En la producción de fundición de acero, la calidad del rendimiento y la tecnología de aplicación de los materiales de moldeo determinan directamente la calidad de conformado, la eficiencia de producción y el costo de producción de las piezas fundidas, constituyendo el eslabón fundamental del control de calidad de la fundición. Una selección inadecuada, parámetros excesivos, proporciones inapropiadas o un funcionamiento no estándar de los materiales de moldeo pueden provocar defectos de fundición como poros, adherencia de arena, inclusiones de escoria, deformación y cavidades, lo que afecta directamente la tasa de aprobación y la calidad de entrega de las piezas fundidas. Por lo tanto, dominar con precisión las características de rendimiento de los diversos materiales de moldeo, controlar rigurosamente los parámetros de los materiales y las tecnologías de construcción, y optimizar los esquemas de producción de manera específica son medidas clave para estabilizar la calidad de las piezas fundidas de acero, mejorar la eficiencia de producción y reducir los costos de producción. Este artículo, basado en la práctica de producción en planta, analiza sistemáticamente la influencia de los materiales de moldeo principales, incluyendo la arena de moldeo, los aglutinantes y los recubrimientos, en la calidad de las piezas fundidas de acero, y propone contramedidas de gestión y optimización correspondientes, con el fin de proporcionar una referencia para la mejora de la calidad en la producción de fundición.

1. Influencia de la arena de moldeo en la calidad de la fundición de acero y medidas de control.

Como material de moldeo más utilizado y crítico en la producción de fundición de acero, la arena de moldeo, cuyo rendimiento integral determina directamente la estabilidad de la formación de moldes y machos, actúa como un factor clave que afecta la calidad interna y externa de las piezas fundidas. Para reducir los costos de producción, minimizar la descarga de arena residual y lograr una producción ecológica y baja en carbono, la mayoría de las fundiciones adoptan actualmente el modo de aplicación mixta de arena nueva y arena reciclada. La arena de moldeo utilizada en la producción se mezcla con arena cruda, arena reciclada, aglutinantes y aditivos auxiliares según las proporciones tecnológicas, y debe poseer propiedades integrales adecuadas, incluyendo resistencia, permeabilidad al aire y refractariedad. Esta sección analiza la influencia de la arena cruda y la arena reciclada en la calidad de la fundición de acero y los puntos clave del control de calidad.

1.1 Influencia y criterios de selección de la arena cruda

Dividida en arena de sílice común y arena especial, la arena cruda es el soporte básico de la arena de moldeo, y su rendimiento afecta directamente la estabilidad a altas temperaturas y la calidad de conformado de los moldes, constituyendo la base del control de calidad en la fundición de acero. El contenido de sílice de la arena de sílice determina su refractariedad, que es el índice clave para prevenir defectos de fundición como la adhesión de arena y la sinterización. En el proceso de producción, la arena posterior tiene requisitos de refractariedad relativamente bajos, mientras que la arena frontal está en contacto directo con el acero fundido a alta temperatura, por lo que se debe seleccionar arena de sílice de alta pureza para garantizar la estabilidad estructural en condiciones de trabajo a altas temperaturas. Asimismo, parámetros de la arena cruda, como el contenido de lodo, el tamaño de grano, el contenido de partículas finas y el coeficiente de angularidad, afectan directamente la resistencia y la permeabilidad al aire de la arena de moldeo. Se deben formular estándares de control interno de acuerdo con la estructura del producto y los requisitos de calidad de las empresas para garantizar el rendimiento básico estable de la arena de moldeo.

El tamaño del grano es un índice tecnológico clave de la arena cruda. Una arena cruda con una concentración de tamaño de grano adecuada permite equilibrar eficazmente la resistencia del molde, la permeabilidad al aire y la precisión dimensional de la fundición, lo que resulta idóneo para la producción de piezas de acero convencionales. El control estricto de los distintos índices de impurezas de la arena cruda permite evitar eficazmente defectos secundarios en la fundición, como porosidades e inclusiones de escoria.

En comparación con la arena de sílice común, las arenas especiales como la arena de cromita, la arena de circón y la arena de ceramsita presentan ventajas como una alta refractariedad, buena estabilidad a altas temperaturas y un bajo coeficiente de dilatación térmica. Se aplican principalmente en zonas clave de las piezas fundidas propensas a defectos, como puntos calientes, esquinas redondeadas y marcos guía pequeños, lo que permite mejorar eficazmente los defectos locales, incluyendo la adherencia de la arena, la rugosidad superficial y la porosidad por contracción, y optimizar significativamente la calidad de conformado de piezas fundidas de acero complejas y de alta precisión.

