
%
2,51
<0,05
<0,05
0,06
0,41
68,1
---
0,97
<0,05
<0,05
<0,05
<0,1
2,92
---
29,9
0,03
<0,05
<0,05
15,7
5,69
---
Tabla 60: Resultados correspondientes al análisis de características del eluato. Empresa B
Parámetros
Unidad
pH
Conductividad
Cr VI
DOC
Consumo
HNO3
Consumo NaOH
Fenoles
µS/cm
mg/l
mg/l
mg/l
R5
Finos
10,1
700
<0,05
67
203
mg/l
mg/l
-0,20
MM1
R7
Arena circuito Finos granallado
10,1
6,9
331
39
<0,05
<0,05
77
3,3
190
27
-<0,05
-0,10
Tabla 61: Resultados correspondientes a características físicas de las arenas y finos. Empresa B
123
Parámetros
Humedad a 105º C
L.O.I.
Bentonita activa
Sedimentos (Finos)
Nº AFS
Arena específica
∅ representativo
7.3.1.4.3
Unidad
%
%
%
%
%
%
mm2/gramo
mm
R5
Finos
2,49
24,6
8,99
26,47
40,0
2,39
186,5
3,0x104
0,088
MM1
R7
3,27
0,12
5,71
4,45
2,33
0,81
6,27
<0,1
12,0
18,9
2,55
2,95
70,6
124,9
1,0x104
1,6x104
0,23
0,13
Los análisis muestran una típica arena de moldeo con 12% de finos, con 6’3% de bentonita
activa y con un bajo contenido en chamota (oolíticos) de 2’55%. Los finos del circuito
contienen cantidades considerables de carbón útil (17%) y bentonita por lo que se podría
emplear más cantidad en el circuito procurando no rebasar el 3% de chamota (oolíticos) y
mantener la permeabilidad en valores apropiados. El contenido de hierro en los finos del
granallado es del 30% del cual el 15,7% está en forma metálica.
Parámetros
Finos
Carbón útil
Bentonita activa
Fetotal
Femetal
Unidad
%
%
%
%
%
R5
Finos
-26,47
17
---
MM1
R7
12
-6,3
----29,9
-15,7
7.3.2 Propuestas y evaluación de medidas de minimización y valorización
La primera recomendación consiste en incrementar la reutilización de finos. Este incremento
se debe realizar progresivamente con el fin de no sobrepasar la concentración de chamota
(oolíticos) del 3%. Al aportar estos finos ricos en carbón y bentonita reduciríamos también
la adición de estos dos productos con lo que podríamos tener una reducción en conjunto de
unas 1000 Tn/año.
Como se añade mucha arena en machos, no se podría reducir la arena nueva aportada pues
8,67 kg de arena nueva (incluida la de machos) por 100 kg de metal fundido no es excesivo.
medidas propuestas, basándose en la legislación alemana al respecto, son las siguientes:
124
-
Introducción de los finos en cementera como sustitutos de materia prima. Los finos se
introducirían en la “zona caliente” del horno para evitar emisiones atmosféricas
adicionales.
-
Utilización del exceso de arena (p.ej.: la recogida por el suelo, etc.) como material de
construcción de carreteras y rellenos y cuando se admitan contenidos de DOC
superiores a 50 mg/l.
•
Medida. Incrementar la reutilización de finos.
Debido a las características de la Empresa B no se necesitan inversiones para reintroducir
más finos en el círcuito.
Balance económico
Personal
Energía eléctrica
Mantenimiento
Coste total
Situación actual
--12.496.000 pts/a
-750.000 pts/a
13.246.000 pts/a
-------
7.3.3 Resumen
La implantación de la medida organizativa propuesta a la Empresa B puede reducir el 15%
de los residuos generados. La reintroducción de finos no supone riesgos técnicos si se van
incorporando progresivamente.
La valorización externa se podría realizar cuando se verifique su viabilidad técnica,
económica y ambiental en la CAPV.
valorización propuestas para la Empresa B
Medida
1.
Material
minimizado /
valorizado
Cantidad
ahorrada
(t/a)
Incremento de Bentonita
260
reutilización
Hulla
170
de finos
Finos
1000
residuales
2. Valorización Arena usada
4000
••• Favorable
•• Medio
• Desfavorable
Ahorro
sobre
total
material
(%)
14
16
15
Inexistencia
de riesgos
técnicos
•••
(aplicación
progresiva)
13,2
0
--
•••
58
•
desconocido
--
--
•
125
Periodo
costes (MM
(MM
amortización
pts/a)
pts/a)
(años)
Estado de
la técnica
en la
CAPV
7.4
EMPRESA C. FUNDICIÓN DE PIEZAS PARA VÁLVULAS, MÁQUINA HERRAMIENTA, ETC.
MOLDEO EN VERDE
Empresa C
Material:
Serie
Moldes
Instalación
Machos
Producción
Hierro
Pequeñas-medianas series; piezas para válvulas, máquina herramienta, etc.
Arena verde
Moldeo horizontal, automatizada
Caja fría
Isocianato-poliuretano
Resina fenólica alcalina
10.000 t/a
7.4.1 Situacion actual de la empresa C
En la fundición analizada se elaboran piezas en pequeñas y medianas series desde 1 kg. a
160 kg., siendo las más habituales entre 5 y 60 kg. Son piezas en hierro gris y nodular para
válvulas, máquina herramienta, ascensores, compresores, maquinaria eléctrica, bombas y
alcantarillado. La producción total asciende a 10.000 t/a.
Los metales para la colada se funden en cubilote y de ahí se trasvasan a un horno de crisol
desde donde se distribuye a los moldes. Los moldes se fabrican en arena en verde y los
machos en caja fría principalmente, aunque se hacen también con sistemas como Betaset
endurecidos con formiato de metilo y con Chem-Rez resina fría autoendurecible. También
se emplean machos de caja fría producidos en el exterior. Ocasionalmente se emplean
machos de arena prerrevestida.
fabricación de los moldes se lleva a cabo en tres líneas de moldeo horizontales. En la
primera línea el sistema es de caída de arena por gravedad y compresión por multipistones.
En la segunda línea el sistema es de caída de arena por gravedad, sacudidas y compresión.
Los moldes se transportan por un sistema de carrusel. Sobre este se efectúa la colada,
previamente se colocan los machos. Las líneas 1 y 2 se desmoldean conjuntamente y pasan
por un tambor de desmoldeo, salvo las piezas que corran peligro de romperse, las cuales se
retiran previamente y se enfrían en un túnel de enfriamiento. La línea 3 se desmoldea en una
parrilla vibrante y las piezas se retiran desde dicha parrilla. Los finos de la circulación de la
arena se separa en un filtro y se elimina junto con terrones de machos y exceso de arena. La
arena usada se almacena en tres silos y después de pasar por un enfriador llega al molino
mezclador para su reutilización. Las piezas se limpian en dos granalladoras y se rebarban
posteriormente. No toda la arena de machos se incorpora al circuito pues en las piezas
grandes parte de los machos llega a las granalladoras en el interior de las piezas.
