Sistema de lavado para la fundición de aluminio

18 de septiembre Sistema de lavado para la fundición de aluminio

Sistema de lavado para la fundición de aluminio

AdTech fabrica una amplia gama de segmentos para canales de colada, que abarca desde segmentos pequeños para la colada continua, pasando por segmentos para la colada de palanquillas y lingotes de laminación, hasta segmentos de gran tamaño para canales de transferencia. La elección de la sección transversal del canal de colada se realiza en función de la velocidad de colada del sistema, con el fin de garantizar una combinación óptima entre un flujo de metal sin turbulencias en el canal y una pérdida de calor mínima.

El sistema de canalización para la fundición de aluminio destaca por su excelente resistencia a la erosión, su excelente resistencia al choque térmico y su impermeabilidad. Esto permite alcanzar una durabilidad excepcional, combinada con unos costes de mantenimiento reducidos al mínimo y una excelente rentabilidad, siempre que se le proporcione el cuidado y el mantenimiento adecuados.

La sílice fundida AdTech, de probada eficacia, se utiliza habitualmente para la fabricación de canales de colada. Para los canales de transferencia, también utilizamos materiales a base de SiC.

Los sistemas de canalización son una parte esencial de cualquier planta de colada. Unos canales bien diseñados contribuyen al buen funcionamiento y a la eficiencia de la planta de colada, donde los trasvases rápidos entre hornos revisten una importancia fundamental. Los canales de colada limpios y con baja turbulencia desempeñan un papel significativo en la fabricación de productos de alta calidad.

AdTech cuenta con una amplia experiencia en el diseño y la instalación de sistemas de canales de colada. Esta experiencia se ve respaldada por un programa informático propio de la empresa para el diseño de sistemas de canales de colada abiertos y cerrados, el uso de los materiales de revestimiento más avanzados para dichos canales y tecnologías de (pre)calentamiento que abarcan desde la combustión de gas para los canales de transferencia hasta la calefacción eléctrica para los canales de colada.

El sistema de canal de fundición para fundición de aluminio está dimensionado y homologado para satisfacer las capacidades de transferencia y/o fundición requeridas. Entre sus características y accesorios pueden figurar sistemas de control de nivel por láser para la transferencia (semi)automática de metal fundido y operaciones de fundición automáticas, sondas de metal de alto nivel para la seguridad contra derrames, termopares en los canales de colada para el ajuste preciso de la temperatura del metal fundido durante la fundición, etc.

AdTech ha diseñado e instalado numerosos sistemas de canaletas interconectadas. No solo hemos suministrado sistemas de canaletas adaptados a nuestros propios equipos, sino que también hemos llevado a cabo proyectos para instalar nuestros sistemas de canaletas en equipos de plantas ya existentes.

AdTech adopta un enfoque flexible en el diseño de sistemas de lavado, ya que somos conscientes de que las necesidades de cada uno de nuestros clientes son diferentes. Mechatherm tendrá en cuenta la distribución de la planta y los niveles de la nave de nuestros clientes, así como cualquier otro parámetro que pueda influir, antes de elaborar un diseño óptimo. AdTech también puede ofrecer plataformas de acceso personalizadas para facilitar el acceso de los operarios.

Lee también: Canal de fundición de cerámica resistente al calor para fundición de aluminio.

¿Qué es un sistema de canalización en la fundición de aluminio?

Un canal de fundición es, en esencia, una canaleta —o una serie de canaletas conectadas entre sí— revestida con material refractario que transporta aluminio líquido por gravedad de un punto a otro, normalmente desde el horno de fusión o de mantenimiento hasta la estación de colada, la unidad de desgasificación o la caja de filtración. A diferencia de una tubería, un canal de colada es un canal abierto, lo que significa que la superficie del metal queda expuesta al aire durante el transporte. Este simple hecho determina casi todas las decisiones de diseño posteriores, ya que el aluminio fundido expuesto se oxida rápidamente y absorbe hidrógeno si no se gestiona adecuadamente.

Hemos visitado plantas en las que los operarios se referían al canal de fundición simplemente como “la canaleta” o “el conducto”, y aunque esos términos no son incorrectos, la comunidad de ingenieros y la mayoría de los proveedores de equipos utilizan la expresión “sistema de canal” para describir el conjunto completo, es decir, el cuerpo del canal, el revestimiento refractario, la estructura de soporte, las cubiertas y, en ocasiones, componentes integrados como filtros o unidades de desgasificación.

