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Índice

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Ref.15/PR2239/TEXTO.DOC

ÍNDICE 0. RESUMEN ......................................................................................................................5 1. INTRODUCCIÓN .........................................................................................................11 2. LEGISLACIÓN MEDIOAMBIENTAL EN EL SECTOR DE FUNDICIÓN...............15

2.1 OBSERVACIONES DE CARÁCTER GENERAL...................................................................15 2.2 ATMÓSFERA................................................................................................................15 2.3 RESIDUOS INERTES O INERTIZADOS .............................................................................18 2.4 RESIDUOS TÓXICOS Y PELIGROSOS ..............................................................................20 2.5 LICENCIA DE ACTIVIDAD Y EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL............................25

3. BASES TECNICAS DE LOS PROCESOS DE MOLDEO ..........................................27 3.1 TÉCNICAS DE FUNDICIÓN CON MOLDE PERDIDO...........................................................27

3.1.1 Materiales utilizados en la fabricación de moldes y machos .............................29 3.1.1.1 Arenas de moldeo ..........................................................................................29 3.1.1.2 Aglomerantes para arenas de moldeo y machos ............................................30 3.1.1.3 Productos de adición a los materiales de moldeo ..........................................31 3.1.1.4 Materiales de revestimiento para moldes.......................................................31

3.1.2 Sistemas de moldeo ...........................................................................................33 3.1.2.1 Técnicas de moldeo de arena en verde...........................................................33 3.1.2.2 Técnicas de moldeo mediante resinas de curado en frío................................37 3.1.2.3 Técnica de moldeo en cáscara........................................................................40 3.1.2.4 Técnicas de moldeo con silicato sódico.........................................................42 3.1.2.5 Técnica de moldeo con modelo perdido ........................................................43

3.1.3 Técnicas de fabricación de machos....................................................................45 3.1.3.1 Procesos de aglomeración en caliente............................................................46 3.1.3.2 Procesos autofraguantes.................................................................................52 3.1.3.3 Procesos de endurecimiento a través de un gas .............................................56

3.2 TÉCNICAS DE FUNDICION EN MOLDES PERMANENTES ..................................................58 3.2.1 Fundición en coquilla.........................................................................................59 3.2.2 Fundición a presión............................................................................................61

4. RESIDUOS: GENERACIÓN Y ELIMINACIÓN.........................................................63 4.1 ARENAS USADAS DE FUNDICIÓN..................................................................................63 4.2 RESIDUOS DE LAS ARENAS USADAS DE FUNDICIÓN: POLVOS, LODOS Y FINOS ..............64 4.3 ARENAS, POLVOS Y LODOS DE LA SECCIÓN DE GRANALLADO......................................64

5. MEDIDAS Y PROCEDIMIENTOS PARA PREVENIR, MINIMIZAR YVALORIZAR LOS DIFERENTES TIPOS DE RESIDUOS ................................................66

5.1 RELACIÓN ENTRE LOS DIFERENTES TIPOS DE RESIDUOS Y LAS MEDIDAS DE PMV MÁSADECUADAS ........................................................................................................................66 5.2 PREVENCIÓN POR CIRCULACIÓN DE LAS ARENAS PARA MOLDES Y MACHOS ................67

5.2.1 Datos sobre la técnica ........................................................................................67 5.2.1.1 Descripción ....................................................................................................67 5.2.1.2 Estado de la técnica........................................................................................69 5.2.1.3 Campos de aplicación ....................................................................................71 5.2.1.4 Potencial de minimización.............................................................................74

5.2.2 Condiciones económicas....................................................................................75 5.2.3 Evaluación ambiental.........................................................................................75

5.2.3.1 Impacto en otros medios ................................................................................75 5.2.3.2 Otros criterios ambientales ............................................................................75

Libro Blanco de minimización de arenas de moldeo en fundiciones férreas

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5.3 REGENERACIÓN .......................................................................................................... 76 5.3.1 Datos sobre la técnica ........................................................................................ 78

5.3.1.1 Descripción de las técnicas de regeneración.................................................. 78 5.3.1.1.1 Instalaciones de regeneración mecánica (regeneración en frío) ............ 78 5.3.1.1.2 Instalaciones para la regeneración térmica (regeneración en caliente) cony sin tratamiento mecánico posterior..................................................................... 81

5.3.1.2 Estado de desarrollo....................................................................................... 82 5.3.1.2.1 Arenas usadas aglomeradas con resinas químicas................................. 82 5.3.1.2.2 Arenas usadas aglomeradas con bentonita ............................................ 83

5.3.1.3 Campos de aplicación.................................................................................... 88 5.3.1.3.1 Monosistemas ........................................................................................ 88 5.3.1.3.2 Sistemas mixtos ..................................................................................... 90

5.3.1.4 Potencial de minimización ............................................................................ 91 5.3.2 Condiciones económicas ................................................................................... 92

5.3.2.1 Instalaciones mecánicas sencillas de recuperación para arenas aglomeradascon resinas químicas autofraguantes ......................................................................... 92 5.3.2.2 Instalaciones térmicas de regeneración e instalaciones mecánicas de altacalidad para regenerar arenas usadas mixtas ............................................................. 92

5.3.3 Evaluación ambiental ........................................................................................ 94 5.3.3.1 Impacto en otros medios................................................................................ 94 5.3.3.2 Otros criterios ambientales ............................................................................ 95

5.4 VALORIZACIÓN EN LA FABRICACIÓN DE CEMENTO...................................................... 95 5.5 VALORIZACIÓN EN LA FABRICACIÓN DE LADRILLOS.................................................... 96 5.6 VALORIZACIÓN COMO MATERIAL EN CONTACTO CON EL SUELO Y MEZCLAS ASFÁLTICAS96 5.7 VALORIZACIÓN EN OTROS SECTORES .......................................................................... 97 5.8 VALORIZACIÓN METALÚRGICA DE ARENA PROCEDENTE DEL GRANALLADO................ 98

6. MÉTODO PARA AHORRAR MATERIAS PRIMAS Y REDUCIR RESIDUOS DEARENAS DE MOLDEO EN SU EMPRESA....................................................................... 99

6.1 OBSERVACIONES DE CARÁCTER GENERAL .................................................................. 99 6.2 DESARROLLO DEL MÉTODO....................................................................................... 100

6.2.1 Análisis de la situación actual ......................................................................... 100 6.2.2 Análisis de arenas ............................................................................................ 103 6.2.3 Definición de las medidas de minimización.................................................... 104 6.2.4 Evaluación técnico-ambiental.......................................................................... 104 6.2.5 Evaluación económica..................................................................................... 105 6.2.6 Desarrollo de un plan de acción ...................................................................... 105

7. APLICACIÓN DEL MÉTODO PARA AHORRAR MATERIAS PRIMAS YREDUCIR RESIDUOS A CINCO FUNDICIONES DE LA CAPV ANALIZADAS PORIHOBE, S.A. ........................................................................................................................ 106

7.1 SELECCIÓN DE LAS EMPRESAS Y OPERACIONES ANALIZADAS.................................... 106 7.2 EMPRESA A. FUNDICIÓN DE PIEZAS DE AUTOMOCIÓN, MOLDEO EN VERDE ............... 108

7.2.1 Situación actual de la empresa A..................................................................... 108 7.2.1.1 Fundición y técnicas de fabricación de moldes y machos ........................... 108 7.2.1.2 Circulacion del material de moldeo............................................................. 109 7.2.1.3 Balance de los materiales empleados, subproductos y productos ............... 112

7.2.1.3.1 Valores característicos de los materiales empleados ........................... 112 7.2.1.4 Análisis de arenas y finos ............................................................................ 113

7.2.1.4.1 Muestreo .............................................................................................. 113 7.2.1.4.2 Resultados de los análisis y valoración ............................................... 113

Índice

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7.2.1.4.3 Valoración de los resultados ................................................................114 7.2.2 Propuestas y evaluación de medidas de minimización y valorizacion ............115 7.2.3 Resumen...........................................................................................................116

7.3 EMPRESA B. FUNDICIÓN DE PIEZAS DE AUTOMOCIÓN, MOLDEO EN VERDE................118 7.3.1 Situacion actual de la empresa B .....................................................................118

7.3.1.1 Fundición y técnicas de fabricación de moldes y machos ...........................118 7.3.1.2 Circulacion del material de moldeo .............................................................119 7.3.1.3 Balance de los materiales empleados, subproductos y productos................122

7.3.1.3.1 Valores característicos de los materiales empleados ...........................122 7.3.1.4 Análisis de arenas y finos.............................................................................122

7.3.1.4.1 Muestreo ..............................................................................................122 7.3.1.4.2 Resultados de los análisis y valoración................................................123 7.3.1.4.3 Valoración de los resultados ................................................................124

7.3.2 Propuestas y evaluación de medidas de minimización y valorización ............124 7.3.3 Resumen...........................................................................................................125

7.4 EMPRESA C. FUNDICIÓN DE PIEZAS PARA VÁLVULAS, MÁQUINA HERRAMIENTA, ETC.MOLDEO EN VERDE............................................................................................................126

7.4.1 Situacion actual de la empresa C .....................................................................126 7.4.1.1 Fundición y técnicas de fabricación de moldes y machos ...........................126 7.4.1.2 Circulación del material de moldeo .............................................................128 7.4.1.3 Balance de los materiales empleados, subproductos y productos................131

7.4.1.3.1 Valores característicos de materiales empleados .................................131 7.4.1.4 Análisis de arenas y finos.............................................................................132


7.4.2 Propuestas y evaluación de medidas de minimizacion y valorizacion ............134 7.4.3 Resumen...........................................................................................................135

7.5 EMPRESA D. FUNDICIÓN DE PIEZAS DE AUTOMOCIÓN, CONDUCCIÓN DE FLUIDOS, ETC.MOLDEO EN VERDE...........................................................................................................136

7.5.1 Situacion actual de la Empresa D ....................................................................136 7.5.1.1 Fundición y técnicas de fabricación de moldes y machos ...........................136 7.5.1.2 Circulacion del material de moldeo .............................................................137 7.5.1.3 Balance de los materiales empleados, subproductos y productos................139



7.5.2 Propuestas y evaluación de medidas de minimizacion y valorizacion ............142 7.5.3 Resumen...........................................................................................................143

7.6 EMPRESA E. FUNDICIÓN DE ACERO DE PIEZAS PARA MATRICERÍAS, FERROCARRIL, ETC.MOLDEO EN VERDE Y QUÍMICO .........................................................................................145

7.6.1 Situacion actual de la Empresa E.....................................................................145 7.6.1.1 Fundición y técnicas de fabricación de moldes y machos ...........................145 7.6.1.2 Circulacion del material de moldeo .............................................................147 7.6.1.3 Balance de los materiales empleados, subproductos y productos................151



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7.6.1.4.1 Muestreo .............................................................................................. 152 7.6.1.4.2 Resultados de los análisis y valoración ............................................... 152 7.6.1.4.3 Valoración de los resultados................................................................ 153

7.6.2 Propuesta y evaluación de medidas de minimización y valorizacion.............. 153 7.6.3 Resumen .......................................................................................................... 155

Resumen

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0. RESUMEN La fundición es un sector de fuerte arraigo en la Comunidad Autónoma del País Vasco y quetiene un importante peso en la estructura industrial vasca, tanto en términos de empleo comoen la generación de valor añadido. Sirva como ejemplo el dato de la producción en dichosector en el año 1997, que fue de 378.909 t de fundición férrea y de 33.874 t de fundiciónprimaria de metales no férreos, lo que representa el 4,3% de producción bruta industrialvasca y un 4,4% del empleo de la Comunidad Autónoma del País Vasco1. La mayor parte de las empresas del sector realizan el proceso de fundición con moldes ymachos (elementos internos del molde) de arena que tras su utilización son desechados. Estatécnica se denomina de moldes perdidos y genera gran cantidad de residuos de arena,aproximadamente el 95% de todos los residuos generados en las fundiciones, siendo sudestino más habitual la deposición en vertederos. La cantidad anual de arenas residuales demoldeo generadas en la CAPV se sitúa cerca de las 200.000 t/a. La gestión ambientalmente correcta de esta gran cantidad de residuos encuentra cada díamayores problemas. La saturación de la capacidad de vertederos y la dificultad paraestablecer otros nuevos, así como ciertas limitaciones para admitir estos residuos, hace quecobre más importancia el desarrollo por parte de las fundiciones de políticas para reducir yreutilizar en origen, así como para valorizar en otros sectores las arenas de moldeoresiduales generadas. La misma preocupación queda reflejada en el Plan de Gestión de Residuos Inertes de 1994de la Viceconsejería de Medio Ambiente del Gobierno Vasco, donde se fijaban unosobjetivos de reducción del 30% para los residuos inertes, entre los cuales se encuentran lasarenas de moldeo. Por estos motivos, y por el alto potencial de minimización de residuos existente en estesector, el Departamento de Ordenación del Territorio, Vivienda y Medio Ambiente a travésde su Sociedad Pública de Gestión Ambiental, IHOBE, S.A., ha elaborado el “Libro Blancode Minimización de Arenas de Moldeo en fundiciones férreas” con el apoyo de laAsociación de Fundidores del País Vasco y Navarra (AFV). Este libro recoge las técnicas ytecnologías de minimización existentes en la actualidad, así como la verificación de lasmismas a través de cinco experiencias piloto en fundiciones vascas. Las cinco fundicionesseleccionadas reflejan la tipología del sector en la Comunidad Autónoma en cuanto a susprocesos productivos, tamaño, estructura empresarial y localización geográfica.

1 Fuente: Asociación de Fundidores del País Vasco y Navarra (AFV).


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Tabla 1: Caracterización de las fundiciones estudiadas

Empresa Técnica de moldeo Machos Producción (t/año) Número de piezas A Moldeo en verde:

Moldeo Automático Caja fría 43.000 Series,

grandes series B Moldeo en verde: Moldeo

Automático Caja fría Cascara

22.000 Series, grandes series

C Moldeo en verde: MoldeoAutomático

Caja fría (tres tiposde resinas)

10.000 Series, pequeña, mediana

D Moldeo en verde: MoldeoAutomático

Caja fría Arena prerrevestida

(resina fenólica)

12.000 Series, mediana-alta

E Moldeo en verde: MoldeoManual

Moldeo Silicato - éster: Moldeo Manual

Caja fría

Silicato - éster

4.000 Pequeñas series

Piezas sueltas

Los procesos productivos de las 5 fundiciones vascas estudiadas se pueden dividir, enfunción de la técnica de moldes empleada, en dos tipos: • Moldeo en verde. El moldeo en verde se caracteriza por el uso como material de

moldeo de una mezcla de arena de sílice, bentonita como aglomerante y agua. Estatécnica es muy versátil, utilizándose tanto para grandes series como para pequeñas.

• Moldeo químico. El material de moldeo es una mezcla de arena con un aglomerantequímico, generalmente resinas sintéticas (furánicas y fenólicas). Este tipo de moldeo sesuele emplear para la fabricación de series cortas y piezas de gran tamaño.

Las fundiciones que utilizan en su proceso arena para la fabricación de moldes disponen deun círculo cerrado de arena que se va renovando permanentemente mediante adiciones dearena nueva y eliminación de las arenas más deterioradas. Un sistema utilizado confrecuencia es aprovechar la arena de los machos para la renovación, ya que estos se suelenfabricar con arena nueva. De esta forma se mantienen dentro de unos límites prefijados loselementos que pueden hacer variar la resistencia y dureza de la arena, tales como chamotas,finos, etc. que se encuentran presentes en el circuito. Dentro de la denominación genérica de arenas usadas se encuentran diversos tipos deresiduos. Los más frecuentes son: • Arenas de moldeo. Muchas veces la retirada de finos del circuito y la adición de arena

proveniente de los machos usados no logran disminuir la presencia de contaminantes enel circuito, por lo que se requerirán adiciones de arena nueva que hace necesario retirar asu vez la misma cantidad de producto usado y generando de este modo el residuo.

• Terrones. Durante la fabricación y el desmoldeo se generan terrones de moldes y machosque no se rompen durante el tratamiento de la arena y pasan a convertirse en un residuo.

• Polvos, finos. Son aquellas partículas que es posible aspirar y separar mediante filtrossecos en cualquiera de las fases del circuito: preparación del material de moldeo,transporte de la arena y desmoldeo.

• Lodos. Son aquellas partículas recogidas en sistemas de aspiración por vía húmeda.

Resumen

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Los polvos, finos y lodos procedentes del material de moldeo en circulación estáncompuestos del material de moldeo base utilizado, así como de los productos de adición yde sus productos de desintegración (p.ej. polvo de cuarzo, cáscaras de aglomerante orgánico,bentonita activa y pasiva, formadores de carbono brillante). En las operaciones de granallado, se regenera un residuo en forma de polvo, mezcla departículas metálicas y restos de arena calcinada que se mezclan entre sí, a pesar de sudistinta composición. Los polvos de granallado contienen fundamentalmente polvos dearena usada, así como granallas de granulometría inferior, partículas procedentes de laabrasión del metal y óxidos metálicos. Para minimizar la cantidad de arena de fundición usada, así como para su valorizacióninterna o externa2, pueden aplicarse diferentes medidas de carácter tanto técnico comoorganizativo. Sin embargo, las propuestas más interesantes para la consecución del objetivode minimización se pueden agrupar en tres conceptos: • Reducción de consumo y producción de arenas dentro de la fundición. La reducción

en la generación de residuos de arenas de moldeo, y consecuentemente el consumo dearena nueva, se consigue optimizando la circulación de la arena dentro de la fundición,realimentando los machos rotos y los finos, así como reutilizando la arena usada.

• La regeneración de arena. Es una valorización interna, y consiste en depurar la arenausada hasta el punto de que pueda sustituir a la arena nueva en la fabricación de machosy moldes.

• La valorización externa. Consiste en el uso como materia prima de la arena usada enotros sectores industriales, destacando entre estos, los de cemento y asfalto por lacapacidad que tienen de utilizar estos residuos como materia prima.

Con el fin de verificar estas medidas se ha aplicado en las cinco fundiciones participantes eneste Libro Blanco una metodología o procedimiento de chequeo que permite a la empresadetectar las posibilidades de ahorro económico y reducción de los residuos de arena. Estemétodo comprende las siguientes actuaciones: I. Análisis de la situación de las fundiciones, inventariando las técnicas de fabricación.II. Balance de masas del circuito de arena, desarrollando valores característicos de cada

una de las fundiciones.III. Análisis físico-químico de determinadas corrientes de arena con el objeto de obtener

valores sobre sustancias no deseadas y sustancias valorizables.IV. Propuesta y evaluación de medidas de minimización de residuos. Una vez analizados los procesos y cantidades de residuos producidos en cada fundición, serealizaron una serie de análisis físico-químicos, y finalmente, se propusieron una serie demedidas cuya implantación lograría reducciones sensibles en la generación de residuos y enel consumo de arena. A modo de síntesis, las medidas propuestas se recogen en la siguientetabla.

Tabla 2: Resumen de las medidas de minimización propuestas, excluida la valorización

2 La AFV junto con IHOBE, S.A. lidera un proyecto con el fin de definir los parámetros de las arenas para la valorización en éstas enotros sectores productivos de la Comunidad Autónoma del País Vasco.


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Empresa Técnica deMoldeo

Medidas deMinimización

%Reducciónresiduos

Cantidad de Residuost/t de Fundición Buena

Cantidad de ArenaNueva (incluida machos)t/t de Fundición Buena

Situacióninicial

Situaciónfinal

propuesta

Situacióninicial

Situaciónfinal

propuesta A

Moldeo enverde

OrganizativasRegeneración

18 32

0,57 0,57

0,47 0,38

0,34 0,34

0,24 0,11

B Moldeo enverde

Organizativas 15 0,31 0,26 0,17 0,17

C Moldeo enverde

Organizativas 16 0,52 0,44 0,40 0,36

D Moldeo enverde

Organizativas 26 0,30 0,23 0,20 0,20

E Moldeo enverde

Organizativas 8 1,50 (1) 1,40 (1) 0,80 (1) 0,30 (1)

MoldeoSilicato -

éster

Regeneración Organizativas

8 8

1,50 (1) 1,50 (1)

1,40 (1) 1,40 (1)

1,92 (1) 1,92 (1

1,67 (1) 1,7 (1)

(1) Fundición de acero, considerando la mitad de la producción por cada tipo de moldeo. Entre las propuestas realizadas el establecimiento de medidas organizativas ha sido el másnumeroso por su sencillez y economía. Por ejemplo, en el moldeo en verde, las adiciones de arena nueva para regenerar el circuitovarían entre 0,1 y 0,2 t arena/t metal fundido, incluida la arena de machos. Esta cantidaddepende de la relación arena-metal, tipo y cantidad de machos utilizados y de otros factores.En las fundiciones estudiadas esta cantidad oscila entre 0,17 y 0,4 t arena/t metal fundido.Por ejemplo, una de las fundiciones tenía un consumo excesivo de arena, 0,34 t/t defundición buena. La calidad de la arena del circuito, así como el aporte proveniente de losmachos, hacen innecesaria una adición de arena nueva. Optimizando el circuito de arenapueden llegar a reducir el consumo hasta 0,24 t/t de fundición buena. Otro punto estudiado es la reducción del consumo de aglomerantes. Considerando lascondiciones de fabricación, así como las exigencias de calidad de la fundición sonsuficientes adiciones de 4 kg de bentonita por cada 100 kg de metal fundido. Los consumosreales sitúan esta relación entre 3,5 y 5,6, adicionándose en algunos casos en exceso. Lomismo ocurre en la fundición de acero donde suelen ser normales unas adiciones entre 20-22kg de bentonita/100 kg metal fundido, en la empresa analizada sin embargo, el consumo erade 29 kg/100 kg acero. Otro de los residuos producidos en el moldeo en verde son los finos generados durante lapreparación del material de moldeo y el desmoldeo. Estos finos contienen cantidades nadadespreciables de sustancias activas (bentonita y hulla). La cantidad de finos que se puedenreutilizar depende del porcentaje de sustancias activas que contengan los finos y de losparámetros exigidos al material de moldeo. En todas las fundiciones analizadas lareutilización de finos era inferior a la posible. Por ejemplo, en una fundición la generaciónde residuos se puede reducir un 13% y el consumo en bentonita y hulla en un 26% y 16%respectivamente. La gran demanda de arena suele ser consecuencia de un tratamiento insuficiente de la arenausada. Las instalaciones de tratamiento suelen contar con una trituración y eliminación de

Resumen

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finos que con frecuencia no son eficaces. La eficacia en la eliminación de finos es uno de losfactores más importantes. Con la optimización en el tratamiento de arena usada puedeconseguirse que los residuos generados sean casi exclusivamente finos. Sin embargo, en unafundición se generan cantidades nada despreciables de arena que podría ser reutilizadamejorando la eficacia del tratamiento. Otra de las posibilidades para minimizar el consumo de arena es la regeneración. Porrazones económicas, la regeneración sólo esta recomendada para ciertas producciones dearena usada. Sólo una fundición reunía las características necesarias para evaluar laposibilidad de instalar un sistema de regeneración, lo que reduciría la generación de residuosen un 32% y disminuirán la compra de arena nueva de 0,34 a 0,11 t de arena por cada t defundición buena. La valorización externa o el aprovechamiento de las arenas usadas en otros sectoresindustriales está siendo aplicada en países de nuestro entorno. Sin embargo, estas medidasestán siendo en la actualidad evaluadas en la CAPV. Como resultado del análisis del estado de las fundiciones estudiadas, las medidas propuestaspara la minimización de arenas de moldeo susceptibles de ser implantadas se puedenresumir en: • Optimización del circuito de arena.• Reutilización interna de aquellos finos que tengan sustancias valorizables• Reducción de la diversidad de tipos de arena utilizada: tamaño de granos, tipo de arena• Empleo de instalaciones internas de regeneración de arena usada• Optimización de la regeneración de arena• Valorización de la arena usada en otros sectores La implantación de todas estas medidas conseguirían importantes ahorros económicos en elconsumo de arena nueva y gestión de los residuos de arena usada en las cinco fundicionesvascas asesoradas, tal y como señala la tabla siguiente:

Empresa Minimización dentrode fundición

regeneración Valorización Total

A 20% 32% 20% 72% B 15% - 58% 73% C 16% - 52% 68% D 26% - 40% 66% E 24% 8% 25% 57%

De la elaboración del “Libro Blanco de Minimización de arenas de moldeo en fundicionesférreas” se han obtenido las siguientes conclusiones: • La minimización en origen es técnicamente viable a corto plazo y económicamente muy

interesante en la totalidad de las empresas estudiadas. Estas fundiciones representan laglobalidad del sector de fundición vasco, por lo que la aplicación de medidas similares enotras empresas tiene altas probabilidades de éxito.

• Existen otro tipo de soluciones para las arenas usadas, que salvo una excepción, vandirigidas a valorizar externamente los residuos cuya generación sea inevitable. Esta línea


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de trabajo está en fase de evaluación desde un punto de vista tanto técnico, económico yambiental.

• Propone un camino nuevo y factible hacia el cumplimiento de los objetivos del Plan deResiduos Inertes de reducir la producción de arenas de moldeo.

En definitiva, el Libro Blanco de Minimización de arenas de moldeo en fundiciones férreasproporciona una serie de criterios para la toma de decisiones en las empresas. Estos criteriosse articulan en un método que es aplicado a seis empresas representativas del sector vascode fundición. La consecución de resultados de minimización satisfactorias permitirá que sedinamice la producción limpia a través de la implantación en el sector de medidas similares,y fomentando la competitividad.

Introducción

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1. INTRODUCCIÓN El sector de fundición, es una de las actividades industriales, con más tradición en el tejidoempresarial del País Vasco. Actualmente la producción del sector de fundición supone cercadel 4,3% del total industrial vasco. En 1997 se produjeron 335.796 t de fundición de hierro,43.813 t de acero y 33.874 t de fundición no férrea, principalmente de aluminio, de cobre yen menor medida de cinc, tal y como se muestra en la Tabla 3. Los siguientes gráficos muestran una radiografía del sector fundición en la CAPV.

Tabla 3: Número de empresas de fundición en el País Vasco Nº de empresas Producción (t/a)

Fundición de hierro 32 335.796 Fundición de acero 21 43.113 Fundición no férrea 18 33.874 Total fundición 71 412.783

(Fuente: Elaborado a partir de datos de AFV 1997.) Asimismo cabe destacar, tal y como se observa en la Figura 1 la relevancia del sector defundición de la CAPV en el mercado europeo, situándose entre las seis posiciones másdestacadas en cuanto a facturación.

IHOBE, S.A.

100

0

200

300

400

500

600

700

800

900

1.000

Alemania

955

485

402332

213

92 71

Francia Italia ReinoUnido

España C.A.P.V. Restopaíses UE

Miles Millones Pesetas

(Fuente: Informe Sector Fundición, SPRI, 1996) Figura 1: Producción de fundición de los principales países productores de la Unión Europea en 1993


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El reparto territorial de las fundiciones en la CAPV es relativamente homogéneo aunquedestacan algunos puntos de gravedad como la zona del Duranguesado, Bilbao, Goierri yVitoria-Gasteiz.

IHOBE, S.A.

ARABA20%

BIZKAIA43%

GIPUZKOA37%

(Fuente: Informe Sector Fundición, SPRI. 1996) Figura 2: Distribución de las empresas de fundición por Territorios Históricos

Por otro lado debe resaltarse la fuerte orientación básica de las fundiciones vascas hacia elmercado de los componentes de automoción. Mercados como la maquinaria (agrícola ymáquina herramienta) o valvulería y troquelería tienen una presencia de segundo orden en elsector.