126
En los machos de caja fría y en los de Betaset (< 5%), el material se prepara en un molino
mezclador, la fabricación se realiza en máquinas disparadoras de donde se recogen los
machos en carros con estanterías y en paletas para su traslado a la planta de moldeo. Los
machos de arena prerrevestida se preparan también en máquinas disparadoras y se recogen
en carros con estanterías y paletas. Estos machos son pequeñas cantidades y
complementarios de los otros. Los machos en Chem-Rez se fabrican manualmente. En
machos comprometidos se emplea arena de cromita.
En la Tabla 65 se recogen detalles sobre proceso y técnicas de fabricación:
Tabla 65: Resumen de los procesos y técnicas de fabricación. Empresa C
Proceso
Procedimiento/Técnica
• 2 cubilotes funcionando en alternancia, de viento
frío y capacidad de 4,5 t/h
• 1 Horno de inducción de crisol de frecuencia de
red de 550 Kw
Tratamiento de la
• Inoculación en cuchara
colada
• Tundish-Cover en cuchara con desulfuración
simultánea. Cucharas de 500 Kg.
Fabricación de moldes: • Moldeadora Nº1 horizontal, sin caja, llenado
Técnica de moldeo con
por gravedad y prensado multipistones
arena en verde
hidráulicos
• Dimensiones:760x620x260 mm
• Moldeadora Nº2 horizontal con caja, llenado por
gravedad y prensado neumático
• Dimensiones: 760x560x240 mm
• Moldeadora Nº3 horizontal, con caja, llenado
por gravedad, sacudidas y prensado neumático
• Dimensiones cajas: 1000x900x300 mm
• Preparación del material de moldeo: Molino
turbomezclador 1800 Kg/molinada, con control
de humedad
Fabricación de machos • Tecnica de caja fría y Betaset (resina alcalina y
formiato metilo)
• En disparadoras semiautomáticas
• Técnica de arena prerevestida
• En disparadora semiautomática
• Técnica de Chem-Rez (Resina alcalina y
propilen carbonato)
• Manual
• Se emplean arena de cromita en machos
comprometidos
• Pintura. Silicato aluminio en alcohol isopropílico
Preparación arena
• Desmoldeo en criba vibrante y tambor
desmoldeada
desmoldeo giratorio
• Tamizado en criba poligonal
• Separador magnético partículas metálicas
• Enfriamiento en sinfín con evaporación de agua
Fusión
127
Producto
• Fundición de hierro con
grafito laminar
• Fundición grafito laminar y
fundición nodular
• Producción: > 10000 t/a
• Peso de las piezas:1-160 Kg
(Peso medio 25-30 Kg)
Ascensores, válvulas,
compresores, máquina
herramienta, maquinaria
eléctrica, bombas y
alcantarillado
• Producción de machos: 3960
Tn (80% caja fría, 15%
Chem-Rez, resto Betaset y
pre-revestida)
• 85000 machos/año del
exterior de caja fría. Peso
desconocido
• Empleo de los machos:
Moldeo arena en verde
• Empleo del desmoldeado
preparado: molino arena en
verde
Proceso
Procedimiento/Técnica
• Ensilado en 3 silos
Producto
7.4.1.2 Circulación del material de moldeo
128
Arena usada
R1
de moldeo
MM1
E1 Arena nueva
E2 Arena cromita
E6 Comp I
E7 Comp II
E8 Catalizador
E9 Betaset
E1 Arena nueva E10 Catalizador
E3 Bentonita
E11 Chem-Rez
E4 Hulla
E12 Catalizador
E5 Agua
E13 Pintura
E14 Arena prerrevestida
129
A vertedero
R4
Finos
Tres instalaciones de
moldeo
MM2
Machos
MM3
Colada
MM4
Fusión
R6
Finos a vertedero
Terrones y
trozos de machos
R9
Criba poligonal
Elevador cangilones
MM2’
Machos externos
Caja fría
EMPRESA C
R7
MM5
R0
Arena y partículas
metálicas a vertedero
R8
Granalladora túnel
MM6
Túnel enfriamiento
(piezas grandes)
R2
Desmoldeo
R5
Arena de piezas y
arena del tambor de
desmoldeo a vertedero
MM0
MM6
Fundición
terminada
Arena y partículas
R11
Granallado en línea
R10
Finos a vertedero
MM0
Fundición
terminada
IHOBE, S.A.
Aclaraciones a las sustancias empleadas, subproductos y productos:
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
Entradas de
materias primas E8
E9
E10
E11
E12
E13
E14
MM0
MM1
MM2
Flujos de fusión
MM3
y colada
MM4
MM5
MM6
Flujos de línea
de arena
R0
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
R9
R10
R11
Arena nueva de sílice
Arena de cromita
Bentonita
Hulla
Agua
Componente I - Resina de caja fría
Componente II - Resina de caja fría
Catalizador - Caja fría
Aglomerante Betaset
Catalizador Betaset
Aglomerante Chem-Rez
Catalizador Chem-Rez
Pintura
Arena prerrevestida
Piezas limpias listas para su terminación (rebarbado, desmazarotado en algún
caso) y verificación
Material de moldeo en verde preparado .
Machos
Moldes de arena en verde listos para su llenado o colada
Metal fundido
Moldes de arena en verde ya colados
Fundición bruta sin la arena de los moldes pero con arena pegada y restos de
machos
Arena en verde de desmoldeo sin depurar ni preparar
Finos recogidos durante la preparación del material de moldeo
Finos recogidos durante el desmoldeo
Finos recogidos en el tratamiento de la arena usada
Mezcla de los finos R1, R2 y R3 a vertedero
Arena y restos de machos que se retiran desde tambor de desmoldeo
Terrones y trozos de machos de la criba poligonal
Finos de granalladora de túnel a vertedero
Arena con partículas metálicas de la granalladora de túnel
Arena en verde ya depurada de finos, metales, terrones de arena de moldeo y de
machos
Finos de granalladora de línea a vertedero
Arena con partículas metálicas de la granalladora en línea
La arena usada del desmoldeo mezclada con restos de machos, es transportada hasta una
criba poligonal donde se eliminan los terrones y restos de machos. Previamente, el separador
magnético elimina las partículas metálicas. En el tambor de desmoldeo giratorio de las
líneas 1 y 2, los terrones y trozos de machos grandes que cuelan por la segunda parrilla
también se eliminan.
Por medio de un elevador de cangilones la arena es depositada en tres silos, donde se
almacena antes de ser utilizada en el molino de preparación de arena en verde, tras
acondicionarse en un enfriador de sinfín y evaporación de agua.
Los finos recogidos en las diversas aspiraciones de la arenería se envían a vertedero junto a
las arena y finos de las granalladoras, así como la arena del túnel de enfriamiento.
130
El grado de reciclaje, es decir la relación entre la arena usada preparada y la suma de la
arena preparada más la de los machos menos el agua, es del 95 %.
