Guía de aditivos para la fusión de aluminio: tabletas, aleaciones maestras y fundentes para una mejor recuperación

Una masa fundida de aluminio de 12 toneladas se encuentra a 735 °C, entran 200 kg de pastillas de manganeso, el horno se mantiene durante diez minutos y el espectrómetro aún arroja un nivel bajo de manganeso del 0,12%. Pedir más tabletas rara vez soluciona ese problema. Las preguntas útiles son más específicas: ¿cuál era la temperatura de fusión en el momento de la adición, dónde se dejaron caer las tabletas y cuánto tiempo permaneció realmente el baño antes del muestreo? En la mayoría de las plantas, esas tres variables deciden la recuperación mucho antes que el grado del aditivo.

La regla de funcionamiento de los aditivos para fundir aluminio es sencilla. Haga coincidir la forma con el elemento, haga coincidir el punto de adición con la temperatura de fusión y limpie la masa fundida antes de intentar alearla. Las tabletas brindan una dosificación precisa y con baja emisión de humos de un solo elemento, como Mn, Fe, Cu, Ti, Cr o Zr. Las aleaciones maestras ofrecen elementos que resisten la disolución por sí solos. Los fundentes eliminan los óxidos, el hidrógeno y los elementos atrapados que silenciosamente roban la recuperación de ambos.

Todo lo que sigue sigue esa regla, con las ventanas de temperatura, los rangos de recuperación y los controles de compra que deciden si una adición termina en la especificación o en la escoria.

Las tres familias de aditivos para la fusión de aluminio

Casi todos los aditivos utilizados en un taller de fundición de aluminio se dividen en uno de tres grupos. No son intercambiables y no tienen el mismo precio. Una aleación maestra cuesta más por kilogramo de elemento contenido que una tableta, pero recupera más de ese elemento. Un fundente no contiene ningún elemento de aleación, pero protege la recuperación de todo lo que se agrega después.

La recuperación es el número que rige el costo por tonelada de metal terminado. El siguiente cuadro muestra los rangos indicativos observados en la práctica rutinaria de fundición; la propagación dentro de cada familia proviene principalmente del control de la temperatura y del método de dosificación más que del proveedor.

Aleaciones maestras: alta recuperación para elementos que resisten la disolución

El titanio, el boro, el circonio, el cromo y el vanadio se funden muy por encima del aluminio. Se deja caer el metal puro en un baño a 730 °C y una gran parte se hunde, se oxida o simplemente se asienta en el lodo del fondo hasta que se limpia el horno. La prealeación del elemento con aluminio, generalmente entre un 3% y un 10% del elemento duro en una matriz de aluminio, reduce el rango de fusión efectivo y bloquea el elemento en una fase intermetálica como TiAl3 o TiB2 que se disuelve de manera predecible en el baño.

El aluminio, el titanio y el boro son el caballo de batalla del refinamiento del grano, y normalmente se añaden entre 1 y 3 kg por tonelada de masa fundida, según el método de fundición y el espesor de la sección. El aluminio-estroncio hace un trabajo diferente: modifica el silicio eutéctico en las aleaciones de fundición Al-Si para que la estructura se vuelva más fina y dúctil. El aluminio-boro funciona en la dirección opuesta, eliminando Ti, V y Cr de los grados de conductores eléctricos para recuperar la conductividad, mientras que el aluminio-circonio aumenta la resistencia al calor en aplicaciones de conductores y de temperatura elevada.

La ventaja de la recuperación es real, pero depende del sobrecalentamiento. Los refinadores de granos agregados por encima de aproximadamente 750 °C tienden a aglomerarse y el refinamiento se desvanece a los pocos minutos de mantenerse. Agréguelos tarde, en el cucharón de transferencia o lavado donde la práctica lo permita.