Tabla 4: Distribución de la producción de fundición de hierro por sectores clientes 1994 Sectores Toneladas

Automoción y vehículo industrial 57% Maquinaria agrícola 13% Valvulería y acc. tubería 8% Máquina herramienta 7% Construcción 3% Industria naval 2% Troquelería 2% Otros 8% Total 100,00%

(Fuente: Informe Sector Fundición, SPRI. 1996) El sector de fundición, considerado de importancia estratégica en la CAPV, debe introducirel factor ambiental en la empresa para mantener su competitividad en el mercado europeo.En este sentido, aún existen impactos ambientales del sector derivados de las emisionesatmosféricas y de la generación de residuos sólidos, siendo estos últimos en su gran mayoría(95%) las arenas de fundición usadas cuya cantidad anual se sitúa próxima a las 200.000toneladas. Por este motivo, y apoyándose en el objetivo global marcado en el “Plan de ResiduosInertes de la CAPV”, de reducción en un 30% de los residuos inertes entre los cuales se

Introducción

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encuentran las arenas de moldeo, el Departamento de Ordenación del Territorio, Vivienda yMedio Ambiente del Gobierno Vasco ha priorizado las actuaciones dirigidas a reducir lageneración de arenas de moldeo usadas y las emisiones a la atmósfera. La disminución de la capacidad de los vertederos, unido a la dificultad de construcción deotros nuevos, así como el elevado potencial de minimización de residuos detectado en lasfundiciones vascas, ha impulsado a IHOBE, S.A. a centrar la atención de esta guía prácticaen la reducción y valorización de las arenas de moldeo. Una vez enmarcados en este contexto, IHOBE, S.A. ha elaborado el presente Libro Blancoante la necesidad de facilitar a los profesionales del sector, criterios técnicos que permitan laimplantación de mejores prácticas encaminadas a minimizar la generación de residuos. ElLibro Blanco de Minimización de arenas de moldeo en fundiciones férreas es una guíapráctica que facilita a las empresas la adopción de medidas para la reducción de arenas demoldeo usadas. Este Libro Blanco incluye en primer lugar una recopilación práctica de la legislaciónmedioambiental que afecta a las fundiciones. Posteriormente se realiza una descripción delas técnicas de moldeo, analizando las principales vías de generación y eliminación deresiduos. El siguiente capítulo analiza las posibles medidas de minimización de residuos dearenas de moldeo en el sector de fundición férrea a implantar. Sin embargo, el valor añadido de esta guía técnica, tal y como se muestra en la figura secentra en la presentación de un método práctico para el ahorro de materias primas yreducción de residuos por parte de la propia fundición, procedimiento validado mediante laaplicación de este método a cinco fundiciones vascas representativas, con la correspondienteevaluación técnico-ambiental y económica. El presente Libro Blanco pretende ser una herramienta útil para reducir progresivamente lacantidad de arenas residuales generadas en las fundiciones vascas, para lo cual IHOBE, S.A.ha contado con la colaboración de la Asociación de Fundidores Vascos (AFV). Laaplicación de este método posibilitará la búsqueda de soluciones técnicas y económicamenteviables a los problemas ambientales de la fundición.


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Modo de empleo del “Libro Blanco de Minimización de arenas demoldeo en fundiciones férreas” para las empresas del sector

IHOBE, S.A.Identificación de su empresa con una de las seis empresas analizadas y lectura de

la experiencia (Ver Capítulo 7)

Evaluación del método para ahorrar materia prima y reducir residuos

(Ver Capítulo 6)

Consultas técnico-ambientales en materia de reducción, regeneración y

valorización de arenas(Ver Capítulo 5)

Aplicación de un plan de acción para reducir arenas usadas

Análisis y aplicación del método a su empresa

Legislación medioambiental en el sector de fundición

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2. LEGISLACIÓN MEDIOAMBIENTAL EN EL SECTOR DE FUNDICIÓN

2.1 OBSERVACIONES DE CARÁCTER GENERAL

En este capítulo se reflejan los aspectos legales más relevantes que afectan al sector defundición. El capítulo se divide en varios apartados, en función de la problemática y de lalegislación que la regula. Los apartados son: • Atmósfera

Las emisiones a la atmósfera se producen principalmente en los procesos de fusión y enlas distintas captaciones del circuito de arena. Los contaminantes principales emitidos enel proceso de fusión son partículas y dióxido de carbono (CO2), y en el caso del circuitode arena son las partículas.

• Residuos Inertes e Inertizados

Los residuos procedentes del circuito de arena así como las escorias de fusión son en lamayoría de los casos residuos inertes.

• Residuos Tóxicos y Peligrosos

Los residuos tóxicos generados en las fundiciones fundamentalmente pueden proceder delos filtros de los hornos de fusión y de los aceites utilizados en diversas aplicaciones.

• Licencia de Actividad y Evaluación de Impacto Ambiental

Toda actividad necesita para su funcionamiento contar con las debidas autorizaciones.

Tabla 5: Resumen de legislación y efectos ambientales en el sector de fundición Legislación Principales procesos afectados Principales residuos y

emisiones Atmósfera Fusión, circuito de arena Partículas, CO2

Residuos inertes Circuito de arena, fusión Arena usada, escorias Residuos tóxicos y peligrosos Fusión Polvos de la filtración de humos Licencia de actividad yEvaluación de ImpactoAmbiental

Todos

En los siguientes apartados se resumen en una serie de fichas prácticas las principalesobligaciones.

2.2 ATMÓSFERA

Las fundiciones generan durante su actividad emisiones a la atmósfera. Para conseguir unaprotección del medio ambiente existen una serie de obligaciones derivadas de la Ley38/1972, de 22 de diciembre, de protección del ambiente atmosférico y la Orden de 18 deoctubre de 1976 de prevención y corrección de la contaminación atmosférica de origenindustrial. Dichas leyes clasifican las actividades en función del potencial contaminante de las mismas(ver Tabla 6) en los siguientes grupos:


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• Grupo A• Grupo B• Grupo C

Tabla 6: Resumen de Actividades Potencialmente Contaminadoras de la Atmósfera SECTOR GRUPO A GRUPO B GRUPO C

Siderurgia yFundición

• Acerías de oxígeno, incluidos losprocesos LD, LDAC, KALDO ysimilares

• Fabricación y afinado de aceroen convertidor con inyección deaire, con o sin oxígeno, incluidoslos convertidores Bessemer

• Acerías Martin• Fabricación de acero en hornos

de arco eléctrico de capacidadtotal de la planta superior a 10Tm.

• Fabricación de ferroaleacionesen horno eléctrico cuando lapotencia del horno sobrepasa los100 Kw.

• Producción de fundición de hierro,hierro maleable y acero en hornosrotativos y cubilotes y hornos dearco eléctrico, con capacidad deproducción igual o inferior a dieztoneladas métricas

• Fabricación de ferroaleaciones enhorno eléctrico cuando la potenciadel horno sea igual o inferior a 100KW

• Operaciones de moldeo ytratamiento de arenas defundición y otras materias demoldeo

MetalúrgicaNo Férrea

• Producción de aluminio• Producción de plomo en horno

de cuba• Refino de plomo• Producción de plomo de segunda

fusión (recuperación de lachatarra de plomo)

• Producción de zinc porreducción de minerales y pordestilación

• Producción de cobre bruto onegro en horno de cuba, hornode reverbero u horno rotativo

• Producción de cobre en elconvertidor

• Refino del cobre en horno deánodos

• Producción de antimonio,cadmio, cromo, magnesio,manganeso, estaño y mercurio

• Producción de metales yaleaciones por electrólisis ígnea,cuando la potencia de los hornoses mayor de 25 KW.

• Fabricación de sílico-aleaciones enhorno eléctrico (silicio-aluminio,silicio-calcio, silicio-manganeso,etc., con excepción de ferrosilicio),cuando la potencia del horno essuperior a 100 KW

• Refundición de metales no férreos• Recuperación de los metales no

férreos mediante tratamiento porfusión de las chatarras, excepto elplomo

• Preparación, almacenamiento a laintemperie, carga, descarga,manutención y transporte deminerales en las plantasmetalúrgicas

• Refino de metales en hornosde reverbero a excepción delplomo y cobre

• Fabricación desilicoaleaciones, exceptoferrosilicio cuando lapotencia del horno es igual oinferior a 100 KW

IndustriasFabriles yActividadesDiversas

• Plantas de recuperación demetales por combustión dedesperdicios

• Almacenamiento a la intemperie ymanipulación de materiales ydesperdicios pulverulentos

• Instalaciones trituradoras dechatarra

• Instalaciones de chorreado dearena, gravilla u otro abrasivo

• Actividades que tengan focosde emisión cuya suma deemisiones totalice 36toneladas de emisióncontinua o más por año, deuno cualquiera de loscontaminantes principales:SO2, CO, NOx,hidrocarburos, polvos yhumos


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Principales obligaciones • Cumplir límites de emisión• Controles periódicos por parte de Entidades de Inspección y Control Reglamentario

Acreditadas (ENICRES): Foco emisor Grupo A: Cada 2 años Foco emisor Grupo B: Cada 3 años Foco emisor Grupo C: Cada 5 años• Autocontroles de las emisiones (Foco emisor del Grupo A: cada 15 días, Grupo B: según

indique el Departamento de Industria del Gobierno Vasco).• Llevar un libro registro sobre: emisiones, incidentes, etc. Este libro debe estar

debidamente sellado por el Departamento de Industria del Gobierno Vasco. Notas prácticas • El industrial debe conocer en primer lugar el número y características de los focos

emisores a la atmósfera. Una vez conocidos debe de clasificar cada foco en: Grupo A,Grupo B, Grupo C (Ver Tabla 6).

• El hecho de tener un foco Grupo A, clasifica a la actividad como ActividadPotencialmente Contaminadora de la Atmósfera Grupo A. Sin embargo, los controles alos que estén sometidos los focos dependen de la clasificación de cada uno de ellos, no dela clasificación general de la actividad.

• Preparar un libro registro donde conste, al menos, foco emisor, día, mediciones, posiblesaverías, etc. y llevarlo a las Oficinas Territoriales de la Dirección de Administración deIndustria, Energía y Minas del Gobierno Vasco para que lo selle.

Tendencias • Se prevé que para el año 2000 se apruebe una nueva legislación sobre compuestos

orgánicos volátiles (VOC), principalmente generados por el uso de: disolventes, pinturas,barnices, productos de limpieza, etc.


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2.3 RESIDUOS INERTES O INERTIZADOS

Los residuos inertes son residuos sólidos o pastosos que no experimentan transformacionessignificativas (p. ej. no contienen materia orgánica degradable), que no son ResiduosTóxicos y Peligrosos (RTP), y que se generan en: • Determinadas actividades o procesos fabriles o industriales. Los residuos de estas

actividades se denominan Residuos Industriales Inertes (Tabla 7).• Actividades de construcción, demolición, excavación o movimientos de tierras. Los

residuos de estas actividades se denominan Residuos de Construcción Inertes.Determinados tipos de Residuos de Construcción Inertes se pueden utilizar para rellenoso acondicionamiento de terrenos.

Gran parte de los residuos generados en las fundiciones pueden ser considerados comoresiduos industriales inertes, siempre que no sean RTPs.

Tabla 7: Residuos Industriales Inertes Tipo I Tipo II

• Escorias de fabricación de acero • Restos de cal• Escorias de fundición de hierro • Chatarras metálicas• Escorias de fusión del aluminio • Vidrio• Escorias de fusión de otros metales • Envases de plástico vacíos• Cenizas de combustión de combustibles sólidos y • Otros plásticos

líquidos • Fibra de vidrio• Cenizas de combustión de residuos sólidos urbanos • Caucho y elastómeros• Arenas de moldeo • Neumáticos• Arenas de machos • Envases metálicos vacíos• Restos y desechos de materiales procedentes de las

empresas de materiales para la construcción• Poliésteres en forma de productos acabados, o no

conformados, o desechos de producción• Material refractario • Restos cerámicos o producidos por la industria• Abrasivos cerámica en general• Cascarillas • Plásticos o polímeros en forma de productos• Catalizadores acabados, o no conformados, o desechos de• Restos de carbonato cálcico producción• Arenas de filtros • Lodos inorgánicos • Carbón activo no contaminado • Cenizas volantes • Polvos de depuración de humos • Polvos metálicos • Polvos no metálicos • Cenizas de combustión de combustibles para

calefacción

• Otros residuos de carácter inerte Principales obligaciones • Los productores de Residuos Industriales Inertes deben: inscribirse en el Registro de

productores de residuos industriales inertes de la Viceconsejería de Medio Ambiente delGobierno Vasco; solicitar carta de aceptación del residuo a Gestor Autorizado (titular del


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vertedero) antes de su envío; rellenar documento de control y seguimiento, enviar copiadel mismo a la Viceconsejería de Medio Ambiente del Gobierno Vasco.

• Los gestores de Residuos Inertes deben solicitar autorización, enviar documento deaceptación de residuos, rellenar documento de control y seguimiento y remitir copia a laViceconsejería de Medio Ambiente del Gobierno Vasco.

Notas prácticas • Realizar un inventario de residuos. Identificar los Residuos Industriales Inertes.• Solicitar información sobre gestores autorizados por la Viceconsejería de Medio

Ambiente del Gobierno Vasco.• Si el residuo tiene una temperatura superior a 50ºC, humedad superior al 65% o está en

autoignición, el vertedero no aceptará los residuos.


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2.4 RESIDUOS TÓXICOS Y PELIGROSOS

Los residuos industriales generados durante el desarrollo de la actividad suelen contenerelementos nocivos. Estos residuos, en función de la naturaleza o actividad que los genere,constituyentes y características de los mismos, pueden clasificarse como Residuos Tóxicos yPeligrosos (RTPs). (Ver Figura 3). Los productores de RTPs están obligados a entregar los residuos a gestor autorizado por laViceconsejería de Medio Ambiente del Gobierno Vasco. Algún tipo de RTPs tienen ademáslegislación específica: Aceites usados, Policlorobifenilos (PCB’s) y Policloroterfenilos(PCT’s), pilas y acumuladores, amianto, etc.

¿Su residuopertenece a la Lista

Europea?(Ver Tabla 8)

¿Presentacaracterísticas de

toxicidad y/o peligrosidad?

(Ver Nota)

¿Pertenecea la parte B de la

Tabla 9?

¿Contienesustancias de la

Tabla 10?

¿Presentacaracterísticas de

toxicidad y/o peligrosidad?

(Ver Nota)

¿Pertenecea la parte A de la

Tabla 9?

INICIOSI

SI

NO

NO

NO

SI

NO

NO

SI

SI

SI

NO

Es RTP

Es RTP

Es RTP

No es RTP

No es RTP

No es RTP

No es RTP

Nota.- Los parámetros a analizar para determinar la toxicidad y/o peligrosidad se deberían contrastar con la Viceconsejería de Medio Ambiente del Gobierno Vasco. (Tfno.: 945-18.80.00)

Figura 3: Gestión de Residuos Tóxicos y Peligrosos


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Tabla 8: Resumen de Residuos Peligrosos con arreglo al apartado 4 del artículo 1 de la Directiva91/689/CEE

CódigoCER

Descripción CódigoCER

Descripción

10 RESIDUOS INORGÁNICOS DE PROCESOS TÉRMICOS 130103 Aceites hidráulicos no clorados (no emulsionados) 1003 Residuos de la termometalurgia del aluminio 130104 Otros aceites hidráulicos clorados emulsionados 100301 Alquitranes y otros residuos que contienen carbón

procedente de la fabricación de ánodos 130105 Otros aceites hidráulicos no clorados emulsionados

100303 Espumas 130106 Aceites hidráulicos que contienen sólo aceitemineral

100304 Escorias-granzas blancas de primera fusión 130107 Otros aceites hidráulicos 100307 Revestimientos de cuba usados 130108 Líquidos de freno 100308 Escorias de sal de segunda fusión 1302 Aceites lubricantes usados de motores y engranajes 100309 Granzas negras de segunda fusión 130201 Aceites lubricantes clorados de motores y engranajes 100310 Residuos de tratamiento de escorias de sal y

granzas 130202 Aceites lubricantes no clorados de motores y

engranajes 1004 Residuos de la termometalurgia del plomo 130203 Otros aceites lubricantes de motores y engranajes 100401 Escorias (primera y segunda fusión) 1303 Aceites y otros líquidos de aislamiento y transmisión

de calor usados 100402 Granzas y espumas (primera y segunda fusión) 130301 Aceites y otros líquidos de aislamiento y transmisión

de calor que contienen PCB o PCT 100403 Arseniato de calcio 130302 Otros aceites y otros líquidos clorados de

aislamiento y transmisión de calor 100404 Polvo de filtración de humos 130303 Aceites y otros líquidos no clorados de aislamiento y

transmisión de calor 100405 Otras partículas y polvo 130304 Aceites y otros líquidos sintéticos de aislamiento y

transmisión de calor 100406 Residuos sólidos del tratamiento de gases 130305 Aceites minerales de aislamiento y transmisión de

calor 100407 Lodos de tratamiento de gases 1305 Restos de separadores de agua/aceite 1005 Residuos de la termometalurgia del zinc 130501 Sólidos de separadores agua/aceite 100501 Escorias (primera y segunda fusión) 130502 Lodos de separadores agua/aceite 100502 Granzas y espumas (primera y segunda fusión) 130503 Lodos de interceptores 100503 Polvo de filtración de humos 130504 Lodos o emulsiones de desalación 100505 Residuos sólidos del tratamiento de gases 130505 Otras emulsiones 100506 Lodos del tratamiento de gases 1306 Aceites usados no especificados en otra categoría 1006 Residuos de la termometalurgia del cobre 130601 Aceites usados no especificados en otra categoría 100603 Polvo de filtración de humos 20 RESIDUOS MUNICIPALES Y RESIDUOS ASIMILABLES

PROCEDENTES DEL COMERCIO, INDUSTRIAS EINSTITUCIONES INCLUIDAS LAS FRACCIONESRECOGIDAS SELECTIVAMENTE

100605 Residuos del refino electrolítico 2001 Fracciones recogidas selectivamente 100606 Residuos sólidos del tratamiento de gases 200112 Pinturas, tintes, resinas y pegamentos 100607 Lodos del tratamiento de gases 200113 Disolventes 13 ACEITES USADOS (EXCEPTO ACEITES

COMESTIBLES 050000 Y 120000) 200117 Productos químicos fotográficos

1301 Aceites hidráulicos y líquidos de freno usados 200119 Pesticidas 130101 Aceites hidráulicos que contienen PCB o PCT 200121 Tubos fluorescentes y otros residuos que contienen

mercurio 130102 Otros aceites hidráulicos clorados (no

emulsionados)


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Tabla 9: Categorías o tipos genéricos de residuos tóxicos y peligrosos, presentados en forma líquida,

sólida o de lodos, clasificados según su naturaleza o la actividad que los genera PARTE A

Residuos que están formados por: • Residuos de productos utilizados como disolventes• Sustancias orgánicas halogenadas no utilizadas como disolventes, excluidas las materias polimerizadas

inertes• Sales de temple cianuradas• Aceites y sustancias oleosas minerales (lodos de corte, etc.)• Mezclas aceite/agua o hidrocarburo/agua, emulsiones• Sustancias que contengan PCB y/o PCT (dieléctricas, etc.)• Materias alquitranadas procedentes de operaciones de refinado, destilación o pirólisis (sedimentos de

destilación, etc.)• Tintas, colorantes, pigmentos, pinturas, lacas, barnices• Resinas, látex, plastificantes, colas• Sustancias químicas no identificadas y/o nuevas y de efectos desconocidos en el hombre y/o el medio

ambiente que procedan de actividades de investigación y desarrollo o de actividades de enseñanza (residuosde laboratorio, etc.)

• Productos pirotécnicos y otros materiales explosivos• Todos los materiales contaminados por un producto de la familia de los dibenzofuranos policlorados• Todos los materiales contaminados por un producto de la familia de las dibenzo-para-dioxinas policloradas

PARTE B

Residuos que contengan cualquiera de los componentes que figuran en la lista de la Tabla 10 y que esténformados por: • Jabones, materias grasa, ceras de origen animal o vegetal• Sustancias orgánicas no halogenadas no empleadas como disolventes• Sustancias inorgánicas que no contengan metales o compuestos de metales• Escorias y/o cenizas• Tierra, arcillas o arenas incluyendo lodos de dragado• Sales de temple no cianuradas• Partículas o polvos metálicos• Catalizadores usados• Líquidos o lodos que contengan metales o compuestos metálicos• Residuos de tratamiento de descontaminación (polvos de cámaras de filtros de bolsas, etc.) excepto los

incluidos en los dos puntos siguientes y los lodos de depuración no tratados o no utilizables en agricultura• Lodos de lavado de gases• Lodos de instalaciones de purificación de agua• Residuos de descarbonatación• Residuos de columnas intercambiadoras de iones• Lodos de depuración no tratados o no utilizables en agricultura• Residuos de la limpieza de cisternas y/o equipos• Equipos contaminados• Recipientes contaminados (envases, bombonas de gas, etc.) que hayan contenido uno o varios de los

constituyentes mencionados en la Tabla 10• Baterías y pilas eléctricas• Aceites vegetales• Objetos procedentes de recogidas selectivas de basuras domésticas• Cualquier otro residuo que contenga uno cualesquiera de los constituyentes enumerados en la Tabla II


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Tabla 10: Sustancias que pueden dar carácter de tóxico y peligroso a un residuo

:• Berilio, compuestos de berilio• Compuestos de vanadio• Compuestos de cromo hexavalente• Compuestos de cobalto• Compuestos de níquel• Compuestos de cobre• Compuestos de zinc• Arsénico, compuestos de arsénico• Selenio, compuestos de selenio• Compuestos de plata• Cadmio, compuestos de cadmio• Compuestos de estaño• Antimonio, compuestos de antimonio• Teluro, compuestos de teluro• Compuestos de bario, excluido el sulfato bárico• Mercurio, compuestos del mercurio• Talio, compuestos del talio• Plomo, compuestos del plomo• Sulfuros inorgánicos• Compuestos inorgánicos de flúor, excluido el fluoruro cálcico• Cianuros inorgánicos• Los siguientes metales alcalinos o alcalinotérreos: Litio, sodio, potasio, calcio, magnesio en forma no combinada• Soluciones ácidas o ácidos en forma sólida• Soluciones básicas o bases en forma sólida• Amianto (polvos y fibras)• Fósforo; compuestos de fósforo, excluido los fosfatos minerales• Carbonilos metálicos• Peróxidos• Cloratos• Percloratos• Nitratos• PCB y/o PCT• Compuestos farmacéuticos o veterinarios• Biocidas y sustancias fitofarmacéuticas (plaguicidas, etc.)• Sustancias infecciosas• Creosotas• Isocianatos, tiocianatos• Cianuros orgánicos (nitrilos, etc.)• Fenoles, compuestos fenólicos• Disolventes halogenados• Disolventes orgánicos excluidos los disolventes halogenados• Compuestos organohalogenados, excluidas las materias polimerizadas inertes y las demás sustancias

mencionadas en esta tabla• Compuestos aromáticos, compuestos orgánicos policíclicos y heterocíclicos• Aminas alifáticas• Aminas aromáticas• Éteres• Sustancias de carácter explosivo, excluidas las ya mencionadas en la presente tabla• Compuestos orgánicos de azufre• Todo producto de la familia de los dibenzofuranos policlorados• Todo producto de la familia de las dibenzo-para-dioxinas policloradas• Hidrocarburos y sus compuestos oxigenados, nitrogenados y/o sulfurados no incluidos en la presente tabla


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Principales obligaciones para los productores de RTPs • Solicitar la autorización de Productores de RTPs ante la Viceconsejería de Medio

Ambiente y realizar declaración anual de residuos en caso de que se produzcan más de10.000 kg/año.

• En caso de que produzcan menos de 10.000 kg/año de RTPs es conveniente la inscripciónen el Registro de Pequeños Productores de RTPs de la Viceconsejería de MedioAmbiente del Gobierno Vasco, puesto que exime de la obligación de la autorización deproductores de RTPs así como de la realización de la declaración anual de RTPs.

• Solicitar documento de aceptación al gestor antes de enviarlos (guardar este documentodurante 5 años).

• Rellenar el documento de control y seguimiento (guardar este documento durante 5 años)• Entregar los residuos a transportistas y gestores autorizados.• En el plazo de cuatro años los productores de RTPs deben realizar un estudio de

reducción (minimización) de los residuos que generan y comprometerse a reducirlos en lamedida de sus posibilidades.

• Mantener un registro de los RTPs generados.• Seguir normas de envasado, etiquetado y almacenamiento. Notas Prácticas • Solicitar listado de gestores autorizados a la Viceconsejería de Medio Ambiente del

Gobierno Vasco o consultar el Catálogo de Reciclaje Industrial de la ComunidadAutónoma del País Vasco editado por IHOBE, S.A.

• No mezclar residuos.• Los envases que hayan contenido RTPs son también RTPs. Asimismo el serrín, utilizado

para contener derrames, trapos, etc. son RTPs.


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2.5 LICENCIA DE ACTIVIDAD Y EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL

Toda actividad necesita para su funcionamiento contar con las debidas autorizaciones.Dentro de las autorizaciones que tienen relevancia en materia de medio ambiente, hay quecitar: • Licencia de Actividad. Esta autorización es independiente del tipo de actividad

desarrollada.• Evaluación de Impacto Ambiental (EIA). Dirigido a determinadas actividades entre ellas

los establecimientos siderúrgicos comprendida la fundición, forjas, perfilados ylaminados cuando se sitúen en su totalidad o en parte en zonas ambientalmente sensibles.

La licencia de actividad la concede el Ayuntamiento donde está radicada la actividad,mientras que la evaluación de impacto ambiental depende de la Viceconsejería de MedioAmbiente del Gobierno Vasco. Principales obligaciones • Solicitar las Licencias de Actividad y Apertura mediante presentación de la Memoria y

Proyecto Técnico al Ayuntamiento donde se radica la actividad. El Ayuntamiento lotramitará ante el resto de organismos competentes.

• Solicitar la Evaluación de Impacto Ambiental mediante la presentación de un Estudio deImpacto Ambiental. Este estudio se presentará al Ayuntamiento junto a la Memoria yProyecto de Licencia de Actividad, quien lo remitirá a la Viceconsejería de MedioAmbiente.

Notas Prácticas • Para las nuevas actividades es conveniente realizar una consulta previa al Ayuntamiento y

a la Viceconsejería de Medio Ambiente sobre la idoneidad de la ubicación de la actividad.• Antes de redactar la Memoria y Proyecto para solicitar la Licencia de Actividad, es

conveniente ponerse en contacto con el Ayuntamiento para conocer el contenido de losmismos. En caso de que no exista un índice para estos documentos, es convenientepresentar uno al Ayuntamiento para su aprobación, que debe recoger al menos lossiguientes apartados: Descripción de las nuevas instalaciones, descripción de las obrasy/o nuevos equipos, planos, presupuesto, calendario de actuaciones.

• El Ayuntamiento tiene un plazo de 6 meses para contestar. En caso de no obtenerrespuesta habrá que enviar un escrito solicitando la concesión por no haber respondido(silencio administrativo positivo).

• No hay que confundir la Licencia de Actividad con las Licencia de Obra, ni con otrasautorizaciones, p.ej. con las actas de puesta en marcha, concedidas por el Departamentode Industria del Gobierno Vasco.


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Tendencias Teniendo en cuenta la Directiva Europea de Control Integrado de la Contaminación (IPPC),el régimen de autorizaciones y licencias para determinadas actividades (p.ej.: Fundición)sufrirá modificaciones en aras a lograr una actuación integral frente a la contaminación de laempresa (Producción Limpia). Esta directiva será de aplicación para las empresas de nuevacreación a partir de 1.999, y a partir del 2.005 para las industrias ya existentes.

Bases Tecnicas de los procesos de moldeo

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3. BASES TECNICAS DE LOS PROCESOS DE MOLDEO Al hacer referencia a las técnicas de fundición parece evidente que es necesario tener encuenta los diferentes elementos que conforman el proceso productivo, desde los sistemas defusión y tratamiento del metal líquido hasta los de moldeo y operaciones de acabado. Sinembargo, debido a su importancia, las consecuencias que producen en el resto de elementosy fundamentalmente, la relación directa que guardan con el tema que nos ocupa, se va ahacer referencia únicamente a los sistemas de moldeo. Simplificando al máximo, en el proceso de fabricación mediante la técnica de fusión-solidificación únicamente ponemos en juego dos elementos; es decir, el metal líquido y elmolde que lo va a recibir. Desde esta perspectiva, la problemática del molde absorbe almenos la mitad de la tecnología necesaria para obtener piezas sanas de fundición.

3.1 TÉCNICAS DE FUNDICIÓN CON MOLDE PERDIDO

Se entiende por técnicas de fundición con molde perdido a aquellas en las cuales el moldeúnicamente se utiliza una vez. Realizada la colada y posterior desmoldeo se obtienen laspiezas con destrucción del molde. Proceso similar se sigue con los machos que son loselementos insertados en el molde con objeto de conseguir huecos o zonas de difícilejecución directa en el molde. Los moldes perdidos son muy utilizados en las empresas de fundición debido a su capacidadpara adaptarse a piezas de diferentes tamaños y formas complejas así como su flexibilidad ycoste reducido.

MATERIASPRIMAS DEMOLDEO

MODELO

MOLDE

FUSIÓN

METALLÍQUIDO

COLADA

SOLIDIFICACIÓN

PIEZA FINAL

OPERACIONESFINALES

IHOBE, S.A.