En la Tabla 66 se indican las cantidades de los materiales consumidos en 1997, así como las
cantidades de subproductos generados.
Tabla 66: Balance de materiales empleados. Empresa C
Cantidad
Tn/A
Moldeo con arena verde
E1
Arena nueva
420
E3
Bentonita
797
E4
Hulla
455
E5
Agua
2.128
R9
Arena usada
106.420
TOTAL
110.220
Moldeo de machos
E1
Arena nueva
3.960
E2
Arena cromita
106
E6
Componentes I
21
E7
Componentes II
20
E8
Catalizador
7,4
E9
Betaset
1
E10 Catalizador
1
E11 Chem-Rez
11,3
E12 Catalizador
5,5
E13 Pintura
12,28
E14 Arena pre-revestida
6,8
TOTAL
4.152,28
7.4.1.3.1
Porcentaje %
0,4 %
0,7 %
0,4 %
1,9 %
96,6 %
100 %
95,4 %
2,5 %
0,5 %
0,5 %
0,18 %
0,024 %
0,024 %
0,27 %
0,13 %
0,30 %
0,17 %
100 %
Subproducto /
Cantidad
Residuos
Tn/a
Residuos a vertedero
Arena usada +
fino
+
arena
granalladoras +
fino granalladoras
5.800
TOTAL
5.800
Valores característicos de materiales empleados
En las siguientes tablas se resumen los valores característicos (indicadores) de la Empresa C
empresas.
Tabla 67: Valores característicos de los materiales empleados. Empresa C
Material empleado
Arena nueva
Bentonita
Hulla
(material de moldeo elaborado + machos)
Cantidades en Kg/100 Kg
Metal fundido
Fundición buena
3
4,11
31,6
40
5,6
7,8
3,2
4,5
28,6
35,9
1:8
1:10,2
Tabla 68: Grado de reciclaje de la Empresa C
Grado de reciclaje
95%
131
7.4.1.4.1
Muestreo
En la empresa C se tomaron muestras de arena para ser analizadas en laboratorio, en las
siguientes corrientes:
-
Circuito de arena después de malaxar.
Arena que sale por la 2ª parrilla del tambor de desmoldeo.
Finos de desmoldeo de tambor.
Finos de la zona del molino.
Finos de las granalladoras.
7.4.1.4.2
•
•
La segunda tabla representa los análisis relacionados fundamentalmente con la posible
•
La tercera tabla resume los análisis físicos relacionados con la calidad de la arena.
Tabla 69: Resultados correspondientes al análisis químico de las arenas y finos. Empresa C
Parámetros
Unidad
S
C
N
Al2O3
%
%
%
%
MM1
Arena
después
malaxar
0,035
4,0
0,08
3,0
Fetotal
Crtotal
Ni
P
Femetal
%
%
%
%
%
0,88
0,13
<0,05
<0,05
<0,1
R5
Arena del
tambor de
desmoldeo
0,035
3,90
0,07
3,0
R2
Finos del
desmoldeo
0,91
0,14
<0,05
<0,05
<0,1
132
R7
Finos
granallado
0,14
18,1
0,30
8,49
R1
Finos del
filtro
arenería
0,18
21,3
0,35
9,3
1,79
0,19
<0,05
0,05
0,17
2,78
0,18
<0,05
0,06
0,23
13,0
<0,05
<0,05
0,05
12,4
0,028
1,41
0,09
1,84
Parámetros
PAHtotal
Na
K
Unidad
MM1
Arena
después
malaxar
12,97
---
mg/Kg
%
%
R5
Arena del
tambor de
desmoldeo
54,8
---
R2
Finos del
desmoldeo
211,4
---
R1
Finos del
filtro
arenería
155,2
---
R7
Finos
granallado
10,03
---
Tabla 70: Resultados correspondientes al análisis de características del eluato. Empresa C
Parámetros
Unidad
R5
Arena del
tambor de
desmoldeo
9,9
435
<0,05
241
167
R2
Finos del
desmoldeo
µS/cm
mg/l
mg/l
mg/l
MM1
Arena
después
malaxar
10,0
382
<0,05
82
210
pH
Conductividad
Cr VI
DOC
Consumo
HNO3
Consumo NaOH
Fenoles
R7
Finos
granallado
10,1
737
<0,05
95
340
R1
Finos del
filtro
arenería
10,1
828
<0,05
128
367
mg/l
mg/l
-0,30
-0,60
-1,8
-3,2
-<0,05
10,2
915
<0,05
2,5
47
Tabla 71: Resultados correspondientes a características físicas de las arenas y finos. Empresa C
Parámetros
Humedad a 105º C
L.O.I.
Bentonita activa
Sedimentos (Finos)
Nº AFS
Arena específica
∅ representativo
7.4.1.4.3
Unidad
%
%
%
%
%
%
mm2/gramo
mm
MM1
Arena
después
malaxar
3,75
6,55
2,75
7,41
11,0
2,63
64,6
8607
R5
Arena del
tambor de
desmoldeo
0,94
6,15
2,33
6,78
10,1
2,62
63,2
8659
R2
Finos del
desmoldeo
R7
Finos
granallado
4,57
24,3
8,58
17,84
35,7
2,50
141,8
2,1x104
R1
Finos del
filtro
arenería
4,29
41,4
9,90
19,45
35,0
2,33
173,0
3,2x104
0,26
0,26
0,11
0,090
0,16
0,18
-0,58
<0,1
<0,1
1,87
2,88
97,2
1,3x104
Los análisis físico-químicos muestran una arena de moldeo con 11% de finos y 7'41 de
bentonita activa, con un bajo contenido (2'6%) en chamota y una alta pérdida por
calcinación (LOI 6'55%). Los finos procedentes de la arenería contienen considerables
cantidades de carbón reutilizable (18,1%), así como de bentonita (17,84%), asimismo los
finos del desmoldeo también tienen un elevado contenido en carbón activo y bentonita
21,3% y 19,45% respectivamente. Es destacable el alto PAH en la arena de moldeo y en los
finos (12'9 y 211 mg/kg), así como el contenido de cromo 0'12 a 0'19% procedente de la
arena de cromita usada.
Los finos de la granalladora tienen un alto contenido de hierro total (13%).
133
Parámetros
Finos
Bentonita activa
Chamota
L.O.I.
Carbón útil
Fetotal
Unidad
%
%
%
%
%
%
MM1
Arena
después
malaxar
11
7,41
2,6
6,55
---
R2
Finos del
desmoldeo
-19,45
--21,3
--
R1
Finos del
filtro
arenería
-17,84
--18,1
--
R7
Finos
granallado
-----13
7.4.2 Propuestas y evaluación de medidas de minimizacion y valorizacion
La primera recomendación sería eliminar la adición de arena nueva en la preparación del
material de moldeo, esto es, no introducir arena nueva en las líneas de moldeo, dada la gran
cantidad de arena de machos que se emplea. Esto reduciría en 420 t el consumo de arena
nueva. Esta medida no representa ningún riesgo, ni técnico ni de calidad.
