Consideraciones para la obtención de un fundente aglomerado aleado

Fundentes para la soldadura por arco sumergido (SAW). Clasificación. Métodos de obtención. Características

Actualmente existen diversos métodos de recuperación de piezas, entre ellos, en Cuba la soldadura ocupa un lugar importante. En sentido general, el relleno superficial de piezas a partir del uso de los procesos de soldadura está considerado por varios autores como el de mayor versatilidad dentro de los diferentes métodos aplicados con estos fines [1]. Los métodos más difundidos para la recuperación de piezas son: la soldadura manual por arco eléctrico con electrodo revestido (SMAW) y la soldadura automática por arco sumergido (SAW).

La recuperación de piezas por SAW tiene como limitante fundamental que no es aplicable a todo tipo de pieza, el procedimiento encuentra sus mayores aplicaciones en la recuperación de piezas cilíndricas y de superficies planas, teniendo como ventaja fundamental la alta productividad del método [2].

• Clasificación de los fundentes

La literatura especializada recoge diferentes formas de clasificar los fundentes para la SAW, fundamentalmente de acuerdo a: método de fabricación, aplicación, basicidad, composición química, grado de aleación, estructura, etc. [2,3].

Atendiendo al método de fabricación, los fundentes pueden clasificarse de la siguiente manera [2,3]:

• 1- Fundidos (no aleado)

• 2- Aglomerados (aleado y no aleado)

• 3- Mezclas (aleados)

Los fundentes pueden ser empleados tanto para la soldadura como para el relleno superficial de piezas, lo cual está en dependencia del sistema alambre-fundente que se seleccione.

El relleno superficial de piezas mediante la SAW, se realiza a partir de la combinación de un sistema alambre-fundente y para esto pueden establecerse los siguientes sistemas [4]:

• Fundente no aleado con alambre aleado

• Fundente aleado con alambre no aleado

• Fundente aleado con alambre aleado

Entre estos, el sistema fundente aglomerado aleado con alambre no aleado es el más factible de obtener para las condiciones técnico-económicas existentes en Cuba, debido a que en nuestro país no se producen alambres especiales, los cuales pueden ser macizos o tubulares. Por otra parte la fabricación de fundentes aglomerados aleados sí es posible realizarla debido a que para su producción se requiere un menor grado de complejidad técnica, resultando factible variar su carga aleante en amplios rangos de composición ya que existen en el mercado una amplia gama de aleaciones metálicas que pueden ser empleadas para realizar las diferentes formulaciones [5], además de que existe la posibilidad de producir algunas de las aleaciones que contribuyen en mayor proporción en estas formulaciones.

Los fundentes aglomerados aleados empleados en el relleno por SAW están formados por dos partes fundamentales: matriz y carga aleante [6,7].

La matriz generalmente está formada por un grupo de óxidos y sales entre los que podemos señalar: Al2O3, SiO2, TiO2, , MnO, MgO, CaF2, etc., los cuales cumplen una serie de funciones muy importantes durante el proceso de soldadura por arco eléctrico, estas funciones pueden dividirse en dos grupos [8,9]:

– Funciones metalúrgicas

– Funciones tecnológicas

Entre las funciones metalúrgicas principales que cumplen los sistemas de óxidos podemos señalar:

– Reguladores del carácter ácido – básico de las escorias

– Modificadores de la actividad química (reacciones redox)

– Reguladores de la transferencia de elementos.

– Protección del baño metálico (Permeabilidad gaseosa)

– Aislamiento térmico

– Afino

Entre las funciones tecnológicas tenemos:

– Estabilidad del arco eléctrico

– Desprendimiento de escoria

– Conformación del cordón

– No presencia de humo, ni llamas

– Reducción de las pérdidas por salpicaduras

Para lograr el cumplimiento de estas funciones se emplean en las formulaciones de estos materiales compuestos formadores de escoria, desoxidantes, estabilizadores de arco y aglutinantes, que deben interrelacionarse entre sí, según el caso, en determinadas relaciones.