Figura 4: Desarrollo del proceso de fabricación de piezas de fundición


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Las piezas se fabrican partiendo de un modelo que puede ser permanente o perecedero; en elprimer caso se extrae del molde dejando únicamente la huella; en el segundo habitualmentese queda dentro del molde y se funde al introducir el caldo metálico. En este segundo casopodría hablarse de modelos perdidos tal como ocurre con la cera, urea o el poliestirenoexpandido. Los modelos permanentes se extraen de los moldes y se utilizan para cientos y miles demoldes, son de metal, madera, resinas, etc. El material de moldeo esta formado por diversos constituyentes donde el elementomayoritario es la arena, fundamentalmente de sílice a la que acompañan el polvo de carbón(hulla), los aglomerantes, etc. Los moldes están formados normalmente por dos piezas, caja inferior y caja superior en losque se insertan los machos, si bien en algunos casos de piezas de grandes dimensiones lascajas pueden ser varias y superpuestas. Los parámetros más importantes a considerar en los moldes son: • resistencia a la compresión y a la flexión;• el grado de finura de la arena de sílice que va a proporcionar a la superficie de la pieza un

grado de acabado superficial;• la permeabilidad que va a permitir una mejor o peor salida de gases. La resistencia es importante desde el punto de vista de la estabilidad del moldefundamentalmente en el momento de colada. Debe garantizar que el molde no se rompa,agriete o resquebraje en su interior puesto que cualquier fisura o desmoronamiento delmolde se va a traducir en un defecto de la pieza. El molde debe presentar también una cierta capacidad para evacuar los gases que se generanen la cavidad en el momento de llenado; es lo que se entiende por permeabilidad, de locontrario el gas atrapado en la cavidad producirá poros en las piezas. Una vez realizado el molde y llenado mediante el vertido de caldo metálico, es necesarioesperar a la solidificación del metal que será tanto más prolongada cuanto mayor sea la masade la pieza, más aislada se encuentre y mayor calor específico disponga. Tras el desmoldeo yla limpieza de la pieza deben realizarse las operaciones finales de rebabado y mecanizado.


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TÉCNICAS DEMOLDEO

CERAPERDIDA

CAVIDAD DEMOLDE HUECA

MODELOPERMANENTE

CAVIDAD DEMOLDE

MODELOPERDIDO

MOLDEENTEROMOLDE PARTIDO

HUECA

QUÍMICAMECÁNICA

COMPACTACIÓN

ORGÁNICA

FÍSICAQUIMICA

MACIZA

ARENA ENVERDE

AIR SETHOT BOX

COLD BOXCASCARA

INORGÁNICA

CEMENTOSILICATOSODICO

YESO

QUÍMICA

IHOBE, S.A.

Figura 5. Clasificación de las técnicas de moldeo

3.1.1 Materiales utilizados en la fabricación de moldes y machos

3.1.1.1 Arenas de moldeo La mayor producción de piezas fundidas se realiza en moldes de arena. Los moldesutilizados en fundición están constituidos esencialmente por un material granular, la arenapropiamente dicha y de un aglomerante que confiere a la arena la cohesión suficiente para laejecución del molde. La arena más empleada es la de sílice fundamentalmente debido a que cumple muy bien sufunción y tiene un precio muy asequible. El consumo de otros tipos de arenas tales como lade olivino, cromita, circonio, etc. no representan más de un 5% y únicamente tienen sentidoen aplicaciones donde sea necesario afrontar problemáticas de altas temperaturas,dilataciones muy concretas, etc. Las propiedades granulométricas y térmicas de la arena juegan un papel importante en lacalidad de las piezas a fabricar puesto que inciden de manera directa en el proceso deenfriamiento del caldo y por lo tanto, en las estructuras del metal una vez solidificado. La precisión dimensional depende básicamente del coeficiente de dilatación que está enfunción del nivel térmico en el que se esté trabajando. Finalmente las características


30

granulométricas tales como la distribución del tamaño de los granos, su grado de redondez yla naturaleza de su superficie están incidiendo directamente sobre la respuesta que el moldeofrezca en el desarrollo de su función.

Tabla 11. Propiedades de las arenas de moldeo Propiedad Arena de

sílice Arena decromita

Arena decirconio

Arena deolivino

Dureza según Mohs 7 5,5 7,5 6,5-7 Densidad en g/cm3 2,65 Aprox. 4,5 Aprox. 4,5 Aprox. 3,3 Densidad aparente a granel en g/cm3 1,3–1,5 2,4–2,8 2,7–2,9 1,6-2,0 Temperatura fusión en ºC 1760-1780 1800-1900 2200-2400 1750–1850 Dilatación lineal hasta 600º C en % 1,25 0,4 0,2 0,6 Las arenas silíceas están compuestas de minerales de cuarzo, feldespatos, mineralesarcillosos, minerales micáceos, elementos de carbón y de carbonato y minerales pesados quetienen influencia en las propiedades de la arena; así por ejemplo altos contenidos defeldespato favorecen la caída de la dilatación térmica de la arena y su punto de sinterización.De todas formas, los elementos presentes en las arenas siliceas diferentes del cuarzorepresentan un porcentaje muy pequeño. La utilización de las arenas una vez extraídas de las canteras requiere un lavado previo y unaclasificación en función de su granulometría.

Tabla 12. Distribución típica de la arena de cuarzo en función de su granulometría Clase de grano, mm Arena de

cuarzogrueso

Arena decuarzo

mediano

Arena decuarzo fino

Arena decuarzo muy

fino > 0,5 25 5

0,5 - 0,25 65 60 25 5 0,25 - 0,125 10 35 65 70 0,125 - 0,063 - - 10 20

< 0,63 - - - 5 Contenido máx. de sedimentos en %

< 0,25

< 0,25

< 0,5

< 1,5

3.1.1.2 Aglomerantes para arenas de moldeo y machos El molde debe cumplir dos características aparentemente contrapuestas que tienen que vercon los aglomerantes de la arena. Por un lado debe ser lo suficientemente rígido como paraaguantar el flujo del metal por su interior y por otro, lo suficientemente frágil como para quese fragmente una vez cumplida su función, solidificada la pieza e iniciada la operación dedesmoldeo. A algunos de los aglomerantes tales como las arcillas (caolinita, glauconita, bentonita, etc.)y los hidratos de carbono (almidón) se les denomina mecánicos porque se aglomeran conayuda de sistemas mecánicos. Unicamente se emplean en la fabricación de moldes. Los aglomerantes orgánicos son aquellos compuestos tipo resina que mediantetransformaciones químicas en frío o en caliente, endurecen o “curan” las arenas en


31

combinación de catalizadores. Estos catalizadores suelen dividirse en rápidos (resina epoxi-SO2) y lentos (metilformiato) en función de la velocidad de endurecimiento. El silicato sódico y el cemento son aglomerantes inorgánicos de endurecimiento químico. Elsilicato sódico se emplea tanto para la fabricación de moldes como de machos mientras queel cemento sólo es apto para la fabricación de moldes. El aglomerante de las arenas de moldes y machos se selecciona en base a los más variadoscriterios tales como: tipo y tamaño de las piezas que se va a fabricar, especificaciones ytamaño de la serie, fiabilidad del proceso, seguridad laboral y medioambiental y rentabilidaddel método.

3.1.1.3 Productos de adición a los materiales de moldeo Los productos de adición son materiales que se añaden a los de moldeo con objeto demejorar sus propiedades. Fundamentalmente, se pueden dividir en dos grupos: • Generadores de carbono brillante

Se trata de sustancias tales como el polvo de hulla, betunes, resinas, aceites y sus mezclasque mediante descomposición térmica de sus materiales volátiles producen carbonobrillante favoreciendo el acabado superficial de las piezas. Los formadores de carbonobrillante se adicionan principalmente a los materiales de moldeo aglomerados con arcillaempleados para la fundición de hierro.

• No generadores de carbono brillante

Son productos que se adicionan con objeto de prevenir la aparición de fallos deconsistencia en la arena (almidones) y mejorar la posterior desintegración (diversasharinas...)

Otros elementos como el óxido de hierro se utilizan una vez la arena se encuentraaglomerada con resina con el fin de prevenir problemas superficiales de las piezas. Tambiénsuele utilizarse polvo de azufre y ácido bórico con objeto de que los gases resultantesneutralicen la reacción del metal con el agua y el oxigeno del aire. En los materiales de moldeo aglomerados con arcilla se sustituye a veces una parte del aguapor glicol con objeto de impedir reacciones entre el material de fundición y el molde.

3.1.1.4 Materiales de revestimiento para moldes Uno de los problemas típicos de las piezas de fundición puede estar directamenterelacionado con lo que se denomina reacción molde-metal. Puede ser motivo suficiente pararechazar las piezas, por lo que si las condiciones del hierro o del molde favorecen estareacción es aconsejable utilizar materiales de revestimiento. Se trata de pinturas, plombaginas, negro para moldes u otros materiales que se aplican sobrelos moldes o machos con el fin de evitar esa reacción y consiguiendo a la vez un mejoracabado superficial de la pieza.


32

En las figuras adjuntas se presentan las aplicaciones más habituales;

Elementos base Agente de suspensión(Estabilizante de suspensión)

Aglutinante(Adherencia entre el

revestimiento y el molde)

Vehículo(Forma suspensión con los

elementos base)

coque, grafito, cuarzo,silicato de zirconio,

mica, polvos de talco,magnesita, silicato dealuminio, chamota,

componentes de efectometalúrgico (p.ej. teluro,

bismuto,cromo)

arcillas, arcillasmodificadas

orgánicamente,celulosas,alginatos,estearatos

derivados delalmidón, de la

lignina, resinas,plásticos

AguaAlcohol

IHOBE, S.A.

Figura 6 Materiales de revestimiento para moldes

Tabla 13 Sustancias base de revestimiento de los materiales de fundición Coque grafito cuarzo Silicato

de Zr mica talco magnesita Silicato

de Al Chamota

Fundición de acero sinalear

o o o + - - - - +

Fundición de acero aleada o o o + - - o - + Fundición de hierro + + + + o + - o - Fundición nodular + + + + o + - o - Fundición maleable + + + + o + - o - Aleaciones de cobre + + - o + + - + - Aleaciones de aluminio + + - + + + - o - Aleaciones de magnesio o o - - - - + - - + aplicable o usual o posible - imposible

Tabla 14 Sustancias base de revestimiento de los materiales de moldeo Coque grafito cuarzo Silicato

de Zr mica talco magnesita Silicato

de Al Chamota

Arena de cuarzo + + + + + + - + + Arena de olivino + + - + - - + - - Arena de circonio + + - + - - - - - Arena de cromita + + - + - - - - - + aplicable o usual - imposible o inusual


33

3.1.2 Sistemas de moldeo Se entiende por sistemas de moldeo las técnicas utilizadas para la realización del molde. Lossistemas de moldeo con molde perdido deben contemplar no sólo la facilidad y rapidez pararealizar el molde sino también para destruirlo. Quizá principalmente por este motivo lamayor parte de los sistemas de moldeo que han conseguido una gran implantación, utilizancomo elemento base la arena. Existen criterios de calidad técnicas y económicas que tienen una gran incidencia, por lo queexisten diversos sistemas de moldeo.

3.1.2.1 Técnicas de moldeo de arena en verde Se denominan de arena en verde porque el elemento fundamental que es la arena seencuentra aglomerada con arcilla humedecida. Estas arenas principalmente estánconstituidas por arenas de sílice a las que se les añade bentonita y agua con el fin de que lamezcla sea lo suficiente débil como para fluir y adaptarse rígidamente al modelo y lobastante fuerte como para mantener su forma durante el desmoldeado y posterior colada. Las partes del molde, que habitualmente son dos por lo que se les denomina semimoldes, seobtienen compactando el material de moldeo alrededor de un modelo. La compactación puede ser manual (apisonado) o mecánica mediante moldeadoras (porsacudidas, prensado, vibración, vacío, de aire comprimido, etc.). La pieza permanece en elmolde tras la colada hasta alcanzar la temperatura de desmoldeo que habitualmente vienedefinida más por necesidades del circuito que por consideraciones de tipo metalúrgico. La destrucción del molde propiciada por el desmoldeo, genera gran cantidad de arena usadaque por lo general da como resultado una mezcla de la propia arena del molde y la de losmachos. Ante la imposibilidad de desprenderse de estas cantidades ingentes de arena usada, tanto porlos motivos operativos como económicos, la mayor parte de ella se somete a un tratamientode acondicionamiento y se reutiliza en la fabricación de nuevos moldes, con lo cual la arenase encuentra en un circuito cerrado al que se va añadiendo arena nueva de forma gradual. Esta práctica es imprescindible y debe realizarse de forma controlada puesto que en elcircuito se van acumulando elementos no deseados. Esta bentonita ha perdido de formairreversible su capacidad de aglomerar puesto que libera su agua de cristalización atemperaturas superiores a 500 ºC. La creciente presencia de bentonita calcinada y granosfragmentados de arena en el circuito influyen negativamente en la calidad del molde por loque se hace necesario desechar una parte de arena usada al circuito y sustituirla por arenanueva y adicionar bentonita activa.


34

Arena nuevay/o

arena usadaBentonita Agua Productos

de adición

Preparación del material demoldeo

Fabricación del molde

Colocación de machos

Colada

Solidificación

Desmoldeo

Arena usada Pieza

AcondicionamientoAcondicionamiento

IHOBE, S.A.

Figura 7: Representación esquemática del proceso de moldeo mediante arena en verde Materias primas utilizadas en el moldeo mediante arena en verde • Arena El material base de moldeo utilizado habitualmente es la arena propiamente dicha y unaglomerante que confiere a la arena la cohesión suficiente para la ejecución del molde. Laarena de cuarzo es de tipo granular con un calibre entre 0,20 y 0,24 mm. y superficie esféricaentre 100 y 160 cm2/gr. • Bentonita Por su parte el componente principal de las bentonitas es la montmorilonita que supone un75% del peso total. Se trata de silicato multicapa que tiene propiedades de adhesividad yplasticidad que se transfieren a la mezcla.

+ +

H O2

H O2

H O2

H O2H O2H O2

OSiO,OH

Al

O,OHSi

O

Agua y cationesintercambiadores +

b= ca.9Å

Dist

anci

a en

tre c

apas

apr

ox. 1

0-20

Å(1

5,5Å

)

T

O

T

IHOBE, S.A.

Figura 8 Estructura de la montmorilonita


35

La mayoría de las bentonitas están saturadas por naturaleza con iones de calcio y demagnesio, en ocasiones, también con iones de sodio. Los iones influyen en elcomportamiento frente al agua y especialmente sobre el hinchamiento. Una ventajaimportante de las bentonitas de sodio, en comparación con las bentonitas de calcio, es que laformación de bentonita dura se inicia a temperaturas superiores. Cambiando los iones decalcio de una bentonita de calcio por iones de sodio mediante adición de sosa, se obtiene unabentonita de sodio activada con una mejor capacidad de hinchamiento. El grado deactivación se determina indirectamente a través de la resistencia a la tracción en húmedo ypermite averiguar si se trata de una bentonita de calcio o de sodio.

0 40 80 120 160 200 240 280 320

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0

Adición de sosa en % (g de sosa / 100 g de bentonita)

Res

isten

cia

a la

trac

ción

en

húm

edo

en N

/cm

2

Adición de sosa en miliequivalente / 100 gde bentonita en la arena

0 2 4 6 8 10 12 14 16

1= Calcio bentonita2= Bentonita sódica natural o activada3= Bentonita sódica sobreactivada

NA

Nmax

NB

Grado de activación ηNa CO2 3

para arena 1 - 25%para arena 2 - 100%para arena 3 - 140%

IHOBE, S.A.

123

Figura 9: Determinación del grado de activación por medio de la resistencia en húmedo con 6 partes enpeso (pp) de bentonita y un 3% de agua

El valor azul de metileno es otra de las características propias de las arenas aglomeradas conbentonita. La fijación de esta tinta está en función del contenido de montmorilonita y de lacapacidad de intercambio de iones de las bentonitas. Dicha fijación es el resultado de lasustitución de los cationes ligados en la superficie de la capa de arcilla por el azul demetileno, y constituye una medida para comprobar el contenido de montmorilonita presenteen la arcilla. Las bentonitas altamente cualitativas presentan las características recogidas en la Tabla 15.

Tabla 15: Características de las bentonitas altamente cualitativas Contenido en agua: <4 % Porcentaje de grano > 0,2 mm: 10% como máx. Valor del azul de metileno: 35 % como mín. Grado de activación: Entre 90 y 110 % en bentonitas de sodio activadas y naturales Resistencia a la tracción en húmedo: 27 p/m2 como mín. para una mezcla de arena con 6 pp de

bentonita de sodio activada natural y un 3% de agua


36

La cantidad de bentonita adicionada a la arena de moldeo está en función, no sólo de lascaracterísticas específicas de las arenas y bentonitas empleadas, sino también de lasexigencias relativas a la resistencia y a la permeabilidad a los gases planteados al molde. La Tabla 16 muestra los parámetros más importantes para las arenas de moldeo aglutinadascon bentonita obtenidos a partir del análisis de 105 muestras de arena de moldeo enAlemania, comparadas con los datos obtenidos en el presente estudio. Tabla 16: Valores medios de las características de arenas de moldeo utilizadas en Alemania comparadas

con las 6 fundiciones analizadas Media

establecidaa partir de105 arenasde moldeo

Porcentaje de arenasde moldeo dentro del

margen 10% enrelación a la media

Valormáximo

Valormínimo

Mediaestablecida apartir de lasmuestras del

estudio margen %

Contenido en agua % 4,1 (3,7-4,5) 48 6,9 2,4 3,5 Arcilla ligadora % 8,3 (7,5-9,1) 45 11,9 5,6 7,6 Densidad aparente a granel g/cm3 0,94 (1,00-0,85) 75 1,06 0,73 - Compactabilidad % 38 (34-42) 50 53 25 - Sedimentos % 13,2 (11,9-14,5) 43 17,6 9,8 10,73 Pérdidas totales porcalcinación

% 5 (4,5-5,5) 20 15 1 5,2

Resistencia a la presión N/cm2 18,6 (16,7-20,5) 54 24,5 13,2 - Resistencia a la separación N/cm2 3,3 (3,0-3,6) 39 5,3 2,1 - Resistencia a la tracción enhúmedo N/cm2 0,18 (0,16-0,20) 47 0,32 0,1 - Permeabilidad a los gases 78 (70-86) 30 140 26 - Tamaño granular medio mm 0,22 (0,20-0,24) 45 0,29 0,11 0,26

Campos de aplicación Los moldes de arena en verde se utilizan para la fabricación de todo tipo de piezas en losdistintos materiales, formas y tamaños. Las limitaciones no vienen por la propia arena delmolde, sino por las exigencias de la pieza fundamentalmente en lo que a precisióndimensional y grado de acabado superficial se refiere. Los moldes de arena en verde pueden obtenerse mediante cajas soporte o sin ellas enfunción del sistema de moldeo utilizado. Las dimensiones de los moldes fabricados en cajas pueden variar de 300 x 400 mm. a 4000x 6000 mm. o aún más con un espesor de molde de 100 a 800 mm.


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Tabla 17: Pesos máximos en kg de las piezas elaboradas en moldes de arena en verde según el tipo de

fundición Material Moldeo en máquinas Moldeo manual en caja o

fosa Sin caja En caja

Fundición de hierro 150 500 1000 Fundición maleable 100 200 100 Fundición de acero 50 2000 2000 Fundición de metales ligeros (aluminio, magnesio) 50 500 500 Fundición de metales pesados (bronce industrial,bronce, latón)

50 500 500

La fundición de piezas en moldes de arena en verde satisface las exigencias de muchos delos sectores que utilizan estas piezas en lo que se refiere a cantidad de piezas, precisióndimensional, formas y pesos, calidad superficial, etc. El desarrollo de técnicas modernas de compactación de la arena en verde ha permitidomejorar algunos de los aspectos más problemáticos, como son el de la precisión dimensionaly el grado de acabado. El moldeo de arena en verde es una técnica muy extendida en la industria de la fundicióndebido entre otras cosas a su versatilidad, seguridad en el proceso, repetitividad y altaproductividad (hay ciclos inferiores a 10 sg.). Desde el punto de vista del coste tambiénpresenta unos costes relativamente bajos en comparación con los de otras técnicas demoldeo.

3.1.2.2 Técnicas de moldeo mediante resinas de curado en frío Descripción de la técnica Es una técnica que utiliza como aglomerante resinas sintéticas fenólicas o furánicas que encombinación con un endurecedor curan a temperatura ambiente. Se utilizan tanto para fabricar moldes como machos y se sigue el mismo procedimiento. Seprepara el material de moldeo y se vierte en las cajas compactando por vibración. Una vezendurecido el material de moldeo se retiran las cajas y se deja que continúe elendurecimiento hasta alcanzar su resistencia final. Con objeto de conseguir un mejoracabado superficial se aplica algún tipo de pintura o recubrimiento como la plombaginaacuosa o alcohólica. Es importante respetar el tiempo de endurecimiento de las resinas sintéticas durante lafabricación de los semimoldes porque de él va a depender la respuesta del molde. Estetiempo puede variar de unos minutos a varias horas según el tipo de endurecedor empleado.


38

Material de moldeo El material de base sigue siendo la arena de sílice lavada y seca que no debe presentarcomponentes de reacción ácida o básica puesto que la utilización de resinas furánicas ofenólicas supondría una dificultad en el mecanismo de aglutinación. El proceso de endurecimiento de la mezcla cuando se utilizan resinas fenólicas, furánicas oalquídicas se consigue por polimerización en presencia de un catalizador. Durante eseproceso se reticulan las moléculas envolviendo los granos de arena y manteniéndolos de estaforma firmemente unidos.

OH

OH

OH

OH

OH

OHOH

OH

OH

OH

CH2

CH2

CH2CH

2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

IHOBE, S.A.

Figura 10: Resina sintética reticulada a) Resinas fenólicas Las resinas fenólicas se elaboran en polvo o en forma de líquido, pueden ser desde muyfluidos hasta muy viscoso. El endurecimiento se obtiene por adición de un ácidomoderadamente fuerte. Como endurecedores se utilizan el ácido p-toluensulfónico (PTS; amenudo en solución acuosa), mezclas de PTS y ácido fosfórico y, con menor frecuencia,ácido fosfórico puro. La Tabla 18 muestra las ventajas y desventajas del empleo del PTS ydel ácido fosfórico.

Tabla 18: Ventajas y desventajas del PTS y del ácido fosfórico Acido p-toluensulfónico Acido fosfórico

Costes 0 0 Medio ambiente + - Endurecimiento total - + Formación de grietas (escamas) - + Requemado + - Penetración + - Formación de gas + - Burbujas + - Sedimento blanco + - Consumo de arena nueva + - Absorción de humedad + - + = influencia favorable; - = influencia desfavorable; 0 = ninguna influencia


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b) Resinas furánicas Las resinas furánicas se suministran en forma de líquido. A través del porcentaje de ureapuede influirse sobre las propiedades de la resina (fragilidad, tiempo de endurecimiento,resistencia, contenido de agua). Las arenas aglomeradas con resinas ricas en urea sedesmoronan fácilmente tras la colada y la solidificación de las fundiciones. Las resinasfuránicas puras no suelen emplearse como aglomerantes, debido a su alto grado defragilidad. Con objeto de minimizar el impacto medioambiental (seguridad laboral, contenido decontaminantes en las arenas usadas), se ha rebajado en los últimos años el porcentaje defenol y de formaldehído libre presente en las resinas. El contenido actual en las resinasfuránicas de formaldehído libre se sitúa en aprox. un 0,1% rebajándose en los últimos añosel contenido de fenoles libres del 17% al 0,33%. La Tabla 19 muestra las ventajas y desventajas de las resinas fenólicas y furánicas deendurecimiento en frío.

Tabla 19: Características de las resinas furánicas y fenólicas de endurecimiento en frío Resinas furánica Resinas fenólicas

Ventajas − Baja adición de aglutinante

− Elevada reactividad (dependencia relativa ala temperatura)

− Buena duración en almacén− Buen endurecimiento total− Baja viscosidad− Altas resistencias, en caso de altos

porcentajes de alcohol furfurílico− Buena regeneración

− Baratas− Bajo desarrollo de contaminantes durante

el endurecimiento− Libres de nitrógeno− Período largo para el procesamiento de la

arena− Baja tendencia al endurecimiento

excesivo− Endurecimiento uniforme− Baja formación de gases durante el

vaciado en compactación con las resinasde alcohol furfurílico ricas en urea

Desventajas − Caras, en caso de altos porcentajes de urea

− Peligro de burbujas de gas, etc.− Generalmente presencia de nitrógeno− Circunstancialmente, alta formación de

formaldehído durante el endurecimiento

− Mayor viscosidad− Baja reactividad− Baja estabilidad de almacenamiento

(aumento de la viscosidad)− Presencia de fenoles en la arena usada

c) Resinas alquídicas Las resinas alquídicas, de uso preferente en la fundición de acero, se elaboran a partir deaceites (p.ej. aceite de linaza, de madera) y de polialcoholes (p. ej. glicerina, pentaeritrita).Antes de endurecer son bastante fluidas. Debido a la poliadición se forma poliuretano. En la Tabla 20 se recogen algunas mezclas de moldeo habituales y sus campos deaplicación.


40

Tabla 20: Mezclas de arenas aglutinadas con resinas de endurecimiento en frío

Composición 100 p.p. de arena nueva 0,4 p.p. de PTS 1,0 p.p. de resina fenólica

90 p.p. de arena de circulación 10 p.p. de arena nueva 0,35 p.p. de PTS 0,9 p.p. de arena furánica 1,2 p.p. de resina alquídica

100 p.p. de arena decromita3

1,5 p.p. de Fe2O3 0,4 p.p. de agentereticulador

Campo de aplicación Fundición de hierro y acero dehasta 60 t/pieza

Fundición de hierro y acero de todotipo, moldeada a mano de 200 Kg.hasta aprox. 50 t

Fundición de acero detodas las calidades dehasta 120 t/pieza

p.p. = partes en peso Campos de aplicación La técnica del moldeo con resinas de curado en frío se emplea ampliamente, especialmentecuando se requiere conseguir precisión dimensional y buen acabado superficial, pues son susvirtudes más notables. Se puede aplicar tanto en piezas de gran tamaño, se han realizado con esta técnica piezas deacero de 120 Tn, hasta pequeñas series de piezas de 50 Kg.

3.1.2.3 Técnica de moldeo en cáscara Descripción de la técnica Es una técnica que también se utiliza tanto para la fabricación de moldes como de machos.El material de moldeo es una mezcla granulada compuesta de arena muy fina y unaglomerante de resina sintética. Esta técnica recibe habitualmente el nombre deprocedimiento CRONING. El modelo metálico se dispone sobre su placa modelo y ambas se calientan a unatemperatura aproximada de 250-300 ºC. A esa temperatura se recubre con una capa deantiadherente y se deposita el material de moldeo que debido al calor del modelo funde laprimera capa en contacto con él. De esta manera se obtiene un primer curado de una capafina de entre 4 y 8 mm. que acaba de endurecerse del todo al someterla a 450 ºC. El modelodebe presentar una temperatura homogénea ya que de lo contrario no se obtiene unendurecimiento uniforme del semimolde con el consiguiente peligro de rotura del mismodurante la colada.

3 Como arena de contacto.


41

a b c d

e f g hIHOBE, S.A.

a) Rociar el modelo con líquido antiadherenteb) Modelo precalentado sobre el recipiente de arenac) Colocar el modelo sobre el recipiente de arena y girard) Arena sobre el modelo caliente; una pequeña capa queda adheridae) Girar a la posición inicial el modelo con la cáscara adherida; la arena no endurecida cae al recipiente de arenaf) Levantar del recipiente de arena el modelo con la cáscarag) Endurecimiento de la cáscara adherida al modelo por calentamiento en el horno túnelh) Retirar la cáscara con espigas o manualmente

Figura 11: Fabricación de moldes por el procedimiento Croning Una vez endurecido suficientemente el molde, se extrae o retira el semimolde del modelo; seobtienen los dos semimoldes y se unen mediante abrazaderas o pegamento. En caso de quepeligre la estabilidad del molde durante la colada, se rodea con arena de cuarzo o granalla deacero. Esta medida mejora la evacuación del calor de la pieza de fundición. Material de moldeo El que más se utiliza es la arena de sílice con un tamaño granular medio de 0,15-0,20 mm.acompañándole con un aglomerante del tipo resina fenólica. Las propiedades de estas resinas base pueden modificarse añadiendo productos de adiciónespeciales. El porcentaje de aglomerante en la arena de moldeo oscila entre 1,5 y 4%. Para latécnica de moldeo en cáscara se emplean preferentemente resinas novalacas y en menormedida resoles modificados. Campos de aplicación La técnica de moldeo en cáscara se adapta a todos los materiales de fundición. Esta técnicase emplea también en aquellas ocasiones en que, por razones tecnológicas o relativas a latécnica de aleación, no es posible el moldeado a presión. Los modelos metálicos sonbastante caros, por lo que la serie deberá ser lo suficiente grande (varios miles de piezas),con objeto de asegurar su rentabilidad. La producción es fácil de automatizar.


