Puntos clave
- El rendimiento del hierro nodular se pierde sobre todo en la fusión y la colada: el magnesio se desvanece, la inoculación se desvanece, se forma escoria y las coladas varían, y cada una convierte metal en rechazo en lugar de piezas fundidas.
- Un baño calentado y sellado bajo nitrógeno conserva el magnesio, de modo que el hierro se mantiene nodular desde la primera pieza hasta la última, en lugar de salirse de especificación mientras espera.
- La inoculación tardía de ferrosilicio en el chorro, dosificada en la colada, mantiene alto el conteo de nódulos y bajo el temple blanco, porque la inoculación añadida temprano se desvanece antes de que el metal llegue al molde.
- Una colada sin escoria y dosificada que llena cada molde igual, y un horno que se vacía por completo, cierran las brechas restantes. CIME construyó el primer horno automático de colada a presión del mundo, sin núcleo, en producción desde 1976.
Qué es el rendimiento y a dónde se va
El rendimiento es la proporción de metal fundido que sale de la fundición como piezas buenas. Parte de la diferencia es de diseño: los canales y mazarotas que llenan y alimentan un molde son metal que nunca se convierte en producto, y eso es una cuestión de metodización. El resto es proceso, y en el hierro nodular las pérdidas de proceso son grandes, evitables y concentradas en la fusión y la colada.
El hierro nodular no perdona porque funciona con dos relojes. El magnesio, que hace nodular el grafito, se desvanece desde el momento en que termina el tratamiento. La inoculación, que fija el conteo de nódulos y mantiene lejos el temple blanco, también se desvanece. Añade la escoria de Mg que genera el tratamiento de magnesio y la variación habitual de una colada manual, y cada una de ellas puede convertir una buena fusión en una pieza rechazada.
| Pérdida de rendimiento | Qué ocurre | La palanca |
|---|---|---|
| Desvanecimiento del magnesio | El hierro se sale de especificación, necesita re-tratamiento | Baño sellado y calentado bajo nitrógeno |
| Escoria y escoria de Mg | Piezas rechazadas por inclusiones | Colada sin escoria de doble sifón |
| Desvanecimiento de la inoculación | Temple blanco y un conteo de nódulos bajo | Dosificación tardía de ferrosilicio en el chorro |
| Variación de colada | Coladas cortas y rechazo por sobrellenado | Varilla del tapón dosificada, ajuste óptico |
| Talón atrapado | Metal que nunca se convierte en pieza | Vaciado 100% por basculación inversa |
Nota
Lee la tabla como relojes y fugas. El magnesio y la inoculación son relojes que se agotan con el tiempo; la escoria de Mg, la variación de colada y un talón atrapado son fugas que pierden metal directamente. Ralentiza los relojes y tapona las fugas, y el rendimiento sube sin cambiar la pieza.
Retén la química: magnesio e inoculación
La primera palanca es detener el reloj del magnesio. En una cuchara abierta el hierro tratado se enfría y el magnesio se desvanece, de modo que una colada tomada tarde es una colada fuera de especificación, y el taller paga un re-tratamiento o rechaza la pieza. Un baño sellado y calentado, mantenido bajo nitrógeno inerte, ralentiza ese desvanecimiento de forma drástica: el metal se mantiene a temperatura, lejos del aire, así que el magnesio sigue ahí cuando se llena el último molde de una serie. Esa es la razón de fondo por la que un pulmón de colada a presión conviene al hierro nodular, expuesta en la colada a presión, explicada.
La segunda palanca es la inoculación, y su reloj corre aún más rápido. El inoculante a base de ferrosilicio siembra el grafito para que el conteo de nódulos se mantenga alto y el temple blanco, la fundición blanca dura que se forma cuando la nucleación es pobre, se mantenga lejos. Pero la inoculación se desvanece en cuestión de minutos, así que una dosis añadida temprano en la cuchara o el horno está en gran parte agotada cuando el metal llega al molde. La respuesta es añadirla tarde y en el chorro.
CIME lo hace con un sistema automático de dosificación de ferrosilicio en polvo integrado con el CAP y la línea de moldeo. Un tornillo sinfín dosifica el inoculante de forma precisa y repetible según los parámetros de proceso, de modo que cada colada recibe la dosis correcta en el chorro en lugar de un puñado estimado al principio. Una inoculación tardía y constante significa una nodularidad constante, menos temple blanco y menos piezas rechazadas por un conteo de nódulos bajo. El efecto es más claro en las secciones delgadas y en los bordes, donde una dosis que se desvanece deja que el temple blanco se forme primero, así que una dosis tardía y estable es lo que mantiene sanas esas zonas y reduce el esmerilado y el rechazo que de otro modo causan.
El magnesio y la inoculación son relojes. Mantén el metal sellado y caliente, dosifica el inoculante tarde en el chorro, y ambos siguen trabajando cuando el molde se llena.