1.2 Control de la influencia y optimización de la arena recuperada

La producción de fundición de acero consume una enorme cantidad de arena de moldeo. El reciclaje de arena recuperada y el uso mixto de arena nueva y recuperada se han convertido en la práctica habitual en la industria de la fundición para reducir costes, mejorar la eficiencia y lograr una producción sostenible. El rendimiento de la arena recuperada fluctúa debido a factores ambientales como la estación del año, la temperatura y la humedad. En la producción, es necesario ajustar dinámicamente la proporción de arena nueva y recuperada para estabilizar el rendimiento general de la arena de moldeo y garantizar la calidad de los moldes.

El contenido de partículas finas y la pérdida por ignición son dos indicadores clave para el control de la arena reciclada, que influyen notablemente en la calidad de la fundición. Un contenido excesivamente alto de partículas finas reduce la permeabilidad al aire y la resistencia general de la arena de moldeo, ralentiza el proceso de endurecimiento y puede provocar fácilmente defectos de fundición como atrapamiento de gas, porosidad, adherencia de arena, erosión por arena e inclusiones de escoria.

La pérdida por ignición caracteriza el contenido de materia orgánica residual y película aglutinante en la arena reciclada, y se correlaciona positivamente con la generación de gas a alta temperatura en la arena de moldeo. Una pérdida por ignición excesivamente alta en la arena reciclada aumenta considerablemente la generación de gas durante el vertido. El gas no puede escapar a tiempo, lo que provoca defectos de fundición como porosidad y porosidad, reduciendo seriamente la tasa de conformidad del producto. Por lo tanto, el índice de pérdida por ignición debe controlarse rigurosamente durante la producción.

Para abordar los riesgos de calidad derivados de la arena reciclada, las empresas deberán establecer un mecanismo de detección regular en la producción para controlar el contenido de partículas finas y la pérdida por ignición, y reducir las impurezas residuales optimizando el proceso de recuperación de la arena de desecho. Asimismo, la proporción de arena nueva y reciclada deberá ajustarse dinámicamente según el entorno y las condiciones de producción, y el proceso de endurecimiento del molde deberá optimizarse para reducir fundamentalmente los defectos de fundición causados ​​por la arena reciclada, equilibrando así la calidad del producto y el coste de producción.

2. Influencia del aglutinante de arena de moldeo en la calidad de la fundición de acero y el control de la dosificación.

La arena pura carece de resistencia de moldeo y no puede utilizarse para moldeo directo. Es necesario añadir aglutinantes durante la mezcla y la reacción para dotar a los moldes y machos de la resistencia y estabilidad estructural suficientes durante los procesos de moldeo, formación de machos y vertido. Los aglutinantes más comunes en la industria incluyen arcilla, aceite y resina furánica. Estos aglutinantes difieren considerablemente en su mecanismo de curado, características de rendimiento y aplicaciones, por lo que deben seleccionarse adecuadamente según las tecnologías de producción y los requisitos de calidad de la fundición. La selección, la dosificación y el proceso de mezcla de los aglutinantes determinan directamente la resistencia del molde, el efecto de moldeo y la colapsabilidad por desmoldeo, factores que influyen significativamente en la calidad de la fundición y la dificultad de limpieza posterior.

La dosificación del aglutinante es clave para el control del proceso in situ, y una dosificación incorrecta provocará diversos defectos de fundición. Una cantidad insuficiente de aglutinante conlleva un curado inadecuado, baja resistencia y una velocidad de endurecimiento lenta de la arena de moldeo, lo que facilita el colapso del molde y la deformación de la arena, resultando en un espesor de pared irregular, porosidades en la arena y deformación de la pieza fundida, e incluso, en casos graves, en piezas defectuosas. Un exceso de aglutinante puede mejorar temporalmente la resistencia del molde, pero aumentará los residuos orgánicos en la arena de moldeo, incrementará las pérdidas por ignición y la generación de gases a alta temperatura, y aumentará considerablemente el riesgo de porosidad e inclusiones de escoria. Además, reducirá la colapsabilidad del núcleo, aumentará la dificultad de limpieza de las cavidades internas de la pieza fundida, incrementará los costos de mano de obra y materiales, y provocará desperdicio de recursos.

Por lo tanto, el control del aglutinante debe seguir el principio de adaptación adecuada. Partiendo de la base de cumplir con los requisitos de resistencia del molde y del núcleo, estabilidad de almacenamiento y condiciones de vertido, la dosificación del aglutinante debe minimizarse para equilibrar eficazmente la calidad de la fundición, la eficiencia de la producción y el costo de producción, y reducir los defectos de fundición inducidos por el aglutinante desde el origen del proceso.

3. Influencia del recubrimiento de fundición en la calidad de la fundición de acero y el control de parámetros.

Las piezas de acero fundido se vierten a alta temperatura, y la arena de sílice común no soporta estas condiciones de trabajo debido a su insuficiente refractariedad. El contacto directo entre el acero fundido y los moldes provoca la sinterización y vitrificación de la arena de moldeo, lo que conlleva una grave adhesión química de la arena. Recubrir las superficies de las cavidades y los núcleos con una pintura especial para fundición es un proceso clave para aislar el acero fundido de la arena de moldeo, mejorar la calidad de la superficie de la pieza fundida y eliminar los defectos de adhesión de la arena.

