Xinda ha llevado a cabo una investigación técnica sistemática sobre las porosidades de escoria, un defecto metalúrgico típico que genera grandes pérdidas de producción y facilita los errores de diagnóstico en la fundición de hierro. A partir de cuatro dimensiones: morfología y distribución del defecto, mecanismo de formación metalúrgica, inspección e identificación precisas, y estrategia integral de prevención y control, Xinda ha establecido un sistema técnico integrado completo. Este sistema proporciona asistencia técnica estandarizada y aplicable a las fundiciones de todo el mundo para resolver el problema crítico del descarte masivo de piezas fundidas.

I. Distribución y características morfológicas de los orificios de escoria

Los poros de escoria muestran una clara tendencia posicional. Se acumulan principalmente en la superficie superior de las piezas fundidas, donde se acumula la escoria flotante, y un gran número también se adhiere a la superficie inferior de los núcleos de arena. La parte inferior de los núcleos 1 y 2 que se muestran en la figura son áreas típicas de alto riesgo para este defecto. La mayoría de las cavidades defectuosas son esféricas, mientras que un pequeño número son irregulares. La pared interna de las cavidades está cubierta por una película de escoria compuesta de sulfuro y óxido, de color gris a gris azulado, y algunas cavidades contienen perlas de hierro libres precipitadas durante la solidificación. El tamaño de las cavidades varía discretamente, con un diámetro de poro generalmente ≤10 mm, distribuidas en densos cúmulos.

Tras el mecanizado inicial de las piezas fundidas, los defectos quedarán totalmente al descubierto. Las piezas con porosidades de escoria son extremadamente difíciles de reparar y prácticamente se desechan directamente, lo que ocasiona graves pérdidas en los costes de producción. El aspecto de este defecto es muy similar al de las porosidades invasivas y las inclusiones de arena. Los técnicos suelen atribuir erróneamente las causas principales a un secado insuficiente del molde, la oxidación del hierro fundido y la caída de arena del molde, sin implementar soluciones específicas para un tratamiento radical. En las líneas de producción que carecen de control de impurezas en las materias primas y auxiliares, con bajas temperaturas de vertido y una gestión de procesos deficiente, la frecuencia de aparición de porosidades de escoria aumenta drásticamente.

II. Mecanismo de formación metalúrgica de poros de escoria

Las porosidades de escoria son defectos compuestos formados por el acoplamiento de inclusiones de escoria y gas precipitado, impulsados ​​por dos reacciones metalúrgicas consecutivas:

1. Generación de escoria líquida de sulfuro de manganeso de bajo punto de fusión

   El azufre existe como FeS disuelto en estado sólido en el hierro fundido, el cual experimenta una reacción de desplazamiento exotérmica con el Mn en el hierro fundido: FeS + Mn = Fe + MnS; El MnS generado es infinitamente miscible con la escoria de oxidación a base de óxido de hierro, lo que reduce considerablemente la temperatura de liquidus de la escoria y forma una escoria compuesta líquida con excelente fluidez. Esta reacción de desplazamiento es exotérmica. Las leyes termodinámicas indican que cuanto menor sea la temperatura de vertido, más fuerte será la tendencia de la reacción directa y la producción de escoria líquida aumentará exponencialmente. Cuanto mayor sea el contenido original de S y Mn en el hierro fundido, mayor será el grado de enriquecimiento de la escoria de bajo punto de fusión en el sistema, lo que amplifica significativamente el riesgo previo de defectos.

2. Formación de cavidades que coexisten con escoria y gas.

   Tras la entrada de escoria líquida en la cavidad del molde, donde se acumula hierro fundido en el fondo de los machos y en la superficie superior de las piezas fundidas, el FeO presente en la fase de escoria reacciona con el carbono de la matriz de hierro fundido para producir gas mediante una reacción de reducción: FeO + C = Fe + CO↑. El CO₂ se precipita continuamente, quedando atrapado por la escoria líquida de alta viscosidad y sin poder ascender ni escapar. Tras la solidificación de la pieza fundida, se forman porosidades en las que coexisten la escoria y el gas.