El lugar que ocupan las lavadoras en el flujo del proceso de fundición

El metal fundido suele seguir esta secuencia: horno de fusión → horno de mantenimiento → canal de colada → caja de filtración → canal de colada → molde o mesa de colada por gravedad. Algunas plantas también incorporan un punto de inyección de desgasificador o refinador de grano a lo largo del recorrido del canal de colada. Por lo tanto, el canal de colada no es solo un conducto pasivo, sino una zona funcional en la que la calidad del metal puede preservarse o deteriorarse, dependiendo de la eficacia con la que el sistema controle la turbulencia, la caída de temperatura y la formación de óxidos.

¿Cómo funciona un sistema de lavado durante la transferencia de metales?

La física que subyace a un sistema de canalización es aparentemente sencilla: la gravedad hace el trabajo, y la función de la canalización es guiar el flujo sin interrumpirlo. Aconsejamos a los clientes que se imaginen la canaleta como el cauce de un río, no como una tubería. La superficie metálica permanece en contacto con la atmósfera durante todo el tiempo que está en movimiento, por lo que la geometría interna, el ángulo de pendiente y la velocidad de flujo son factores de enorme importancia.

Un canal de fundición bien diseñado mantiene un flujo constante y sin turbulencias a una velocidad de entre 0,3 y 0,6 metros por segundo aproximadamente en la mayoría de las aplicaciones del aluminio. Si la velocidad es mayor, se producen salpicaduras que arrastran la película de óxido al fundido. Si es demasiado lenta, se corre el riesgo de que se produzca una solidificación prematura (lo que a menudo se denomina “congelación”), especialmente cerca de las paredes, donde la pérdida de calor es mayor.

Requisitos funcionales clave de cualquier lavandería

¿Cuáles son los principales tipos de sistemas de lavado que se utilizan en las fundiciones?

No todas las fundiciones necesitan la misma configuración de canal de colada, y hemos visto cómo algunas plantas desperdician una parte importante de su presupuesto comprando sistemas excesivamente complejos para operaciones sencillas de colada por gravedad o, por el contrario, subdimensionan un canal de colada para una línea de fundición continua de gran volumen, en la que la pérdida térmica se convierte en un verdadero cuello de botella.

Canales refractarios fijos

Se construyen in situ, normalmente mediante colada o apisonado, utilizando material refractario monolítico directamente sobre una estructura de acero. Son habituales en instalaciones antiguas o cuando la distancia de transferencia es corta y permanente. La ventaja es su durabilidad y un menor coste unitario a lo largo de una vida útil prolongada. La desventaja es la falta de flexibilidad: si cambia la disposición de la producción, hay que demoler y reconstruir en lugar de reconfigurar.

Canaletas modulares prefabricadas

Las secciones modulares, fabricadas a menudo con placas de fibra cerámica o bloques refractarios prefabricados, se ensamblan mediante pernos o ranuras para formar un canal configurable. La mayoría de las fundiciones de aluminio modernas a las que hemos asesorado han adoptado este sistema, ya que permite una rápida reconfiguración, una sustitución más ágil de las secciones desgastadas y un menor tiempo de inactividad durante el mantenimiento.

Canales calefactados

Algunas operaciones, especialmente aquellas con distancias de transferencia más largas o en las que se mantienen temperaturas más bajas, incorporan elementos calefactores eléctricos o de gas en la tapa o en las paredes laterales del canal de fundido. Esto evita la caída de temperatura que, de otro modo, obligaría a los operarios a sobrecalentar el horno innecesariamente, lo que supone un desperdicio de energía y acelera el desgaste del material refractario del horno.

Canales de desagüe con filtración integrada

Estos sistemas combinan un canal de colada estándar con una caja de filtros integrada, que suele albergar filtros de espuma cerámica, lo que garantiza que las inclusiones se capturen antes de que el metal llegue al molde. Consideramos que esta configuración es prácticamente obligatoria para cualquier fundición que produzca planchas para laminación, lingotes para extrusión o componentes de automoción en los que la tolerancia a las inclusiones sea muy estricta.