Las matrices de los fundentes para la SAW están formados por diferentes sistemas de óxidos, entre estos, el sistema

es típico de una amplia gama de fundentes, aplicados tanto para la soldadura como para el relleno (este aspecto puede apreciarse en la tabla 2 del anexo 1) [3,8,9].

Estos sistemas complejos de óxidos pueden obtenerse en la práctica a partir de mezclas en determinadas proporciones de los óxidos libres puros correspondientes, de mezcla de minerales de variada composición química, de concentrados de minerales, etc. [10].

El empleo de óxidos puros permite variar en amplios rangos sus relaciones para la obtención de la composición química deseada, pero hace muy costosa su producción. En este caso no se presentan los inconvenientes y restricciones que puede traer la compleja y fija composición química de los minerales, así como las impurezas presentes en los mismos. Dentro de los inconvenientes que provoca el empleo de minerales, se encuentran: la restricción que provocan al movimiento en la zona del diagrama de fase del sistema de óxidos y el aporte de elementos no compatibles con el sistema estudiado, ampliando, estrechando o desplazando la zona deseada [11,12].

Existe una fuente potencial poco explotada para la obtención de estos sistemas de óxidos, la cual la constituyen los residuales sólidos siderúrgicos (escorias). En los procesos siderúrgicos tradicionales la composición y funciones de las escorias están subordinadas a la calidad del metal a obtener, lo que no permite establecer una estrategia en función de emplear los mismos con el objetivo de utilizarlos para la confección de fundentes de soldadura.

La carga aleante garantiza, bajo las condiciones que impone el arco eléctrico, las características físico-mecánicas y químicas avaladas por la composición de los depósitos realizados; para lograr estas propiedades se conoce la influencia de varios elementos químicos. Entre estos se encuentran: C, Cr, Mn, Mo, V, Si, etc., sin embargo su selección debe responder a la obtención de un amplio rango de propiedades que deben tributar a partir de la composición química y fásica requerida en el metal depositado (cordón de soldadura) con un relativo bajo costo [5,13].

El empleo de estos metales puros para conformar cargas aleantes eleva considerablemente el costo de producción de estos materiales, por tanto, para realizar estas formulaciones pueden emplearse también ferroaleaciones las cuales tienen precios más bajos y aportan más de un elemento químico.

Para la conformación de un fundente, la matriz y la carga aleante deben ser elegidas adecuadamente, desde el punto de vista cualitativo y cuantitativo, para conformar un sistema complejo que responda a las exigencias del proceso metalúrgico de la soldadura y a las características del metal depositado (metal aportado).

1.2 Métodos de obtención de fundentes. Características

Los fundentes fundidos tienen, por lo general, la característica de no presentar carga aleante, es decir, la matriz constituye casi la totalidad del fundente. Estos se obtienen por la fusión de una mezcla de minerales u óxidos con sales en horno de arco eléctrico y la granulación de estos fundentes se realiza mediante el enfriamiento brusco, pero controlado, de la masa fundida con agua o aire. La forma en que se realiza el proceso de enfriamiento define la morfología, distribución, coloración, tamaño y consistencia de los granos [2,14].

La fusión permite la obtención de una matriz fundida homogénea, de acuerdo al sistema de óxidos elegidos. Durante la fusión ocurre una desagregación de los constituyentes químicos de los minerales, recombinándose químicamente con un apreciable grado de homogeneidad, formando entonces, de acuerdo a la relación molar entre los óxidos del sistema primario, una serie de silicatos y alumosilicatos complejos con una textura y estructura determinada, que define las propiedades físicas y químicas que permitan el correcto desarrollo del proceso metalúrgico de soldadura [10,14].

Entre los diferentes elementos que conforman la matriz alumosilicática hay compuestos ácidos y/o neutros que forman su cuerpo y definen su estructura reticular (red), entre ellos están el ZrO2, TiO2, etc. y otros que regulan y modifican la extensión del ordenamiento estructural de la red; entre ellos se encuentran los óxidos cuyos elementos metálicos presentan bajo potencial de ionización y alto carácter básico, como son K2O, Na2O, MgO, CaO, etc. [14].