Refinador de grano de aleación maestra de boro, titanio y aluminio Refinador de granos con grados Ti5B1, Ti5B0.2 y Ti3B1, suministrados como barras, bobinas, lingotes tipo gofre o barras cortadas fundidas para aleaciones de aluminio. Ver producto →

Tabletas de aleación: dosificación precisa sin carga pesada

Una tableta de aleación es un disco prensado, generalmente de 30 ga 200 g, hecho del elemento polvo más un portador que ajusta la densidad y ayuda al disco a romperse debajo de la superficie fundida. Debido a que cada tableta lleva un peso conocido del elemento, el operador cuenta las tabletas en lugar de intentar pesar el polvo en un cucharón al lado de un horno a 740 °C. Una tableta de 100 g con un contenido de manganeso del 75% aporta 75 g de manganeso, y veinte de ellas aportan 1,5 kg. De turno en turno, esa consistencia vale más que un precio por kilogramo marginalmente más bajo.

La pregunta pertinente es qué portador y qué densidad de elementos se adaptan a su aleación. Las tabletas de manganeso se destinan a los cuerpos de latas 3003 y 3104, las tabletas de hierro a Al-Fe y aleaciones de fundición a presión, las tabletas de cobre a los grados de fundición 2xxx y Al-Si-Cu, y las tabletas de titanio, cromo y circonio cubren el refinamiento de grano y las adiciones de elementos de transición. Si no está seguro de qué grado se adapta a una masa fundida específica, este desglose de tabletas de aleación de aluminio por sistema de aleación es un punto de partida práctico.

Tabletas de manganeso para control de composición y aleación de aluminio Aditivos de manganeso compactado para un control preciso de Mn en 3003/3104 y otras fundiciones de aluminio, con tabletas de 500 g y alta recuperación. Ver producto →

Vale la pena repetir dos limitaciones. Primero, las tabletas absorben humedad, y la humedad significa porosidad de hidrógeno en la pieza fundida. Mantenga los tambores sellados, alejados del piso y de la boca del horno. En segundo lugar, el transportador no es gratuito: produce un pequeño volumen de escoria adicional por adición, lo cual es importante cuando se arrojan varios kilogramos en un pequeño horno de crisol en lugar de una reverberación de 20 toneladas.

Fundentes: limpie la masa fundida antes de alearla

La mayoría de las pérdidas de recuperación atribuidas a los aditivos en realidad comienzan antes de que el aditivo entre. Una capa de óxido, inclusiones sugastaridas y hidrógeno disuelto interfieren con la disolución y con la precisión de la muestra que se toma posteriormente. Es por eso que la secuencia en una acería bien administrada es primero el fundente, luego el refinador de grano, en tercer lugar las tabletas de aleación o el endurecedor, y un breve paso final de refinación sólo si la aleación lo tolera.

Se inyecta o sumerge un fundente de refinación granulado para extraer hidrógeno y hacer flotar las inclusiones no metálicas. El fundente de escoria separa el aluminio atrapado de la escoria, por lo que sale menos metal del horno en el cubo desnatador. El fundente eliminador de calcio es importante cuando la chatarra empuja el calcio por encima del límite en las aleaciones de fundición, el fundente de agotamiento de magnesio devuelve el 5xxx y los fundidos con alto contenido de magnesio al rango, y el fundente de refinación sin sodio se utiliza cuando el sodio está restringido debido a su efecto sobre la ductilidad en caliente y el agrietamiento de los bordes.

Fundente de refinación de gránulos para fundición de aleaciones de aluminio Fundente granular de afinación para aluminio fundido, añadido al 0,08%-0,15% para eliminar inclusiones de óxido y escorias, con rendimiento sin humo y envase de 5 kg. Ver producto →

La disciplina de dosificación importa tanto como la selección. Una dosificación insuficiente deja gas en la masa fundida; la sobredosis ataca el revestimiento refractario, genera humo adicional y puede dejar un residuo que luego se manifiesta como defectos de inclusión. Siga el rango del proveedor y ajuste los resultados de sus propias pruebas de gas, no los hábitos de un colega.

Aditivos compatibles con la temperatura de fusión y la aleación

La principal causa controlable de baja recuperación es la temperatura de adición. Cada elemento tiene una ventana: debajo de ella las partículas nunca se disuelven completamente, por encima la oxidación y las pérdidas por sedimentación aumentan más rápido que la recuperación. La siguiente tabla cubre las ventanas utilizadas en la mayoría de las fundiciones de aluminio.