La segunda medida sería introducir los finos del filtro en la preparación de arena, en el
molino o en el circuito, y reduciría en unas 500 t los residuos (finos + materia prima); en
este caso sería necesario garantizar que los oolíticos no superen el 3% y vigilar la
permeabilidad. Sin embargo, se debe reducir el contenido en carbón (<35%) y de las
pérdidas por calcinación (<5%).
Prescindiendo del uso de arena de cromita (los machos críticos pueden fabricarse con arena
de cuarzo y un buen recubrimiento); la arena de desecho podría usarse en cementeras
introduciéndose en la zona caliente del horno de cemento para evitar emisiones adicionales.
Los altos contenidos en DOC y PAH imposibilitan usar estos residuos como materiales de
construcción.
•
Primera medida. Eliminar la adición de arena nueva en el moldeo.
Debido a las características de la Empresa C no son necesarias inversiones para implantar
esta medida.
Tabla 73: Valoración económica de la eliminación de la adición de arena nueva en el moldeo
Balance económico
Personal
Energía eléctrica
Mantenimiento
Coste total
Situación actual
--1.990.000 pts/a
-315.000 pts/a
2.305.000 pts/a
134
-------
•
Segunda medida. Reutilización de finos.
La inversión a realizar consiste en un sistema, tornillo sinfin o cintas transportadoras, para
Tabla 74: Valoración económica de la reutilización de finos
Balance económico
Personal
Energía eléctrica
Mantenimiento
Coste total
Inversión
Situación actual
--7.700.000 pts/a
-50.000 pts/a
-50.000 pts/a
-100.000 pts/a
250.000
375.000 pts/a
8.075.000 pts/a
7.4.3 Resumen
La Empresa C puede reducir el 16% de los residuos generados por medidas organizativas
internas de minimización. Estas medidas son de inversión mínima y riesgo técnico nulo o
muy bajo. En esta categoría se incluyen las siguientes medidas:
-
Eliminar la adición de arena nueva en la línea de moldeo.
Reutilización de finos.
Parte de los residuos generados restantes, tras la aplicación de las medidas anteriores y la
eliminación del uso de arena de cromita, podrían valorizarse en cementeras, siempre y
cuando se hagan operativas estas vías en la CAPV.
valorización propuestas para la Empresa B
Medida
1.
2.
Eliminar la
adición de
arena nueva
Reutilización
de finos
Material
minimizado /
valorizado
Arena nueva
Arena usada
Cantidad
ahorrada
(t/a)
420
420
Bentonita
90
Hulla
95
Finos
500
3. Valorización Arenas y finos
3000
••• Favorable
•• Medio
• Desfavorable
Ahorro
sobre
total
material
(%)
7,5
7,5
Inexistencia
de riesgos
técnicos
11
21
8,5
52
•••
(aplicación
progresiva)
•
•••
135
Periodo
costes (MM
(MM
amortización
pts/a)
pts/a)
(años)
Estado de
la técnica
en la
CAPV
2,3
--
--
•••
8
0,25
0,03
•••
desconocido
--
--
•
7.5
EMPRESA D. FUNDICIÓN DE PIEZAS DE AUTOMOCIÓN, CONDUCCIÓN DE FLUIDOS,
ETC. MOLDEO EN VERDE
Empresa D
Material
Serie
Moldes
Instalación
Machos
Producción
Hierro
Mediana-alta
Arena verde
Moldeo vertical sin caja; mecanizada
Caja fría
Arena prerrevestida
12000 t/a
7.5.1 Situacion actual de la Empresa D
En la fundición analizada se elaboran piezas en serie desde 0,1 Kg hasta 20 Kg siendo las
más habituales entre 0,5 y 3 Kg. Son piezas para automoción, conducción de fluidos,
elementos de fijación, compresores minería, ferrocarril, etc. La producción total asciende a
más de 12000 t/a. Los metales para la colada se funden en hornos de inducción, los moldes
se fabrican en arena en verde y los machos en caja fría y arena prerrevestida.
fabricación de los moldes se lleva a cabo en dos líneas de moldeo verticales por disparo y
compresión.
Los moldes se mueven por un sistema de empuje y traslado hidráulico sobre barras
metálicas. Sobre ellas se efectúa la colada y se dejan enfriar los moldes. En los moldes se
colocan los machos previamente a la colada.
La arena y las piezas se separan en un tambor de desmoldeo por cada línea de moldeo. A
continuación las piezas se desmazarotan, granallan y rebarban. La arena usada se depura y
prepara para utilizar de nuevo.
El material de los machos de caja fría se prepara en un molino mezclador. La fabricación
mecánica de los machos se realiza en máquinas disparadoras de donde se recogen los
machos en contenedores para su traslado a la planta de moldeo.
En los machos de arena prerrevestida el material viene ya preparado por el suministrador. La
fabricación mecanizada de los machos se realiza en máquinas disparadoras de donde se
recogen los machos en contenedores para su traslado a la planta de moldeo.
136
En la Tabla 76 se recogen detalles sobre los procesos y técnicas de fabricación:
Tabla 76: Resumen de los procesos y técnicas de fabricación. Empresa D
Proceso
Fusión
• 1 Horno de fusión por inducción de media
frecuencia (capacidad: 2,5 t; rendimiento 2,8 t/h)
frecuencia (capacidad: 3 t; rendimiento 3,5 t/h)
frecuencia (capacidad: 3 t; rendimiento 2,8 t/h)
Fabricación de
• 2 Moldeadoras verticales sin caja por disparo y
moldes:
alta presión modelos 2013 Mk 3 y 5)
Técnica de
• Dimensiones de los moldes: 600x480x(170moldeo con arena
300) mm.
en verde
• Transporte de los moldes: AMC y SBC
• Técnica de caja fria
• En disparadoras automáticas y
semiautomáticas
• Técnica de arena pre-revestida
• En disparadoras automáticas y
semiautomáticas
• Pintura: Silicato aluminio en alcohol isopropílico
Preparación arena • Desmoldeo en tambor giratorio
desmoldeada
• Tamizado en criba vibrante
• Rodillo separación magnética de partículas
metálicas
• Enfriamiento en lecho fluidificado
• Ensilado en silos arena usada
Fabricación de
machos
Producto
• Fundición de hierro con grafito
esferoidal
• Producción: 12100 t/a
• Peso de las piezas: 0,1 - 20 Kg
(80% entre 0,5 - 3 Kg)
• Numero de piezas: 11.113.065
Automoción, conducción
fluidos, elementos fijación,
compresores, minería,
ferrocarril, etc.
