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SOM... Ltda. / Segunda Transversal – Padre Hurtado [email protected] Santiago – Chile ℡ Fono: 56-2-8340895 Fax: 56-2-834018

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Arena cerámica es un producto elaborado para un uso específico, a diferencia de las arenas en uso que son procesadas desde un material natural y acondicionado para su uso en sistemas de moldeo. Esta arena cerámica es producida bajo parámetros de estricto control de proceso, de modo de obtener un material acorde con las necesidades de su uso en forma consistente y repetitiva, cumpliendo las exigencias de las fundiciones en las propiedades que tradicionalmente se han medido en estos productos: Nº AFS; Distribución granulométrica; permeabilidad; LOI; pH; forma de grano; dureza; Pérdidas por Fractura; compatibilidad con diferentes resinas; Reactividad a alta temperatura con diferentes metales.


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Este producto comenzó su desarrollo en los años 70, y se ha patentado ya en distintas versiones desde su inicio por Exxon.- Los usuarios conocen este producto actualmente de diversas formas: Mullita sintética; Arena de baja expansión; arena de moldeo cerámica; etc. La arena de SiO2 tradicional, por su gran disponibilidad y bajo costo, hasta hoy ha sido el medio elegido para el uso en fundiciones. Las exigencias en mayor calidad superficial, disminuciones en los costos de obtención de calidad superficial sin trabajo adicional, las presiones medio ambientales por reducción de desechos y excedentes sólidos tóxicos y no tóxicos, la prevención de salud ambiental en silicosis por exposición a polvo de sílice en suspensión. Están siendo revisadas por la vía de sustitución de la arena de SiO2 por alternativas de mayor rendimiento. La arena cerámica es una alternativa que hoy se esta imponiendo en este campo. La preparación consiste en mezclar la materia prima, Alumino–Silicatos, en forma mecánica, con agua y un pegamento, realizando un proceso de peletizado redondo, luego se secan, preclasifican, y luego se calcinan a temperaturas entre 2600 a 3000 º F. (1600 ºC); este material es reclasificado en distintos AFS.


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Physical and Chemical Properties

Physical / Thermal Properties (@1100°C) ID40

Bulk Density (g/cc) 1.81

Apparent Specific Gravity 3.32

Hardness (mohl) 8+

AFS GFN 40

Angle of Repose 28.8

Thermal Expansion (% LC) 0.65

Thermal Conductivity (cal/hr-cm-°C) 0.0066

Thermal Heat Capacity (W-s/gm-°C) 1.142

Thermal Diffusivity (cm2/s) 0.0028

Chemical Properties (%) ID40

Al2O3 75.0

SiO2 11.0

TiO2 3.0

Fe2O3 9.0

LOI (%) 0.15

Moisture (%) 0.03

pH 6.9

ADV @ pH 5 0.6

ADV @ pH 7 0.0

Mineralogy (%) ID40

Mullite 52

Corundum 48

Beta Cristobalite 0

Amorphous 0

Quartz Silica 0


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Las regulaciones medioambientales han aumentado el costo de disponer excedentes de arenas, más aún en los casos que presenten cierta toxicidad. La industria de la fundición esta buscando formas de evitar estos excedentes, por la vía de re uso de la arena, reciclando. Para que este proceso tenga efecto se deben considerar las siguientes variables: Dureza del producto, redondez, esfericidad, resistencia, índice de pulverización y aptitudes de uso como arena única, son claves para realizar con éxito este proceso. Las arenas esféricas son la alternativa a una recuperación mecánica rápida, con poco esfuerzo, debido a la carga menor de resina necesaria asociada a su razón superficie especifica/volumen. Las arenas angulares, llevan gran carga a liberar e inevitable fractura de sus caras anguladas, que producen una elevada pérdida de material. Asociado a un contenido de finos cada vez más demandante de resina, baja permeabilidad y daño al producto final.


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La aptitud de fluir de la arena es una de las claves para evitar las distorsiones de un molde y obtener

buena precisión dimensional en las piezas.