Los fundentes aglomerados aleados se obtienen mediante la aglomeración con silicato de sodio (vidrio líquido) de la matriz alumosilicaticos con la carga aleante. La matriz de estos fundentes puede ser fundida, cerámica, cuasicerámica o una mezcla mecánica.

La matriz de los fundentes aglomerados se obtiene de una mezcla de minerales u óxidos con sales, la cual generalmente es sometida a un tratamiento térmico (sinterización). En dependencia de la temperatura que se alcance durante el calentamiento puede obtenerse una matriz cuasicerámica o cerámica. Este proceso contribuye a que el mecanismo y las características termodinámicas de las reacciones químicas, donde participa la matriz como fase única o predominante, se desarrollen con un grado mayor de homogeneidad en comparación con una mezcla mecánica, pero inferior que el que se obtiene con la masa fundida [5].

El método más difundido para realizar la aglomeración de la matriz con la carga aleante para la obtención de los fundentes es la peletización, debido a que garantiza la obtención de un producto final con determinada distribución granulométrica, cuyos pellets se distinguen por la forma esferoide con superficie rugosa lo que disminuye la fricción en las paredes de la tolva y facilita el control y regulación de la dosificación por los conductos de alimentación a la zona del arco eléctrico [5].

La elaboración de mezclas de diferentes fundentes, incluso de varias categorías, se realiza buscando determinadas propiedades específicas en los depósitos metálicos que no son abarcados por los fundentes comerciales; o para lograr un sistema alambre-fundente acorde a las necesidades o circunstancias técnico productivas, estas mezclas pueden ser mecánicas o aglomeradas. En este proceso del mezclado de diferentes fundentes debe presentar un alto grado de homogeneidad de la mezcla final.

Además de los métodos anteriores existe una vía que puede ser aplicada a la obtención de fundentes, la cual consiste en aprovechar las posibilidades que brinda el proceso metalúrgico reductivo y las características químicas de minerales metálicos. Este método puede resultar tecnológicamente interesante y económicamente atractivo porque permitiría utilizar minerales que por su composición química y características refractarias no podrían ser usados por otros métodos. Mediante el proceso metalúrgico podrían separarse y transformarse los componentes que constituyen el sistema de óxidos de la mena metálica, utilizándolos a su vez como productos transformados (escorias y ferroaleaciones) destinados a la formulación de la matriz y la carga aleante de los fundentes para la SAW [15,16].

Este proceso de procesar minerales metálicos con características refractarias presenta el inconveniente de ser altamente consumidor de energía (6-8 kW/kg de ferroaleación). Esta dificultad puede ser salvada si se aprovecha acertadamente la coyuntura de lograr por un lado productos metálicos (ferroaleaciones) aplicables a la confección de las cargas aleantes de los fundentes para la SAW y por el otro escorias con las características metalúrgicas y tecnológicas adecuadas para la conformación de determinados sistemas matriciales de óxidos de los fundentes de soldadura, lo cual resultaría entonces económicamente sustentable, debido a que se considera que la energía se distribuye equitativamente y proporcionalmente por unidad de masa de ambos productos resultantes proceso de reducción .

Potencialidades de los minerales para el desarrollo de fundentes de soldadura

La literatura especializada brinda una amplia gama de combinaciones de sistemas de óxidos los cuales permiten garantizar el correcto desarrollo del proceso de soldadura por arco eléctrico [3,8], no obstante, las características químicas y fásicas de los minerales cubanos reducen estas combinaciones a solo una serie de ellas, esto ocurre porque los minerales con posibilidades de empleo para estos fines tienen una composición química muy compleja y poseen además una estequiometria fija [5,14].

Los recursos minerales aplicables a estos usos pueden ser divididos en tres grupos:

• 1- Silicatos y alumosilicatos

• 2- Óxidos e hidróxidos

• 3- Carbonatos

Varias rocas de minerales cubanos por sus características químicas y mineralógicas pueden ser fuentes potenciales directas para la conformación de los sistemas de óxidos adecuados a los fines metalúrgicos de la SAW.

Tradicionalmente los minerales se emplean para la conformación de las matrices de los fundentes de soldadura. Entre estos, los que pueden encontrar mayores aplicaciones son: feldespato, caolinita, talco, cuarzo, pirolusita, calcita, dolomita fluorita, etc. Estas matrices pueden obtenerse por la vía de fusión o la de sinterización [5,14].

