Tercera parte: vertido, granulación y separación magnética del ferrocromo y las escorias

La obtención de ferrocromo y escorias a partir de cromitas refractarias, mediante reducción carbotérmica en horno eléctrico de arco, permite obtener un ferrocromo de alto contenido de carbono y escorias formadas por un sistema de óxidos del tipo Al2O3-SiO2-MgO. Tanto el ferrocromo como las escorias pueden ser utilizados en la conformación de un fundente aglomerado aleado destinado al relleno superficial de piezas mediante el procedimiento de soldadura por arco sumergido (SAW) [1,2].

La carga fundida se vierte en agua permitiendo la granulación del metal y la escoria, lo cual facilita y abarata las futuras operaciones de pulverización de ambos productos ya que tanto la matriz del fundente como la carga aleante se utilizan con tamaños de grano pequeños (menor a 0,1 mm para la matriz y entre 0,1 – 0,25 mm para la carga aleante)

Por otro lado en el vertido se obtiene una mezcla de metal y escorias, siendo necesaria su separación para lo cual se propone el método magnético [3].

Como orientación, el FeCr se puede obtener mediante la instalación experimentar que se presenta en la figura 1.

Figura 1. Equipamiento para el procesamiento metalúrgico

Procedimiento de vertido y granulación en agua. Posibilidades de aplicación a la granulación de ferrocromo y escorias

Se reportan por la literatura especializada múltiples procedimientos de vertido y granulación de los productos obtenidos en los diferentes procesos metalúrgicos [4,5,6,7].

Una tecnología bastante difundida es la referida a la fragmentación de las escorias fundidas, con agua, existiendo diferentes formas de realizar esta operación, pero la mayoría de ellas concuerdan en verter un chorro de agua a presión sobre la masa de escoria líquida, teniendo esta tecnología múltiples variantes en cuanto a la forma y al equipamiento que utiliza [4,5,6,7].

Existen también métodos que permiten la granulación de las aleaciones metálicas mediante la aplicación de agua a presión [4,6] lográndose obtener granulometrías bastante bajas, desde 0,2 a 3 mm para silicio metálico, de 0,2 a 3 mm para silicomanganeso y de 0,2 a 0,5mm para ferromanganeso medio en carbono [6], lo cual demuestra la eficiencia que puede lograrse con el empleo de esta operación en la cual se aprovecha la energía calorífica de la masa fundida en función de la granulación y/o pulverización, contribuyendo a un ahorro apreciable de energía.

Estos métodos se aplican generalmente a los productos fundidos por separados (parte metálica y escoria) siendo mucho más aplicado a las escorias que a las aleaciones metálicas y requieren para su aplicación de cierta complejidad tecnológica y volúmenes apreciables de material fundido.

Además de estas formas de granulación reportadas para la rama metalúrgica se encuentran también métodos de vertido como forma de granulación de fundentes fundidos para la soldadura.

En los procesos de granulación de fundentes fundidos existen dos vías para lograr la forma y distribución granulométrica: la húmeda y la seca [8,9,10,11]. La granulación por vía húmeda fue la primera utilizada y estudiada y consiste en verter un chorro de escoria líquida sobre una piscina de agua [8]. Este método tiene como inconveniente que la parte exterior de los granos se enriquecen con agua, que si no es eliminada completamente (secado a 110 0C) puede descomponerse durante la soldadura y provocar defectos [9]. La vía de granulación seca tiene como forma fundamental el desmenuzamiento mecánico de la escoria solidificada con un equipamiento especializado [10]. Este método requiere mayor complejidad de equipamiento además de acarrear pérdidas de fundente en forma de polvo y heterogeneidad en su composición química [9].

Estas dificultades pueden eliminarse empleando el método de granulación con aire, el cual consiste en la destrucción del chorro de fundente líquido, vertido desde el horno, y su enfriamiento posterior con el empleo de una corriente potente de aire [12,13,14]. Esta forma de granulación durante la fabricación de fundentes fundidos conduce al surgimiento intensivo de granos aciculares en el proceso de destrucción del chorro líquido de fundente, sobre todo durante la granulación de los derretidos que contienen óxidos de silicio, también forman partículas de formas disímiles, la mayoría de las cuales disminuyen el efecto protector del fundente durante la soldadura [9].

De todo este estudio se puede apreciar que la forma de granulación en agua es la más sencilla y económica [15].