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La expansión que sufren las arenas sometidas a la temperatura, es otro elemento clave, causante de

una gran cantidad de defectos en las piezas fundidas:


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Con Arena cerámica, se obtienen buenas propiedades y se mantienen en el tiempo, sometida a la

temperatura presenta baja expansión, evitando los defectos asociados:


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Arenas de fundición Usadas en la actualidad en Chile. Octubre; 2006

Composición Físico - Química

Tipo de arena SiO2 Fe2O3 KO2 NaO2 Al2O3 Tº Sinter Tipo de Precio Peso Dureza Densidad Reacción P. de Fusión Nº AFS % % % % % º C grano USD/ TM Especifico Mohs gr./cc a alta Tº ºC Sílice Chile Central 92- 95 1,2 0,4 - 0,6 0,6 - 0,8 3,0 - 6,0 1350 - 1450 Sub ang. 38 2,60 7 1,536 ácida 1600 45 - 60

Sílice Chile Constitución 96 - 98 1,2 0,3 máx 0,5 máx5 ,0 máx 1400 - 1500 Sub ang. 68 2,60 7 1,536 ácida 1650 45 - 60

Sílice Argentina 96 - 99,0 1,3 0,1 máx 0,2 máx 1,5 máx 1500 - 1550Sub ang-redondo 80 2,62 7 1,552 ácida 1745 45 - 60

Sílice Brasil 97 - 99,5 0,9 0,1 máx 0,2 máx 1,5 máx 1550 - 1600Sub ang-redondo 120 2,65 7 1,568 ácida 1750 45 -60

Sílice Perú 98 - 99,8 0,7 0,05 máx 0,08 máx 1,0 máx 1580 - 1680

Sub ang-redondo 95 2,67 7 1,568 ácida 1780 45 - 60

Arena de Cromita Cr2 O3 2,0 máx 30

Máx Cr2O3=45mín. 0 16 máx 1285 - 1360Angular agudo 380 - 430 4,3 - 4,5 5,5 2,56 Neutra 2050 -2095 45 - 60

Arena de Circonio Zr SiO4 35,0 máx ZrO2= 65 mín. 0 2000 mín. Sub. Ang. 1600 - 2000 4,7- 4,8 7,5 2,80 Lig. ácida 2200 - 2250 100 - 120

Arena de Olivino Mg2SiO4 40 47- 50 MgO 0 0,8

máx. 1400 - 1460Angular agudo 300 - 350 3,3 - 3,6 6,5 1,95 Básica 1700 - 1750 45 - 55

+ (7 a 9 %) Fe2 SiO4

1,0 máx

L Fayalita Fe2 SiO4 29,4 70,6 1205 - 1220


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Situación actual de las fundiciones

oct-06

Tipos de Sistemas Cantidad de Fundiciones Otros en Almas Otros en Moldeo

Furánicas 3 Silicatos/ FU/ Shell UF cura - frío/ Cerámicas

Fenólica Alcalina 25- 30 Silicatos/ Shell Verde/ Sil-Ester/ Cerámica

Fenólica Uretanica 2 no no / coquillas

Verde 4 FU / Silicatos / Shell Fenólicas Alc.


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Proporción de arenas usadas. (situación hipotética anual) 1,25 2,3

Costo Fenólica/Actual Kg. arena/kg. pieza A. Nueva /kg. pieza Por cada 1000 TM Costo Resina al 1,6% Cat. Al 25%