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En la Tabla 21 se recogen los pesos de las fundiciones elaboradas normalmente con dichatécnica.

Tabla 21. Pesos de las fundiciones elaboradas con la técnica de moldeo en cáscara Técnica Peso de la fundición

Cáscara (matriz) aislada Hasta 20 kg Cáscara rodeada Hasta 40 kg Cáscara alojada (p. ej. En coquilla) Hasta 100 kg

3.1.2.4 Técnicas de moldeo con silicato sódico Descripción de la técnica Es una técnica que se basa en el endurecimiento del material de moldeo (arena y elaglomerante de silicato sódico) mediante ácido carbónico o bien con arenas aglutinadas consilicato sódico de autocurado. Se emplea fundamentalmente en la fabricación de machos y en algunos casos muy concretospara moldes. La mezcla del material de moldeo, es decir la arena y el aglomerante de silicato sódico seendurece por inyección del dióxido de carbono (CO2) también llamado con frecuenciainiciador. El silicato sódico reacciona con el dióxido de carbono transformándose en pocossegundos en sosa y ácido silícico en forma de gel que provoca la aglutinación de los granosde arena en el molde. Durante la inyección del gas se producen diferentes reaccionesquímicas entre las que pueden destacarse: (1) ( ) OHmnSiOOHCONaCOOmHnSiONaO 22232222 10·10·· −+→++ (2) 3222 COHOHCO →+ (3) OHCONaCOHONa 232322 +→+ Los aglomerantes de silicato sódico con un módulo elevado (relación molar entre el SiO2 yel Na2O) reaccionan rápidamente con el CO2. Un exceso de CO2 tiene como consecuenciaque la humedad del gel silíceo se transforme en H2CO3 al reaccionar con el CO2, con lo queel ácido silícico amorfo resultante se pierde para la reacción de la ecuación (1) y acabaformándose menos ácido silícico en forma de gel. Esto reduce la resistencia del semimolde.En caso de que los semimoldes y machos no alcancen la resistencia máxima inicial alhaberse inyectado una cantidad insuficiente de CO2, aumentará la resistencia de los mismosdurante su almacenamiento, como consecuencia del CO2 contenido en el aire circundante. Para mejorar la superficie de los semimoldes y machos se emplean revestimientosalcohólicos.


43

Material de moldeo El material de moldeo base utilizado es arena de cuarzo seca y lavada, con un tamañogranular medio entre 0,2 y un máximo de 0,6 mm. El silicato sódico es un silicato alcalino y tiene un pH de 12 aproximadamente, contieneaproximadamente un 35% en peso de Na2O+SiO2. Con el objeto de mejorar las características del aglomerante, suelen adicionarse a menudoplastificantes (alcoholes polivalentes), sustancias hidrófugas (estabilizadores de la humedad)y azúcar (aceleradores de la desintegración). En la Tabla 22 presentamos a modo de ejemplola composición de una mezcla de material de moldeo.

Tabla 22. Composición de materiales de moldeo en la técnica de moldeo con silicato sódico Arena de cuarzo (entre el 50 y el 80% puede serarena regenerada).

100 p.p.

Silicato sódico. De 2 a 5 p.p. Inyección de CO2:

− Teórica:− Dosificación manual:− Con dosificador:

De 0,06 a 1,0% en peso de CO2 De 1 a 5% en peso de CO2 De 1 a 1,5% en peso de CO2

Aditivos para un curado más rápido, una mayorresistencia, una menor sensibilidad a la humedady una mejor desintegración.

1% aprox. de resina fenólica alcalina

Aditivos para mejorar la superficie de lafundición.

Polvo de hulla, grafito

Aditivos para mejorar la desintegración. Polvo de hulla, hidratos de carbonosolubles, arcillas

p.p. = partes en peso Campos de aplicación La técnica del CO2 se emplea en la fundición del hierro y de metales no férricos para laelaboración de piezas sueltas y en serie de fundiciones de hasta 1.000 kg. de peso. La malacalidad de las superficies, comparada con la obtenida aplicando otras técnicas de moldeo,puede mejorarse utilizando revestimientos. En lo relativo a la seguridad laboral y protecciónmedioambiental, cabe destacar que tanto durante la elaboración del material de moldeocomo durante el vaciado apenas se producen emisiones de sustancias contaminantes. Por elcontrario es necesario mencionar también la menor resistencia, la conservabilidad limitada ylas malas propiedades de desintegración de los moldes y machos, así como la malaregenerabilidad de las arenas usadas.

3.1.2.5 Técnica de moldeo con modelo perdido Técnica de moldeo lost-foam El procedimiento de fundición lost-foam se inicia produciendo un modelo de espuma(FOAM) cuyo material de partida puede consistir en poliestireno o productos similarescomo el polimetilmetacrilato.


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El modelo es una réplica exacta de la pieza a conseguir y se puede alcanzar de una sola vezo en varios trozos que se pegarán posteriormente. Estos modelos se fabrican en prensas similares a las de inyección de plástico donde seintroduce el material de partida en forma de pequeñas bolitas en utillajes de aluminiomecanizado de gran precisión. Mediante una aportación de vapor, agua, vacío y aire se consigue fundir, enfriar y estabilizarlos modelos que una vez secos se extraen de la máquina con un aspecto superficialcaracterístico, de forma granular, resultado de la fusión de las perlitas de poliestireno. Al tratarse de modelos evaporables, son destruidos durante la colada y por tanto, cada piezaque deseemos fundir requerirá su correspondiente réplica en poliestireno. Para la formación de aquellos modelos que están constituidos por dos o más partes,previamente se ha de efectuar una operación de pegado a la salida de la prensa.Habitualmente se utilizan métodos adhesivos en caliente y en frío o termosoldadura. Una vez formados los modelos de poliestireno el paso siguiente es formar los racimos ypintarlos. La pintura debe ser lo suficientemente refractaria como para impedir filtracionesdel metal en la arena y lo suficientemente permeable como para evacuar los gases. Una vez seca la pintura se introduce el modelo en un contenedor metálico dondepreviamente se ha dispuesto un lecho de arena sin ningún ligante. Posado el modelo en ellecho se comienza a llenar de arena el contenedor que vibra sobre una mesa con uno o dosejes de vibración. La vibración ayudada por la fluidez de un material sin aglomerantepermite el desplazamiento de la arena por todas las cavidades del modelo alcanzando todaslas zonas interiores y compactándose alrededor del modelo. De esta forma se va atacando elexterior, es decir el molde y el interior incluyendo las contra-salidas (machos) los cuales enotros procesos hubieran necesitado ser colocados previamente. Tras la colada y el enfriamiento de la pieza el desmoldeo es sencillo; mediante una parrillavibratoria se separa la pieza y la arena suelta con restos de pintura que lleva tambiénincorporada algún trozo de metal. Mediante sistemas de separación mecánicos se recupera laarena que puede volver a utilizarse en un 98%. En esta técnica el protagonismo lo llevan el modelo y la pintura pasando la arena a segundoplano y no existir aglomerante. La arena debe cumplir tres funciones: • formar un soporte compacto para aguantar la capa de pintura durante la colada• proporcionar un medio de transporte eficaz para la evacuación de gases y residuos de la

combustión de poliestireno hacia el exterior• servir como medio de transporte para la transferencia de calor permitiendo la

solidificación rápida de la pieza Habitualmente se recomiendan arenas de sílice con 99% de grano redondo y granulometríaentre 30 y 45%.


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Otras técnicas El poliestireno es un producto de una reacción de polimerización del estireno monomérico yesta formado por carbono e hidrogeno en una proporción de (92-8 % aprox.). Bajo lainfluencia de un catalizador se esponja la suspensión de poliestireno. La técnica del modelo perdido se utiliza de manera habitual en las fundiciones de piezagrande, los modelos son una reproducción exacta de las piezas a fabricar aplicando losfactores de corrección de las contracciones del metal. El modelo independientemente de cómo se haya completado el molde queda totalmenteembebido en él por lo que al verter la colada gasifica y se pierde. El carbono generadoprovoca una carburación en aleaciones de acero y hierro muy pobres en carbono y a vecespequeñas inclusiones, sin embargo presenta la ventaja de que la atmósfera carboníferareduce la formación de escoria. En las técnicas de moldeo con modelo perdido la realización del molde puede aplicardiferentes métodos dependiendo del material utilizado. Cuando se trata de piezas de tamaño grande se aplica material de moldeo aglutinado consustancias químicas generalmente resinas sintéticas de curado en frío. Como se ha comentado anteriormente en el caso del lost foam el molde esta formado porarena de cuarzo seca que recubre los moldes generalmente de tamaño pequeño y luego secompacta por diversos sistemas vibratorios.

3.1.3 Técnicas de fabricación de machos Los machos son los elementos que se incorporan al molde con objeto de obtener perfilescomplejos que resultan dificultosos para su obtención directa en el molde. Deben cumplir,de la misma manera que los moldes, la condición de su fácil desintegración por lo quetambién se fabrican en arena. Presentan la diferencia de que esta arena se aglutina químicamente dando mayorconsistencia a los machos para lo cual se utilizan distintas técnicas.


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Arena Aglomerante Productos deadición

Mezclar el material demoldeo

Curado del aglomerante

Extracción del macho demolde para machos

Fabricación del macho- a mano

- con máquinas

IHOBE, S.A.

Figura 12. Esquema del proceso de fabricación de machos

3.1.3.1 Procesos de aglomeración en caliente a) Proceso Croning (Shell process) Este proceso apareció en Alemania, durante la segunda guerra mundial. La mezcla consiste en arena de sílice mezclada con una resina fenólica (novolaca) y unagente endurecedor (hexametileno tetramina). Cuando la mezcla es introducida en el interior de una caja de machos, generalmenterealizada en hierro fundido y calentada hasta alcanzar una temperatura comprendida entre240 y 280º C, el calor provoca la fusión de la resina y la descomposición del endurecedor,produciéndose una mezcla que va endureciéndose progresivamente desde la zona encontacto con el molde metálico hacia el interior. Cuando el espesor de capa endurecida es suficiente, se puede dar la vuelta al utillaje,vaciando de su interior el resto de arena preparada que no ha sido todavía endurecida y quepuede ser aprovechada para una próxima ocasión. De esta forma se obtiene un macho hueco. A la mezcla pueden añadirse diferentes aditivos con el fin de mejorarla. A continuacióncitamos algunos de ellos. • Estearato de calcio, como lubrificante y desmoldeante• Oxido de hierro, para prevenir el veining, calcinaciones y pin-holes• Caolinita para aumentar la resistencia en caliente durante la colada. En el endurecimiento del macho pasa por tres fases como pueden apreciarse en la Figura13:


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• Período de fusión de la resina.• Comienzo de formación del gel de solidificación.• Endurecimiento.

100º 150º 200º 250º

Visc

osid

ad

Temperatura

Período defusión de la

resina

Sobrecoccióndescomposición

Endurecimiento

Comienzo deformación del

gel desolidificación

IHOBE, S.A.

Figura 13: Distintas fases del endurecimiento del macho Un macho o molde bien cocido, presenta una coloración de color miel oscura. La homogeneidad de temperatura del utillaje tiene gran importancia, ya que se corre elriesgo de que queden zonas mal cocidas con el consiguiente peligro de desprendimientos dearena. Las temperaturas ideales de calentamiento para el utillaje se sitúan entre los 250º y275º C, con dos límites extremos situados en 200º y 300º. Los tiempos de cocción son variables según el espesor de pared requerido y pueden variarentre uno y varios minutos. Ventajas e inconvenientes del proceso Croning Entre las ventajas indiscutibles de este proceso podemos citar: • Buena precisión dimensional.• Excelente aptitud al stokage.• No tiene incompatibilidades con ninguna familia de aleaciones.• Buena aptitud al desarenado durante el proceso de desmoldeo. Entre los inconvenientes sobresalen: • Costo elevado de la mezcla.• Utillajes costosos, ya que las cajas de machos son metálicas y mecanizadas.


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b) Proceso denominado Caja Caliente (Hot box) Este proceso, como el Croning, es un proceso de endurecimiento en caliente y consiste en laintroducción, bien por soplado o por llenado, de una arena premezclada con resina y uncatalizador en el interior del utillaje metálico caliente. Este proceso se desarrolló durante los años 60 y conoció su impulso más significativodurante los 70. La mezcla puede prepararse en el lugar de trabajo y está compuesta por arena de sílice, unaresina líquida en una solución acuosa y de un catalizador. La resina en solución acuosa puede pertenecer a una de las combinaciones siguientes:• Fenol - Formol (FF)• Urea - Formol (UF)• Furánica por policondensación de alcohol furfurílico (AF) y los co-polímeros siguientes:

− UF-FF− UF-AF− FF-AF− UF-FF-AF

La arena utilizada en este proceso es arena siliciosa con un índice de finura comprendidoentre 50 y 100 AFS. La humedad máxima aconsejable es de 0,2% Tipos de resinas Las resinas empleadas forman un vasto abanico como se ha visto anteriormente.

Resinas basadas en urea-formol (UF) Polimerizan rápidamente a 150º C. Pueden llegar a contener hasta 18% de nitrógeno. Los catalizadores utilizados pueden ser: ácido bórico o sales de amonio. Tienen unprecio módico, pero el formol libre contenido las convierte en resinas de utilizacióndelicada por razones de salud laboral. Resinas con formulación urea-formol-alcohol furfurílico (UF-AF) Poseen una reactividad elevada y permiten obtener resistencias más elevadas que lasresinas con base urea-formol. Se pueden dividir en dos clases. Las que contienen un alto porcentaje de nitrógeno,entre 12 y 18% y las destinadas a la colada de aleaciones de hierro que contienen entre 6y 7 % de nitrógeno.


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Estas últimas tienen una reactividad menor que las anteriores lo que hace necesario elempleo de catalizadores muy activos y una temperatura de la coquilla metálicacomprendida entre 250 y 280º C. Cuando se utilizan catalizadores adecuados, se obtienen resistencias mecánicaselevadas, lo que las hace aptas para la fabricación de machos frágiles o delicados. Resinas fenólicas (F) No contienen apenas nitrógeno, por lo que difícilmente producen desprendimiento denitrógeno durante la colada. Esta circunstancia las hace muy aptas en ciertasfabricaciones de hierro y acero. Son poco sensibles a la humedad, lo que permite pintar los machos con pinturas de baseagua. Tienen el inconveniente de una cocción delicada y el riesgo de deformación en machosgrandes. Resinas con formulación urea-formol/ fenol-formol (UF-FF) Han aparecido tarde en el mundo de la fundición y fundamentalmente para sustituir elalcohol furfurílico. Tienen más resistencia a la temperatura, es decir menos pérdidas depropiedades debidas a la sobrecocción. También son resistentes a la humedad. Resinas con formulación fenol-formol/ alcohol furfurílico (FF-AF) No contienen nitrógeno, la fluidez y la duración de vida de la mezcla preparada sonbuenas Resinas con formulación urea-formol-fenol-formol-alcohol furfurílico (UF/FF/AF) La incorporación del alcohol furfurílico tiene el efecto de aumentar la estabilidad de lasresinas y alargar la vida de banco. En general tienen contenidos bajos de nitrógeno.

Las resinas de caja caliente se pueden clasificar en furánicas y fenólicas. Las furánicastienen la ventaja sobre las fenólicas de un fraguado más rápido, por tanto, de una mayorcadencia en la obtención de machos. Las resinas furánicas tienen mejor aptitud aldesarenado. Catalizadores o aceleradores Son los compuestos más importantes de este proceso. Deben permanecer "inactivos" atemperatura ambiente, pero se descomponen rápidamente en contacto con el molde calienteliberando el ácido necesario para que se produzca la reacción de policondensación. Los componentes principales son sales de amonio de ácidos minerales (clorhídrico,sulfúrico, nítrico), a las que se les puede añadir urea para bloquear el formol libre ydisminuir el olor de la cocción.


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Aditivos utilizados en arenas preparadas para caja caliente • Aceites de silicona para facilitar la extracción de los machos.• Conservantes para prolongar la vida de la mezcla.• Plastificantes en caliente.• Oxido de hierro en porcentajes de 0,2 a 0,4% para evitar los pin-holes y la penetración. c) Proceso Caja Templada El proceso denominado “ Caja Templada " no es sino una variación del método empleado enel sistema de caja caliente, en el cual la gama de temperaturas de curado es sensiblementeinferior (140 -180º C). Las cajas de machos son las mismas que las empleadas en cajacaliente. Un sistema resina / catalizador sensible al calor es mezclado con la arena con el fin deobtener una mezcla relativamente estable a la temperatura ordinaria. La cantidad de resinanecesaria es inferior a la de caja caliente y sus límites están comprendidos entre 0,9 y 1,2%del peso de la arena. La cantidad de catalizador sobre la cantidad de resina oscila entre el 20y el 30% del peso de resina. Las dos principales ventajas de este proceso son: • El menor consumo de energía• La menor evolución y emisión de gas durante la colada. d) Proceso IQU Es una variante del proceso de caja templada. Ha sido desarrollado por la sociedadIndustrias Químicas del Urumea a comienzo de los años 80. Las resinas utilizadas en este proceso son las mismas que las empleadas en los procesosclásicos de caja caliente, es decir, resinas furánicas del tipo (AF,UF-AF,UF-FF-AF) oresinas fenólicas. El catalizador es un ácido orgánico, estable a temperatura ambiente y apresión atmosférica. Cuando existe una disminución de presión y un pequeño aumento de temperatura, seproduce la reacción de endurecimiento- policondensación. El procedimiento consiste en: • Mezclar la arena con la resina y el endurecedor. Debido a la baja viscosidad tanto de la

resina como del endurecedor, la mezcla con la arena es muy fácil de realizar, pudiendoutilizarse tanto mezcladores continuos como discontinuos. Los tiempos de mezclado sonsimilares a los tradicionales.

• Disparo de la arena al interior de la caja de machos. Esta se encuentra a una temperaturaen el entorno alrededor de los 150ºC. Aunque se puede trabajar también con temperaturascomprendidas entre los 80 y 100º C.


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• Como la mezcla tiene alta fluidez, llena perfectamente todos los huecos de la caja demachos. La presión de disparo es similar a la utilizada en los sistemas tradicionales.

• Aplicación del vacío (presión residual entre 10 y 60 mm. de mercurio).• Las cajas tienen que estar perfectamente estancas para evitar pérdidas de vacío.• El número de filtros debe ser el suficiente como para conseguir una extracción adecuada

de todos los gases producidos durante la reacción. El esquema de trabajo puede verse en el croquis siguiente:

2 Vacío

1 Disparo

3 Extracción y barrido

IHOBE, S.A.

Figura 14. Esquema secuencial del proceso IQU


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3.1.3.2 Procesos autofraguantes a) Proceso silicato de sodio-ester El procedimiento de aglomeración de arenas de fundición por medio de silicato de sodio yun éster apareció en Estados Unidos en el año 1967, quince años después de la aparición delproceso silicato de sodio - CO2. Dos años más tarde se empezó a conocer en las fundicioneseuropeas. Descripción del proceso La reacción entre el silicato de sodio y un éster pasa por la formación de un gel de sílice quees capaz de proporcionar a la mezcla de arena-ester-silicato un esqueleto duro,permitiéndole obtener buenas características mecánicas. La arena se mezcla primero con el éster durante un minuto y se malaxa posteriormente conel silicato. También pueden añadirse diferentes compuestos para mejorar alguna de lascaracterísticas de la mezcla. La arena puede ser cualquiera de las utilizadas frecuentementeen fundición, sílice, cromita o circonio. Es importante que se encuentre seca y fría en elmomento de la mezcla. Una humedad importante retarda la reacción y coadyuva a la pérdidade características mecánicas. Una temperatura elevada de la arena provoca desecación del silicato y acelera la reacción,por lo tanto, la temperatura de ésta debe situarse entre los 15 y 35º C. El comportamiento de las arenas al silicato de sodio depende del módulo de éste.Comparando con el proceso CO2, los mejores resultados se obtienen en el binominosilicato-ester con valores de módulo altos (2,4-3) El porcentaje de incorporación se sitúa generalmente entre el 2 y 4,5% con respecto al pesode arena. A un contenido dado de silicato en la mezcla, corresponde un porcentaje de éster.Las características mecánicas de los moldes y machos mejoran con mayores porcentajes desilicato, pero más difícil también resulta el desarenado en el desmoldeo, principal desventajade este proceso. A la mezcla pueden añadirse también diversos productos como: • Hulla En proporciones comprendidas entre 0,5 y 2%; tiene el objeto de mejorar el desmoldeo. • Azúcar En un porcentaje comprendido entre 0,3 y 1%. Ayuda a mejorar la resistencia mecánica y laconservación durante el stokage. El azúcar mejora la aptitud al soplado de ciertas arenas.


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• Melaza Acción análoga a la del azúcar, pero menos eficaz. Su mayor inconveniente es el de contenercantidades variables de agua que modifica la concentración del silicato. • Dextrina Mejora la conservación del macho, pero disminuye sus características mecánicas. • Oxido de Hierro Para reducir la reacción molde-metal. Los moldes o machos realizados con la mezcla silicato-ester pueden ser pintados conpinturas al alcohol, las pinturas con base agua están prohibidas. El comportamiento alstokage de moldes y machos es deficiente, debido a la tendencia a tomar humedad delambiente que fragiliza la mezcla de arena aglomerada. Esto es particularmente importantecon los machos y moldes realizados con silicatos de bajo módulo. La arena aglomerada de acuerdo con el procedimiento éster-silicato de sodio, puede serpreparada tanto en molinos continuos, como discontinuos. El proceso es compatible concualquier metalurgia, pero especialmente es empleado en fundiciones de acero. b) Proceso de aglomeración con resinas furánicas El proceso de endurecimiento de las arenas autoendurecibles con resinas furánicas, se basaen la capacidad de estas resinas para endurecer rápidamente a temperatura ambiente, enpresencia de un catalizador ácido. La transformación puede ser representada según elesquema siguiente:

aguasólidaResinalíquidaResina ácidoMedio + → Las consideraciones anteriores permiten precisar que los factores fundamentales coninfluencia en el endurecimiento de las resinas son: • La naturaleza y propiedades de la resina utilizada• La acidez del medio (pH)• La temperatura• El contenido de agua La composición química de la arena es importante. El catalizador es un ácido fuerte quepuede reaccionar con sustancias alcalinas y con partículas metálicas. La presencia en laarena de óxidos metálicos pueden inutilizar este proceso. Asimismo la presencia de arcillasen la arena es perjudicial por el aumento en el consumo de resina que generan y por laaptitud de las arcillas a fijar la humedad, afectando a la velocidad de la reacción y a laresistencia final. La arena debe ser siliciosa, pura, seca, redonda y sin arcilla.


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Las resinas utilizadas en este proceso son las conocidas comúnmente con el nombre deresinas furánicas y vendidas con nombres comerciales variados. Son resinas sintéticas en cuya fabricación entra el alcohol furfurílico y una o variassustancias tales como: • Formol• Resinas urea formol• Resinas fenol formol• Silanos La proporción de alcohol furfurílico en estas resinas es variable y a menudo superior al 50%.Las razones del empleo del alcohol furfurílico: − Gran reactividad, lo cual permite elevadas velocidades de reacción.− Es un excelente disolvente de numerosas resinas ( urea formol, fenol-formol, etc.).− Posee buenas propiedades mojantes.− No es tóxico durante las manipulaciones. Condensado con una resina urea formol da una resina con las siguientes características: − Más resistente en caliente.− Desprende menos gas durante la colada.− Más estable en el tiempo.− Aumenta la vida de banco de la arena. Los constituyentes posibles de una resina furánica y las proporciones en las que estosconstituyentes pueden entrar, son prácticamente infinitas. Sin embargo, se pueden distinguirlas siguientes categorías principales: • Resinas constituidas por polímeros de alcohol furfurílico• Resinas formol - alcohol furfurílico (Resinas F-AF)• Resinas urea-formol-alcohol furfurílico (Resinas UF-AF)• Resinas fenol-formol-alcohol furfurílico (Resinas FF-AF)• Resinas urea formol-fenol-formol-alcohol furfurílico (Resinas UF-FF-AF) En un principio las resinas empleadas eran del tipo urea formol alcohol furfurílico, conporcentajes variables de alcohol furfurílico y urea. Estas resinas están todavía en el mercadoy ciertas categorías tienen pequeñas proporciones de urea. En función del grado de calidad de una misma resina tendremos porcentajes variables denitrógeno y de agua. De una manera general a mayor contenido en alcohol furfurílico mejores son las propiedadesde la resina. También el costo de una resina está en función de su contenido. Conformeaumenta su porcentaje en las resinas, mejora la aptitud de éstas al stokage, es buendisolvente de la mayor parte de los componentes de las resinas, mejora el enrobado de los


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granos de arena, facilita el malaxado, aumenta la velocidad de la reacción y disminuye laevolución gaseosa en el momento de la colada. El fenol aumenta la resistencia en caliente, pero disminuye la aptitud al desmoldeo ydesarenado. El formol mejora la reactividad y disminuye el precio de las materias primas. La urea mejora el desmoldeo y desarenado, atenúa la tendencia a las grietas en la fundiciónde acero, pero es una fuente de nitrógeno. Catalizadores Los catalizadores empleados con las resinas furánicas son productos ácidos más o menoscomplejos. Entre los principales ácidos que entran en su composición se encuentran el ácidofosfórico y los ácidos sulfónicos. c) Proceso de aglomeración con resinas fenólicas La resinas fenólicas autoendurecibles fueron introducidas al mismo tiempo que las resinasfuránicas, en 1958. Este proceso tuvo poco éxito debido a la lenta velocidad de reacción, seempleaba entonces un catalizador compuesto a base de ácido fosfórico. Durante los años 70 y debido a la falta de alcohol furfurílico en el mercado, así como a losdesarrollos de nuevas resinas y catalizadores basados en ácidos sulfónicos el proceso conoceun auge importante. Hoy en día, debido al bajo precio de las resinas fenólicas, se utilizan demanera importante en el moldeo de grandes piezas tanto en aleaciones férricas como noférricas. Resinas Contrariamente a las resinas fenólicas utilizadas en el proceso Croning, éstas son del tiporesol, es decir fabricadas en medio alcalino y con una relación formol/fenol superior a 1.También son adicionados aditivos en cantidades variables entre 0,1 y 0,2% para mejorar launión resina-grano de arena. El contenido en agua puede variar entre 10 a 25%, no tiene influencia sobre los valores deresistencia final obtenidos, pero sí tiene influencia sobre la vida de banco. Las resinas fenólicas son entregadas en estado precondensado y tienen el aspecto de uncaramelo más o menos viscoso. La viscosidad aumenta con el tiempo de stokage y con latemperatura. En tiempo frío esta viscosidad puede aumentar tan rápidamente que seaimposible su bombeo o mezcla. La mayor parte de las resinas fenólicas no deben ser utilizadas después de un período dealmacenamiento superior a los cuatro meses.


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Las resinas con base urea-formol / fenol-formol, pueden contener hasta un 2% de nitrógeno.Esto es debido a la adición deliberada de urea, con el fin de controlar la cantidad de formollibre que desprende un olor desagradable, especialmente cuando la arena está caliente. Catalizadores Son catalizadores ácidos del tipo paratolueno-sulfónico o benzeno-sulfónico empleándoseen porcentajes comprendidos entre el 20 al 45% del peso de la resina. Los catalizadores abase de ácido sulfónico contienen una cierta cantidad de agua. Si para mejorar la reacción senecesitara superar el valor del 45% del peso de la resina, es necesario pensar en cambiar decatalizador o bien calentar la arena. Preparación de la arena La preparación de la mezcla y el porcentaje de adición de resina, es prácticamente igual queen el caso de las resinas furánicas.