¿Qué materiales se utilizan para construir un sistema de canalización?

El revestimiento refractario es donde se concentran la mayoría de las decisiones de ingeniería y, sinceramente, esta es la parte en la que los compradores suelen equivocarse con más frecuencia, ya que se centran en la carcasa de acero o en la forma general, en lugar de en lo que realmente entra en contacto con el aluminio fundido.

Materiales refractarios habituales para revestimientos

Placa de fibra cerámica Se ha convertido en la opción predominante en todo el sector en el que trabajamos, principalmente debido a su baja masa térmica, lo que significa que se calienta rápidamente y no resta temperatura al material fundido, como ocurre con los hormigones de colada más densos. Además, es ligero, lo que reduce la carga estructural sobre la estructura de acero de soporte.

Placa de silicato de calcio Se utiliza en aplicaciones de menor coste o como capa aislante de refuerzo detrás de un revestimiento operativo, aunque, por sí sola, no resiste bien el contacto directo con el aluminio durante campañas prolongadas.

Refractario moldeable (con bajo contenido en cemento o con contenido ultrabajo en cemento) Sigue siendo habitual en canales fijos en los que la canaleta se apisonan o se vierte in situ. Ofrece una excelente resistencia mecánica, pero tiene una mayor masa térmica, lo que se traduce en un calentamiento más lento y una mayor pérdida de calor de la masa fundida durante la puesta en marcha.

Recubrimientos hidrofóbicos (normalmente a base de nitruro de boro) se aplican sobre el revestimiento refractario base en casi todas las aplicaciones importantes en la actualidad. El aluminio tiene la molesta tendencia a humedecer y adherirse a las superficies refractarias estándar, lo que provoca acumulaciones, reduce la sección transversal efectiva del canal y, finalmente, obliga a detener el sistema para su limpieza. Un recubrimiento de calidad que impida la humectación alarga significativamente el intervalo entre renovaciones; hemos medido diferencias de entre 30 y 50% en la vida útil de los canales con un recubrimiento adecuado frente a los sin recubrimiento, en ciclos de trabajo comparables.

¿Qué factores de diseño determinan el rendimiento de una lavadora?

A lo largo de los años, hemos analizado planos de lavanderías de al menos una docena de proveedores de equipamiento diferentes, y los que ofrecen un mejor rendimiento sobre el terreno comparten una serie de características de diseño comunes que no siempre se aprecian con claridad en la ficha técnica.

Pendiente y gradiente

Un canal de descarga debe tener la pendiente suficiente para que el metal se mantenga en movimiento sin atascarse, pero sin ser tan pronunciada como para que el flujo se vuelva turbulento. La práctica habitual en el sector suele situarse entre un gradiente de 2% y 5%, aunque esto varía en función de la anchura del canal y del caudal previsto. Hemos visto instalaciones con canales de lavado completamente llanos que sufrían constantemente problemas de congelación cerca del extremo de descarga, simplemente porque nadie tuvo en cuenta la pendiente durante la instalación original.

Relación entre la anchura y la profundidad del canal

Los canales más anchos y menos profundos pierden calor más rápidamente, ya que hay una mayor superficie expuesta al aire en relación con el volumen del metal. Los canales más estrechos y profundos retienen mejor el calor, pero aumentan el riesgo de salpicaduras en las esquinas o en las transiciones. Conseguir la proporción adecuada para tu caudal y distancia de transferencia específicos es una de esas cosas que parecen insignificantes sobre el papel, pero que tienen un impacto desmesurado en la calidad real del metal.

Cubiertas y tapas aislantes

Un canal abierto pierde calor rápidamente y, además, favorece una mayor oxidación y la absorción de hidrógeno procedente de la humedad atmosférica. La instalación de cubiertas aislantes, incluso simples tapas de fibra cerámica, puede reducir la pérdida de calor de forma notable; hemos visto datos que indican una disminución de entre 15 y 25 °C en la caída de temperatura a lo largo de un tramo típico de 5 metros cuando las cubiertas se utilizan correctamente.