Existe un grupo de minerales formados por óxidos metálicos mixtos (complejos) y no metálicos que pueden ser fuentes potenciales para la obtención simultánea de matrices y cargas aleantes de fundentes de soldadura. Para lograr esto es necesario la aplicación de un proceso metalúrgico reductivo (no clásico), buscando cumplir con los requisitos cualitativos y cuantitativos que demandan las relaciones másicas entre la matriz y los componentes de la carga aleante de los fundentes para la SAW, buscando siempre un compromiso de rentabilidad del proceso [15,16].

Entre los minerales que pueden cumplir potencialmente, desde el punto de vista químico, con estas particularidades metalúrgicas se señalan las cromitas (aportan Cr y Fe), las pirolusitas (Mn), los psilomelanos (Mn), componentes de las lateritas niquelíferas (Ni, Co, Fe), ilmenitas (Fe, Ti), titano-magnétitas (Fe, Ti), etc., pero las características tecnológicas y de rentabilidad del proceso extractivo constituyen interrogantes a solucionar.

Entre estos los de mayores perspectivas y potencialidades para el desarrollo de fundentes para la SAW se encuentran las cromitas y las pirolusitas debido fundamentalmente a su composición química, aunque las primeras son de características refractarias, elevadas temperaturas de fusión y relativo bajo contenido de Cr2O3.

En Cuba la mayor utilización de estos minerales ha sido en la industria química en el caso de las pirolusitas y en la industria metalúrgica en el de las cromitas en la conformación de materiales refractarios, mezclas de moldeo, ladrillos, etc. [17,18].

Las cromitas refractarias cubanas no reúnen los requisitos de composición química (ley del mineral) para ser empleadas como fuente de elaboración tradicional de ferrocromo de alto carbono y de ser sometidas a un proceso de beneficio necesitarían tecnologías desarrolladas para su aplicación con los correspondientes costos de preparación, aunque ellas pueden encontrar aplicaciones interesantes en desarrollo de consumibles del proceso de soldadura (fundentes para el recargue) mediante un proceso metalúrgico reductivo, adecuado a los objetivos que se persiguen en la obtención de componentes para la conformación de fundentes para la SAW.

A continuación se exponen las características más notables de los componentes que pueden conformar la carga para el proceso metalúrgico reductivo de la cromita, con vistas a la obtención de matrices y cargas aleantes de fundentes de soldadura.

• Cromitas. Sus posibilidades

La cromita es un mineral negro con raya parda oscura y brillo sub-metálico a metálico. Generalmente se encuentra en forma de granos diseminados en las peridotitas y en las serpentinas derivadas de las mismas, a veces es débilmente magnética [19,20], y ella se encuentra dentro del grupo de las espínelas normales respondiendo a la formula global AB2X4, donde A: puede ser Co, Cd, Cu, Fe, Mg, etc., B: Co, Ti, Sn, V, Ga, In, Mn, Cr, Al, etc. y X es el oxígeno.

En realidad las cromitas son cromoespinelas las cuales presentan una fórmula global del tipo AB2O4 y constituyen un grupo isotípico íntimamente relacionado con soluciones sólidas entre sus miembros.

Estas espínelas pueden encontrarse más frecuentemente como:

El rango de variación de la composición química de las cromitas más comunes aparece en la tabla 3 del anexo 1.

Los principales países productores de cromitas son: Rusia, África del Sur, Filipinas, Cuba y Rhodesia [20,22].

Las cromitas pueden ser divididas en dos grandes grupos de aplicación de acuerdo al contenido de cromo [23]:

Las cromitas metalúrgicas son empleadas fundamentalmente como fuente de obtención de ferroaleaciones de cromo y las refractarias en la preparación de diferentes materiales refractarios (ladrillos y mezclas de moldeo).