• Producción de machos: 715 t/a
• Producción de machos: 957 t/a
• Empleo de los machos: Moldeo
arena en verde
• Empleo de desmoldeado
preparado. Moldeo arena en
verde
En el siguiente diagrama (Figura 34) se presenta la circulación de los materiales de moldeo:
137
138
Arena usada
R2
de moldeo
E1 Arena nueva
E2 Bentonita
E3 Hulla
E4 Agua
R4
MM1
A vertedero
R5
Finos
MM2
Machos
E1 Arena nueva
E5 Comp I
E6 Comp II
E7 Catalizador
E8 Arena prerrevestida
R3
MM3
R6
MM5
R1
Desmoldeo
R8
Resto de machos
procedentes del cribado
Criba poligonal
Tamizado vibrante
Enfriamiento
Colada
MM4
Fusión
EMPRESA D
R0
MM6
Arena y partículas
R7
Granallado
Limpieza
R9
Finos a vertedero
MM0
Fundición
terminada
IHOBE, S.A.
Aclaraciones a las sustancias empleadas, subproductos y productos.
E1
E2
E3
Entradas de
E4
materias
E5
primas
E6
E7
E8
MM0
MM1
MM2
Flujos de
MM3
fusión y colada
MM4
MM5
MM6
R0
R1
R2
R3
R4
Flujos de línea R5
de arena
R6
R7
R8
R9
Arena nueva
Bentonita
Hulla
Agua
Componente I - Resina caja fría
Componente II - Resina caja fría
Catalizador
Arena prerrevestida
Piezas limpias listas para su terminación (rebarbado) y verificación
Material de moldeo en verde preparado
Machos de caja fría y arena prerrevestida
Moldes de arena en verde listos para su llenado o colado
Material fundido
Fundición bruta ya sin arena pero con restos de machos y arena adherida
Arena en verde del desmoldeo sin depurar ni preparar
Finos recogidos en la aspiración del desmoldeo
Finos recogidos en la aspiración de la preparación del material de moldeo
Finos recogidos en el tratamiento de la arena usada
Parte de los finos reutilizados
Parte de los finos enviados a vertedero
Arena en verde ya depurada de polvos, metales, terrones de arena de moldeo y
metales
Arena adherida a las piezas y partículas metálicas procedentes del granallado
Resto de la criba de depuración (restos de machos y terrones de moldeo) a
vertedero
Finos del granallado a vertedero
La arena usada generada en el desmoldeo, mezclada con restos de machos, es transportada
por cintas hasta la criba vibrante. En una de las cintas transportadoras, un tambor magnético
separa los residuos metálicos más pequeños. En la criba vibrante se tamizan los terrones de
moldes y los trozos de machos.
Aproximadamente se separa el 30% de los machos, el resto (70%) se incorpora a la arena de
moldeo. Después de la criba vibrante la arena usada es enfriada y desempolvada en un
enfriador de lecho fluidificado tras lo que se almacena en silos; de allí se lleva en función de
la demanda, al mezclador de material de moldeo.
Parte de los finos aspirados se incorporan a la arena que va a los silos y parte, se retira como
residuo.
arena preparada más la de los machos menos el agua, es del 97,14%.
En la Tabla 77 se indican la cantidades de los materiales consumidos, así como las
139
Tabla 77: Consumos de los diferentes elementos de moldeo. Empresa D
Cantidad
Tn/año
Moldeo con arena en verde
E1 Arena nueva
737
Porcentaje %
E2 Bentonita
E3 Fino de carbón
E4 Agua
R1 Arena usada
TOTAL
821
488
2530
126.500
131.076
Moldeo de machos
E1 Arena nueva
1.672
E5+E6 Resina (Comp. I+II)
11
TOTAL
1.683
0,56%
0,63%
0,37%
1,93%
96,50%
100%
100%
Subproductos /
Cantidad
residuos
Tn/año
Residuos vertedero
Arena usada
3.136
/terrones
Fino
480
Fino granallado
120
TOTAL
3.736
Notas:
• E1: Arena nueva para el moldeo de machos, es la suma de la arena para los machos de
caja fría y la arena prerrevestida.
• E3: La hulla se suministra con un 27% de bentonita. Se ha restado la bentonita, la cual se
ha sumado a E2.
• E4: Agua que se añade a la que le queda residualmente en la arena usada (1,5-2%)
• MM1: Material de moldeo preparado. Se ha calculado a partir de la producción de
moldes y considerando que cada molde pesa 93 Kg.
7.5.1.3.1
En las siguientes tablas se resumen los valores característicos (indicadores) de la Empresa D
empresas.
Tabla 78: Valores característicos de los materiales empleados. Empresa D
Material empleado
Arena nueva
Arena nueva (incluida arena
para machos)
Bentonita
Hulla
Parte correspondiente a los
machos
Metal fundido
Fundición buena
4,2
6,10
13,7
19,90
4,7
2,8
9,5
6,8
4,03
13,80
1:7,5
1:11
Tabla 79: Grado de reciclaje de la Empresa D
Grado de reciclaje
94,14%
140
7.5.1.4.1
Muestreo
En la Empresa D se tomaron muestras de arena del circuito y de la mezcla de finos enviados
a vertedero.
7.5.1.4.2
• La primera tabla recoge parámetros químicos relacionados generalmente con la calidad
Tabla 80: Resultados correspondientes al análisis químico de las arenas y finos. Empresa D
Parámetros
S
C
N
Al2O3
Fetotal
Crtotal
Ni
P
Femetal
PAHtotal
Na
K
Unidad
%
%
%
%
MM1
Arena del circuito
0,043
3,94
0,07
4,37
R5
Finos
0,12
16,5
0,23
16,3
%
%
%
%
%
mg/Kg
%
%
1,0
<0,05
<0,05
<0,05
<0,1
3,84
---
2,65
<0,05
<0,05
0,06
0,16
59,21
---
141
Tabla 81: Resultados correspondientes al análisis de características del eluato. Empresa D
Parámetros
Unidad
µS/cm
mg/l
mg/l
mg/l
MM1
Arena del circuito
10,0
438
<0,05
40
260
R5
Finos
9,9
865
<0,05
61
387
pH
Conductividad
Cr VI
DOC
Consumo
HNO3
Consumo NaOH
Fenoles
mg/l
mg/l
-<0,05
-<0,05
Tabla 82: Resultados correspondientes a características físicas de las arenas y finos. Empresa D
Parámetros
Humedad a 105º C
L.O.I.
Bentonita activa
Sedimentos (Finos)
Nº AFS
Arena específica
∅ representativo
7.5.1.4.3
Unidad
%
%
%
%
%
%
mm2/gramo
mm
MM1
Arena del circuito
3,83
6,43
2,89
9,29
11,6
2,51
69,2
1,0x104
R5
Finos
6,02
25,9
7,10
45,1
62,98
2,07
219
4,7x104
0,23
0,067
Estos análisis muestran una arena de moldeo con 11,6% de finos y 9% de bentonita activa
que son valores muy normales. Se observa que el contenido de oolíticos (chamota) es bajo
(2%).
Los análisis muestran también que los finos tienen cantidades considerables de carbón útil
(16,5%) y bentonita (45,21%).