Puntos de transición y esquinas

Cada curva, cruce o desnivel en un sistema de canaletas es un punto en el que tiende a producirse un aumento de la turbulencia. Los buenos diseños utilizan transiciones con radios graduales en lugar de ángulos rectos pronunciados, e incluyen un ligero escalón descendente (en lugar de un desnivel vertical) siempre que el metal tenga que cambiar de altura, para evitar salpicaduras y la entrada de aire.

¿Por qué influye tanto el diseño del canal de colada en la calidad del aluminio fundido?

Esta es la pregunta que más nos hacen los ingenieros de calidad, y merece una respuesta directa: el canal de fundición es uno de los últimos puntos en los que se puede preservar o destruir la limpieza de la masa fundida que los procesos anteriores se han esforzado tanto en conseguir.

El aluminio fundido forma una capa de óxido casi al instante al entrar en contacto con el aire. En un flujo laminar y tranquilo, esta capa permanece prácticamente intacta y flota inofensivamente en la superficie. Sin embargo, el flujo turbulento —provocado por una geometría deficiente del canal de colada, transiciones bruscas, una velocidad excesiva o salpicaduras en los puntos de caída— arrastra esa película de óxido hacia el interior del metal. Una vez arrastradas, estas partículas de óxido se convierten en inclusiones en la pieza fundida final, lo que se manifiesta en forma de defectos en las superficies mecanizadas, una vida útil reducida frente a la fatiga en los componentes estructurales o bobinas rechazadas en las operaciones de laminación.

La absorción de hidrógeno sigue un patrón similar. Un flujo turbulento con gran superficie de contacto expone una mayor cantidad de metal fresco a la humedad atmosférica, lo que aumenta la absorción de hidrógeno, que posteriormente se manifiesta como porosidad gaseosa una vez que el metal se solidifica. Hemos atribuido las quejas sobre la porosidad a la turbulencia en el canal de fundición más veces de las que podemos contar, cuando al principio todo el mundo daba por hecho que el problema se debía a la práctica de desgasificación en el horno.

¿Qué problemas suelen surgir con los sistemas de lavandería?

Según los registros de mantenimiento y las llamadas de resolución de problemas que hemos atendido, estos problemas se repiten en diferentes fundiciones, independientemente de su tamaño o gama de productos.

Erosión y desprendimiento de los materiales refractarios

Los ciclos térmicos constantes, especialmente en operaciones que se desarrollan en turnos intermitentes en lugar de en producción continua, provocan que el revestimiento refractario se agriete y se desprenda con el tiempo. Cada ciclo de parada y reinicio somete al revestimiento a tensiones y, con el tiempo, se desprenden trozos que contaminan la masa fundida o provocan obstrucciones en el flujo.

Acumulación de metal y «skulling»

Sin una protección adecuada contra la humectación, el aluminio se va acumulando gradualmente en las paredes del canal, lo que reduce la sección efectiva de paso. Esta acumulación, a veces denominada «skulling», reduce el caudal, aumenta la turbulencia alrededor de la estrechez y, con el tiempo, obliga a detener por completo el sistema para realizar una limpieza mecánica.

Congelaciones en puntos fríos

Cualquier punto con un aislamiento insuficiente, esquinas expuestas o juntas entre secciones tiende a perder calor más rápido que el resto del recorrido. Si la temperatura desciende por debajo del punto de liquidus de la aleación en ese punto, el metal solidificado bloquea el canal, lo que a veces puede tener consecuencias catastróficas si ocurre en mitad del vertido.

Fugas a través de grietas en el material refractario o la carcasa

Con el paso del tiempo, la fatiga térmica puede provocar grietas que atraviesen todo el espesor del revestimiento, lo que permite que el metal fundido entre en contacto con la carcasa exterior de acero o, lo que es peor, que se filtre por completo. Se trata de un grave riesgo para la seguridad, no solo de un problema de producción, y por eso los programas de inspección periódicos revisten mayor importancia de lo que la mayoría de las plantas prevén inicialmente en su presupuesto.

¿Cómo debe elegir un comprador el sistema de lavandería adecuado?

Recibimos esta pregunta constantemente de equipos de compras que no son metalúrgicos, pero que necesitan tomar una decisión de compra acertada. Este es el marco práctico que les explicamos a nuestros clientes.