Mediante el vertido de la masa fundida en agua se puede lograr granular tanto el metal como la escoria, lo cual facilita las posteriores operaciones de pulverización. Esta variante de granulación reduce considerablemente los costos de trituración tanto del ferrocromo como de las escorias obtenidas.

El ferrocromo obtenido se utiliza en la conformación de la carga aleantes del fundente aglomerado siendo necesaria su trituración a un tamaño de grano entre 0,1 – 0,25 mm. Por otro lado las escorias se utilizan en la conformación de la matriz del fundente, siendo requisito su trituración hasta obtener granulometrías por debajo de 0,1 mm. En la figura 2 muestra una foto del proceso.

Figura 2: Operación de vertido y granulación.

Separación magnética. Posibilidades de uso en la separación de ferrocromo y escorias

La separación magnética es una separación física de partículas basada en la competencia de fuerzas magnéticas, gravitatorias, de fricción, de inercia y de atracción o repulsión entre partículas, que provoca un movimiento selectivo entre partículas magnéticas y no magnéticas (o menos magnéticas) de la mezcla alimentada. El empleo de la técnica de separación magnética responde a alguno de los siguientes objetivos tecnológicos [16,17,18]:

– Concentración de minerales para mejorar los rendimientos metalúrgicos.

– Purificación de materiales (por disminución del contenido de impurezas ferro o paramagnéticas) destinadas a la industria cerámica, del vidrio, química, farmacéutica, etc.

– Recuperación de ferromagnéticos a partir de residuos (desechos sólidos urbanos o industriales, medios densos) para su posterior reaprovechamiento.

– Depuración de afluentes urbanos e industriales por motivos ecológicos, eliminación de ferromagnéticos con fines de protección de máquinas o por requerimientos o exigencias industriales.

La fuerza magnética actuante sobre una partícula depende linealmente del campo y del gradiente de campo presentes en la zona de separación, ambas son funciones de la posición [16,19].

Desde el punto de vista práctico, conviene clasificar las sustancias teniendo en cuenta dos parámetros: la susceptibilidad magnética y el campo (aproximado) necesario para separar partículas con esas características. Se pueden distinguir así los siguientes tipos de sustancias:

– Fuertemente Magnéticas: Con susceptibilidades positivas, separables con campos magnéticos de baja intensidad. A este grupo pertenece la magnetita, la titano-magnetita, piritas magnéticas, etc. [16].

– Medianamente magnéticas: Con susceptibilidades positivas, que requieren para su separación, campos magnéticos de media intensidad comprendidos entre 0,3 y 0,6 Teslas. A este pequeño grupo pertenecen el hierro titanífero, la martita con inclusiones de magnetita.

– Débilmente magnéticas: Con susceptibilidades positivas pequeñas, separables con campos de elevada intensidad [16]. A este grupo pertenecen los minerales de manganeso y la mayor parte de los minerales altos en hierro como hematitas, limonitas, sideritas, martitas.

– No magnéticas: Dentro de esta categoría se incluyen los minerales no separables con separadores magnéticos ordinarios, tal como los minerales paramagnéticos de susceptibilidad inferior a los minerales débilmente magnéticos y la totalidad de los minerales diamagnéticos. A este grupo pertenecen los minerales que en general constituyen las gangas, como cuarzo, espato flúor, calcita, etc.

La separación magnética constituye una de las operaciones más importantes para el beneficio (purificación, concentración) de sustancias minerales magnéticas y actualmente no parece haber otro método que compita con este para aumentar la ley de tales minerales [18,14].

El procedimiento de reducción carbotérmica en horno eléctrico de arco, permite obtener aleaciones de cromo con alto contenido de carbono [1,2,3].

La presencia de carbono en una aleación hierro cromo trae consigo cambios en las transformaciones alotrópicas del hierro debido a su carácter gammágeno. Para contenidos de cromo superiores al 28% la aleación ternaria es plenamente ferrítica, cualquiera que sea el porcentaje de carbono [21]. Esta propiedad permite emplear técnicas magnéticas para separar los ferrocromos de las escorias.

Las características desde el punto de vista magnético de los ferrocromos (ferromagnético) y las escorias (no magnéticas) permiten la aplicación de esta técnica de separación. En la figura 3 se muestra un esquema del separador magnético.

Figura 3: Esquema del separador magnético

Partes: 1.Tolva de alimentación, 2. Compuerta de salida, 3. Canal conductora, 4. Cadena de transmisión, 5. Sproker acoplado al tambor, 6. Tambor, 7. Imán permanente, 8. Raspador de goma, 9. Conducto para la fracción magnética, 10.Conducto para la fracción no magnética, 11. Sproker acoplado al mecanismo de movimiento y a una excéntrica, 12. Estructura metálica, 13. Colectores.