Parámetros
Finos
Bentonita activa
Carbón útil
Chamota
Unidad
%
%
%
%
MM1
Arena del circuito
11,6
9
-2
R5
Finos
-45
16,5
--
7.5.2 Propuestas y evaluación de medidas de minimizacion y valorizacion
La primera medida de minimización propuesta es aumentar la cantidad de fino del
desmoldeo y enfriador que se añade a la arena mientras la chamota (oolíticos) no supere el
3% y la permeabilidad no baje excesivamente. Con esta medida se podría reducir
básicamente las 480 t de finos, además reducir la adición de bentonita en 216 t y la de hulla
en 80 t, consiguiendo aproximadamente 1000 t/a de reducción en la generación de residuos.
142
Es muy difícil reducir la adición de arena nueva, pues la cantidad adicionada está próxima a
10 Kg de arena nueva por cada 100 Kg de fundido (13,7) y aunque la relación metal: arena
es baja, 1:7,5, no parece conveniente reducir la adición de arena nueva.
La segunda medida sería la valorización externa. En este sentido todos los finos podrían
usarse en la fabricación de cemento si se introducen a la “zona caliente” del horno para
evitar emisiones adicionales y las arenas usadas como material de construcción de
carreteras.
•
Primera medida: Incrementar la reutilización de finos.
La inversión a realizar consiste en un sistema, tornillo sinfín o cintas transportadoras, para
Balance económico
Personal
Energía eléctrica
Mantenimiento
Coste total
Inversión
Situación actual
7.775.000 pts/a
750.000 pts/a
8.525.000 pts/a
-50.000 pts/a
-50.000 pts/a
-100.000 pts/a
250.000 pts/a
7.5.3 Resumen
La medida organizativa propuesta en la Empresa D puede reducir el 20% de los residuos
generados. La reintroducción de finos no supone ningún riesgo técnico si la adición se
realiza de forma progresiva.
La valorización externa se podría realizar cuando se verifique su viabilidad técnica,
económica y ambiental en la CAPV. Se podrían reducir 1500 t/a.
143
valorización propuestas para la Empresa D
Medida
1.
Material
minimizado /
valorizado
Cantidad
ahorrada
(t/a)
Incremento de Bentonita
216
reutilización
Hulla
80
de finos
Finos
1000
residuales
2. Valorización Finos
1500
••• Favorable
•• Medio
• Desfavorable
Ahorro
sobre
total
material
(%)
26
16
26
Inexistencia
de riesgos
técnicos
•••
8,5
0,0.3
0,25
•••
40
•
desconocido
--
--
•
144
Periodo
costes (MM
(MM
amortización
pts/a)
pts/a)
(años)
Estado de
la técnica
en la
CAPV
7.6
EMPRESA E. FUNDICIÓN DE ACERO DE
ETC. MOLDEO EN VERDE Y QUÍMICO
PIEZAS PARA MATRICERÍAS, FERROCARRIL,
Características
Material
Serie
Moldes
Instalación
Machos
Serie
Moldes
Machos
Producción
Acero
Pequeñas series; piezas para valvulería, ferrocarril, etc.
Arena verde
Moldeo horizontal; automatizada
Caja fría
Pieza unitaria
Aglutinados con silicato
Silicato (mayoría)
Caja fría
4000 t/a
7.6.1 Situacion actual de la Empresa E
En la fundición analizada se elaboran piezas en pequeñas series desde 1 kg hasta 40 kg en
una instalación de moldeo en verde y piezas sueltas o de series cortas desde 5 a 5000 kg en
una instalación de moldes en silicato-ester. Son piezas para valvulería, ferrocarril, naval,
matricería, etc.
La producción total asciende a 4000 t/a. Los metales para la colada se funden en hornos
eléctricos de arco. Los machos se fabrican en caja fría para las pequeñas series y en silicato
para piezas sueltas y series cortas aunque algunos son de caja fría también.
Técnica de moldeo con arena en verde
El material de moldeo se prepara por cargas en un molino mezclador de rulos. Se hacen dos
tipos de arena: una de contacto que va directamente sobre los modelos y otra sin adición de
bentonita que va de relleno. La fabricación mecanizada de los moldes se hace en máquinas
de sacudidas y prensado.
Los moldes se mueven por un carrusel mecánico, sobre el que se realiza la colada. Los
machos se colocan previamente a la colada.
Las piezas y la arena se separan en una parrilla vibrante. Las piezas se llevan a la
granalladora común a los dos moldeos y posteriormente se desmazarotan y rebarban. La
arena usada se depura y prepara para una nueva utilización.
145
Técnica de moldeo con silicato-éster
El material de moldeo se prepara en mezcladoras continuas con material regenerado, arena
nueva, silicato y éster de catalizador. Las cajas de moldeo se llenan directamente con el
material de moldeo. Después de la colada, las cajas se llevan a una parrilla vibrante donde se
desmoldean. La arena pasa a una regeneración mecánica tras lo que se enfría y se ensila. Las
piezas se granallan en la granalladora común y después se desmazarotan y se rebarban.
En los machos de caja fría el material se prepara en una mezcladora continua. La fabricación
de los machos se realiza en una máquina disparadora donde se recogen los machos para su
traslado a la planta de moldeo en verde.
En los machos de silicato-éster el material se prepara en un mezclador continuo y se vierte
directamente sobre las cajas de machos, de donde se recogen los machos para su transporte a
la zona de moldeo manual.
En ambas instalaciones se pintan manualmente los machos.
En la siguiente Tabla 86 se recogen detalles sobre los procesos y técnicas de fabricación.
Tabla 86: Resumen de los procesos y técnicas de fabricación. Empresa E
Proceso
Fusión
•
Tratamiento de la colada •
Fabricación de moldes
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Fabricación de machos
•
•
•
3 Hornos de fusión eléctricos de arco
con capacidades de 5t; 2,4 t y 2,4 t
respectivamente y rendimientos de
2,27, 0,8 y 1,2 t/h respectivamente
Desoxidantes
Técnica de moldeo con arena en verde
4 Moldeadoras de sacudida y
compresión
Dimensiones de las cajas: 700x700x200
mm.
Rendimiento: 80 moldes/relevo
Transporte de los moldes: Carrusel
Desmoldeo: parrilla vibrante
Preparación del material de moldeo:
Molino de rulos
Técnica de moldeo con silicato-éster
Mezcladoras turbo continuas
Dimensiones de las cajas hasta 4x4
metros
Transporte de los moldes: Grúa puente
y camino de rodillos
Rendimiento: Una media de 10
moldes/relevo
Desmoldeo: parrilla vibrante
Técnica de caja fria
• Disparadora automática
Técnica de silicato-éster
• Mezcladora continua sobre caja de
146
•
•
•
•
Producto
Acero moldeado
Acero al carbono
Acero al CrMo
Acero al CrNiMo
• Producción: 4000 t/a
• Gama de productos: Valvulería,
ferrocarril, naval, etc.