El recubrimiento de fundición se compone principalmente de agregado refractario, portador, agente de suspensión, aglutinante y aditivos funcionales. Como componente funcional principal, el agregado refractario mejora eficazmente la refractariedad y la estabilidad a altas temperaturas del recubrimiento, aísla la reacción química entre el acero fundido y la arena de moldeo, y previene defectos de fundición como la adhesión de arena y las inclusiones. El rendimiento del recubrimiento de fundición se divide en rendimiento físico, rendimiento tecnológico y rendimiento de trabajo. Los principales indicadores de control in situ incluyen la densidad, el grado Baumé, el espesor del recubrimiento, la viscosidad y la resistencia al agrietamiento por secado.

La densidad del recubrimiento refleja directamente su contenido de sólidos, lo que influye considerablemente en el efecto constructivo y la calidad de la protección. Si la densidad es demasiado baja, los componentes refractarios del recubrimiento son insuficientes, lo que resulta en un rendimiento deficiente contra el flujo, la imposibilidad de formar una capa protectora uniforme y eficaz, y la facilidad con la que se agrieta y se desprende tras el secado, reduciendo significativamente el efecto protector. Si la densidad es demasiado alta, la viscosidad del recubrimiento es elevada y la profundidad de penetración es reducida. El recubrimiento grueso, tras su aplicación, presenta un rendimiento de nivelación deficiente y tiende a acumularse. El calentamiento interno y externo desigual durante el secado provoca el agrietamiento del recubrimiento y, además, defectos en la superficie de la pieza fundida.

La práctica de producción demuestra que seleccionar un recubrimiento con la densidad y viscosidad adecuadas, estandarizar el proceso de aplicación y el espesor del recubrimiento permite obtener piezas fundidas con superficies lisas y planas, sin desprendimientos, adherencia de arena ni inclusiones. En la producción diaria, es necesario monitorear periódicamente los parámetros clave de rendimiento de los recubrimientos y unificar los estándares de aplicación para garantizar una protección estable y confiable.

4. Conclusiones

El proceso de conformado por fundición de acero es complejo y presenta numerosos factores que influyen en la calidad. La fluctuación de parámetros, la dosificación inadecuada y el uso no estándar de los materiales de moldeo, incluyendo la arena, los aglutinantes y los recubrimientos, afectan la calidad final de las piezas fundidas. La mayoría de los defectos de fundición se deben al efecto combinado de múltiples factores. Al analizar las reglas de influencia de los tres tipos de materiales de moldeo de núcleo, este artículo llega a las siguientes conclusiones:

• El contenido de partículas finas y la pérdida por ignición de la arena reciclada son los principales indicadores para el control de la arena de moldeo. Una pérdida por ignición excesivamente alta aumenta considerablemente la generación de gases en la arena de moldeo e induce la formación de poros en la fundición. Optimizar el proceso de tratamiento de la arena reciclada de forma regular y ajustar dinámicamente la proporción de arena nueva y reciclada según las condiciones de trabajo son medidas clave para estabilizar el rendimiento de la arena de moldeo y reducir los defectos de porosidad.

• La dosificación de aglutinantes requiere un control preciso y un ajuste adaptativo. Una adición insuficiente de aglutinante conlleva una resistencia inadecuada del molde y un curado deficiente, lo que provoca defectos como poros, deformación de la pieza fundida y espesor de pared irregular. Una adición excesiva no solo supone un desperdicio de materiales y un aumento de los costes de producción, sino que también incrementa las pérdidas por ignición y la generación de gases en la arena de moldeo, agravando el riesgo de porosidad e inclusiones de escoria. Por lo tanto, la proporción óptima de adición debe controlarse rigurosamente, garantizando al mismo tiempo la resistencia del molde.

• Los parámetros de rendimiento del recubrimiento determinan directamente la calidad superficial de las piezas fundidas. El control preciso de la densidad, el grado Baumé, la viscosidad y el espesor del recubrimiento, así como un proceso de cepillado estandarizado, pueden eliminar eficazmente defectos como la adhesión de arena, las inclusiones y el agrietamiento superficial, lo cual es fundamental para garantizar la calidad de la apariencia de las piezas fundidas.

• El control de calidad en la fundición de acero es sistemático e integral, y un mismo defecto puede deberse a múltiples problemas de material o de proceso. En la producción, se debe establecer un sistema completo de detección de materiales y control de procesos para evaluar exhaustivamente diversos factores, como el rendimiento del material, las condiciones ambientales y los procesos operativos, localizar con precisión las causas de los defectos y optimizar continuamente los planes de mejora. Esto permite mejorar progresivamente la calidad de las piezas fundidas de acero y alcanzar los objetivos de producción de las empresas en cuanto a mejora de la calidad, reducción de costes y aumento de la eficiencia.