3.1.3.3 Procesos de endurecimiento a través de un gas a) Poliuretanos. Proceso Caja fría o proceso Ashland La mezcla de arena con 2 resinas (blanca y negra) se sopla dentro de la caja de machos y acontinuación, ésta se coloca entre un inyector de gas y el colector de extracción. El gas se introduce por el inyector dentro de la caja de machos y se obliga a pasar a través dela mezcla de arena, produciéndose el endurecimiento instantáneo de la misma. A continuación se pasa una corriente de aire de barrido que arrastra el exceso de catalizadory el macho está listo para ser sacado de la caja y usado. El proceso de aglomeración es el siguiente:

Resina I + Resina II + catalizador amínico ⇒ URETANO Se debe prestar especial atención al contenido de Nitrógeno. Si se mezclan las dos resinas sin el catalizador van reaccionando lentamente. • Las resinas deben usarse a temperatura ambiente.• A baja temperatura aumenta la viscosidad de las resinas y hacen difícil el bombeo.• No es aconsejable el transporte neumático de la arena premezclada, debido a cuestiones

de evaporación. Se les suele añadir óxido de hierro, o dextrina, también hulla. Aunque reducen laresistencia.


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Porcentajes de mezcla • Son variables, pero en general se usa del 1% al 2% dependiendo de la complejidad del

macho.• A menor porcentaje tendremos:

− Menor cantidad de gases en el momento de la colada.− Menor tendencia del macho a pegarse a la superficie de las cajas y por lo tanto,

menor consumo de desmoldeante.

OH NCOCATALIZADOR

AMINICO

R'R'

RR R''R''

SOLVENTE

+

SOLVENTE

O C N

HO

RESINAFENOLICA POLIISOCIANATO CATALIZADOR

AMINICO URETANO+

+PARTE I PARTE II AGLOMERANTESÓLIDO

IHOBE, S.A.

Figura 15 Reacción química del aglomerante Isocure El mejor método de llenado es mediante el disparo. • Presiones de disparo altas favorecen el pegado del macho a la caja.• Presiones bajas producen machos con poca compactación.• Presiones de disparo altas dificultan el desmoldeado y aumentan el nº de machos rotos. Las relaciones que suelen emplearse habitualmente entre las resinas son de 50/50.

IHOBE, S.A.

CO2

CO2

CO2 CO2

Figura 16. Diversos sistemas utilizados para el gaseado en caja horizontal


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CO2

CO2

IHOBE, S.A.

CO2

Figura 17. Diversos sistemas utilizados para el gaseado en caja vertical

3.2 TÉCNICAS DE FUNDICION EN MOLDES PERMANENTES

Son técnicas de una utilización mucho más restringida que las de los moldes perdidos; ellose debe a que no pueden utilizarse para todas las aplicaciones y son mucho menos flexiblesque aquellos. Los moldes se componen de dos o más piezas que permanecen unidas durante la colada yparte del proceso de solidificación que en algunos casos puede ser de unos segundos,transcurridos los cuales se abren para expulsar las piezas. Como su nombre indica estas partes del molde permanecen y se vuelven a utilizar con elmantenimiento que cada caso requiera.


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En las técnicas de fundición en moldes permanentes se emplean también machos quepueden ser de metal o arena; en algunos casos se trata tanto los machos como los moldescon plombaginas u otros revestimientos que reducen o eliminan las adherencias de la pieza ymejoran su calidad superficial. En estos moldes pueden realizarse largas series de piezas que estarán en función del gradode solicitación de los moldes y de las exigencias de precisión dimensional. Los materiales empleados para la fabricación de los moldes deben cumplir una serie decaracterísticas entre las que cabe destacar: buena maquinabilidad, máxima resistencia aldesgaste, elevada resistencia técnica, baja dilatación y buena conductividad térmica. Engeneral suele utilizarse fundición gris en la fabricación de coquillas y aceros de alta aleaciónen la fabricación de moldes de colada a presión. Un aspecto importante a tener en cuenta en este tipo de moldes es el del coste económico.Su fabricación y mantenimiento son muy caros y sólo se justifican en grandes series.

3.2.1 Fundición en coquilla El desarrollo del proceso de fundición en coquilla abarca por lo general las siguientessecuencias operativas. En primer lugar se prepara el molde (limpiar, aplicar la plombagina).A continuación se introducen o colocan los machos y se cierra la coquilla. Al vaciado de lacolada le sigue una fase de solidificación. Una vez solidificada la fundición, se abre lacoquilla y expulsa la fundición. La fundición en coquillas se caracteriza por un enfriamiento extraordinariamente rápido dela fundición en el molde metálico permanente. La velocidad de enfriamiento puedemanipularse calentando la coquilla o aplicando plombaginas. La fundición en coquillas puede ser por gravedad o a baja presión. En la fundición porgravedad fluye la colada de metal a la coquilla por la fuerza de gravedad. El gas contenidodentro de la cavidad del molde escapa a través de los canales de aire o respiraderos.

1 2 3

1 Placa de fijación de la coquilla2 Coquilla3 Cuchara IHOBE, S.A.

Figura 18. Fundición en coquilla por gravedad


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En la fundición a baja presión sube la colada a la coquilla a través de una mazarota o tuboascendente. Una ligera sobrepresión por encima del nivel de la caldera de fusión origina eltransporte de la colada a través de la mazarota. Los gases escapan a través de un respiraderopracticado en la parte superior de la coquilla. La sobrepresión sobre la caldera de fusión semantiene hasta que el metal se ha solidificado. Una vez eliminada la presión vuelve a fluir elmetal fundido contenido en la mazarota de vuelta a la caldera de fusión.

Aire a presión

Coquilla

Tubo de alimentación

Crisol

IHOBE, S.A.

Figura 19. Fundición en coquilla a baja presión Las ventajas de la fundición a baja presión son: − Flujo pausado del metal a la cavidad del molde.− Fácil salida de los gases hacia arriba.− Muy buena alimentación, ya que la colada se solidifica de arriba hacia abajo.− Bajas cantidades de material de circulación (3 a 10%), ya que no son necesarios canales

de alimentación.− Condiciones metalúrgicas favorables, ya que el metal se halla dentro de un sistema

cerrado.− El proceso puede hacerse automático. Campos de aplicación La aplicación de este tipo de fundición en calidades férreas se orienta a piezas de pequeño ymediano tamaño debido a la necesidad de manipular los elementos del molde y de extraerlas piezas sin dañarlas.


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Este sistema ha adquirido importancia en la fundición de aluminio debido a la calidadsuperficial y a una mayor precisión dimensional.

3.2.2 Fundición a presión Descripción de la técnica En la fundición a presión la colada se inyecta a gran velocidad en un molde permanente. Unhorno de conservación del calor almacena el metal fundido. En un cilindro se dosifica lacantidad a colar y a continuación actúa el émbolo de una bomba de émbolo directamentesobre el metal fundido. La presión generada asciende a entre 70 y 140 bar, por lo que elmetal se inyecta a gran velocidad en la cavidad del molde a través de un pequeño orificiollamado bebedero. Este proceso tarda por lo general entre 0,02 y 0,2 segundos. El tiempo devaciado depende de diferentes factores (volumen de la fundición, grosor del bebedero,espesor de pared de la fundición, longitud de flujo de la colada dentro del molde). Mientrasse solidifica el material de fundición, se mantiene constante la alta presión. A continuaciónse suprime la presión, se abre el molde, se expulsa la fundición y se prepara el molde para lasiguiente colada. La preparación incluye principalmente la aplicación del agente de desmoldeo, así como elcierre y el precalentamiento del molde. El desmoldeante, que se aplica sobre la superficieinterna del molde, mejora la movilidad de los semimoldes, impide la adherencia del metal yfacilita así la rápida y cómoda separación de la fundición y el molde. Como desmoldeantesse utilizan emulsiones que contienen, entre otros, siloxanos, glicoles, parafinas y agentestensoactivos. Antes del vaciado es necesario precalentar el molde (con quemadores de gas,equipos de rayos infrarrojos, radiadores eléctricos de cerámica), a fin de evitar tensionestérmicas y las consiguientes fisuras. Son necesarias instalaciones hidráulicas capaces degenerar grandes fuerzas para mantener cerrado el molde durante la colada. El tamaño de lasfundiciones depende de las fuerzas de sujeción disponibles. En la fundición a presión no seutilizan machos de arena. La fundición a presión de cámara caliente y la fundición a presión de cámara fría, dostecnologías aplicadas en la fundición a presión, se diferencian por la posición de la bombade émbolo. En la fundición de cámara caliente la bomba se encuentra en posición verticaldentro del baño de metal fundido. El peligro de esta tecnología es que la colada ataque elmaterial de la bomba. La bomba de émbolo de las máquinas de fundición a presión decámara fría se halla fuera del horno de conservación del calor. Su posición puede ser verticalu horizontal. Para determinadas aplicaciones se han desarrollado variantes especiales de la fundición apresión (p.ej. fundición con desgaseado forzado del molde de fundición a presión). Campos de aplicación Las ventajas de la fundición a presión son unas tolerancias generales bastante ajustadas,superficies lisas, contornos precisos, bajas sobremedidas para el mecanizado, economía demateriales (relación de peso entre la pieza final y los materiales empleados) y alta


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productividad, así como la posibilidad de elaborar fundiciones complicadas y de pareddelgada con insertos de elementos de otros materiales (p.ej. pernos, casquillos, tubos derefrigeración). La fundición a presión de cámara caliente se emplea principalmente para el vaciado dealeaciones de zinc y de magnesio. La fundición a presión de cámara fría se empleaprincipalmente para el vaciado de aleaciones de aluminio y, en menor medida, paraaleaciones de cobre, de cinc y de magnesio. En la actualidad se elaboran piezas fundidas bajo presión desde 1 g. hasta de unos 40 kg. depeso. En algunos grupos de materiales todavía quedan márgenes de mejora como resultadode evoluciones tecnológicas.

Tabla 23. Pesos máximos, dimensiones máximas, márgenes de los espesores de pared y aspereza de lasfundiciones a presión

Grupo de Peso de la Medidas Espesor de pared materiales fundición Kg Longitud

mm. Anchomm.

Profundidadmm.

mm.

Aluminio 35 1200 600 400 A partir de 1,0 - 3,0 Zinc 20 1200 600 400 A partir de 0,3 - 2,0

Magnesio 15 1200 600 400 1,0 - 3,0 Cobre 5 400 300 200 1,5 - 4,0

En caso de que las piezas satisfagan las correspondientes exigencias (p.ej. precisióndimensional, resistencia, estructura), puede considerarse la fundición a presión en seriecomo una técnica rentable.

Residuos: generación y eliminación

63

4. RESIDUOS: GENERACIÓN Y ELIMINACIÓN

4.1 ARENAS USADAS DE FUNDICIÓN

Las fundiciones que utilizan en su proceso arena para la fabricación de moldes disponen deun círculo cerrado de arena que se va renovando permanentemente mediante adiciones dearena nueva y eliminación de las arenas más deterioradas. Un sistema utilizado confrecuencia es aprovechar la arena de los machos para la renovación, ya que éstos se suelenfabricar con arena nueva. De esta forma se mantienen dentro de unos límites prefijados loselementos que pueden hacer variar algunos parámetros de la arena, tales como chamotas,finos, etc. que se encuentran presentes en el circuito. Cuando los programas de fabricación se orientan a piezas con poco macho, este sistema derenovación de la arena resulta totalmente insuficiente, por lo que se requieren adiciones dearena nueva. Habitualmente las fundiciones retiran del circuito entre 0,2 y 0,3 kg dearena/kg de fundición buena, siendo muy poco el porcentaje de arena usada que se valoriza,prácticamente la totalidad se deposita en vertederos. En la denominación genérica de arenas usadas se encierran residuos de diversa constituciónque es de interés tener en cuenta. Los más frecuentes son:

Clase de residuo Arena de moldeo usada y residual Arenas para machos, Arena para machos usada Finos Lodos Residuos de arena de granallado

Para describir las arenas de fundición usadas se recurre a un gran número de parámetros quepresentan gran interés: • Composición mineral (proporción de cuarzo, cromita, silicato de circonio, así como el

contenido de SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO+MgO, Na2O+K2O).• Propiedades químicas (pH, conductividad, capacidad ácida y básica).• Propiedades físicas, (aspecto, color, humedad, pérdidas por calcinación).• Propiedades granulométricas (nº AFS, superficie específica, diámetro representativo,

sedimentos).• Contenido metálico en el eluato y en la muestra original (p.ej. cromo, níquel, hierro).• Sustancias orgánicas y sustancias traza contenidas en el eluato y en la muestra original

(p.ej. fenoles, hidrocarburos policíclicos aromáticos). En algunas ocasiones, se observan altas concentraciones de cromo en las arenas usadasdebido al empleo de arenas de cromita. El cromo contenido en la arena de cromita, sinembargo, prácticamente no es movilizable. Los fenoles, que presentan una buena solubilidaden agua, se incorporan a la arena al emplear resinas fenólicas. Los hidrocarburos policíclicosaromáticos (PAH) se forman en el curso de procesos pirolíticos durante la colada a partir deformadores de carbono brillante, y en un porcentaje muy pequeño, también, a partir de lasresinas. Las concentraciones de PAH medidas en las arenas usadas dependen en gran medidadel tipo de los formadores de carbono brillante. Empleando los formadores de carbono


64

brillante adecuados, y disponibles en la actualidad, pueden alcanzarse valores de PAH deentre 1 y 15 mg/kg, mientras que con formadores de carbono brillante ricos en aromáticos, laconcentración de PAH puede llegar a 60 y 80 mg/Kg.

4.2 RESIDUOS DE LAS ARENAS USADAS DE FUNDICIÓN: POLVOS, LODOS Y FINOS

A lo largo del circuito de arena, y en los procesos de regeneración de las arenas usadas defundición, se genera una cierta cantidad de compuestos de granulometría fina que recibendiferentes denominaciones: • Polvos, finos. Son aquellas partículas que es posible aspirar y separar mediante filtros

secos en cualquiera de las fases del circuito: preparación del material de moldeo,transporte de la arena y desmoldeo.

• Lodos. Son aquellas partículas recogidas en sistemas de aspiración por vía húmeda. Los polvos, finos y lodos procedentes del material de moldeo en circulación estáncompuestos del material de moldeo base utilizado, así como de los productos de adición yde sus productos de desintegración (p.ej. polvo de cuarzo, cáscaras de aglomerante orgánico,bentonita activa y pasiva, formadores de carbono brillante). Los mecanismos de separaciónde las instalaciones de captación de polvo no son todo lo eficaces que sería deseable, por loque junto con el polvo también se elimina arena de cuarzo que podría ser reutilizada en elproceso. Las partículas se separan en filtros o separadores por vía húmeda y se depositan envertedero. Antes de su depósito pueden ser acondicionados mediante pelletización,briquetado, etc. Los finos procedentes de la regeneración mecánica de la arena usada contienen los mismoscomponentes que la arena de fundición usada, aunque en otras concentraciones, durante lacorrespondiente extracción de estas sustancias de grano inferior (impuesta por las exigenciasal regenerado), también accede arena de cuarzo reutilizable a los finos. Esto se debe a unainsuficiente eficacia de separación de las técnicas disponibles. Los finos de arenas usadasque han sido sometidos previamente a un tratamiento térmico están exentos de componentesorgánicos (inertización). La arena de cuarzo reutilizable como material de moldeo, labentonita activa y los formadores de carbono brillante contenidos en los finos, pueden serrecuperados y valorizados.

4.3 ARENAS, POLVOS Y LODOS DE LA SECCIÓN DE GRANALLADO

En la sección de acabados de las fundiciones se retiran los restos de machos calcinados, serecogen las arenas usadas del circuito, se eliminan los elementos del sistema de alimentaciónutilizados en la colada, etc. Mención especial requieren las operaciones de granallado, en las que se regenera un residuoen forma de polvo, mezcla de partículas metálicas y restos de arena calcinada que semezclan entre sí, a pesar de su distinta composición. Los polvos de granallado se generan en las granalladoras y durante la recuperación de lagranalla. La granalla utilizada suele ser principalmente chatarra de fundición de acero o dealambre de acero. Durante la operación de granallado se acumula arena usada, fracciones de

Residuos: generación y eliminación

65

la granalla y material de fundición erosionado. Las impurezas presentes son eliminadasdurante la recuperación de la granalla, con el objeto de poder utilizar de nuevo la granalla. Los polvos del granallado contienen fundamentalmente polvos de arena usada, así comogranallas de granulometría inferior, partículas procedentes de la abrasión del metal y óxidosmetálicos. Los polvos del granallado, generados durante la limpieza de las fundicionesmaleables, presentan una composición diferente. Predomina la parte de hierro,especialmente en forma de cascarilla.


66

5. MEDIDAS Y PROCEDIMIENTOS PARA PREVENIR, MINIMIZAR YVALORIZAR LOS DIFERENTES TIPOS DE RESIDUOS

Durante el proceso de fundición se generan residuos, para minimizar la cantidad de residuosgenerada pueden aplicarse una serie de medidas de minimización, tanto técnicas comoorganizativas, así como de valorización interna o externa. En los siguientes capítulos sedescriben estas medidas. En primer lugar, en el apartado 5.1 se ofrece un cuadro sinóptico donde se relacionan losdistintos tipos de residuos y sus posibilidades de Prevención, Minimización y Valorización(PMV). A continuación, en el apartado 5.2 se describen medidas para aumentar las circulacionesexistentes del material de moldeo, restituyendo por ejemplo la arena de los machos rotos alcircuito. La regeneración constituye una valorización interna de las arenas de moldeo usadas, tal ycomo se presenta en el apartado 5.3. La regeneración tiene por objetivo depurar la arenausada de restos de aglomerante, de forma que pueda sustituir a la arena nueva en lafabricación de moldes y machos. Se describen instalaciones para la regeneración mecánica yneumática (regeneración en frío). Estas instalaciones pueden ser, tanto grupos sencillos dedepuración para la regeneración de arenas de moldeo aglomeradas con resinas químicasautofraguantes, como instalaciones mecánicas altamente evolucionadas para la regeneraciónde arenas usadas mixtas - moldeo en verde con arena de machos - que contienen bentonita yresinas químicas. También se tratan las instalaciones de regeneración térmica (regeneraciónen caliente), y se presenta el estado de desarrollo y los campos de aplicación de estastécnicas de regeneración, recurriendo, a modo de ejemplo a algunas instalaciones yaexperimentadas en la práctica. Por último, en los apartados 5.4 a 5.7 se describen y evalúan desde un punto de vistaambiental diferentes medidas para valorizar externamente arenas usadas en la industriacementera, en la del ladrillo, como material de construcción y en otros sectores. En elapartado 5.8 se describe la valorización metalúrgica de los finos ricos en metales. Estadescripción se basa en experiencias realizadas en Alemania. En la actualidad se estádesarrollando un proyecto para definir las condiciones de valorización en la ComunidadAutónoma del País Vasco.

5.1 RELACIÓN ENTRE LOS DIFERENTES TIPOS DE RESIDUOS Y LAS MEDIDAS DE PMV MÁSADECUADAS

Las cantidades de residuos generadas pueden minimizarse a través de: • mayores circulaciones internas y más eficaces;• la regeneración interna y externa para reutilizar la arena usada como arena para moldes y

machos;• la valorización externa como materia prima o material de relleno.

Medidas y procedimientos para prevenir, minimizar y valorizar los diferentes tipos de residuos

67

Tabla 24: Relación entre los diferentes tipos de residuos y sus posibilidades de PMV

Nºeuropeo

Medidas de PMV

Tipo de residuo

Tipo defundición

CER Circulación Regeneración Valorizaciónexterna

Apartado 5.2 5.3 5.4 a 5.7 Arena de moldeo usada y residual Fe 1009 02 x x X Al 1010 02 x x X Finos de la arena de moldeo Fe 1009 02 x X Al 1010 02 x x Residuos de arena del granallado 1202 01 x Arena para machos, arena paramachos usada Fe 1009 01

x x x

Al 1010 01 x x x Lodo procedente de fundiciones Fe 1009 99 x x Finos que contienen hierro Fe 1009 02 x

Fe: fundición de hierro y acero; Al: Aleaciones de aluminio CER: Código europeo de residuos

5.2 PREVENCIÓN POR CIRCULACIÓN DE LAS ARENAS PARA MOLDES Y MACHOS

La circulación del material de moldeo es muy común, y se pueden recuperar y reutilizar lasarenas aglomeradas tanto con bentonita como con resinas químicas.

5.2.1 Datos sobre la técnica

5.2.1.1 Descripción La reutilización del material de moldeo usado abarca cuatro etapas fundamentales: • Trituración de los terrones de arena hasta individualizar el grano y eliminación de los

cuerpos extraños• Eliminación del polvo y de los finos• Transporte, enfriamiento y almacenamiento• Medición, pesaje, dosificación y mezcla La Figura 20 muestra el esquema simplificado de una preparación de arena de moldeo:


68

Eliminaciónde finos

Eliminaciónde finos

Desmoldeo

Separacióndel metal

Trituración

Material de moldeo

Tolva arena usada Tolva arena nueva

CribadoRefrigeración

Agl

omer

ante

, etc

.

Agua

Elevador decangilones

IHOBE, S.A.

Figura 20: Esquema de preparación de arena de moldeo Secuencia operativa • Trituración de los terrones

La trituración de los terrones de arena de moldeo comienza durante el desmoldeo de laspiezas sobre una parrilla, un canal vibrante o un tambor giratorio. La trituración puedecontinuar en trituradoras de cilindros o de mordazas. Las partículas que superan eltamaño de grano tolerado son eliminadas mediante cribas. Los terrones de machos, lostrozos de cerámica y las partículas metálicas más gruesas se separan en la criba poligonal.Los restos de metal, como p.ej. las “lágrimas” de hierro, se eliminan por vía magnética.

• Eliminación de finos

Durante la trituración se separa y libera en forma de polvo una parte de las cáscaras deaglomerante presente en las arenas de moldeo químico.


69

• Enfriamiento

Las piezas de fundición transfieren una parte de su calor a la arena de moldeo durante suenfriamiento. Para poder garantizar unas buenas condiciones del material de moldeo sedebe refrigerar hasta aproximadamente 40-45ºC. En las fundiciones se utilizanenfriadores de evaporación con lechos turbulentos y fluidizados, así comointercambiadores de calor. Si el desmoldeo se produce en canales vibrantes o en tamboresgiratorios, puede efectuarse allí mismo la refrigeración del material de moldeo usado.

• Transporte, almacenamiento

Para transportar los materiales se emplean: elevadores de cangilones, cintastransportadoras, transportadores de espiral, transportes vibrantes y transporte neumático,sobre todo para materias secas. Los materiales de moldeo se almacenan en depósitos soldados de chapa de acero (a vecesinoxidable), otras veces recubierta de ciertos materiales sintéticos para evitar el pegado.

• Mezcla

La mezcla o malaxado es una fase del proceso decisiva dentro de la preparación de laarena de moldeo, es muy importante que el aglomerante envuelva de forma uniforme losgranos de arena. En el caso de moldeo en verde, han de distribuirse de forma homogéneael agua, la bentonita y los aditivos entre los granos de arena.

Los machos se fabrican, aún hoy en día, fundamentalmente con arena nueva. Como primerpaso hacia la constitución de una recirculación de arena de machos, se puede triturar, yrestituir al proceso de fabricación de machos, la arena procedente del área de machería, queno ha pasado por el proceso de colada y no está mezclada con la arena de moldeo en verde.Siguiendo el mismo principio pueden reutilizarse también los semimoldes no colados yfabricados a base de resinas químicas autofraguantes. En este caso no es necesario realizarinversiones adicionales, si se utiliza la instalación de recuperación de las arenas aglomeradascon resinas.

5.2.1.2 Estado de la técnica Optimización de la circulación de arena de moldeo La recirculación de las arenas de moldeo en verde y químico reduce notablemente lascantidades de residuos generados en las fundiciones. Una óptima separación de los diferentes flujos de arena - en arena en verde para moldes yarena para machos - facilita la recirculación, pero no se practica en muchas fundicionesdebido al coste que ello implica. De gran importancia es procurar evitar lo máximo posible,desde el inicio mismo del proceso productivo, la confluencia o mezcla de diferentes tipos dearena. Las piezas de fundición deberían ser extraídas del molde sin excesivas adherencias dearena de moldeo; en caso necesario deberán eliminarse los terrones adheridos. Al mismotiempo es importante que sólo acceda una pequeña cantidad de arena de machos a lacirculación de la arena de moldeo en verde. Esto facilitaría por una parte la reutilización de


70

la arena de moldeo y, por otra, la regeneración de la arena de machos, al presentar ésta unacarga inferior de sustancias no deseadas. En la circulación del material de moldeo, por cada circulación: • se incorporan aglomerantes y otros aditivos importantes para el proceso de colada,• se eliminan sustancias producidas por desgaste (principalmente a través de las

instalaciones de captación de polvo y durante el granallado). En caso de no eliminar las sustancias de desgaste en una cantidad suficiente, se producirá unenriquecimiento de éstas en la arena de moldeo, que si supera una determinadaconcentración, puede llegar a inutilizarla. Este fenómeno se contrarresta procediendo aretirar una pequeña cantidad de arena de moldeo residual. La cantidad de arena usada aevacuar depende de: • el programa de fabricación y las exigencias de calidad de las fundiciones,• el tamaño de la serie y el grado de automatización,• la maquinaria y la técnica de moldeo. En base a la experiencia adquirida hasta la fecha, por cada kg. de fundición de hierro buenase retiran del sistema entre 0,2 y 0,3 kg. de arena usada. Cuanto más arena nueva y/o arenade machos se incorpore al circuito, tanto más cantidad habrá de retirarse del mismo, alobjeto de mantener constante el volumen de arena de moldeo en circulación. Esta cantidades notablemente inferior en el caso de las fundiciones de aluminio, dado que el proceso serealiza a una temperatura más baja, y que la arena sufre una solicitación menor. Las mayores pérdidas de arena proceden principalmente de las adherencias a la pieza defundición, y se generan por ello en la operación de granallado. También en el área dedesmoldeo se producen pérdidas de material. Separación de la arena de machos y moldes tras el desmoldeo La mezcla durante el desmoldeo de la arena para moldes y la arena para machos esinevitable cuando se colocan machos aglomerados con resina en moldes aglomerados conbentonita; dicha confluencia puede minimizarse en parte aplicando determinadas técnicas dedesmoldeo. En el apartado 5.3 se describe con más detalle la reutilización de estas arenasmixtas constituidas por materiales de moldeo aglomerados con sustancias tanto orgánicascomo inorgánicas. La separación de la mayor parte de la arena de moldes y machos resulta relativamente fácilcuando la geometría de la pieza de fundición envuelve al macho o cuando el calor aportadoha sido tan bajo que apenas se descompone el macho. En Alemania existen instalaciones de moldeo para bloque de cilindros de fundición gris enlas que durante el desmoldeo se levanta la caja superior para a continuación extraer lafundición junto con los machos por medio de un mecanismo. Los machos se extraen luegopor separado y se regeneran. En la producción de tubos de aspiración de Al, carcasas parabombas y cárteres del diferencial se procede de manera similar. Lo importante en estos casoses que la pieza de fundición envuelva en su mayor parte a los machos.


71

Los componentes ácidos y alcalinos de los restos de machos que se incorporan a la arena demoldeo en verde pueden mermar la capacidad cohesiva de la bentonita; por otra parteincorporan también a la arena del circuito carbono y arena de cuarzo, haciendo asíinnecesaria la incorporación de esas mismas cantidades en forma de nuevas adiciones. Noobstante, si se fabrican piezas con un porcentaje elevado de machos, de forma que lacantidad de arena de machos incorporada al circuito fuera superior a 0,1 kg. por cada kg. defundición buena, esto provocaría un superávit de arena que habría de ser compensadoincrementando la evacuación de arena de moldeo. Esto hace aumentar la cantidad de arenausada. Para contrarrestar este efecto es necesario regenerar la arena usada hasta obtener unaarena de alta calidad, apta para la fabricación de machos. Realimentación de machos rotos Otra posibilidad de prevenir la generación de residuos es la de restituir los machos rotos unavez triturados. Debido a los efectos químicos sobre la arena de moldeo en verde, no deberíanincorporarse en ningún caso machos fabricados con metilformiato y silicato sódico alcircuito. Los componentes alcalinos de esos sistemas aglomerantes merman las propiedadesde uso de la arena verde. El potencial de minimización por restitución de la arena de machoses además bastante bajo, ya que sólo entre un 5 y un 10 % de la arena usada en la macheríatermina como machos rotos. Realimentación de finos También puede minimizarse la cantidad de finos restituyendo el polvo generado en lapreparación de la arena, en la estación de desmoldeo y en el enfriador. Esta medida deminimización está limitada por las pérdidas de calidad resultantes de un incremento de losfinos en la arena de moldeo Los equipos utilizados en el desmoldeo, y en el enfriamiento, tienen una influencia decisivasobre la cantidad de finos y de arena de moldeo residual generados. También sonimportantes el molino y la dosificación de los componentes de la arena de moldeo. Reutilización de arena usada El desarrollo de nuevos equipos de preparación ha contribuido decisivamente a mejorar elgrado de reciclaje. Por “Grado de reciclaje” se entiende la relación porcentual entre lacantidad de arena usada reutilizada y la suma de la arena preparada para los moldes (sincontar la adición de agua) y la arena nueva para machos. El grado de reciclaje en el moldeo mecánico, con arena en verde, se sitúa entre un 95 y un98%. En el moldeo manual, por la técnica de moldeo químico autofraguante, se alcanzan unosgrados de reciclaje situados entre el 90 y el 95 %.