• Producción de machos en caja fría:
458 t/año
Empleo de machos: Moldeo arena
verde
Proceso
Preparación arena
desmoldeada
machos
• Machos pintados en general
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Técnica arena en verde:
Desmoldeo en parrilla vibrante
Criba poligonal
Silos
Molino de rulos
Técnica de silicato-éster:
Desmoldeo en parrilla vibrante
Regeneración mecánica 10 t/h
Silos
Turbomezcladoras
Producto
• Producción de machos: silicato-éster
Empleo de los machos: Moldeo
silicato-éster
• Empleo de desmoldeado en arena en
verde: Moldeo arena en verde
• Empleo del regenerado: Moldeo
silicato-éster
En los siguientes diagramas (Figura 35 y Figura 36) se presenta la circulación de los
materiales de moldeo
147
148
Arena usada
R3
de moldeo en verde
E1 Arena nueva
E2 Bentonita
E3 Hulla
E4 Agua
MM1
A vertedero
R4
Finos recogidos
MM2
Machos caja fría
E1 Arena nueva
E5 Comp I
E6 Comp II
E7 Catalizador
E8 Pintura
R1
MM3
Resto de machos
a vertedero
R5
Criba poligonal
Silo
Colada
MM4
Fusión
MM5
R2
Desmoldeo
EMPRESA E - MOLDEO EN VERDE
R0
MM6
Arena y partículas
R6
Granalladora (junto
piezas silicato éster)
MM0
Fundición
terminada
IHOBE, S.A.
Figura 35: Circulación de materiales de moldeo en verde
149
Arena usada
de moldeo en silicato
MM7
éster
E1 Arena nueva
E8 Pintura
E9 Silicato
E10 Catalizador
MM9
Machos silicato éster
E1 Arena nueva
R8 Arena recuperada
E8 Pintura
E9 Silicato
E10 Catalizador
MM8
Arena sobrante
a vertedero
Colada
MM4
Fusión
R8
MM10
R7
Arena y Finos
a vertedero
R10
Regeneración mecánica
R9
Desmoldeo
R11
Finos a vertedero
EMPRESA E - SILICATO ESTER
MM11
Arena y partículas
R6
Granalladora (junto a
piezas moldeo en verde)
MM0
Fundición
terminada
IHOBE, S.A.
Figura 36: Circulación de materiales de moldeo en Silicato éster
Aclaraciones a las sustancias empleadas, subproductos y productos
E1
E2
E3
Entradas E4
E5
de
materias E6
primas E7
E8
E9
E10
MM0
MM1
MM2
MM3
MM4
MM5
Flujos de
MM6
fusión y de
colada
MM7
MM8
MM9
MM10
MM11
R0
R1
R2
R3
R4
Flujos de R4’
línea de R5
arena
R6
R7
R8
R9
R10
R11
Arena nueva
Bentonita
Hulla
Agua
Componente I de aglomerante
Componente II del aglomerante
Catalizador
Pintura
Silicato
Catalizador
Piezas limpias con sus canales y mazarotas para su desmazarotado y rebarbado
Material de moldeo en verde preparado
Machos de caja fría
Moldes de arena en verde listos para su llenado o colado
Metal fundido
Fundición bruta sin arena pero con arena pegada y restos de machos del moldeo en
verde
Material de moldeo con silicato preparado
Moldes de silicato-éster listos para su llenado o colado
Machos de silicato-éster
Moldes de silicato-éster ya colados
Fundición bruta sin arena pero con arena pegada y restos de machos del moldeo
químico
Arena en verde del desmoldeo sin depurar ni preparar
Arena en verde depurada
Finos recogidos en la aspiración del desmoldeo
Finos recogidos en la aspiración de la preparación del material de moldeo
Finos recogidos por vía húmeda a vertedero
Finos retirados del circuito de arena
Resto de machos retirados de la criba
Arena, finos y partículas metálicas de la granalladora
Arena de silicato desmoldeada sin regenerar
Arena de silicato recuperada y lista para ser usada de nuevo
Arena de silicato desmoldeada y sobrante que se retira antes de ser regenerada
Finos de la regeneración
Finos de desmoldeo de silicato-ester por vía húmeda
La arena del desmoldeo de arena en verde se transporta por medio de cintas hacia una criba
poligonal pasando por un separador magnético. Tras ello va a silos desde donde se hace
llegar al molino de rulos para la preparación de arena en verde. Todos los residuos de criba
poligonal se retiran a vertedero. Aproximadamente el 70% de los machos se incorporan al
circuito.
La arena proveniente de desmoldeo de arena en silicato se transporta por cintas y elevadores
hasta la planta de regeneración. Previamente se retiran las partículas metálicas. La arena se
regenera por fricción en la regeneradora y se tamiza y se enfría, pasando a los silos para de
allí ser usada en un 70% en los moldes de silicato-éster. En la filtración de la granalladora se
juntan la arena, los finos y las partículas metálicas y se llevan a vertedero.
150
El grado de reciclaje, es decir, la entre la arena usada preparada y la suma de la arena
preparada más la de los machos menos el agua, es del 75% en la línea de moldeo en verde.
El grado de reciclaje en silicato-éster es del 70%.
Tabla 87: Balance de los materiales empleados. Empresa E
Arena nueva para arena en verde
Arena nueva para machos de caja fría
Bentonita
Arena nueva para moldes y machos
silicato
Arena de cromita
Silicato
Total
7.6.1.3.1
Cantidad
Tn/año
1.087
458
70
3.840
Porcentaje
(%)
18
8
1
63
360
260
6.075
6
4
100
Subproductos / residuos
Exceso de arena en verde
Exceso de arena en silicato
Fino regeneración
Fino / arena granallado
(estimado
Total
Cantidad
Tn/año
1.400
1.600
2.000
1.100
6.100
En las siguientes tablas se resumen los valores característicos (indicadores) de la Empresa E
empresas.
Tabla 88: Valores característicos de los materiales empleados. Empresa E
Material empleado
Arena nueva moldeo en verde
Arena nueva (incluida arena para
machos)
Bentonita
Arena nueva moldeo silicato (incluido
machos)
Silicato
Metal fundido
Fundición buena
68,6
109,7
97,5
156
4,42
28,9
1:3,6
6,7
7
47,7
1:5,8
10,7
5,4
1:2,15
8,75
1:3,5
Tabla 89: Grado de reciclaje de la Empresa E
Grado de reciclaje
Moldeo en verde
75%
151
Moldeo silicato éster
70%
7.6.1.4.1
Muestreo
En la Empresa E se tomaron muestras de la arena de contacto y relleno de la arena en verde,
así como arena recuperada, fino de la regeneración y arena en exceso de la arena en silicatoéster, para ser analizadas en laboratorio.
7.6.1.4.2
•
•
La segunda tabla representa los análisis relacionados fundamentalmente con la posible
•
La tercera tabla resume los análisis físicos relacionados con la calidad de la arena.