USD / TM TM USD Kg. Kg. 50 Arena de Sílice 6 1,8 1800 90.000 96.000 24.000

400 Arena Cromita 0,15 0,125 125 50.000 USD USD 350 Arena Olivina 0 0 0 0 120000 55200

1500 Arena Circonio 0,005 0,001 1 1.500 Total USD 1926 141.500 120000 55200 318626 Solo en preparar molde en MP = 318 USD/TM pieza.- Se debe agregar: + Costo de disponer desechos, valorizados en vertedero normal a $ 15 / Kg.- => 28 USD/ TM 28 Considerando que el material nuevo, 30 % es suficiente para reemplazar las perdidas => costo mínimo de eliminar excedentes = USD 53928 + Costo de pinturas para lograr evitar problemas de superficie => 3 USD / TM = USD 3.000 + Costo de terminación superficial de las piezas, reparaciones y desbaste => 6 USD/ TM = USD 6000 + Costo de recuperación de la arena => 20 USD/ TM = USD 120.000 anuales 120000 Costo Total (sin rechazos) = Costo Arena nueva + Resina + Catalizador + Eliminar excedentes + Pinturas + Terminación superficial + Recuperación arena Total contabilizado: 189630+11000+3000+6000+120000= USD 501.554 USD 502 / TM pieza buena.


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Fenólica Actual Sin Recuperación 1,25 2,3

Costos Fenólica Sin Recup. Kg. arena/kg. pieza A. Nueva /kg. pieza Por cada 1000 TM Costo Resina al 1,6% Cat. Al 25%

USD / TM TM USD Kg. Kg. 50 Arena de Sílice 6 5,8 5800 290.000 96.000 24.000 400 Arena Cromita 0,15 0,125 125 50.000 USD USD 350 Arena Olivina 0 0 0 0 120000 55200

1500 Arena Circonio 0,005 0,001 1 1.500 Total USD 5926 341.500 120000 55200 522626 Solo en preparar molde en MP = 523 USD/TM pieza.- Se debe agregar: + Costo de disponer desechos, valorizados en vertedero normal a $ 15 / Kg.- => 28 USD/ TM 28 Considerando que el material nuevo, 100 % es suficiente para reemplazar las perdidas => costo mínimo de eliminar excedentes = USD 165928 + Costo de pinturas para lograr evitar problemas de superficie => 3 USD / TM = USD 3.000 + Costo de terminación superficial de las piezas, reparaciones y desbaste => 6 USD/ TM = USD 6000 Costo Total (sin rechazos) = Costo Arena nueva + Resina + Catalizador + Eliminar excedentes + Pinturas + Terminación superficial Total contabilizado: 189630+11000+3000+6000= USD 697.554 USD 698 / TM pieza buena.


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Cambio Propuesto 3,5 10

Costos Fenólica Uretanica Kg. arena/kg. pieza A. Nueva /kg. pieza Por cada 1000 TM Costo Resina al 1,2% Cat. al 5%/I

USD / TM Con recuperación TM USD Kg. Kg. 800 Arena Cerámica 6 0,12 120 96.000 48.000 1.200 400 Arena Cromita 0,15 0 0 0 USD USD 350 Arena Olivina 0 0 0 0 168000 12000

1500 Arena Circonio 0,005 0 0 0 Total USD 120 96.000 168000 12000 276120 Solo en preparar molde en MP = 276 USD/TM pieza.- Se debe agregar: + Costo de disponer desechos, valorizados en vertedero normal a $ 15 / Kg.- => 28 USD/ TM Considerando que el material nuevo, 2 % es suficiente para reemplazar las perdidas => costo mínimo de eliminar excedentes = USD 3360 + Costo de pinturas para lograr evitar problemas de superficie => 1,5 USD / TM = USD 1500 + Costo de terminación superficial de las piezas, reparaciones y desbaste => 4 USD/ TM = USD 4000 + Costo de recuperación de la arena => 15 USD/ TM = USD 90.000 anuales 90000 Costo Total (sin rechazos) = Costo Arena nueva + Resina + Catalizador + Eliminar excedentes + Pinturas + Terminación superficial + Recuperación arena Total contabilizado: 191520+3360+1500+4000+90000= USD 374980 USD 375 / TM pieza buena. Por cada 1000 TM producidas en proceso F Uretanico con recuperación de arena intensivo, se obtienen un ahorro de = USD 127.000 Por cada 1000 TM producidas en proceso F Uretanico con recuperación de arena intensivo v/s Fenólica S/R, se obtienen un ahorro de = USD 323.000 Quedan por sumar todas las ventajas técnicas de mayores propiedades de molde con estas resinas

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