Cólalo igual cada vez
Con la química retenida, el rendimiento restante se pierde en la colada misma, de dos maneras: la escoria de Mg que se cuela en la pieza, y la variación habitual de llenar un molde más pesado y el siguiente más ligero. Un horno de colada a presión cierra ambas. Cola a través de un doble sifón que deja la escoria y la escoria de Mg atrás en el baño, así que el chorro que llega al molde está limpio, y dosifica ese chorro con una varilla del tapón, ajustada en tiempo real por un sistema óptico, de modo que cada molde se llena al mismo peso. Las coladas cortas y el rechazo por sobrellenado desaparecen. Cómo funciona esa colada está en colada a presión vs colada con cuchara.
El último metal también importa. Un horno que deja un talón atrás pierde ese metal del rendimiento por completo; el CAP sin núcleo se vacía por completo por basculación inversa, así que casi nada queda atrapado entre piezas o cambios de grado. Consulta el horno de colada a presión CAP para la especificación completa, o la tecnología de base para la plataforma sin núcleo que hay debajo.
La visión de toda la planta
La fusión y la colada son donde una fundición recupera el rendimiento que estaba perdiendo por la química y la colada, pero no es el cuadro completo. Los canales y mazarotas deciden cuánto de cada colada se convierte en pieza en lugar de retorno, y eso es una cuestión de metodización en la que una buena fundición trabaja en paralelo. Las dos se encuentran en los retornos: el metal que vuelve como canales, mazarotas o rechazo tiene que refundirse, y refundirlo cuesta energía además de rendimiento, y por eso el rendimiento y la factura energética se mueven juntos. Ese vínculo está en el consumo energético de un horno de inducción. Medido como piezas buenas sobre metal fundido, turno a turno, todo esto deja de ser teoría y se convierte en un número que sube a medida que la química y la colada se ponen bajo control.
Punto clave
El rendimiento del hierro nodular no es un número que perseguir, sino un conjunto de relojes que ralentizar y fugas que taponar. Retén el magnesio, dosifica la inoculación tarde, cola limpio y constante, y vacía el horno por completo, y más de cada fusión sale como buen hierro nodular.
Preguntas frecuentes
¿Por qué es más difícil mantener el rendimiento del hierro nodular que el de la fundición gris?
El hierro nodular depende del magnesio para hacer nodular su grafito, y el magnesio se desvanece mientras el metal espera, oxidándose y reaccionando hasta que el hierro se sale de especificación. También depende de la inoculación, que también se desvanece, y el propio tratamiento de magnesio genera escoria de Mg que puede acabar en la pieza fundida. La fundición gris no lleva ninguno de estos relojes, así que una colada tardía o inconsistente que la fundición gris tolera puede convertir en rechazo una pieza fundida de hierro nodular.
¿Cómo mejora un horno de colada a presión el rendimiento del hierro nodular?
Mantiene el metal tratado en un baño sellado y calentado bajo nitrógeno inerte, así que el magnesio se desvanece mucho menos que en una cuchara abierta, y el hierro se mantiene nodular desde la primera pieza hasta la última. La colada es sin escoria a través de un doble sifón, así que la escoria de Mg se queda atrás, y es dosificada, de modo que cada molde se llena al mismo peso. Menos re-tratamiento, menos rechazos por inclusiones y menos defectos de colada elevan el rendimiento.
¿Cuándo debe añadirse la inoculación de ferrosilicio?
Lo más tarde posible, porque la inoculación se desvanece rápido una vez está en el metal. Añadirla temprano, en la cuchara o el horno, significa que gran parte de su efecto ha desaparecido cuando el metal llena el molde. Un sistema de dosificación que dosifica ferrosilicio en polvo en el chorro durante la colada, ligado a la línea de moldeo, mantiene alto el conteo de nódulos y bajo el temple blanco donde importa, en el molde.
¿Qué es el sistema de inoculación de CIME?
Es un sistema automático de dosificación de ferrosilicio en polvo integrado con el CAP y la línea de moldeo. Un tornillo sinfín dosifica el inoculante de forma precisa y repetible según los parámetros de proceso, de modo que cada colada recibe la dosis correcta en el chorro en lugar de un puñado estimado al principio. Una inoculación tardía y constante significa una nodularidad constante y menos rechazo por temple blanco o inoculación insuficiente.
¿Qué causa el temple blanco en el hierro nodular y cómo se evita?
El temple blanco es la fundición blanca dura y frágil que se forma cuando el grafito tiene demasiado pocos sitios de nucleación, normalmente porque la inoculación es débil o se ha desvanecido. Aparece en las secciones delgadas y en los bordes, y echa a perder una pieza o fuerza mecanizado adicional. Mantener alto el conteo de nódulos con inoculación tardía en el chorro es la defensa principal, junto con mantener el metal a una temperatura estable en lugar de dejarlo enfriar y perder su respuesta al tratamiento.
Referencias y fuentes
- Foundry Trade Journal, artículo técnico sobre la producción de hierro nodular y la inoculación, 2006.
- Cast Metal Times, tratamiento de magnesio y práctica de inoculación, 2004.
- CIME S.r.l., documentación interna de proceso sobre la inoculación del CAP, Turín.