Equilibrio de la actividad de la arcilla en sistemas de arena verde: impacto en la adhesión, la humedad y la calidad de la fundición

En un sistema de arena verde, la arcilla actúa como un aglutinante crucial , manteniendo unidos los granos de arena. Las propiedades y el rendimiento generales de la arena verde dependen en gran medida del tipo, la cantidad y el estado (activo o inactivo) de la arcilla presente.

A continuación se presenta una descripción general de los efectos de las arcillas activas y muertas:

Arcilla activa

Definición y propósito:

• La arcilla activa es la porción de arcilla en una mezcla de arena que se activa mediante agua y amasado (mulling) , uniendo eficazmente los granos de arena. También se conoce como "arcilla viva".

• La prueba de arcilla azul de metileno mide específicamente la cantidad de esta arcilla viva o activa. Esta prueba cuantifica los iones intercambiables presentes en la arcilla activa mediante la adsorción del colorante azul de metileno.

• La arcilla activa contribuye a las propiedades de resistencia en estado verde, seco y caliente de la arena verde.

Efectos sobre las propiedades de la arena verde:

• Capacidad de Adherencia: La arcilla activa es esencial para proporcionar resistencia a la compresión en verde , que es la tensión de compresión máxima que la mezcla puede soportar. Esta resistencia se utiliza para controlar la velocidad de adición de arcilla al sistema de arena verde. También desarrolla la plasticidad de la adherencia de la arcilla, lo que controla la mayoría de los defectos relacionados con la arena.

• Requerimiento de humedad: El tipo y la cantidad de arcilla son factores clave que afectan el requerimiento de humedad de la arena. La arcilla activa hidrata y recubre las partículas de arena, lo que influye en la eficiencia del molino, la adherencia de trabajo y la adherencia disponible.

• Eficiencia de Muller, enlace de trabajo y enlace disponible:

  • El enlace disponible indica el material total que absorbe la humedad, incluida la arcilla viva, latente y muerta, y otros aditivos.

  • La adherencia de trabajo representa la cantidad de arcilla que produce activamente la resistencia de la adherencia en la mezcla de arena. Una adherencia de trabajo más alta implica un uso más eficiente de la arcilla.

  • La eficiencia del triturado , calculada como el ligante de trabajo dividido por el ligante disponible, indica la eficacia con la que se utiliza la arcilla.

• Defectos de fundición: El contenido adecuado de arcilla activa ayuda a evitar defectos como moldes rotos y malos estirados (si es demasiado bajo) o desmoldeo difícil y malas dimensiones de fundición (si es demasiado alto).

Arcilla muerta

Definición y Formación:

• La arcilla muerta es arcilla que ha sido destruida por el calor y ya no se puede plastificar con agua , lo que significa que pierde su poder de unión.

• Se considera un material no adherente o inerte.

• Cuando se vierte hierro o acero en moldes de arena verde, el calor intenso puede quemar una proporción de la arcilla, destruyendo sus propiedades adhesivas.

Efectos sobre el sistema de arena verde y la calidad de la fundición:

• Pérdida del poder de unión: a medida que se acumula arcilla muerta, la arena pierde su capacidad de unirse de manera efectiva, por lo que es necesario agregar arcilla nueva para restaurar las propiedades.

• Acumulación y contaminación: La arcilla muerta, junto con las cenizas de carbón (si se utiliza polvo de carbón), se acumula en la arena a medida que esta se reutiliza. Esta acumulación a veces se denomina "material oolítico", que también puede incluir cenizas.

• Permeabilidad reducida: La acumulación de arcilla muerta y finos reduce significativamente la permeabilidad de la arena , lo que dificulta el escape de vapor de agua y otros gases del molde, lo que puede dar lugar a piezas fundidas defectuosas.

• Mayor requerimiento de humedad: una acumulación de material oolítico (arcilla muerta/ceniza) puede aumentar las necesidades de absorción de humedad de la arena e indicar que no está ingresando suficiente arena nueva al sistema para diluirla.

• Defectos de fundición: Una disminución del peso de la muestra, que indica una acumulación de material oolítico, puede provocar defectos como el quemado, el sobrecalentamiento y los defectos de penetración . Por ejemplo, el sobrecalentamiento puede ocurrir si las impurezas, especialmente los álcalis, o ciertos aglutinantes (como el silicato de sodio), reducen la refractariedad de la arena, creando fases líquidas a temperaturas más bajas.

Impacto general en el sistema de arena verde

• Reciclaje continuo: La arena verde se recicla continuamente, lo que requiere adiciones regulares de arcilla nueva, polvo de carbón (si se utiliza) y agua para compensar la pérdida de arcilla activa debido al calor.

• Control de Propiedades: Mantener un equilibrio adecuado entre los componentes activos e inertes es crucial para obtener propiedades de moldeo uniformes y una calidad de fundición óptima. Las pruebas periódicas del contenido de arcilla activa (Prueba de Arcilla Azul de Metileno) y del contenido total de arcilla (Contenido de Arcilla AFS) son esenciales para supervisar y controlar el sistema de arena verde.

• Inercia del sistema: Los sistemas de arena poseen una inercia inherente, lo que significa que los cambios en la adición de arcilla tardan tiempo (p. ej., unos 20 ciclos o aproximadamente una semana) en afectar completamente el contenido total de arcilla y otras propiedades. Los ajustes rápidos en la moldeabilidad se realizan principalmente modificando el contenido de agua.