Las menas de cromo para ser empleadas como fuente de obtención de ferrocromo deben cumplir los siguientes requisitos básicos [23,24]:

Estos requisitos garantizan teóricamente que el rendimiento en ferrocromo de la mena sea como mínimo de un 39,8% y que el contenido mínimo de cromo en el ferrocromo sea de 68,74%. Además establecen también restricciones en cuanto a producción de escoria, limitando la cantidad máxima de escoria en 60,2% con relación a la mena, obteniéndose una relación FeCr / Escoria de 2:3. En el caso de las cromitas refractarias el valor de esta relación es menor en dependencia de la ley del mineral.

Los yacimientos magmáticos más importantes de Cuba están constituidos por cromoespinelas asociadas a la banda de rocas intrusivas ultrabásicas serpentinizadas y se ubican en la unidad tectónica anticlinal oriental y en la unidad tectónica de Camagüey [25,26].

Las mayores reservas de cromitas de Cuba se encuentran en el macizo Mayarí – Baracoa, que forma parte de la unidad tectónica anticlinal oriental. En este macizo se destacan tres regiones minerales importantes. Las reservas de estas regiones se distribuyen de la siguiente forma [25]:

• Distrito Moa – Baracoa: Con más de 5 000 000 de toneladas

• Distrito Sagua de Tánamo: Con reservas pobres

• Distrito Mayarí: Con más de 500 000 toneladas

Las cromitas refractarias cubanas han sido estudiadas en la fabricación de aleaciones de cromo. Jiménez [27,28] en sus estudios propuso diferentes formulaciones en las que incluía la serpentina con el objetivo de disminuir el carácter refractario de la cromita, obteniéndose aleaciones con diferentes composiciones en dependencia de la formulación planteada. Los contenidos de cromo en estas aleaciones están entre 40 y 51%, las aleaciones con menores contenidos de cromo se obtuvieron con contenidos de níquel entre 3,4 y 3,6%. Las aleaciones de mayores contenidos de cromo se obtuvieron en un horno de plasma de 120kW. La obtención de estas aleaciones se realizó con el objetivo de emplearlas en la fabricación de aceros inoxidables.

Para hacer un análisis acerca de las potencialidades de las cromitas refractarias cubanas como fuente de obtención de materias primas para la fabricación de consumibles de soldadura (fundente para el recargue por SAW), se toman como referencia aquellas menas (ver tabla 1 del anexo 1) cuyo contenido de Cr2O3 sea menor de 40%. Al someter estas cromitas a un proceso metalúrgico de reducción y considerando un 90% de reducción del cromo y 95% del hierro, datos estos reportados por la literatura especializada para la obtención de ferrocromo metalúrgico se obtendría entonces el siguiente resultado hipotético: el contenido de cromo en las ferroaleaciones variará desde 58 hasta 67%. Estos datos muestran que potencialmente es factible emplear estas cromitas para un proceso reductivo [15].

El empleo de cromitas refractarias para la obtención de ferrocromo tiene la limitante tecnológica de que sus temperaturas de fusión son muy altas y los volúmenes de ferroaleaciones que producen son bajos, lo que limita considerablemente la eficiencia del proceso, haciéndolo muy costoso.

Pero si analizamos estas cromitas no con la óptica de utilizarla como materia prima para obtener ferrocromo (metalúrgico), sino con la de convertir todos los productos de la reducción en componentes vitales para la producción de fundentes aglomerados aleados, tendremos: los óxidos Al2O3, MgO, CaO y SiO2 son constituyentes típicos formadores del sistema matricial empleado en el desarrollo de fundentes para la SAW; el Cr2O3 y el Fe2O3 son elementos que en elevados contenidos influyen negativamente en las funciones metalúrgicas de estos sistemas matriciales [3], por tanto si mediante un proceso determinado se logra extraer, hasta ciertos niveles, el cromo y el hierro del resto de los óxidos tendremos un sistema de escoria capaz de ser utilizado en la confección de la matriz de estos fundentes y una aleación de cromo y hierro capaz de ser empleada como carga aleante de estos materiales [29].

2.2 Arenas de sílice

La sílice es la única sustancia que puede clasificarse estrictamente como fundente ácido [22], siendo índice de basicidad un aspecto que debe ser tenido en cuenta en el desarrollo de los diferentes procesos metalúrgicos, ella es un elemento regulador y complementario del sistema matricial del fundente.