Adapta el sistema a tu aleación y volumen

Las aleaciones de alta pureza destinadas a aplicaciones aeroespaciales o electrónicas exigen un control más estricto de las inclusiones, lo que significa que el uso de canales de colada con filtración integrada se convierte en algo prácticamente imprescindible. Las aleaciones de fundición estándar para piezas de fundición generales suelen poder procesarse con sistemas modulares más sencillos, siempre que se respeten los principios básicos de control del flujo.

Valora con sinceridad la distancia de traslado

Los tramos cortos, de menos de 2 metros, rara vez necesitan elementos calefactores. Los tramos de más de 5 o 6 metros, especialmente en plantas con prácticas de sobrecalentamiento del horno más bajas, se benefician significativamente de secciones de canaleta calefactadas o, como mínimo, de cubiertas aislantes resistentes.

Evalúa el coste total de propiedad, no solo el precio de compra

Un horno de fundición más barato, construido con materiales refractarios de menor calidad, puede suponer un ahorro inicial de 30%, pero requerirá un recubrimiento dos veces más frecuente, además del tiempo de inactividad en la producción que ello conlleva. Siempre recomendamos calcular el coste por tonelada de metal transferido a lo largo de la vida útil prevista, en lugar de limitarse a comparar los precios de catálogo.

Comprueba la compatibilidad con el horno y el equipo de fundición existentes

La altura, el ángulo y los puntos de conexión del canal de descarga deben coincidir con la altura de salida de la caldera existente y con la posición del molde o de la mesa. La adaptación posterior de un canal de descarga mal ajustado suele requerir costosas modificaciones estructurales que no estaban previstas en el presupuesto original.

Solicita información sobre el servicio de asistencia para la instalación y la puesta en marcha

Hemos visto cómo algunas fábricas adquieren equipos de lavandería de excelente calidad y, a continuación, se enfrentan a dificultades con los programas de secado, las curvas de calentamiento iniciales o la alineación durante la instalación; aspectos todos ellos que un proveedor con experiencia debería explicarte detalladamente, en lugar de dejar que los descubras por ti mismo mediante el método de prueba y error.

¿Qué prácticas de mantenimiento prolongan la vida útil de un sistema de lavandería?

Hemos observado una tendencia clara en las fundiciones mejor gestionadas: consideran el mantenimiento de las máquinas de fundición como una actividad programada, y no como una medida reactiva que se pone en marcha a raíz de una avería.

Inspección visual y térmica periódica

Las imágenes térmicas por infrarrojos durante el funcionamiento pueden detectar puntos fríos o zonas de desgaste del material refractario antes de que provoquen un fallo. Recomendamos, como mínimo, una inspección visual semanal y un escaneo térmico mensual para las líneas que funcionan de forma continua.

Reaplicación programada del recubrimiento antiadherente

Dado que los recubrimientos BN se desgastan debido a la erosión mecánica provocada por el metal en movimiento, volver a aplicarlos a intervalos fijos, en lugar de esperar a que se observe una acumulación visible, evita el estrechamiento gradual del canal que provoca problemas de flujo.

Procedimientos controlados de calentamiento y enfriamiento

Los cambios bruscos de temperatura son la causa principal de las grietas por fatiga térmica. Seguir las curvas de calentamiento especificadas por el fabricante durante la puesta en marcha o tras un recubrimiento prolonga considerablemente la vida útil del material refractario, aunque ello suponga una inversión de tiempo adicional inicial.

Eliminación de escorias y depósitos durante las paradas programadas

En lugar de esperar a que la restricción del caudal obligue a una parada, programar limpiezas periódicas durante los intervalos de mantenimiento planificados permite que el conducto siga funcionando a su capacidad nominal y evita paradas de emergencia.

¿Qué medidas de seguridad hay que tener en cuenta en los sistemas de lavandería?

Este aspecto no recibe la atención suficiente en la mayor parte de la bibliografía técnica, pero lo consideramos esencial, dado el peligro directo que supone el aluminio fundido.

Las estructuras de soporte de las canaletas deben estar diseñadas para soportar la carga total de metal incluso en condiciones anómalas, como un bloqueo parcial que provoque que el metal se acumule en lugar de fluir libremente. Las protecciones alrededor de las secciones abiertas de las canaletas evitan el contacto accidental, y las cubiertas cumplen una doble función de seguridad y calidad al contener las salpicaduras.