La siguiente curva muestra la forma del problema de las tabletas de manganeso. La recuperación aumenta abruptamente a medida que el baño se acerca a los 730 °C, se aplana y luego cae nuevamente una vez que la oxidación y las pérdidas por sedimentación superan las ganancias de una disolución más rápida.

El costo sigue la misma lógica. Los elementos de aleación toman la mayor parte del presupuesto de aditivos, el refinamiento toma la menor cantidad, sin embargo, es el refinamiento el que protege el gasto de aleación al mantener la masa fundida lo suficientemente limpia para una disolución confiable.

División indicativa del gasto en aditivos en una fundición secundaria de aluminio; la mezcla cambia según la cartera de aleaciones y la calidad de la chatarra.

Una lista de verificación de compra antes de comprometerse

Las especificaciones de aditivos parecen similares entre los proveedores en papel, por lo que la diferencia generalmente se muestra en la consistencia del lote y en la rapidez con la que el proveedor responde una pregunta técnica. Vale la pena realizar seis comprobaciones antes de realizar el primer pedido.

1. Química por lote, no por año. Solicite un certificado de análisis vinculado a la entrega y verifique que el rango de elementos coincida con el grado que especificó.
2. Consistencia del peso y tamaño de la tableta. Pesar una muestra aleatoria de veinte discos; una amplia distribución significa que la precisión de la dosificación desaparece en el taller.
3. Humedad y embalaje. Los envases sellados con barrera contra la humedad y con un desecante son normales para tabletas y fundentes; los revestimientos rotos son un motivo de rechazo.
4. Un juicio de disolución por tu cuenta. Una tonelada de metal de producción dice más sobre la recuperación que cualquier informe de laboratorio.
5. Trazabilidad. Los números de lote que se vinculan con los registros de producción permiten aislar un problema en lugar de descartar una entrega completa.
6. Sistema de calidad. Certificaciones como ISO 9001 o GJB9001C indican un proceso auditado, lo que es más importante en pedidos repetidos donde la coherencia es el objetivo.

Los antecedentes de fabricación detrás de esos controles, incluida la capacidad de producción y las certificaciones de calidad que posee la planta, se resumen en nuestro perfil de producción y calidad página.

Preguntas frecuentes

¿Aún necesito una aleación maestra si ya uso tabletas?

Generalmente sí, pero no para los mismos elementos. Las tabletas manejan eficientemente las adiciones de Mn, Fe, Cu, Cr y Ti. El refinamiento del grano con titanio y boro, o la modificación con estroncio, sigue siendo mejor realizarlo como aleación maestra porque las partículas activas necesitan la forma prealeada para sobrevivir en la masa fundida.

¿Por qué disminuye la recuperación cuando la masa fundida se calienta demasiado?

Por encima de la ventana útil, la energía adicional se destina a la oxidación en la superficie del baño y a una sedimentación más rápida de las partículas densas, y ambas pérdidas superan la ganancia de una disolución más rápida. El tiempo de retención agrava el efecto: una agitación prolongada por encima de 760 °C puede costar varios por ciento del elemento añadido.

¿Se pueden introducir al mismo tiempo las tabletas de fundente y de aleación?

No. Refinar y desnatar primero, luego agregar los elementos de aleación y luego tomar una muestra. Agregar tabletas a una masa fundida sucia permite que el portador del fundente compita con óxidos e inclusiones, y la recuperación que se mida después será engañosa.

¿Cuánto tiempo se pueden almacenar los aditivos?

Las aleaciones maestras se conservan durante meses en un lugar seco y seco. Las tabletas y los fundentes son más sensibles y normalmente tienen una fecha de caducidad, porque la absorción de humedad degrada tanto la precisión de la dosificación como el nivel de hidrógeno en la pieza final.

La selección de aditivos es una pequeña parte de la hoja de costos de un taller de fundición y una parte sorprendentemente grande de su tasa de desperdicio. Obtenga la forma adecuada para el elemento, colóquelo a la temperatura adecuada, limpie la masa fundida antes de alearla y verifique cada entrega con una prueba de disolución en su propio metal. Esos cuatro hábitos solucionan la mayoría de los problemas de recuperación que actualmente se pagan con kilos de más de tabletas.