El óxido de silicio más importante es el anhídrido silícico o sílice (SiO2). La sílice se presenta en la naturaleza formando 5 minerales: cuarzo (hexagonal), tridimita (rómbica), cristobalita (tetragonal), ópalo (amorfo) y la lechatelierita (amorfa) [30,31]. De ellas el cuarzo es el más abundante. La tridimita y cristobalita se encuentran ampliamente distribuidas en pequeñas cantidades en rocas volcánicas. El ópalo es relativamente común y solo la lechatelierita es rara (vidrio de sílice) [32]. Los minerales que contienen el grupo de sílice poseen una misma composición química (SiO2) y constituyen una interesante serie de modificaciones polimórficas, por su estructura cristalina [33], dichos minerales ocupan una posición muy especial, debido a que guardan una relación directa con los silicatos y alumosilicatos y a la vez éstas con la composición fásica mineralógica de las escorias del proceso metalúrgico extractivo de cromo de la cromita.

La forma polimórfica estable de la sílice a baja temperatura es el cuarzo y por la acción del calor se transforma en otras variedades: tridimita y cristobalita, y se ha establecido por diferentes autores la siguiente serie de transformaciones enantiotropas [31,34].

Las referidas transformaciones tienen una importancia considerable en la obtención de matrices y fundentes fundidos, porque el paso de una especie a otra, e incluso a otra variedad, lleva implícito cambios de volumen a veces considerables por ser diferente la cristalización [32], pudiendo hacer saltar o explotar los granos de fundentes o matrices fundidas.

En Cuba existen importantes reservas de arenas de cuarzo, encontrándose en explotación las de Pinar del Río y Santi Spiritus, estas arenas son ampliamente aplicadas en la preparación de mezclas de moldeo para la fundición de piezas. Para la utilización de estas arenas en la confección de fundentes de soldadura deben cumplir que su contenido de SiO2 sea superior al 90%.

2.3 Caliza

La caliza es una roca cuyo componente mineral principal lo constituye la calcita. La calcita pura está formada por 56% de CaO y 44% de CO2, presenta una densidad de 2,71 g/cm3 y una dureza en la escala de Mohs de 3, con sustituciones isomórficas del Ca por Fe, Mg o Zn variando su densidad proporcionalmente a la intensidad del isomorfismo [35].

La calcita pura al ser calentada se descompone, en un recipiente abierto y a presión atmosférica de acuerdo a la siguiente ecuación [36]:

Si presenta sustituciones isomórficas con los cationes Fe2+ y Mg2+ la descomposición se realiza a temperaturas inferiores [37]. La posibilidad de ocurrencia de esta reacción está relacionada con la temperatura y la presión parcial del CO2, teniendo en cuenta esto el CaCO3 a presión atmosférica puede comenzar a descomponerse a temperaturas algo superiores a los 500 0C. En las condiciones en que se realiza el proceso metalúrgico de reducción con carbono, la presión parcial del CO2 puede alcanzar como valor máximo 1 013 kPa, ya que el proceso es abierto, por lo tanto la predicción de la ocurrencia de la descomposición es regida termodinámicamente por las ecuaciones siguientes:

A partir de la segunda expresión se determina que a 1162 K (889 °C) se descompone la calcita.

Tanto en la siderurgia como en la producción de fundentes de soldadura la caliza es adicionada en calidad de fundente básico, regulando una serie de funciones metalúrgicas de afino (desulfuración y desfosforación), ella realiza su función desfosforante debido a que en las escorias básicas el fósforo forma compuestos más estables con el CaO que con el MgO, MnO y FeO.

A partir de 1150 0C, aproximadamente, la capacidad desulfurante del CaO tiende ligeramente a disminuir con el aumento de la temperatura.

El potencial de ionización del CaO calculado por la formula de Saj, es de 6.28eV, el cual es producto del bajo potencial de ionización del calcio 6.16eV [40], lo que favorece la estabilidad del arco eléctrico tanto durante el proceso de fusión como el de soldadura.