Tabla 90: Resultados correspondientes al análisis químico de las arenas y finos. Empresa E
Parámetros
S
C
N
Al2O3
Fetotal
Crtotal
Ni
P
Femetal
PAHtotal
Na
K
Unidad
R1
Circuito de
arena verde
MM1
Arena verde
de contacto
0,017
0,28
0,02
3,24
R8
Arena de
silicato
regenerada
<0,001
0,083
0,03
1,90
R10
Finos de la
arena de
silicato
0,002
0,69
0,02
2,80
R9
Exceso de
arena de
silicato
0,001
0,18
0,03
1,15
%
%
%
%
0,017
0,28
0,02
3,24
%
%
%
%
%
mg/Kg
%
%
1,0
0,05
<0,05
<0,05
<0,1
30,91
0,30
0,37
1,0
0,05
<0,05
<0,05
<0,1
30,91
0,30
0,37
1,64
0,94
<0,05
<0,05
<0,1
0,28
0,39
0,35
1,30
0,75
<0,05
<0,05
0,28
0,77
2,34
0,34
0,90
0,35
<0,05
<0,05
<0,1
0,17
0,43
0,32
152
Tabla 91: Resultados correspondientes al análisis de características del eluato. Empresa E
Parámetros
Unidad
R1
MM1
Circuito de Arena verde
arena verde de contacto
pH
Conductividad
Cr VI
DOC
Consumo
HNO3
Consumo NaOH
Fenoles
µS/cm
mg/l
mg/l
mg/l
9,3
201
<0,05
20
100
mg/l
mg/l
-0,70
9,3
201
<0,05
20
100
R8
Arena de
silicato
regenerada
11,0
673
<0,05
23
347
R10
Finos de la
arena de
silicato
10,8
5980
<0,05
155
4354
R9
Exceso de
arena de
silicato
10,4
1219
<0,05
81
788
-0,70
-<0,05
-<0,05
-<0,05
Tabla 92: Resultados correspondientes a características físicas de las arenas y finos. Empresa E
Parámetros
Unidad
Humedad a 105º C
%
L.O.I.
%
Componentes
%
volátiles
Bentonita activa
%
Sedimentos (Finos)
%
%
Nº AFS
Arena específica
mm2/gramo
mm
∅ representativo
7.6.1.4.3
R1
Circuito de
arena verde
MM1
Arena verde
de contacto
4,38
2,48
2,40
R8
Arena de
silicato
regenerada
0,12
0,41
0,45
R10
Finos de la
arena de
silicato
0,76
2,38
3,05
R9
Exceso de
arena de
silicato
0,37
0,89
4,93
4,33
2,21
2,02
11,18
12,0
2,62
53
7.364
13,33
11,9
2,63
50
6377
-0,68
2,73
55,8
7440
-11,3
2,65
88,2
1,1x104
<0,1
1,31
2,64
49,2
7179
0,31
0,36
0,30
0,21
0,32
Los análisis físico-químicos muestran que en las arenas en verde analizadas el contenido en
bentonita es muy alto, 11 y 13%, y que las arenas de contacto y de relleno se parecen tanto
que son casi iguales.
Los resultados analíticos sobre las arenas aglomeradas con silicato dan información sobre el
efecto de la planta de regeneración. En los terrones, triturados en la parrilla vibratoria, sólo
se desprende una pequeña parte del silicato (10%), esto se observa en el contenido en sodio
que se reduce sólo del 0,43% a 0,39%. Sin embargo el aglomerante calcinado se separa
junto con los finos de regeneración, el carbono se reduce de 0,18 a 0,083%; las sales
solubles (conductividad) de 1219 a 673 µS/cm, así como los componentes solubles del
carbón (DOC) que también se reduce de 81 a 23 mg/ml. Los finos se reducen de 1,31 a
0,68%.
También se observa que la aspiración no funciona correctamente, los finos de la
regeneración son un poco más finos que el material regenerado. Un cribado más fino
reduciría la cantidad de finos generados.
7.6.2 Propuesta y evaluación de medidas de minimización y valorizacion
153
La primera medida propuesta sería la de no emplear o emplear menos arena de contacto en
el moldeo en verde dada la similitud entre las arenas de contacto y de relleno. Esto
produciría una reducción en 500 t/a de residuos, sin riesgos técnicos ni costos adicionales.
La segunda medida a tomar sería pasar todos los residuos del taller de moldeo en silicato por
la planta de regeneración, el material regenerado se incrementaría hasta el 80%. Esto puede
reducir otras 1000 t/a de residuos.
La tercera medida sería mejorar el rendimiento de la aspiración de la regeneración con lo
que resultarían una 500 t/a menos de finos.
tres primeras medidas son, basándose en la legislación alemana al respecto, son las
siguientes:
• La arena en verde y la arena regenerada de silicato pueden ser usadas como rellenos o en
movimientos de tierras o construcción de carreteras. Esto no se puede aplicar a la arena
no regenerada pues tiene un DOC de 81 mg/l que supera el valor 50 mg/l admisible.
• Los finos de la regeneración no son utilizables por sus altos DOC, conductividad
eléctrica (155 mg/l y 5980 µS/cm respectivamente) y alto contenido en cromo (0,75%).
•
Primera medida: No emplear arena de contacto.
Esta medida no requiere ningún tipo de inversión.
Tabla 93: Valoración económica de no emplear arena de contacto
Balance económico
Personal
Energía eléctrica
Mantenimiento
Coste total
Situación actual
-----0
2.375.000
375.000
2.750.000
154
• Segunda medida: Regenerar toda la arena usada
Tabla 94: Valoración económica de regenerar toda la arena usada
Balance económico
Personal
Energía eléctrica
Mantenimiento
Coste total
Situación actual
3.800.000
750.000
4.550.000
• Tercera medida: Mejorar eficacia de aspiración.
Tabla 95: Valoración económica de mejorar eficacia de aspiración
Balance económico
Personal
Energía eléctrica
Mantenimiento
Coste total
Situación actual
-----0
2.375.000
375.000
2.750.000
7.6.3 Resumen
La Empresa E puede reducir un 33% de los residuos generados mediante medidas internas
de minimización no representando riesgos técnicos. Por la vía de valorización externa
podrían gestionarse las arenas usadas, de moldeo en verde y el exceso de los regenerados,
(aproximadamente 1500 t/a), siempre y cuando se demuestre la viabilidad técnica,
económica y ambiental en la CAPV.
valorización propuestas para la Empresa E
Medida
Arena nueva
Arena usada
500
500
Ahorro
sobre
total
material
(%)
8
8
Arena nueva
Arena usada
1000
1000
16
16
Mejorar
Arena nueva
500
eficacia de
Arena usada
500
aspiración
4. Valorización Arena usada
1500
externa
••• Favorable
•• Medio
• Desfavorable
1.
2.
3.
No emplear
arena de
contacto
Regeneración
de arena
usada
Material
minimizado /
valorizado
Cantidad
ahorrada
(t/a)
Inexistencia
de riesgos
técnicos
Periodo
costes (MM
(MM
amortización
pts/a)
pts/a)
(años)
Estado de
la técnica
en la
CAPV
•••
2,7
--
--
•••
•••
4,5
--
--
•••
8
8
•••
2,75
--
--
•••
25
•
desconocido
--
--
•
155

Libro Blanco de Minimización de arenas de moldeo en fundiciones

Transcripción

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