Conclusiones

– El ferrocromo y la escoria, obtenidas en horno eléctrico de arco, pueden ser granulados mediante el vertido de la masa fundida en agua, reduciendo considerablemente el tiempo y los costos de trituración.

– El procedimiento de separación magnética permite la eficiente separación de fracciones magnéticas de las no magnéticas, lo cual puede ser aplicado a la separación de los ferrocromos y las escorias obtenidas de la reducción carbotérmica de cromitas refractarias.

Bibliografía

1. Perdomo, L., et. Al.: Empleo de cromitas refractarias para la obtención de fundentes aglomerados utilizados en la soldadura automática por arco sumergido (SAW), Rev, Metal, Madrid, 39 (2003) 2680278,

2. Quintana, R., et. Al.: Procedimiento de obtención simultánea de escoria esponjosa y aleaciones de cromo destinadas a la confección de fundentes aglomerados para

3. Perdomo, L., et. Al.: Obtención de un fundente aglomerado aleado para el recargue a partir de los productos de la reducción de cromitas refractarias cubanas, Tesis presentada en opción al grado de doctor en Ciencias Técnicas, Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, Cuba, 1999, 164 p,

4. Riss, A. Production of ferroalloys. Ed. Foreign languages publishing house. Moscow 1975, 278pp.

5. European Patent Application N0 0636697 A1. Apparatus for water granulatng slag. Japon 1995.

6. World Intellectual Property Organization WO 97/20624. Device for granulating molten and slag. U.S.A.1997.

7. Álvarez, M., et. Al.; Influencia de la Forma de los Granos del Fundente Fundido CIS-F10 en la Morfología y Propiedades del Metal Depositado Marilene Valdez Soldagem Insp., Vol. 15, Nº 2 [Abr / Jun] 2010

8. B23K35/36. N. procedimiento de obtención de fundentes (en ruso) 4/2/74.

9. Kuzmienko, B. G., et al.: Empleo de la granulación con aire para el incremento de la calidad de fundentes de soldadura (en ruso). Soldadura automática N0 11 1986 pág. 56-59.

10. Yakovlev, H. F., et al.: Implementación de la tecnología de producción de fundentes para el relleno por electroescoria. Fundentes de soldadura y relleno(en ruso) Ed. Casa de la ciencia. 1974 pág. 115-128.

11. BO/J2/02, B5/02. N. 1350134.: Granulador rotacional de los derretidos de escoria (en ruso) 1981.

12. Gómez Pérez, C.R, et al.: Obtención de fundente fundido para la SAAS a partir de minerales cubanas. VII Forum de Ciencia y Técnica. 1993 25 pp.

13. Pérez, D., et al.: Potencialidades de la granulación horizontal con aire del fundente fundido CIS-F10. Soldagem Insp. São Paulo, Vol. 13, No. 3, p.244-254, Jul/Set 2008

14. Pérez, D., et al.: Estudio del proceso de fragmentación de fundentes fundidos usando aire. Revista Cubana de Ingeniería, 2(2), 25-33, 2011

15. Gómez Pérez, C. R.: Obtención de fundente fundido para la S. A. W. a partir de rocas cubanas. Tesis Doctoral. U.C.L.V. 1995.

16. Flores, H.R.: Informe sobre investigación y desarrollo de tecnología para el beneficio de minerales. Univ. Nac. de Salta. Argentina. 1986.

17. Flores, H.R.: Diseño de un separador magnético de alta frecuencia. VII congreso chileno de ingeniería química. Univ. Antofagasta. 1983.

18. Flores, H.R.: Aplicación de la separación magnética al beneficio de minerales. Rev. Tecniterrac. Univ. Nac. de Salta. Argentina. 1983.

19. Livshite, B.G. et al.: Propiedades físicas de metales y aleaciones. Ed. Mir Moscú. 1982.

20. Flores, H. R.: Separación magnética teoría y aplicaciones. Curso de Postgrado Universidad nacional de Salta. Argentina. 1986.

[21] Pero-Sanz Elor, J. A.: Materiales para ingeniería. Fundiciones férreas. Ed. Dossat. Madrid 1994 154pp.

Autor:

Lorenzo Perdomo González

Rafael Quintana Puchol

Amado Cruz Crespo

Carlos René Gómez Pérez