Cuba cuenta con grandes reservas de rocas calizas distribuidas por todo el país, siendo la mayor aplicación de este mineral en la construcción y en la obtención de óxido de calcio. El requisito fundamental que deben cumplir estas rocas para su empleo en la conformación de fundentes de soldadura es que su contenido de CaO sea superior a 50%.

2.4 Fluorita

La fluorita (CaF2) es un halogenuro de calcio también llamado frecuentemente espato flúor. El fluoruro de calcio (CaF2) está formado por 51.2% de Ca y 48.8% de F. Sus cristales presentan una estructura cúbica centrada en las caras, y los iones de Ca2+ se hallan en coordinación cúbica con los iones F- ocupando los vértices, mientras que los iones F- ocupan los centros de todos los octavos de cubo [20]. Su dureza es de 4 en la escala de Mohs y su densidad es de 3.18 g/cm3 [32].

La temperatura de fusión de la fluorita es de 1382 0C, esta temperatura de fusión relativamente baja provoca que al fundirse la fluorita produzca un corrimiento de las isotermas de las regiones fásicas del sistema de óxidos en los diagramas de fases hacia temperaturas menores [41], facilitando el proceso de fusión; además provoca un aumento de la permeabilidad gaseosa de la escoria líquida y una mejor protección del baño metálico durante el proceso de fusión de la carga [42].

La mayor aplicación de la fluorita es en la industria metalúrgica, empleándose alrededor del 70% de la producción mundial [32]. La fluorita es considerada un buen fundente para minerales, aumentando la fluidez de la escoria y acelerando el proceso de fundición; adicionándose en la metalurgia en calidad de fundente neutro, la fluorita no realiza actividad química en los lechos de fundición [22], ella realiza la función de regulador pasando a la escoria como un modificador de funciones, como por ejemplo, el carácter corto o largo de las escorias. Sistemas complejos de óxidos (escorias) con contenidos apreciables de fluorita pueden adecuarse a la confección de matrices de fundentes para la SAW lo cual favorece sus funciones metalúrgicas durante el proceso de soldadura.

La sílice y el fluoruro en estado fundido (temperatura ( 1700 0C) se disocian en sus iones de acuerdo a:

En la tabla 4 del anexo 1 se puede observar el contenido de SiF4 en los gases producidos por algunos fundentes comerciales [3].

Estos gases perjudican el proceso de ignición y mantenimiento del arco eléctrico [43], además son contaminantes (tóxicos), por lo que los gases emitidos por el proceso deben ser correctamente evacuados del local donde se realiza la fusión [14].

• Coque

Su mayor aplicación es en la industria metalúrgica como reductor, el cual pasa a la aleación formando carburos, también es empleado como combustible en otros procesos industriales [44].

Es una variedad amorfa de carbón obtenida producto de la destilación seca y destructiva de la hulla, la cual se realiza fundamentalmente en baterías de coquificación [23,44]; durante la coquificación de la hulla se desprenden varios productos volátiles como son el gas de huya, amoníaco, fenol, benceno y alquitrán. Está compuesto fundamentalmente por carbono fijo, ceniza, agua, compuestos volátiles, fósforo y azufre [23]. Un coque de buena calidad siderúrgica debe reunir las siguientes cualidades en cuanto a su composición química [23]:

• Contenido de cenizas: En la medida que el contenido de éstas sea menor, mayor será su calidad; varían entre 8-12% [23].

• Humedad: Esta puede llegar hasta un 5% y depende directamente del método de apagado del coque [22,23].

• Azufre: Su contenido debe ser lo menor posible, para evitar su efecto negativo al ser transferido tanto a la aleación como a la escoria.

• Otra cualidad muy importante del coque es su resistencia mecánica [23,44]. Las propiedades mecánicas más importantes del coque son su solidez (resistencia a la ruptura) y su resistencia a la abrasión.

El coque durante la reducción debe producir un residuo (ceniza) compuesto por un grupo de óxidos, el cual debe estar en correspondencia con el sistema de óxidos de la carga que se funde en el horno.

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Autor:

Lorenzo Perdomo González

Rafael Quintana Puchol

Amado Cruz Crespo

Carlos René Gómez Pérez