5.2.1.3 Campos de aplicación


72

El moldeo mecánico con arena de moldeo en verde tiene la gran ventaja económica de quepermite recuperar prácticamente todo el material de moldeo en circulación. La circulación de este tipo de arena está sin embargo limitada por procesos de acumulaciónde sustancias no deseadas en el material de moldeo, que pueden afectar negativamente a lacalidad de la fundición. La fragmentación de los granos, consecuencia de la solicitación térmica y mecánica de laarena, provoca un incremento de los finos. Además aumentan las pérdidas por calcinación, yla proliferación de cáscaras de bentonita sobre los granos de cuarzo hacen aumentar el gradode oolitización. Las arenas altamente oolitizadas, y con exceso de finos producen superficiesde fundición extremadamente malas, por lo que puede ser necesaria su sustitución. Paralimitar en consecuencia el grado de oolitización, y compensar el desgaste térmico ymecánico de la arena, es necesario añadir arena de renovación. La cantidad de arena nuevanecesaria depende de factores como la relación metal-arena, la calidad y la cantidad de labentonita utilizada, y la temperatura de colada. La influencia, sobre el material de moldeo, de la arena de machos usada incorporada alcircuito depende también del tipo de aglomerante. Son conocidos los efectos de los sistemaspróximos al pH neutro, ácido y alcalino. Las arenas de machos usadas próximas al pH neutro, y procedentes de las técnicas demoldeo con SO2-epoxi, en cáscara y PUR-caja fría, tienen una influencia positiva sobre laspropiedades de uso de la arena de moldeo en verde (Figura 21). Incrementan la resistenciaen húmedo, y arrojan superficies más lisas, debido a su mayor densidad de compactación. El calor de la colada reduce la acidez de los sistemas ácidos de fabricación de machos (cajacaliente, acetato y FRC) (Figura 22), por lo que la influencia negativa para la bentonita deestos sistemas sólo ha de ser tenida en cuenta al restituir machos rotos sin usar a lapreparación de la arena de moldeo. La acumulación de los componentes ácidos de estossistemas de moldeo químico puede provocar una desactivación de la bentonita (Figura 23).Los radicales libres contenidos en las arenas de machos afectan negativamente a lacapacidad aglomerante de la bentonita, con lo cual disminuyen las resistencias y aumenta elpeligro de formación de defectos en las piezas. Los procesos de acumulación limitan por lotanto la recirculación de la arena de moldeo. Siempre es necesaria una cierta cantidad dearena de renovación, a fin de poder garantizar una calidad alta y constante de la fundición. Abreviaturas utilizadas en las siguientes figuras para diferentes técnicas de fabricación demachos: SO2-E=SO2-epoxi, CR=cáscara, CF = PUR-caja fría, AC = acetato, FRC = FU-hidroperóxido, CC = caja caliente, CCF = caja caliente furánica, SS = silicato sódico, MF = metilformiato


73

-20

-20

0

0

+30

+30

-40

-40

+20

+20

-60

-60

+10

+10

casi neutras ácidas alcalinas

SO -E2

SO -E2

CR

CR

CF

CF

AC

AC

SS

SS

MF

MF

CC

CC

FRC

FRC

antes de la colada

después de la colada

resistencia tracción verderesistencia tracción húm.

a

b

IHOBE, S.A.

Alte

raci

ón d

e la

resi

stenc

ia d

ela

are

na d

e m

olde

o en

%A

ltera

ción

de

la re

siste

ncia

de

la a

rena

de

mol

deo

en %

Figura 21 Influencia de la incorporación de arena de machos sobre las propiedades del material demoldeo aglomerado con bentonita

6

11

12

5

10

4

9

3

8

7 SO -E2 CR CF AC

SS

MF

CCFRC

después de la coladaantes de la colada

IHOBE, S.A.

pH d

e la

are

na p

ara

mac

hos u

sada

Figura 22. Influencia del calor de la colada sobre la acidez o basicidad de la arena de moldeo Los machos fabricados con técnicas alcalinas (silicato sódico y metilformiato) conservan,sin embargo, su pH incluso tras la solicitación térmica de la colada. Por ello es necesariomantenerlos alejados de la circulación del material de moldeo, tanto si se trata de machos


74

rotos no utilizados en la colada, como si se trata de arena de machos usados en la colada. Laclasificación de los terrones de machos aglomerados con silicato sódico es relativamentefácil, ya que no se desmoronan con facilidad; los restos de machos aglomerados por latécnica del metilformiato son, por el contrario, más difíciles de clasificar, ya que sedesmoronan más fácilmente. La arena para machos de este tipo afecta negativamente a labentonita, circunstancia que ha de ser compensada con un consumo mayor de aglomerante.

-40

+10

+20

-50

0±1 ±2 ±3 ±4 ±5 ±6

-60

-10

-70

-20

-30

SO -E2

SO -E2

CR

CR

CF

CFAC

AC

SS

SSMF

MF

CC

CC

FRC

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resistencia tracción en húmedo

resistencia tracción en húmedo

resistencia tracción verde

resistencia tracción verde

IHOBE, S.A.

Varia

ción

de

la re

siste

ncia

de

la a

rena

ver

de e

n %

desviación del punto neutro (pH 7)(basicidad o acidez creciente)

Figura 23. Efecto de las arenas de machos no usados en la colada sobre el poder de aglomeración de labentonita

5.2.1.4 Potencial de minimización En las técnicas de moldeo con sistemas aglomerantes uniformes, o por lo menoscompatibles, pueden alcanzarse unas cuotas de reciclaje de hasta el 98 %, siempre y cuandose practique una recirculación de la arena de moldeo, unida a la restitución de machos rotosy, en menor medida, se apliquen unas técnicas de desmoldeo adecuadas y se restituyan losfinos y los lodos. El grado de reciclaje alcanzable en el moldeo con arena en verde, con unalto porcentaje de machos con sistemas de aglomerantes alcalinos, u otros incompatibles, sesitúa entre un 90 y un 94 %.


75

5.2.2 Condiciones económicas Una recuperación y minimización de residuos exhaustiva sólo es posible mediante uncontrol técnico consecuente de la recirculación del material de moldeo. Esto puede requeririnversiones en mezcladores y dispositivos de dosificación, así como en un cuadro de mandosdel proceso. También deberá invertirse en la trituración de machos rotos y no se puedepracticar en instalaciones ya existentes (p.ej. equipos de regeneración mecánica yneumática).

5.2.3 Evaluación ambiental La circulación de la arena para moldes y machos puede considerarse una valorizacióninterna de material auxiliar, a través de la cual se evita el consumo de sustancias nuevascomo la arena y la bentonita.

5.2.3.1 Impacto en otros medios La circulación no tiene repercusiones medioambientales negativas, ya que los procesos dedesintegración y las evacuaciones inherentes al proceso de fundición evitan unaacumulación de sustancias contaminantes medioambientalmente relevantes. A fin degarantizar la calidad de la arena, es necesario que la bentonita calcinada (chamota) y losfinos, las pérdidas por calcinación, el azufre, el nitrógeno y los metales pesados no superendeterminados valores límite. Acumulaciones excesivas mermarían la utilidad de la arena delcircuito. Los controles periódicos de estos parámetros de proceso, para mantener lascaracterísticas técnicas necesarias relativas al moldeo y a la colada, propician al mismotiempo que no se acumulen sustancias orgánicas y metales pesados. • Aire Añadiendo de forma moderada los aglomerantes orgánicos y el polvo de carbón, y utilizandomateriales de alta calidad, no tiene porqué afectar negativamente la recirculación al procesode colada. Los porcentajes de aglomerante y de polvo de carbón, por encima de losestrictamente demandados por el proceso, dan lugar a emisiones adicionales de monóxido decarbono y de hidrocarburos a lo largo de la línea de colada. • Agua La recirculación no supone un efecto adicional para el agua. • Residuos La recirculación reduce notablemente la cantidad de residuos. Sin embargo, los finoscaptados contienen una cantidad claramente superior de compuestos de carbono. • Energía Los procesos mecánicos apenas consumen energía adicional.

5.2.3.2 Otros criterios ambientales


76

• Acumulación de sustancias contaminantes Al practicar la recirculación de las arenas de moldeo en verde se conservan componentesútiles del aglomerante, de forma que, para alcanzar la concentración necesaria en el materialde moldeo se debe añadir menos cantidad de sustancias nuevas. No se producenacumulaciones de sustancias contaminantes, ya que la calcinación y evacuación compensanlas adiciones de sustancias nuevas. En los machos y arenas de moldeo químico permanecen restos del aglomerante en la arenadel circuito; se trata de componentes de la resina condensados y polimerizados. Los restosdel aglomerante monomérico, al ser reutilizados, son absorbidos por la nueva resina, por loque tampoco aquí se produce una acumulación de sustancias contaminantes. • Mezclado de diferentes residuos Al practicar la circulación de las arenas de moldeo en verde, se restituyen a la circulación losfinos aspirados para ser utilizados de nuevo. • Principio de la valorización altamente cualitativa La restitución y nueva utilización de arenas usadas y finos al proceso originario constituye eltipo de valorización más cualificado. • Principio de la minimización de los transportes A través de la valorización interna se evita por completo cualquier tipo de transporteexterno.

5.3 REGENERACIÓN

La regeneración sirve para recuperar la arena de moldeo al objeto de utilizar la arenaregenerada como un sustituto altamente cualitativo de la arena nueva. Durante la regeneración han de eliminarse de la arena usada las sustancias no deseadas,como los sedimentos, los restos de aglomerante, las cáscaras oolíticas, los radicales libres yel grano demasiado fino o demasiado grueso. Algunas investigaciones (Figura 24) han demostrado que la mezcla de arenas residuales dediferente procedencia repercute negativamente sobre la posibilidad de regeneración y sobrelas resistencias de los machos y moldes fabricados con ese regenerado. En estos “ensayos decruce” se ha diferenciado entre “origen” y “utilización” de los regenerados de arena usada.Todos los tipos de machos se emplearon en moldes colados con hierro fundido, y seregeneraron a continuación durante 30 minutos. A continuación se utilizaron los regeneradospara fabricar machos con metilformiato, PUR-caja fría y SO2-epoxi. La resistencia a laflexión, tras una hora de reposo (tiempo de procesado), se estableció en relación a laresistencia de la arena nueva (100 %). Las mediciones de la resistencia demuestran que losregenerados de las arenas usadas muy alcalinas, procedentes de los sistemas de moldeo consilicato sódico y metilformiato, no pudieron ser sustancialmente mejorados a pesar de habersido sometidos a esa intensa limpieza. Incluso la resina SO2 -epoxi de gran poder aglomerante pierde prácticamente toda sueficacia al mezclarse con el silicato sódico. Los regenerados de las arenas para machos


77

aglomeradas con metilformiato representan una dificultad especial para la fabricación demachos PUR-caja fría. La extrema basicidad de las sustancias del sistema de moldeo conmetilformiato empeora extraordinariamente la capacidad de almacenamiento de las mezclasde caja fría. Para el empleo sin problemas de los regenerados en la fabricación de moldes y machos dealta calidad, deberían separarse las arenas usadas incompatibles entre sí, y eliminar, a poderser por completo, todos los componentes no deseados del aglomerante, así como el polvo.Esto es algo a tener en cuenta especialmente a la hora de planificar y gestionar unainstalación central de regeneración.

60

160

-40

140

20

120

0

100

80

Origen

Utilización

IHOBE, S.A.

arena nueva

123

SS4 PP

MF2,8 PP

CC2/0,5 PP

CF1,6 PP

SO -E1,6 PP

2

Resi

stenc

ia a

la fl

exió

nre

gene

rado

aren

a nu

eva

x 10

0 en

% (t

v=1h

)

MetilformiatoCaja fríaSO -Epoxi2

Origen de la arena usada Contenido de aglomerante de laarena (% en peso)

Utilización del regenerado Contenido de aglomerante alemplear el regenerado (% en peso)

Silicato sódico SS 4 Serie 1 (metilformiato) 2,8 Metilformiato MF 2,8 Serie 2 (PUR-caja fría) 1,6 Caja caliente CC 2 resina/

0,5 endurecedor Serie 3 (SO2-epoxi) 1,2

PUR-caja fría CF 1,6 SO2-epoxi SO2-E 1,2 Figura 24. Calidad de los machos (resistencia a la flexión) según la procedencia de la arena usada, el

contenido de aglomerante de los machos y la utilización de la arena regenerada [Boenisch 1991]


78

5.3.1 Datos sobre la técnica

5.3.1.1 Descripción de las técnicas de regeneración Para diferentes sistemas de materiales de moldeo se han desarrollado diferentes técnicas deregeneración. Las instalaciones de regeneración pueden ser térmicas, mecánicas, neumáticasy combinadas. Las técnicas mecánicas y neumáticas de regeneración requieren por lo generalun secado previo de la arena usada para que pueda producirse una fricción de grano contragrano. Tras la regeneración se clasifica y criba el regenerado.

5.3.1.1.1 Instalaciones de regeneración mecánica (regeneración en frío) La regeneración de las arenas para moldes y machos aglomeradas con resinas deendurecimiento en frío está muy extendida y se viene practicando desde hace decenas deaños en las fundiciones. Las arenas aglomeradas con resinas furánicas y fenólicas pueden sertratadas (separación de granos) en equipos de trituración sencillos, debido a que elaglomerante forma una cáscara frágil y duroplástica. Los equipos más utilizados son losmolinos de impacto o de bolas, los trituradores de espiral los quebrantadores de mandíbulas,los molinos de bolas, etc. Las arenas usadas croning (de caja caliente) SO2 y PUR-caja fría también puedenregenerarse por vía mecánica, si sus cáscaras de aglomerante están lo suficientementefragilizadas. La regeneración de dichas arenas con los equipos arriba mencionados, sóloincluye sin embargo la trituración de los terrones y la individualización de los granos. Laregeneración mecánica propiamente dicha se produce en unidades de regeneración queseparan los últimos restos del aglomerante por impacto, golpeteo, abrasión o excoriación.Para este trabajo suelen emplearse los regeneradores de lecho fluidizado, tambores deexcoriación, etc. El depurador centrífugo es un aparato que sirve para regenerar tanto arenas aglomeradascon resinas químicas autofraguantes, como también otras arenas aglomeradas con sustanciasorgánicas. La instalación consta de un depurador centrífugo, un transportador neumático yun clasificador de lecho fluidizado. La velocidad periférica del rotor se selecciona para quelos granos se vean sometidos fundamentalmente a una fricción y menos a un impacto. Pormedio del transportador neumático se transporta verticalmente el regenerado del depuradorcentrífugo hacia el clasificador de lecho fluidizado, en el que las sustancias extrañasseparadas por fricción son eliminadas del regenerado a través de una corriente de aireascendente. La instalación se ofrece con una capacidad de 5 ó 10 t/h. El depurador centrífugo se desarrolló a comienzos de los años 90 y se concibió para serutilizado como fase de regeneración adicional para arenas aglomeradas con resinas químicasautofraguantes, a fin de aumentar el grado de eficacia de la recuperación mecánica de estasarenas. Esta instalación ya se está utilizando en diferentes fundiciones, según informacióndel fabricante.


79

La regeneración de las arenas mixtas aglomeradas con bentonita está ganando en losúltimos años cada vez más importancia, si bien supone todo un reto para la técnica deregeneración. Para regenerar por vía mecánica y neumática dichas arenas de moldeo puede recurrirseactualmente a los equipos que se muestran en la Figura 25.

a)

d)

b)

e)

c)

f)

a) excoriación en lecho fluidizadob) excoriación por contracorrientec) excoriación por contracorriented) friccióne) abrasiónf) excoriación por chorro de aire

IHOBE, S.A.

Figura 25. Regeneradores para la regeneración en frío Los desarrollos de procesos para la regeneración por vía seca, mecánica o neumática, dearenas usadas aglomeradas con bentonita, abarcan principalmente los siguientes principiosde acción: • excoriación (excoriación por chorro de aire, por contracorriente, en lecho fluidizado),• abrasión,• fricción (fricción centrífuga, fricción por chorro de aire) e• impacto. En los procesos de regeneración por excoriación, abrasión o fricción, los granos de arena semueven intensamente unos contra otros dentro de la masa de arena. La energía cinéticanecesaria puede ser aportada: • por vía mecánica, por ejemplo mediante mecanismos de agitación o abrasión, o bien• por vía neumática, de forma que la conducción de la corriente de aire con arena propicia

la fricción de grano contra grano. A continuación se presentan las últimas innovaciones. Regeneración discontinua, neumática de la arena (sistema “Künkel & Wagner“) Las instalaciones neumáticas de impacto impulsan los granos de arena sueltos a través deuna corriente de aire. La fricción de los granos entre sí, o contra partes de la instalación, asícomo su impacto contra un obstáculo fijo (p.ej. placas o pantallas de choque) provocan eldesprendimiento de la cáscara de aglomerante del grano. Otros efectos de este intensomovimiento de la arena son la mejora de su fluidez (ventaja), la formación de polvo y el


80

calentamiento de la arena (desventajas). La corriente de salida arrastra y evacúa del sistemalas cáscaras de aglomerante separadas y los granos finos. El impacto de los granos de arenasobre una pantalla de choque puede provocar también la fragmentación de los granos. Estoincrementa los finos a evacuar y el consumo de aglomerante. Las instalaciones de impactofuncionan de forma continua. En la práctica suelen emplearse instalaciones de impacto devarias etapas y de diferentes tipos. Regeneración mecánica de la arena por abrasión (sistema “Gemco”) La regeneración de la arena por el sistema “Gemco“ consta fundamentalmente de un cilindrohorizontal, abrasivo, rotatorio, alrededor del cual gira lentamente una rueda de palas quetransporta continuamente arena usada hacia una muela abrasiva (Figura 26). Sobre la muelaabrasiva se produce el desprendimiento por abrasión de las sustancias no deseadas adheridasa los granos de arena. Sobre la instalación de regeneración se encuentra un dispositivo dedesempolvado que succiona continuamente el polvo generado durante la regeneración. Lacapacidad de carga asciende a 750 kg. El rendimiento del regenerado se sitúaaproximadamente en un 70 %, dependiendo del tiempo de regeneración y del contenido desustancias no deseadas en la arena usada. Los polvos más gruesos de la regeneración seseparan en un ciclón, los finos se captan por medio de un filtro fino y pueden ser restituidosal circuito, debido a su alto contenido en bentonita activa y en aditivos carbonosos. De estaforma se reduce notablemente la cantidad de polvo a eliminar. La regeneración de la arena por abrasión se practica con éxito en una empresa holandesa yotra alemana, que fabrica con el regenerado machos PUR-caja fría.

entrada de la arena

Eliminación de finos

salida del regenerado

rueda de paletas

muela abrasiva

IHOBE, S.A.

Figura 26. Regeneración mecánica de la arena por abrasión (sistema “Gemco“) Jet-Reclaimer (sistema “KGT”) Este equipo sirve tanto para la regeneración de arenas mixtas que contienen bentonita, comopara la depuración de arena aglomerada con silicato sódico. En el Jet-Reclaimer (Figura 27)


81

se impulsa la arena usada a través de una corriente de aire contra una pantalla de impacto. Lacorriente de aire puede modificarse de forma que sólo se produzca una fricción de granocontra grano. La capacidad de la instalación es de 0,75 t/h. La arena puede también secarse yrefrigerarse en el aparato mediante un equipamiento adicional. El Jet-Reclaimer se emplea con éxito como fase previa y posterior de depuración en lasinstalaciones de regeneración térmico-mecánicas de varias fases. Actualmente está llevándose a cabo un proyecto de investigación en una fundición alemana.En ella están regenerándose en un Jet-Reclaimer las arenas usadas que contienen silicatosódico procedentes de varias fundiciones de aluminio, a la vez que se estudia la adecuacióndel regenerado para su utilización en la fabricación de machos por la técnica de moldeo consilicato sódico.

arena usada

airecomprimido

aire comprimidoaire comprimido

aire fresco

aire fresco

M

agua de refrigeración

+ +

arena regenerada

IHOBE, S.A.

Figura 27. Jet-Reclaimer (KGT)

5.3.1.1.2 Instalaciones para la regeneración térmica (regeneración en caliente) con ysin tratamiento mecánico posterior

En la regeneración térmica se calienta la arena usada, ya previamente tratada, a unatemperatura entre 700 y 950 ºC. En los monosistemas aglomerados con resina sintéticapuede obtenerse, mediante la calcinación de los componentes del aglomerante, unregenerado equivalente cualitativamente a la arena nueva. Las instalaciones de regeneración térmica constan, por lo general, de una fase previa detratamiento, de una fase principal térmica y de una depuración posterior mecánica oneumática. En las fases de tratamiento previo se practica una separación del metal y unatrituración mecánica preliminar de la arena usada. La trituración mecánica preliminar de laarena usada incluye por lo general una abrasión parcial de la bentonita calcinada y undesempolvado previo. Para la regeneración térmica de la arena se utilizan los siguientes tipos de horno:


82

• hornos de capa turbulenta• hornos de lecho fluidizado• hornos tubulares rotatorios Los hornos se calientan bien directamente con una mezcla de gas-aire, o bien indirectamentecon gas. Las instalaciones térmicas suelen ser continuas, a fin de evitar arranques repetidos.De esta forma se pretende reducir su ya de por sí elevada demanda energética. También existe en los de lecho fluidizado un calentamiento de rayos infrarrojos desarrolladoconjuntamente por IFM (Italia), Schwing (Alemania), Tem Tech (Inglaterra). En los hornosde caldeo indirecto se insufla además aire para la incineración. Las instalaciones técnicassuelen ser continuas, a fin de no incrementar más aún su ya elevada demanda energéticacomo consecuencia de arranques repetidos.

5.3.1.2 Estado de desarrollo

5.3.1.2.1 Arenas usadas aglomeradas con resinas químicas La regeneración mecánica de los materiales de moldeo aglomerados con resina fría vienepracticándose con éxito desde hace años. En equipos pequeños de trituración seindividualizan los granos de arena y se liberan en parte de las cáscaras de aglomerante quelos envuelven. Tras una clasificación puede volver a utilizarse la arena así tratada en lafabricación de moldes. Las arenas de moldes y machos aglomerados con resinas químicas se clasifican, según suestado antes de la regeneración, en moldes y machos no sometidos a carga térmica (nocolados), así como moldes y machos rotos, y restos de arena de las áreas de moldeo ymachería. Las cáscaras de resinas químicas de las arenas no sometidas a carga térmica sonen parte muy lisas y pueden contener disolventes (p.e. las arenas para machos PUR-cajafría). De estas arenas no sometidas a carga térmica sólo puede eliminarse por vía mecánicaaproximadamente el 25 % del aglomerante. También resulta difícil la regeneración mecánicade las arenas sometidas a una baja carga térmica, según el sistema aglomerante, tal y comose dan en las fundiciones de metales ligeros. Estas arenas es mejor tratarlas en instalacionestérmicas de regeneración. Las arenas usadas sometidas a carga térmica se generan en moldes calientes (p.e. arenacroning) o durante la colada. Las resinas duroplásticas (resinas de polimerización, como p.e.la fenólica o la furánica) se fragilizan a una temperatura relativamente baja de aprox. 250ºC.Los aglomerantes termoplásticos (p.e. el poliuretano) se fragilizan tras un periodo más largode exposición a una temperatura superior a los 350 ºC, pasando al estado duroplástico. Lascáscaras de aglomerante, fragilizadas de esta forma, pueden separarse con facilidad de losgranos de arena, por vía mecánica. La ventaja de la regeneración térmica reside en la incineración total de las cáscaras deaglomerante, de forma que tras una clasificación del regenerado se obtiene un productoequivalente o de calidad superior a la arena nueva.


83

A través de ensayos se ha demostrado que la mezcla de arenas para machos aglomeradas condiferentes sistemas dificulta la utilización del regenerado en la fabricación de machos por loque no es aconsejable en la mayoría de los casos mezclar tipos de arena diferentes. Así, porejemplo los sistemas aglomerantes de endurecimiento ácido acusan enormemente lapresencia de componentes básicos en el regenerado. En base a toda la experiencia acumulada hasta la fecha relativa a la utilización de arenaregenerada puede decirse que las arenas regeneradas pueden emplearse en la fabricación demachos, aunque de forma limitada. La utilización de arena regenerada en la fabricación demachos va unida a menudo a un mayor consumo de aglomerante, y en muchos casos dichautilización sólo es posible para la fabricación de machos geométricamente sencillos yestables.

5.3.1.2.2 Arenas usadas aglomeradas con bentonita Alrededor de las 3/4 partes de la cantidad de arena usada que se genera en las fundiciones dehierro y acero pertenecen a la arena excedente que contiene bentonita. La obtención de unregenerado altamente cualitativo a partir de esta arena de moldeo en verde supone un retopara la técnica de regeneración, al tener que eliminar al mismo tiempo componentesorgánicos e inorgánicos. El éxito y la calidad de la regeneración dependen en primer lugar de una selección adecuadade las arenas usadas que van a tratarse en la instalación. Preferentemente ha de regenerarsematerial que se ha visto afectado por el calor de la colada. En el desmoldeo se crean ya doscirculaciones diferentes de arena, siguiendo las piezas diferentes etapas de eliminación de laarena. En la primera etapa se elimina el material de moldeo sometido a una baja cargatérmica y se restituye a la preparación de la arena de moldeo. La segunda circulación dearena está constituida por el material de moldeo sometido a una elevada carga térmica,integrado por la arena verde adherida a la fundición y la arena usada en los machos. Elmaterial de moldeo que ya no puede volver a ser utilizado en el proceso de colada estransportado a la instalación de regeneración y transformado en un regenerado apto para lafabricación de machos. En los últimos años, si bien se han desarrollado una serie de instalaciones de regeneraciónpara este tipo de arenas mixtas, no han conseguido implantarse en las fundiciones. Algunassólo funcionan como instalaciones piloto y aún no han demostrado su capacidad derendimiento a escala industrial. Otras, que han sido desarrolladas en colaboración con lafundición en la que actualmente se explotan, producen un regenerado de calidad suficientepara dicha planta, pero la experiencia y los resultados obtenidos no se pueden extrapolar acualquier otra empresa. En el marco de un estudio sobre el sector de la fundición en Alemania se analizaron latécnica de las instalaciones y equipos, así como los campos de aplicación de los regeneradosde algunas instalaciones de eficacia contrastada para la regeneración de arenas mixtasaglomeradas con bentonita, al objeto de poder diagnosticar con precisión el grado dedesarrollo de este proceso.


84

En la Tabla 25 se muestra la información de las diferentes fundiciones analizadas en elcitado informe, relativa a los metales colados, así como a las técnicas de moldeo y de coladaempleadas. Es significativo que estas empresas, aparte de practicar una o dos técnicas de fabricación demoldes, gestionando los materiales en circulaciones separadas, sólo empleen una o dostécnicas de fabricación de machos. Esto facilita enormemente la valorización tanto internacomo externa de las arenas usadas. Cuanto más técnicas se empleen y mezclen, tanto másdifícil resulta la regeneración y tanto más problemático resulta utilizar el regenerado en lafabricación de machos, ya que las técnicas no suelen ser compatibles. Las instalaciones de regeneración pueden clasificarse en tres categorias diferentes en funciónde los procesos aplicados: Categoría 1: Regeneración térmica Instalaciones en las empresas C y D. La empresa C es un caso excepcional al

tratarse de una instalación central. Categoría 2: Instalaciones térmicas combinadas Instalaciones en las empresas A y B Categoría 3: Regeneración mecánica y neumática Instalaciones en las empresas E, F y G Todas las instalaciones de regeneración incluyen tratamiento previo de la arena usada, esdecir, la trituración y separación del metal. La regeneración propiamente dicha se produce endiferentes equipos. Las técnicas ya se han descrito anteriormente en otros capítulos. En laTabla 26 se relacionan los componentes más importantes de las instalaciones deregeneración. Tabla 25: Resumen de las empresas estudiadas con instalaciones de regeneración de eficacia contrastada Empresa Materiales

colados Producción

defundiciónen t/año

Moldeomanual

Moldeomecánico

Técnica defabricaciónde machos

Arenaresidual a

regeneraciónen t/año

Técnica deregeneración

Observaciones

A aluminio,aleaciones de

aluminio

4.000 defundición en

arena ycoquilla 4.500

fundición apresión

No tiene Arenaverde. 1

moldeadorade soplado y

presión alvacío. 1

moldeadorade vibración

y presión

PUR-Cold-Box, Pep-Set

5.500 térmico-mecánica fabricación degrandes series

B fundición dehierro con

grafito nodulary laminar

19.000 técnica demoldeo conresina fría:circulación

separada conrecuperación de

la arena de resinafría

arena verde.1


presión

resina fría(furano)

PUR-Cold-Box

4.800 mecánico-térmico-mecánica

D fundición dehierro con




la arena de resina

arena verde.1

moldeadorade presión al

vacío

silicato sódico, PUR-Cold-

Box

9.000 térmica


85

Empresa Materialescolados

Producciónde

fundiciónen t/año

Moldeomanual

Moldeomecánico

Técnica defabricaciónde machos

Arenaresidual a

regeneraciónen t/año

Técnica deregeneración

Observaciones

fría E fundición de

hierro congrafito nodular

y laminar

70.000 No tiene arena verde,1


presión, 1de vibracióny presión, 1de presión yvacío y 1 deimpulsión

PUR-Cold-Box

37.000 neumática no requieresecado previo, ya

que la arenausada está seca y

suelta

F fundición dehierro con


34.000 No tiene arena verde,1


presión

PUR-Cold-Box

9.600 mecánica secado previo dela arena usada a

60ºC

G fundición dehierro con




la arena de resinafría

arena verde,1 Formatic.