La detección de fugas también reviste una enorme importancia. Algunas instalaciones modernas cuentan con termopares integrados cerca de la envolvente para detectar picos de temperatura que indicarían una ruptura del revestimiento refractario antes de que se produzca una fuga real, lo que da tiempo a los operarios para detener el sistema de forma segura en lugar de tener que enfrentarse a un derrame repentino de metal.

Los requisitos en materia de equipos de protección individual en las zonas cercanas a los canales de colada activos deben ser más estrictos que los requisitos estándar para las naves de fundición, dada la proximidad al metal fundido expuesto a lo largo de un recorrido de colada prolongado, en lugar de un único punto de vertido.

Preguntas frecuentes

1. ¿Cuál es la diferencia entre un canal de colada y un canal de salida en la fundición de aluminio?
Por «canal de transporte» se suele entender el sistema de canales abiertos que transporta el metal a lo largo de distancias más largas entre el horno y la estación de colada, mientras que por «canal de entrada» se suele entender los canales internos más cortos que forman parte del sistema de entrada del molde y que dirigen el metal hacia la propia cavidad.

2. ¿Cuánto tiempo suele durar el revestimiento refractario de un canal de lavado?
La vida útil varía considerablemente en función del material y las condiciones de funcionamiento, pero la mayoría de los revestimientos de placas de fibra cerámica duran entre 3 y 8 meses, mientras que los revestimientos de hormigón proyectado con contenido ultrabajo en cemento pueden durar entre 12 y 24 meses en funcionamiento continuo con un mantenimiento adecuado.

3. ¿Se puede utilizar un sistema de lavado para otras aleaciones distintas del aluminio?
Los sistemas de lavado se utilizan con diversos metales no ferrosos, como el zinc, las aleaciones de cobre y el magnesio, aunque la selección de los refractarios y la composición química del recubrimiento hidrofóbico deben adaptarse a la reactividad específica de cada metal.

4. ¿Qué provoca la aparición de inclusiones de óxido en el metal transferido por canal?
El flujo turbulento, la velocidad excesiva, las salpicaduras en las zonas de transición y la geometría de las esquinas pronunciadas hacen que la película de óxido superficial se incorpore al metal fundido, creando inclusiones que persisten en la pieza fundida final.

5. ¿Es necesario un canal calefactado para distancias de transporte cortas?
Por lo general, no; las transferencias de menos de 2 o 3 metros con cubiertas aislantes adecuadas rara vez necesitan calefacción activa, aunque esto depende de la práctica de sobrecalentamiento de la caldera y de la temperatura ambiente de la planta.

6. ¿Con qué frecuencia hay que volver a aplicar el recubrimiento hidrofugante?
La mayoría de las empresas vuelven a aplicar el recubrimiento de nitruro de boro cada 1 a 6 meses, dependiendo del volumen y la velocidad del flujo, aunque las líneas de alto rendimiento pueden necesitar una aplicación más frecuente.

7. ¿Cuál es la velocidad de flujo ideal en un canal de aluminio?
En la mayoría de las aplicaciones de ingeniería se busca alcanzar una velocidad de entre 0,3 y 0,6 metros por segundo, buscando un equilibrio entre la necesidad de evitar la congelación y el riesgo de arrastre de óxido provocado por la turbulencia.

8. ¿Es necesario que los sistemas de lavado incorporen un sistema de filtración?
No siempre, pero en aplicaciones en las que la calidad es fundamental, como las planchas laminadas, las palanquillas de extrusión o los componentes aeroespaciales, la filtración integrada mediante filtros de espuma cerámica se considera una práctica habitual en la mayoría de las fundiciones modernas.

9. ¿Cuál es la causa más habitual de avería en la lavadora?
Según los datos de campo que hemos analizado, la fatiga por ciclos térmicos, que provoca el desprendimiento del material refractario, es el modo de fallo más frecuente, seguida de cerca por la acumulación de metal debida a una protección contra la humectación inadecuada.

10. ¿Cuánto cuesta normalmente un sistema de lavandería?
El coste varía enormemente en función del tamaño, la calidad del material y las características, oscilando entre unos pocos miles de dólares por una sección modular básica corta y más de cien mil dólares por un sistema con calefacción completa y filtración integrada destinado a una gran línea de fundición en DC.