III. Métodos jerárquicos de identificación precisa de defectos

Para distinguir los poros de escoria de los poros convencionales y las inclusiones de escoria, Xinda ha establecido un estándar de identificación de triple enlace que abarca el examen metalográfico, el análisis químico y la inspección del proceso in situ:

1. Cribado primario mediante identificación de la estructura metalográfica

   Las muestras metalográficas se preparan a partir de zonas defectuosas. Si en los límites de las cavidades existen inclusiones de sulfuro de MnS segregadas y enriquecidas de forma continua, acompañadas de partículas finas de escoria de óxido dispersas, el defecto puede identificarse preliminarmente como un orificio de escoria.

2. Identificación precisa mediante análisis de composición química + prueba de huella de azufre.

   Se realiza un análisis químico espectral en las piezas fundidas. Cuando el contenido de azufre (w(S)) en el hierro fundido oscila entre el 0,12 % y el 0,14 %, y el de manganeso (w(Mn)) supera el 0,6 %-0,8 %, se lleva a cabo una prueba de huella de azufre en las secciones transversales de los defectos. Si se detectan trazas de segregación de sulfuro claramente visibles, se confirma la presencia de poros de escoria.

3. Verificación auxiliar mediante la temperatura del proceso

   Los datos de producción industrial a gran escala verifican que cuando la temperatura de vertido estable alcanza ≥1300℃, la generación de escoria de MnS de bajo punto de fusión en el sistema se inhibe significativamente y la tasa de aparición de porosidades en la escoria disminuye sustancialmente.

IV. Medidas técnicas colaborativas de proceso completo para la prevención y el control de defectos.

Basándose en el mecanismo metalúrgico completo de formación de poros de escoria y combinándolo con la experiencia práctica de la producción in situ a gran escala, se construye un sistema integrado de prevención y control que abarca la fusión, el transporte, el vertido y el control de la proporción de ingredientes:

1. Control preciso del campo de temperatura del hierro fundido

   Adopte un proceso de vertido a alta temperatura con una temperatura final mínima de vertido ≥1300℃. Si el contenido de azufre del hierro fundido crudo excede el estándar, la temperatura de vertido puede aumentarse entre 30 y 50℃ para inhibir la generación de sulfuro de manganeso desde una perspectiva termodinámica. Acorte el proceso de transporte del hierro fundido y controle estrictamente el tiempo de permanencia del hierro fundido en las cucharas. Las cucharas deben vaciarse completamente después de su uso. Está prohibido verter hierro fundido nuevo a alta temperatura en cucharas con hierro fundido residual a baja temperatura y escoria, para evitar que la baja temperatura local desencadene una reacción de sulfuración.

2. Mejora del sistema de desnatado y bloqueo de escoria para cucharas de colada.

   Priorizar el uso de cucharas separadoras de escoria tipo tetera para lograr la preasentación y separación de la escoria del horno mediante un diseño estructural adecuado. Se añadirán agentes formadores de escoria para su recolección y se realizará un desnatado manual minucioso antes de cada vertido. Se instalarán tapones y vertederos de escoria durante todo el proceso de vertido para interceptar la escoria flotante. Las cucharas se limpiarán completamente después de cada uso intermitente para evitar la mezcla residual de escoria a baja temperatura y hierro fundido.

3. Optimización estructural del sistema de compuertas para la intercepción de escoria.

   Reconstruya los canales horizontales y las compuertas añadiendo estructuras de interceptación de escoria en varias etapas, como trampas de escoria, filtros cerámicos y deflectores de escoria. La escoria líquida compuesta de MnS se intercepta en el punto de llenado del molde para evitar que flote, se adhiera al fondo del núcleo y genere gas continuamente.

4. Control preciso de la proporción de ingredientes para lograr el equilibrio azufre-manganeso.

   Siga la fórmula de equilibrio de neutralización azufre-manganeso Mn=1,7S+0,3% para asegurar un aporte suficiente de manganeso para neutralizar el sulfuro ferroso libre. Durante el diseño de los ingredientes, seleccione el límite inferior de los valores estándar para el contenido de S y Mn para evitar que el exceso de estos elementos agrave la generación de escoria. Si las materias primas tienen un contenido excesivo de azufre, no utilice un incremento único de manganeso para neutralizarlo; se debe priorizar el aumento de la temperatura de vertido para controlar los defectos.