1moldeadorade soplado y

presión

PUR-Cold-Box, silicato

sódico

890 neumática temperatura detratamiento de la

arena usada175ºC

Tabla 26: Componentes de las instalaciones de regeneración estudiadas

Empresa Componentes de la instalación A B C D E F G Trituración previa y separación del metal X X X X X X X Secado previo X X X Unidad de regeneración térmica - horno de capa turbulenta X X - horno de lecho fluidizado X X Refrigerador X X X X Unidad de regeneración mecánica - Excoriación en lecho fluidizado X - Fricción X - Excoriación por chorro de aire X X- Abrasión X X Separador (de capa turbulenta, en cascada) X X X X X X X Clasificación X X X X X X X En la Tabla 27 se describen arenas usadas tratadas y se aportan datos sobre el rendimientode las instalaciones, la demanda de energía, la cantidad de regenerado obtenido y el campode aplicación de los regenerados. Puesto que cinco de las fundiciones utilizan sus regenerados para la fabricación de machospor la técnica de moldeo Cold-Box, se comprobó la aptitud de todos los regenerados paraeste sistema aglomerante. La comprobación de la aptitud de diferentes técnicas mecánicas y térmicas de regeneraciónmuestra que las arenas usadas, que presentan una composición favorable, es decir, una bajacarga de sustancias no deseadas, previamente clasificadas y seleccionadas, pueden serregeneradas tanto por vía mecánica como térmica (con tratamiento mecánico posterior). Alfinal se obtiene un regenerado de buena calidad que puede sustituir la arena nueva en lafabricación de machos por la técnica Cold-Box.


86

Tabla 27: Instalaciones de regeneración de eficacia contrastada para arenas usadas de fundición

Empresa Técnica deregeneración

Principio deregeneración

Arena usada para laregeneración

Capacidadt/h

Demanda de energía/ tonelada deregenerado

Coste deinversión

Rendimientoen %

Utilización del regenerado Valorización delsubproducto (finos de

regeneración) A térmico-mecánica incineración /

excoriación en lechofluidizado

13% arena verde 87% arena paramachos usados (PUR-Cold-Box)

2,3 20 m3 de gas 62 kw/h

n.h.d. 80* 84**

regenerado fino parafabricar machos PUR-Cold-Box

polvo de regeneracióninerte a depósito paraescombros

B mecánica-térmico-mecánica

fricción / incineración /fricción

arena verde con arenapara machos PUR-Cold-Box arena del granallado

2,5 16 m3 de gas 50 kw/h

n.h.d. 70* 87**


polvo de regeneracióninerte a empresa deeliminación

C1 térmica incineración línea 1: arenas usadasmixtas aglutinadascon bentonita línea 2: arenas usadasaglutinadas con resinasintética

línea 1: 4 línea 2: 8

14 m3 de gas 68 kw/h

n.h.d. línea 1: 87* n.h.d.2

línea 2: 90* n.h.d.2

fundición (sólo línea 2),mortero seco, ladrillosilico/calcáreo, materialesde construcción, industriadel ladrillo

fabricación de mortero,material de const.,industria del acero,ladrillo silicocalcáreo

D térmica incineración arena verde arena de resina fría polvos (50-60% < 90µm)

3,4 28 m3 de gas 50 kw/h

12 mill DM 40-50* 69-86**

regenerado grueso pararenovar el material demoldeo, 100% delregenerado fino parafabricar machos de silicatosódico

polvo de regeneracióninerte a depósito

E neumática excoriación por chorrode arena

20% arena verde 80% arena paramachos usada (PUR-Cold-Box)

8 41 kw/h 25 mill DM 85* n.h.d.3


depósito

F mecánica abrasión arena verde arena para machosusada PUR-Cold-Box

1,5 3 m3 de gas 39 kw/h

1,2 mill. DM 72* 89**


depósito

G neumática excoriación por chorrode arena

arena de granallado(arena verde), arenaspara machos PUR-Cold-Box y de silicatosódico

0,75 0 a 3 m3 de gas 62 kw/h

n.h.d. 65* 80**


depósito

1 caso excepcional: instalación central de regeneración2 no hay datos, ya que se desconoce el porcentaje de arena en la arena usada3 no hay datos, ya que la arena usada contiene arena de mena de cromo y se desconoce el porcentaje de arena* en relación a la cantidad empleada** en relación al porcentaje de arena de cuarzo


87

Los grados de regeneración de las instalaciones térmicas analizadas se sitúan entre el 75 y el94 % (Tabla 28). En la regeneración mecánica se alcanzan unos grados de regeneraciónentre el 83 y el 91 % (Tabla 29). En las arenas usadas previamente clasificadas, como A y E,que presentan una baja carga de sustancias no deseadas, puede reducirse la concentración desustancias no deseadas por debajo incluso del 1 %. Una mayor carga de sustancias no deseadas en la arena usada puede ser reducidadrásticamente mediante técnicas de regeneración adecuadas (p. ej. arenas usadas B y G),pero ello supondría una generación notablemente superior de polvo.

Tabla 28: Grados de regeneración de las instalaciones de regeneración térmica y térmico-mecánicaestudiadas

Regeneración térmica (regeneración en caliente) A B D Empresa

Arena usada. Regenerado Arena usada. Regenerado Arena usada. Regenerado Sustancias no deseadas Sedimentos en % 1)

Contenido de bentonita en % Pérdidas totales por calc. en % Pérdidas por calc. (grano) 2)

Bentonita calcinada en % 3)

1,8 11,1 0,9 0,7 1,8

0,19 0,8 0 0 0,9

12,1 7,4 4,0 0,9 6,3

0,3 0 0 0 0,9

23,0 15,2 12,6 7,1 11,7

0,27 0 0 0 4,3

Potencial de sustancias no deseadasen % 1) + 2) + 3)

4,3 1,09 19,3 1,2 41,8 4,57

Grado de eficacia de laregeneración en %

75 94 89

Evacuación de polvo en % 20 30 50 - 60 Resistencia relativa a la flexión alde tv = 1h en %

n.h.d.

90

n.h.d.

72

n.h.d.

13

Tabla 29: Grados de regeneración de las instalaciones de regeneración mecánica estudiadas Regeneración mecánica (regeneración en frío)

Empresa E F G Arena usada Regenerado Arena usada Regenerado Arena usada Regenerado Sustancias no deseadas Sedimentos en % 1)

Contenido de bentonita en % Pérdidas totales por calc. en % Pérdidas por calcin. (grano) 2)

Bentonita calcinada en % 3)

3,8 3,4 1,8 1,3 0

0,3 0 0,4 0,4 0

12,2 9,5 4,2 2,0 5,1

1,4 1,1 0,7 0,6 1,3

11,0 8,6 4,3 2,4 5,3

0,2 0,7 0,2 0,2 1,3

Potencial de sustancias nodeseadas en % 1) + 2) + 3)

5,1 0,7 19,3 3,3 18,7 1,7

Grado de eficacia de laregeneración en %

86 83 91

Evacuación de polvo en % 15 28 35 Resistencia relativa a la flexión alde tV = 1h en %

n.h.d.

70

n.h.d.

60

n.h.d.

103

La cantidad de finos depende, tal y como demuestran los resultados, de la selección de laarena usada y de la regeneración mecánica. En la Tabla 30 se presenta el estado de desarrollo de las técnicas de regeneración para arenasusadas que contienen bentonita.


88

Tabla 30. Estado de desarrollo de las técnicas de regeneración para arenas usadas que contienen

bentonita (datos 1997) Instalación de regeneración Instalación a

escala industrial En usodesde

Difusión

Técnicas mecánicas / neumáticas Regeneración mecánica de la arena porabrasión, sistema “Gemco”

x

1993

2 instalac.1

Jet-Reclaimer x 1993 3 instalac. Regeneración neumática, sistema “Turbodry”3 x 1991 1 instalac.1

Regeneración neumática, sistema “Jacob”4 x > 10 años 2 instalac. 1

sistema IMD 5 x 1992 1 instalac. 1,2

Instalaciones mecánico-térmico-mecánicas Sistema KGT x 1986 5 instalac.1,2

Sistema Richards 6 x 1993 1 instalac. 2

Sistema KHD 7 x 1986 1 instalac. 1

Instalación central de regeneración x 1992 1 instalac. 1 utilizada en fundiciones de hierro 2 utilizada en fundiciones de aluminio 3 casa Künkel & Wagner, Alemania 4 casa Georg Fischer AG, Alemania 5 casa IMD, USA 6 casa Richards Engineering Limited, Leicester, Inglaterra 7 casa Klöckner Humbold Deutz, Alemania

5.3.1.3 Campos de aplicación

5.3.1.3.1 Monosistemas La arena utilizada en moldeo en verde suele renovarse a menudo añadiendo arena nueva.Esta demanda de arena nueva puede ser minimizada mediante la adición de arenas usadasaglomeradas con bentonita previamente regeneradas. La arena de moldeo en verde resultantedel desmoldeo se trata en los regeneradores mecánicos hasta que la cantidad de chamotadisminuye suficientemente (Tabla 31). Las arenas usadas aglutinadas con resina fría pueden recuperarse con facilidad ensencillos equipos de trituración, debido a la fragilidad de sus cáscaras de aglutinante. Tras laclasificación y cribado de estos regenerados, pueden utilizarse de nuevo en la fabricación demoldes y machos. El grado de regeneración de los materiales de moldeo aglutinados conresina fría depende en primera instancia de la solicitación térmica durante la colada, de larelación arena/hierro y del contenido de aglutinante. La solicitación mecánica durante latrituración sólo consigue eliminar una pequeña cantidad de aglutinante adherido a lasuperficie de los granos de arena. Mediante una intensa regeneración mecánica, p. ej. en undepurador de lecho fluidizado, puede mejorarse considerablemente el grado de regeneración. El contenido en polvo del regenerado debería ser inferior al 0'5%, ya que en caso contrarioaumentarían el consumo de aglutinante y las pérdidas por calcinación, siendo por tantonecesaria una buena separación de los finos. Las arenas usadas aglutinadas con resina sintética y procedentes de técnicas de moldeocomo caja fría, SO2, Hot-Box y Croning no pueden ser recuperadas en equipos sencillos detrituración. Sólo a través de técnicas mecánicas, como la abrasión, la fricción, la molienda,


89

la excoriación, el golpeo y el impacto, se individualiza la arena usada y se separan los granosde arena de las sustancias no deseadas (polvo, componentes orgánicos del aglutinante ybentonita inactiva) por el efecto de la fricción de grano contra grano. La eficacia deregeneración mecánica depende de que durante la colada se haya producido unafragilización suficiente de las cáscaras de aglutinante. Durante la regeneración deberácaptarse el polvo de forma continua. La técnica de proceso a aplicar en cada caso está supeditada a la calidad de regeneradorequerida. De las exigencias de calidad del regenerado dependen el tiempo de regeneración yla cantidad de polvo generado.

Tabla 31. Campos de aplicación de diferentes técnicas de regeneración para monosistemas Tipo de arena

usada Técnica de

regeneración Equipo de

regeneración Utilización Condiciones marginales Cantidad

mínima Monosistemas inorgánicos

arena verde mecánica p.ej. excoriación porchorro de aire

• arena de renovaciónpara la circulación dela arena verde

• requiere secado previo• valorización de los

finos

0,75 t/h

arena de silicatosódico

mecánica • sólo para fabricarmoldes y machos porla técnica de moldeocon silicato sódico

• fragilización de loscomponentes delaglomerante a 200 ºC

0,5 t/h

Monosistemasorgánicos

arena de resinafría

mecánica otérmica

mecánica: fricción,impacto, excoriaciónpor chorro de aire térmica: horno de capaturbulento, tubularrotatorio y de lechofluidizado

• para fabricar moldespor la técnica demoldeo con resinafría

• 20 - 25 % ensustitución de arenanueva para fabricarmachos caja fría

• mecánica: sólo en casode suficientefrragilización de lascáscaras de aglomerantedurante la colada

• se deben cumplir losvalores orientativospara la calidad delregenerado

1,5 t/h

arena Cold-Box,SO2, Hot-Box yCroning

mecánica otérmica

mecánica:excoriación porchorro de aire,fricción centrífuga,excoriación en lechofluidizado térmica: horno de capaturbulenta, tubularrotatorio y de lechofluidizado

• para fabricar machos,en sustitución de laarena nueva

• mecánica: sólo en casode suficientefragilización de lascáscaras de aglomerantedurante la colada

• se deben cumplir losvalores orientativospara la calidad delregenerado

• valorización de losfinos

0,75 t/h

arena demetilformiato

actualmente noregenerable

• con reservas, en latécnica de moldeocon metilformiato

• fragilización de loscomponentes delaglomerante

Las arenas aglomeradas con resina sintética pueden regenerarse también por vía térmica. Laventaja principal de la regeneración térmica reside en la incineración de los compuestosorgánicos y de los productos de transformación originados durante la colada. El polvogenerado durante esta variante de regeneración se hace inerte a temperaturas de 750 a 900ºC. Tras una buena clasificación, los regenerados pueden alcanzar una calidad equivalente ala de la arena nueva. La regeneración térmica no puede eliminar los elevados contenidos de álcalis, de las arenasde silicato sódico y de metilformiato. Es más los compuestos alcalinos (p. ej. sodio, sales de


90

potasio) contenidos en esos sistemas aglutinados, se sinterizan en la superficie de los granosde cuarzo, acumulándose en el regenerado y mermando la resistencia de los machosfabricados con el regenerado.

5.3.1.3.2 Sistemas mixtos Los sistemas mixtos orgánicos pueden regenerarse tanto por vía mecánica, en regeneradoresen frío, como por vía térmica, y utilizarse a continuación para la fabricación de machos ensustitución de arena nueva (Tabla 32). La regeneración térmica tiene la ventaja de incinerarlos compuestos ácidos de las técnicas de machería en caja caliente y SO2. La regeneración térmica de las arenas mixtas que contienen bentonita presenta por elcontrario la desventaja de que a las temperaturas de trabajo se desactiva la bentonita activacontenida en la arena y aumenta la oolitización. Además también se incinera el aditivocarbonoso, formador de carbono brillante, que aún está activo en la arena usada. Larecuperación, y restitución, de dichas sustancias valorizables sólo es posible diseñando unafase previa de depuración mecánica de forma que, por fricción y captación de polvo, seelimine de la arena usada la bentonita activa y el formador de carbono brillante (hulla). Laregeneración térmica requiere una depuración mecánica posterior, a fin de separar de laarena los finos y los componentes calcinados del aglomerante. Las arenas usadas mixtas pueden sustituir a la arena nueva en la fabricación de machos, trasuna regeneración mecánica de alta calidad o una regeneración mecánico-térmico-mecánica.La regeneración puramente mecánica requiere un secado previo, debido a la presencia deagua y de bentonita activa.

Tabla 32. Campos de aplicación de deferentes técnicas de regeneración para sistemas mixtos Tipo de arena

usada Técnica de

regeneración Equipo de

regeneración Utilización Condiciones

marginales Cantidadmínima

sistemas mixtosorgánicos

mecánica o térmica

mecánica: friccióncentrífuga, excoriaciónpor chorro de aire,excoriación en lechofluidizado térmica: horno de capaturbulenta, tubularrotatorio, de lechofluidizado

• Para fabricarmachos ensustitución de arenanueva

mecánica:• sólo en caso de

suficientefrragilización de lascáscaras deaglomerante durantela colada

• se deben cumplir losvalores orientivospara la calidad delregenerado


0,75 t/h

sistemas mixtos quecontienen bentonita

arena usada mixta

mecánica omecánico-térmico-mecánica

mecánica: abrasión, excoriaciónpor chorro de aire, enlecho fluidizado térmica: horno de capaturbulenta, tubularrotatorio, de lechofluidizado

• para fabricarmachos ensustitución de arenanueva

• arena de renovaciónpara el circuito de laarena verde

• requiere secadoprevio

• la regeneracióntérmica combinadarequiere unaregeneraciónmecánica eficazpara extraer labentonita activa


0,75 t/h


91

Las resistencias obtenidas con los regenerados en el moldeo por la técnica de caja fría, asícomo el potencial de sustancias no deseadas presente en la arena tras la regeneración,muestran que los regenerados pueden emplearse en la fabricación de machos, pero deberántenerse en cuenta los riesgos en la calidad de la fundición. Los resultados demuestran además, la necesidad de separar la arena a regenerar de otrascorrientes de sustancias (p.e. arena del granallado y arena usada aglomerada con silicatosódico), que dificulta enormemente la regeneración. Para una regeneración eficaz y para el empleo del regenerado en la fabricación de machos esimportante que durante el proceso productivo se reduzca al mínimo posible la mezcla de losdiferentes sistemas de arena. Las piezas deberían ser extraídas del molde sin cantidadesexcesivas de arena adheridas a las mismas, que contiene bentonita activa y aditivoscarbonosos. Al mismo tiempo hay que procurar que sólo vaya a parar una pequeña cantidadde la arena de machos al circuito (sólo para renovar la arena de circulación). Esto facilita poruna parte la preparación de la arena de moldeo y, por otra, la regeneración de la arena demachos, al presentar una carga inferior de sustancias no deseadas (p.e. bentonita activa,radicales libres).

5.3.1.4 Potencial de minimización

Tabla 33: Potencial de minimización por regeneración en función del porcentaje de machos Tipo de arena usada Arena usada

aglomeradaorgánicamente al 100 %

Arena usadaporcentaje de machos

> 70 %

Arena usadaporcentaje de machos

< 70 % Potencial de minimización porregeneración

95 % 80 % 50 %

Si la arena de moldeo usada está compuesta en un 100 % por compuestos aglomerantesorgánicos, puede recuperarse mediante regeneración el 95 % de la arena y restituirse alcircuito. Conforme disminuye el porcentaje de arena para machos aglomeradaorgánicamente, se reduce sensiblemente el potencial de minimización. La causa reside enuna mayor carga de sustancias no deseadas (p.ej. porcentaje mayor de bentonita activa,mayor grado de oolitización), lo cual complica la regeneración y hace incrementar lacantidad de residuos. El potencial de minimización desciende de esta forma en una arenausada con un porcentaje de machos < 70 % hasta sólo un 50 %. La regeneración mecánica también tiene desventajas, aparte de las ventajas de poderpracticarse de forma discontinua y de que la resina química facilita la regeneración. La arenausada, por lo general, ha de ser secada previamente. Las arenas para machos no utilizados enla colada, además, apenas pueden regenerarse por vía mecánica, debido a que las cáscaras deaglomerante suelen presentar un aspecto dúctil y plástico. Otra desventaja muy importantees la elevada cantidad de finos que normalmente se genera, y que puede situarse entre un 5 yun 40 % en función de la composición de la arena usada. La generación de esta cantidad definos puede limitarse mediante una selección adecuada de la arena usada a regenerar,adaptando convenientemente la regeneración y restituyendo las sustancias valorizablesseparadas.


92

Los sistemas de regeneración mecánica y térmica-combinada permiten en parte recuperar yrestituir al circuito sustancias valorizables como la bentonita y los aditivos carbonosos. Mediante la regeneración térmica se inertiza ciertamente todo el material, pero estoincrementa al mismo tiempo el esfuerzo abrasivo en las siguientes fases mecánicas oneumáticas de regeneración. El aprovechamiento de las sustancias valorizables sólo puedeconseguirse separando, y recuperando, la bentonita activa y los aditivos carbonosos, a travésde una fase previa mecánica de depuración.

5.3.2 Condiciones económicas

5.3.2.1 Instalaciones mecánicas sencillas de recuperación para arenas aglomeradascon resinas químicas autofraguantes

Estas instalaciones vienen utilizándose desde hace tiempo. Los costes fijos se sitúan, segúnla cantidad a regenerar y la suma invertida, entre 150 y 4860 pts/t (Figura 28). Los costesvariables ascienden aproximadamente a unos 1800 pts/t. Los costes totales (la suma de loscostes fijos y de los costes variables) se sitúan en consecuencia entre 1950 y 6660 pts/t deregenerado, variación que obedece al tamaño y al equipamiento de la instalación. Los costesvariables no pueden especificarse con precisión, este dato sólo puede calcularse para cadainstalación de regeneración. Si las cargas son muy pequeñas, y la instalación no se utilizacon frecuencia, los costes variables pueden llegar al doble del valor indicado anteriormente. Los costes de capital se componen de la suma invertida, de la amortización (plazo deamortización 8 años) y de los intereses (tipo de interés 8 %).

5.3.2.2 Instalaciones térmicas de regeneración e instalaciones mecánicas de altacalidad para regenerar arenas usadas mixtas

Los costes de inversión varían según el tamaño y el equipamiento de la instalación (Figura29). Para la regeneración térmica se emplean sobre todo hornos de capa turbulenta, a los quenormalmente precede y sucede una fase mecánica. Las instalaciones mecánicas deregeneración de alta calidad son p.ej. instalaciones de regeneración de la arena por abrasión.Las instalaciones más pequeñas tienen una capacidad de 0,75 t/h o de 1.500 t/año deregenerado. Una fundición mediana se sitúa entre 2.500 y 5.000 t/año de regenerado.


93

6.000

7.000

2.000

5.000

10.0005.000 20.000 30.000 40.000

1.000

4.000

3.000

IHOBE, S.A.Cantidad de arena regenerada en t/año

Costes de regeneración en Ptas/t (costes fijos)

Amortización: 8 años

Interés: 8%Costes de inversión: 90.000.000

Costes de inversión: 45.000.000

■ Costes de inversión: 90 Millones pts. ▲ Costes de inversión: 45 Millones pts. Figura 28. Costes fijos por tonelada de regenerado en instalaciones mecánicas sencillas de recuperación

para arenas de moldeo aglomeradas con resina fría. La instalación más pequeña (inversión de 90 millones de pts.), situando el plazo deamortización en 8 años y los intereses de cálculo en un 8 %, tiene unos costes de capital de9900 pts/t de regenerado. Estos costes no incluyen los gastos de personal y energía, así comola eliminación de los finos separados, por lo que por debajo de aprox. 1000 t/año no resultarentable este tipo de regeneración.


94

1.500 2.500 5.000 10.000 15.000 20.000 30.0000

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

0

Cantidad de regenerado en t/a

Costes del regenerado en Ptas/t (costes fijos)

Amortización: 8 años

Interés: 8%

Costes de inversión: 150 Mill.



IHOBE, S.A.

Figura 29. Costes fijos por tonelada de regenerado en instalaciones térmicas de regeneración einstalaciones mecánicas de alta calidad para regenerar arenas usadas mixtas

5.3.3 Evaluación ambiental La regeneración de arena de moldeo usada, de forma que pueda volver a ser utilizada ensustitución de la arena nueva, es una medida de valorización a través de la cual se minimizael empleo de arena nueva.

5.3.3.1 Impacto en otros medios • Aire La regeneración mecánica origina emisiones de partículas adicionales, limitadas por lasinstalaciones de captación de polvo. En la regeneración térmica han de tenerse en cuentaademás las emisiones del combustible, p.ej. NOx y SO2. • Agua El agua no sufre contaminación alguna. • Residuos La cantidad de residuos se minimiza proporcionalmente a la cantidad de materialrecuperado. Sin embargo, se genera un residuo en forma de polvo que presenta unporcentaje elevado de finos y de carbono (> 10 % en la regeneración mecánica de la arenaregenerada).


95

• Energía La regeneración mecánica necesita sólo un aporte adicional de energía, la regeneracióntérmica, sin embargo, presenta una demanda sensiblemente superior de combustible.

5.3.3.2 Otros criterios ambientales La regeneración es una valorización altamente cualitativa puesto que se restituye la arenausada al proceso original. Los contaminantes de las cáscaras de aglomerante se destruyen durante la regeneracióntérmica; en la regeneración mecánica se produce una acumulación en los residuosproducidos. Estos contaminantes se destruyen, no obstante, si el residuo se destina a unavalorización térmica en la industria del cemento o del ladrillo.

5.4 VALORIZACIÓN EN LA FABRICACIÓN DE CEMENTO

En la fabricación de cemento se utilizan habitualmente arenas que ajustan la composición,estas arenas pueden ser sustituidas, en principio, por arenas de moldeo usadas. En función de la tecnología de cada cementera se puede añadir la arena en la zona calientedirectamente (adición en zona caliente) o premezclada con el resto de materiales (adiciónconvencional) En Alemania se han realizado varios ensayos donde se ha constatado que no es necesariorealizar la molienda de la arena, la mayor granulometría de la arena favorece la calcinacióndel carbono y de las sustancias orgánicas. Por tanto, la molienda sólo será necesaria cuandolo requiera técnicamente la cementera y no desde el punto de vista ambiental. El polvo de carbón y las pequeñas cantidades de sustancia orgánica que contienen las arenasse incineran por completo a lo largo del proceso. Las cementeras sin embargo, sí pueden exigir concentraciones límites para el dióxido desilicio, hierro, aluminio como componentes fundamentales del cemento, o límites para elcloro y metales pesados. Desde el punto de vista ambiental, la hulla adicionada a las arenas de moldeo en verde y losrestos de resinas pueden liberar sustancias orgánicas volátiles y productos de pirólisis encaso de realizar la adición convencional. Han de vigilarse los hidrocarburos aromáticos(BTX), así como los aromáticos policíclicos (PAH) derivados del polvo de carbón. Lasresinas que se utilizan en las fundiciones no liberan aromáticos policíclicos o, en cualquiercaso, la cantidad es mucho menor que con los materiales de moldeo que contienen polvo decarbón. Las arenas de moldeo usadas, son sustancias pobres en emisiones y con unporcentaje de carbono < 3 %, y que han pasado por el proceso de colada, no liberan unacantidad superior de sustancias contaminantes que las arenas naturales. En la adición en la zona caliente se incineran también los compuestos volátiles de carbono,como p.e. los PAH y BTX, por lo que tampoco los materiales ricos en carbono, como p.e.


96

los finos procedentes del circuito de la arena de moldeo y de la regeneración, generanemisiones adicionales. Los arrastres de sustancias contaminantes por la acción del vientodurante el trasvase y almacenamiento pueden evitarse humedeciendo los finos osuministrándolos en recipientes cerrados, como p.ej. en big-bags. El empleo de arenas usadas de fundición no produce emisiones más elevadas de metalespesados, siempre y cuando se añadan arenas y finos con bajos niveles de metales pesadossimilares a las de las arcillas naturales. El potencial de absorción de las cementeras de la C.A.P.V. se estima en 30.000 t/año.

5.5 VALORIZACIÓN EN LA FABRICACIÓN DE LADRILLOS

En la fabricación de ladrillos se utilizan materias porógenas como los recortes de papel. Eluso de arenas usadas y finos podría ser un sustituto a los recortes de papel, además deaportar carbón al horno. Esta utilización de arenas usadas también está indicada cuando se utilizan arcillasdemasiado grasas. Las condiciones de uso sólo se ven limitadas por el propio proceso de las fábricas deladrillos y por las condiciones de almacenamiento. Las arenas procedentes de las fundiciones férreas y de aluminio no afectan a la composiciónfinal de producto. Desde el punto de vista ambiental se pueden producir un incremento de las emisiones dehidrocarburos aromáticos (BTX) e hidrocarburos policíclicos (PAH) que pueden sereliminados si tras el proceso de combustión hay conectada una combustión térmicaposterior.

5.6 VALORIZACIÓN COMO MATERIAL EN CONTACTO CON EL SUELO Y MEZCLASASFÁLTICAS

A fin de garantizar una valoración inocua desde el punto de vista ambiental, se han fijado enAlemania unos valores para usos de arenas en contacto con el suelo (rellenos, construcciónde carreteras, etc). El uso en mezclas asfálticas podría requerir “arenas menos limpias” quelas requeridas en usos en contacto con el suelo.


97

Tabla 34. Normas técnicas para la valorización de arenas de moldeo usadas según la LAGA del 08-09-

1994 (valores de asignación para la sustancia sólida y el eluato para arenas de moldeo) Parámetro Dimensión Valor de asignación Z2

(Valores límites) Sustancia sólida EOX mg/kg 3 Hidrocarburos de aceite mineral (H 18) mg/kg 150 PAH (suma según EPA) mg/kg 20 Cadmio mg/kg 5 Cromo (total) mg/kg 600 Cobre mg/kg 300 Níquel mg/kg 300 Cinc mg/kg 500 Plomo mg/kg 100 Eluato pH 5,5-12 Conductividad µS/cm 1000 Fluoruro µg/l 1000 DOC µg/l 20000 Nitrógeno-Amonio µg/l 1000 Índice fenólico µg/l 100 Arsénico µg/l 60 Plomo µg/l 200 Cadmio µg/l 10 Cromo (total) µg/l 150 Cobre µg/l 300 Níquel µg/l 150 Cinc µg/l 600 El potencial de absorción en la fabricación de asfaltos se ha estimado entre 56.000 t/año y140.000-200.000 t/año en la CAPV dependiendo en que fracción se incluya

5.7 VALORIZACIÓN EN OTROS SECTORES

Fundición secundaria de cobre La adición de sílice en la fundición secundaria de cobre se realiza con el fin de silicatar elóxido de hierro y disminuir el punto de fusión. De esta manera se consigue la suficientediferencia de densidad entre la escoria y el metal lo que permite colarlos de formaindependiente. En principio, el contenido de metales de las arenas usadas no estaría limitada excepto encromo (<1% Cr total) y aluminio (<7% en Al2O3). En cuanto a la granulometría no hay limitación, pues si son finos la inyección se podríahacer bajo nivel de la escoria a 1.150ºC. No se producirían emisiones adicionales de PAH yBTX, puesto que a la temperatura del horno estos compuestos se incineran. La capacidad máxima de arena que podrán absorber este tipo de empresas dentro de laCAPV se sitúa en torno a las 10.000 t/año.


98

Recuperación pirometalúrgica de polvos de acería y fundición con alto contenido enzinc La sílice, en el proceso de recuperación de zinc y plomo de polvos de acería y fundición seañade como escorificante. En principio no existen limitaciones en cuanto a la granulometría, contenido en materiaorgánica y metales. La capacidad máxima de arena que podrán absorber en este tipo de empresas dentro de laCAPV se sitúa en torno a las 15.000 t/año.

5.8 VALORIZACIÓN METALÚRGICA DE ARENA PROCEDENTE DEL GRANALLADO

En las fundiciones se generan subproductos que contienen metales, tanto en formacompacta, p.ej. bebederos, como en forma granular, p.ej.: arenas del granallado. Los primeros se funden y reutilizan normalmente en la propia fundición. Las arenas degranallado sin embargo no se pueden fundir directamente. Los finos más granallado sepodrían fundir en hornos altos de plantas siderometalúrgicas. El límite en contenido enhierro en Alemania se ha fijado entre un 30-50% para que sea rentable. Sin embargo, estavalorización suele estar condicionada por la distancia a las plantas.

Método para ahorrar materias primas y reducir residuos de arenas de moldeo en su empresa

99

6. MÉTODO PARA AHORRAR MATERIAS PRIMAS Y REDUCIR RESIDUOSDE ARENAS DE MOLDEO EN SU EMPRESA

6.1 OBSERVACIONES DE CARÁCTER GENERAL

La aplicación del método para ahorrar materias primas y reducir residuos de arenas demoldeo en la fundición requiere el inventario de la situación actual de los procesos, larealización de balances de materias, el análisis de distintos flujos de materia y evaluación delas posibles medidas de minimización. A continuación se resumen en forma de diagrama de flujo las distintas fases para aplicardicho método, relacionando dichas fases con los apartados correspondientes de este LibroBlanco.

INICIO

RECOPILACIÓN DE DATOS DEL PROCESO (6.2.1)

BALANCE DE MATERIAS (6.2.1)

ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICO DE PRINCIPALES PARÁMETROS DE LAS ARENAS (6.2.2)

DEFINICIÓN DE LAS MEDIDAS DE MINIMIZACIÓN (6.2.3)

Consultar Capítulos 5 y 7

EVALUACIÓN TÉCNICO-AMBIENTAL (6.2.4)

EVALUACIÓN ECONÓMICA (6.2.5)

IMPLANTACIÓN DEL PLAN DE ACCIÓN DE MEDIDAS A ADOPTAR (6.2.6)

IHOBE, S.A.

Mejora Continua

Figura 30: Método para ahorrar materias primas y reducir residuos de arenas de moldeo Antes de entrar en el método es necesario presentar una serie de términos que se usan a lolargo del capítulo:


100

− Cantidad específica de residuos: (t/t). Cantidad de residuos generados en la producción

de moldes y machos y granallado (arena y finos) en relación a la producción neta defundición (fundición buena) en toneladas de hierro o acero.

− Eficiencia de la regeneración: (%). Disminución de la contaminación de la arena en el

proceso de regeneración (p.ej. disminución del contenido de chamota en regeneración dearenas en verde).

− Grado de reciclaje interno: (%). Relación entre la arena reciclada y la cantidad total de

arena usada para la producción de moldes y machos. − Preparación de arena: tratamiento tradicional de la arena después de la colada, incluido

homogeneización, adición de agua y bentonita para reusarla como arena de moldeo. − Regeneración de arena: tratamiento de la arena de fundición usada (arena de moldeo y

machos) por medios mecánicos, neumáticos o térmicos (o combinación de estos), para sureutilización como arena nueva en la línea de moldeo y especialmente en la machería.

− Rendimiento de la regeneración (%). Relación entre la cantidad de arena regenerada y la

entrada de arena al proceso de regeneración.

6.2 DESARROLLO DEL MÉTODO

6.2.1 Análisis de la situación actual El análisis de la situación actual constituye la base de partida para el desarrollo del conceptode minimización. El análisis incluye: − Tecnología de producción de los moldes y machos en las diferentes líneas. − Descripción del proceso de producción. Diagrama de proceso, relacionando las distintas

secciones. − Balance de materias, entrada de materias primas y salida de residuos en un cierto periodo

de tiempo (por norma general, un año). − Parámetros más relevantes del material de moldeo. Para realizar esta fase se puede utilizar el cuestionario que se presenta a continuación para locual es importante referir los datos a un mismo periodo de tiempo, (p.ej. un año).


101

Cuestionario para la recopilación de datos. (Hoja 1 de 2)

1.- Procesos productivos a) Fundición.-− Tipo de Fundición: (especificar gris (GG), nodular (GGG), acero, etc.)− Aleaciones: (especificar t/mes o año de cada aleación, no distinguiendo entre las diversas calidades de gris,

nodular. Especificar si las aleaciones son especiales como acero al carbono, manganeso, etc…):− Cantidad de metal fundido (bruto fundición) (t/año):− Cantidad de fundición buena (neto fundición) (t/año): b) Hornos.-− Número de hornos (referido a fusores): A continuación rellenar por cada horno− Tipo (Cubilote, de inducción, de crisol, etc., de media o frecuencia de red,…):− Marca:− Capacidad:− Rendimiento (t/hora): Si existen hornos de mantenimiento o de vertido en los moldes especificar también. c) Colada.-− Tratamiento de la colada (referido a nodulación, inoculación, tipo de cuchara, desoxidantes, etc): 2.- Fabricación de moldes Rellenar por cada tipo de moldeo (arena en verde, resinas, etc)− Técnica (arena en verde, resina, silicato, etc.):− Moldeadora (horizontal, vertical, etc.):− Rendimiento (moldes/hora):− Dimensiones caja de moldeo:− Moldes por relevo (también puede ser día, semana, mes):− Tn de arena preparada por relevo (día, semana, mes):− Número de relevos por día y días anuales de trabajo:− Arena nueva de moldeo (cantidad adicionada por: día, semana, mes, año):− Arena nueva de machos (cantidad adicionada por: día, semana, mes, año):− Análisis típico de arena (copia de un par de análisis):− Transporte de los moldes:− Desmoldeo (tipo de desmoldeo):− Preparación del material de moldeo (molino, mezclador, turbo mezclador, en algún caso coincidirá con la

moldeadora):− Participación en la producción de la fundición (% sobre el total de la fundición, cantidad de metal fundido

en dicha línea):− Peso de las piezas (entre qué pesos y peso medio):− Número de piezas (piezas al año):− Gama de productos: 3.- Fabricación de machos Rellenar por cada tipo de macho− Tipo de macho (caja fría, caliente, cáscara, etc):− Componentes (% de los componentes, resina, catalizador, etc.):− Producción de machos (t/día o semana, mes, año):− Punto de empleo de los machos (cuánto en cada tipo de moldeo diferente):− % de machos rotos o peso de machos rotos:− % de arena reciclada (cantidad de arena de los machos que se incorpora a la arena de moldeo):


102

Cuestionario para la recopilación de datos. (Hoja 2 de 2)

4.- Preparación de arena Rellenar por cada línea de moldeo, en caso de que las líneas sean independientes.− Tipo de preparación (desmoldeo, separador magnético, trituración, ciclones, aspiraciones, enfriadores,

silos, molinos, mezcladores, etc):− Descripción del circuito de arena− Punto de consumo del preparado o recuperado: 5.- Diagrama de circulación de materiales Hacer uno por cada línea de moldeo y machería si son independientes.− Puntos de consumo (líneas de moldeo y machería):− Materiales consumidos (incluye la arena usada):− Cantidades consumidas (incluye la arena usada):− Puntos de generación de residuos (incluye las granalladoras):− Cantidades generadas (en cada punto):− Calcular el grado de reciclaje (arena reutilizada / arena preparada en moldes excepto el agua+arena de

machos):

machosarenaaguamoldeodeArena

areutilizadArenareciclajedeGrado+−

=

− Realizar el diagrama de flujo: 6.- Balance de materiales empleados, subproducto y productos para un periodo determinado

Tabla A: Balance de materiales empleados PERIODO

Materia primas Tipo t/año Preciopts/t

Residuos t/año Preciopts/t

Arena nueva en moldeo Exceso de arena en el circuito Arena para machos Machos rotos Arena de cromita Finos de la preparación del material de

moldeo, desmoldeo

Bentonita Arena de granallado Hulla Otros Resina Catalizador Otros

TOTAL TOTAL

BALANCE DE METAL t/año Metal fundido Fundición buena

Tabla B: Valores característicos de los materiales empleados SUSTANCIA EMPLEADA CANTIDADES EN KG/100 KG DE

metal fundido fundición buena Arena nueva (moldeo) Arena nueva ( incluida arena machos) Bentonita Hulla Catalizador Resina Relación metal: arena (material de moldeo elaborado + machos)

ttbuenaFundición

residuosdeTotalresiduosdeespecíficaCantidad /==


103

6.2.2 Análisis de arenas Análisis físico-químico de las arenas Con el fin de determinar los potenciales de minimización (reutilización de arenas,regeneración y/o reutilización externa), es necesario conocer ciertas características físicas yquímicas del material de moldeo y los residuos. Los parámetros a analizar son:

Tabla 35 Análisis químicos en finos/arena PARÁMETRO UNIDAD MUESTRA 1 MUESTRA 2

S % C % N %

Al2 O3 % Fe total % Cr total %

Ni % P %

Fe metal % PAH total mg/kg

Na+ (1) % K+ (1) %

(1) Analizar cuando se utiliza silicato.

Tabla 36. Análisis de las características físicas de los finos/arena PARÁMETRO UNIDAD

Humedad a 105ºC % Pérdidas por calcinación % Componentes volátiles %

Sedimentos % Chamota % Nº AFS

Análisis químico en el eluato Estos análisis son sólo necesarios para el envío a valorización externa.

Tabla 37: Análisis del eluato PARÁMETRO UNIDAD

pH ---- Conductividad µS/cm

Cr (VI) mg/l DOC mg/l

Consumo de HNO3 (1) mg/l Consumo de NaOH (2) mg/l

Fenoles mg/l (1) Para eluatos básicos. (2) Para eluatos ácidos

Los puntos de muestreo se deben elegir en función de la representatividad (por ej.: materialde moldeo a la entrada a la línea, material de moldeo después de la preparación, finos de


104

preparación línea de moldeo, finos de desmoldeo) y de la cantidad generada. Asimismo, lospuntos deben ser tales que se evite la mezcla con otros materiales.

6.2.3 Definición de las medidas de minimización. Las medidas de minimización comprenden: − Medidas internas para reducir la generación de residuos optimizando el proceso (Capítulo

5). − Regeneración de arenas usadas para reutilizar la arena en la fabricación de machos

(Capítulo 5). − Valorización externa. (Esta opción está todavía en desarrollo en la Comunidad Autónoma

del País Vasco). Con el fin de fijar las medidas más adecuadas para cada fundición, compare su fundicióncon los ejemplos descritos en el siguiente capítulo, teniendo en cuenta: − Tamaño de la fundición.− Tipo de machos y moldes.− Productos fabricados. Para la evaluación de la situación actual compare sus valores con los siguientes valorestípicos:

Tabla 38: Parámetro características de residuos generados TIPO DE FUNDICIÓN t de residuos

t de fundición buena Hierro y acero (moldeo manual) 0,8 Hierro y acero (moldeo automático) 0,5 Aluminio 1,6

Estos valores pueden variar considerablemente de acuerdo a la geometría de la pieza yparticularmente a la cantidad de machos. Adicionalmente, en el capítulo 5 se describen las principales medidas de minimización.

6.2.4 Evaluación técnico-ambiental Una vez fijadas las medidas que pueden ser implantadas en la empresa: − Chequear si son compatibles en el proceso de producción (p. ej.: compatibilidad del

sistema de aglomerante con el uso de arena reciclada). − Dibujar el nuevo diagrama de flujo.


105

− Cálculo/estimación de la posible reducción de la cantidad de residuos generados enfunción de los datos de los capítulos 4 y 5.

Con estos datos habrá que fijar las prioridades de actuación de acuerdo a las posiblescantidades reducidas y costes. Los criterios para priorizar pueden ser: - Disminución cantidad de residuos generada. - Ahorro de materias primas. - Mejora relaciones con los gestores de residuos (vertederos). - Mejora relaciones con la Administración.

6.2.5 Evaluación económica Para hacer la valoración económica, es recomendable hacer un balance para cada medidapropuesta que nos ayudará a realizar la priorización.

Tabla 39: Evaluación económica de las medidas propuestas Balance económico Situación actual Nuevo proceso

Personal Energía eléctrica Productos y materiales Mantenimiento Gestión de residuos Coste total Inversión Retorno de la inversión

procesonuevototalCosteinicialCosteInversiónbackPay

−=−

6.2.6 Desarrollo de un plan de acción Fijar el programa de acción una vez definidas las prioridades y el retorno de la inversión.


106

7. APLICACIÓN DEL MÉTODO PARA AHORRAR MATERIAS PRIMAS YREDUCIR RESIDUOS A CINCO FUNDICIONES DE LA CAPVANALIZADAS POR IHOBE, S.A.

7.1 SELECCIÓN DE LAS EMPRESAS Y OPERACIONES ANALIZADAS

La selección de empresas a analizar se ha realizado de modo que la gran mayoría deempresas de la CAPV puede identificarse con alguna de ellas. Por esta razón es importante recordar la caracterización del sector fundición en la CAPV enfunción de la sectorización, la técnica de moldeo, el tipo de machos, las series, las cifras deproducción y el tipo de metal férreo producido. En la Tabla 40 se presenta unacaracterización semicuantitava que permite extrapolar la representatividad de las empresasseleccionadas.

Tabla 40: Caracterización del sector de fundición férrea de la CAPV Factor de caracterización Concepto Representatividad

- Automoción y vehículo industrial •••- Maquinaria agrícola y máquina herramienta ••- Valvulería y accesorios de tubería • Sectores clientes

- Otros ••- Moldeo en verde ••• Técnica de moldeo - Moldeo químico ••- Caja fría •••- Cáscara • /••- Silicato ester •

Técnica de fabricación demachos

- Otros • /••- Grandes •••- Medianas • /•• Series- Pequeñas • /••- Alta ≥ 30.000 t/a •- Media 10.000 t/a-30.000 t/a ••• Producción (t/a)- Baja ≤ 10.000 t/a ••- Hierro ••• Tipo de fundición - Acero ••

••• Alta •• Media • Baja En consecuencia las empresas seleccionadas tienen tal y como se muestra en la Tabla 41 elperfil que se describe a continuación: • Empresa A: Fundición en serie en moldes de arena verde, fabricados en dos

instalaciones: una de moldeo horizontal y otra vertical, ambas mecanizadas, con machosde caja fría.

• Empresa B: Fundición en serie en moldes de arena en verde, fabricados en

instalaciones de moldeo vertical sin caja mecanizadas, con machos de caja fría y de arenaprerrevestida producidos en el exterior por otra empresa auxiliar.

Aplicación del método para ahorrar materias primas y reducir residuos a cinco fundiciones de la CAPV

107

• Empresa C: Fundición de pequeñas y medianas series en moldes de arena en verde,fabricadas en tres instalaciones de moldeo horizontal mecanizadas, con machos de cajafría y en su mayor parte de isocianato - poliuretano pero con algunos de ellos en resinafenólica alcalina con formato de metilo y con propilen carbonato

• Empresa D: Fundición en serie en moldes de arena verde, fabricados en dos

instalaciones de moldeo vertical sin caja mecanizadas, con machos de caja fría y de arenapre-revestida

• Empresa E: Fundición de acero de pequeñas series en moldes de arena verde

fabricadas en una instalación de moldeo horizontal mecanizada, con machos de caja fría.Fundición de acero de piezas sueltas de diverso tamaño en moldes aglutinados consilicato y machos de caja fría y silicato.

Tabla 41: Caracterización de las fundiciones estudiadas

Empresa Técnica de moldeo Machos Producción (t/año) Número de piezas A Moldeo en verde: Moldeo

Automático Caja fría 43.000 Series,

grandes series B Moldeo en verde: Moldeo

Automático Caja fría Cascara

22.000 Series, grandes series

C Moldeo en verde: MoldeoAutomático

Caja fría (tres tiposde resinas)

10.000 Series, pequeña, mediana

D Moldeo en verde: MoldeoAutomático

Caja fría Arena prerrevestida

(resina fenólica)

12.000 Series, mediana-alta

E Moldeo en verde: MoldeoManual

Moldeo Silicato - éster: Moldeo Manual

Caja fría

Silicato - éster

4.000 Pequeñas series

Piezas sueltas

La selección de empresas representativas tiene por objeto traccionar en materia deminimización de arenas sobre otras fundiciones de perfiles similares en la CAPV. Losresultados obtenidos, que se muestran a modo de resumen en la siguiente tabla, pretendenmotivar al sector industrial para que profundice en la/s empresa/s de su interés.

Tabla 42: Resumen de medidas propuestas Empresa Minimización dentro

de fundición regeneración Valorización Total

A 20% 32% 20% 72% B 15% - 58% 73% C 16% - 52% 68% D 26% - 40% 66% E 24% 8% 25% 57%


108

7.2 EMPRESA A. FUNDICIÓN DE PIEZAS DE AUTOMOCIÓN, MOLDEO EN VERDE

Empresa A

Material Hierro Serie Grandes series, piezas de automoción Moldes Arena verde Instalación Moldeo horizontal; automatizado

Moldeo vertical; automatizado Machos Caja fría Producción 43.000 t/a

7.2.1 Situación actual de la empresa A

7.2.1.1 Fundición y técnicas de fabricación de moldes y machos En la fundición analizada se elaboran piezas en serie desde 0’5 kg hasta 12 kg con un pesomedio de 7’5 kg. Son piezas exclusivamente para automoción como brazos de suspensión,portamanguetas, colectores y discos ventilados. La producción total asciende a unas 43000t/año. Los metales se funden en hornos de inducción y los moldes se fabrican en arena enverde y los machos en caja fría. Técnica de moldeo con arena verde La fabricación de los moldes se lleva a cabo en dos líneas de moldeo automático en lascuales el proceso de preparación de la arena de moldeo es independiente. En la línea demoldeo horizontal e impacto, la arena se prepara en un molino mezclador de turbulencia,mientras que en la otra línea de moldeo vertical sin caja, disparo y compresión, la arena seprepara en un molino mezclador de rulos. Los moldes horizontales son transportados haciala colada y enfriamiento mediante un sistema de rodillos y los verticales por empuje ytraslado sobre barras metálicas. En los moldes se colocan los machos previamente a lacolada. La arena y las piezas se separan en una parrilla vibrante en el caso de los moldeshorizontales y en un tambor giratorio en el caso de los moldes verticales. A continuación laspiezas se desmazarotan, granallan y rebarban. La arena usada se depura y prepara para unanueva utilización. Técnicas de fabricación de machos Los machos de caja fría se producen en máquinas disparadoras automáticas, la arena essuministrada por un único molino mezclador programado para cada máquina. En una de lasmáquinas los machos son rebarbados y pintados automáticamente, en el resto de máquinasestas operaciones son manuales. Los machos se recogen en contenedores o carros y son transportados a la zona de moldeopara su utilización.


109

En la Tabla 43 se resumen los procesos y técnicas de fabricación

Tabla 43: Resumen de los procesos y técnicas de fabricación de la Empresa A Proceso Procedimiento / Técnica Producto

Fusión • 4 Hornos de fusión por inducción de mediafrecuencia ( capacidad: 12 t; rendimiento14,7 t/hora).

• 1 Horno de inducción de canal paramantenimiento de 60 t de capacidad.

• Fundición de hierro congrafito laminar

Tratamiento de colada • Tundish-Cover• Inoculación

• Fundición nodular

Fabricación de moldes:Técnica de moldeo conarena en verde

• 1 Moldeadora horizontal con caja de impacto(marca: BMD):• Dimensiones de las cajas: 850x700x220

mm.• Rendimiento: 165 moldes/hora

• Transporte de los moldes: Caminos derodillos

• Desmoldeo: Parrilla vibrante• Preparación del material de moldeo: Molino

mezclador de turbulencia (4 t/molinada) concontrol de humedad

• Producción: 25000 Tn/añonodular

• Peso de las piezas: 4 - 12 Kg• Numero de piezas:

4.166.000• Gama de productos:

Automoción

• 1 Moldeadora vertical sin caja de disparo yalta presión (DISAMATIC):• Dimensiones de los moldes:

600x480x210 mm.• Rendimiento: 300 moldes/hora• Transporte de los moldes: AMC• Desmoldeo: Tambor giratorio• Preparación del material de moldeo:

Molino mezclador de rulos (4Tn/molinada)

• Producción: 18000 Tn/año(5000 Tn nodular y 13000Tn gris)

• Peso de las piezas: 0,5 a10,5 Kg

• Número de piezas:2.250.000

• Gama de productos:Automoción

Fabricación de machos • Técnica de caja fria en disparadorasautomáticas

• Pintura: Refractaria en base agua

• Producción de machos:10778 t/a (BMD: 7920 t,DISAMATIC: 2858 t)

• Empleo de los machos:Moldeo arena en verde

Preparación arenadesmoldeada

• Línea BMD: Desmoldeo en parrilla vibrante,separador magnético, rompedor de terrones,ciclones, criba poligonal, enfriador de lechofluidificado, silos y molino.

• Línea DISAMATIC: Desmoldeo en tambor,separador magnético, ciclones, cribapoligonal, enfriador de lecho fluidificado,silo y molino.

Empleo de desmoldeadopreparado: Moldeo arena enverde

7.2.1.2 Circulacion del material de moldeo En el siguiente diagrama (Figura 31) se presenta la circulación de los materiales de moldeo


110

Silo

Silo

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arac

ión

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Figura 31: Circulación de materiales de moldeo


111

Aclaraciones a las sustancias empleadas, subproductos y productos:

E1 Arena nueva E2 Bentonita E3 Hulla E4 Agua E5 Cereal E6 Componente I de la resina E7 Componente II de la resina E8 Catalizador E9 Hulla granulada

Entradas demateriasprimas

E10 Pintura MM0 Piezas limpias listas para su terminación (rebarbado y verificación) MM1.1, MM1.2 Material de moldeo preparado, línea 1 y línea2. MM2 Machos de caja fría MM3.1,MM3.2 Moldes de arena en verde listos para su llenado o colada, línea 1 y línea 2 MM4 Material fundido MM5.1, MM5.2 Moldes de arena en verde y a coladas, línea 1 y línea 2

Flujos defusión ycolada

MM6.1, MM6.2 Fundición bruta desmoldada, con arena pegada y restos de machos, línea 1 ylínea 2

R0.1, R0.2 Arena de desmoldeo sin depurar ni preparar, línea 1 y línea 2 R1.1, R1.2 Arena enfriada libre de metales, línea 1 y línea 2 R2.1, R 2.2 Arena libre de finos y de terrones de moldes y machos, línea 1 y línea 2 R3.1, R3.2 Arena usada tratada para ser reutilizada, línea 1 y línea 2 R3.1’, R3.2’ Arena usada tratada retirada del circuito, línea 1 y línea 2 R4.1 Finos de desmoldeo, línea 1 R5.1, R5.2 Finos recogidos en el enfriamiento, línea 1 y línea 2 R6.1, R6.2 Finos recirculados al circuito R7.1, R7.2 Restos de la criba de depuración (restos de machos y terrones de moldeo),

línea 1 y línea 2

Flujos delínea dearena

R8 Finos de la aspiración de la granalladora en los filtros de mangas Tanto la arena usada procedente del desmoldeo de la línea horizontal (BMD) como la de lalínea vertical (DISAMATIC) es transportada por cintas y elevadores hasta una cribapoligonal donde se retiran los terrones de los machos y de los moldes, previamente unseparador magnético ha retirado las partículas metálicas. Después, la arena pasa por unenfriador de lecho fluidificado y se almacena en varios silos. Todas las operaciones tienenuna instalación de aspiración con ciclones que devuelven al circuito el fino grueso y retirande la instalación el fino que se recoge en los filtros de mangas. Previamente a la cribapoligonal un desterronador deshace los grandes grumos de arena. La arena usada de la línea BMD, previamente a la criba poligonal, pasa por undesterronador, con objeto de deshacer los grandes grumos de arena. El ciclón que hay en el tambor de desmoldeo de la línea DISAMATIC es de bajorendimiento, por lo que los finos recogidos no se añaden al circuito sino que van a vertedero. El grado de reciclaje, es decir, la relación entre la arena usada preparada y la suma de laarena preparada más la de los machos menos el agua es del 97,23% para la línea BMD y del94,9% en la línea DISAMATIC.


112

7.2.1.3 Balance de los materiales empleados, subproductos y productos En la Tabla 44 se indican las cantidades de los materiales consumidos, así como lascantidades de residuos generados.

Tabla 44: Balance de materiales empleados. Empresa A Materiales empleados Cantidad

t/a Porcentaje % Subproductos / residuos Cantidad

t/a Línea 1: Moldeo arena verde BMD Residuos a vertedero:

E1 Arena nueva 583 0,15% Arena usada 22.000 E2 Bentonita 1.717 0,40% Finos BMD 921 E3 Hulla 682 0,17% Finos DISA 475 E4 Cereal 32,7 0,008% Trozos machos 215 E5 Agua 8712 2,2% Machos rotos 430 R3.1 Arena usada 384.273 97% 726 TOTAL 396.000 100%

Finos y arena granallado

Línea 2: Moldeo arena verde DISAMATIC E1 Arena nueva 2.816 2% E2 Bentonita 1.091 0,75% E3 Hulla 515 0,36% E5 Agua 3.520 2,50% R3.2 Arena usada 135.674 94,4% TOTAL 143.616 100%

Línea 1: Moldeo de machos BDM E1 Arena nueva 7.920 98,8% E6+E7 (Comp. I+II) 95 1,2% TOTAL 8.015 100%

Línea 2: Moldes de machos DISAMATIC E1 Arena nueva 2.858 98,8% E6+E7 (Comp. I+II) 34,5 1,2% TOTAL 2.892,5 100% TOTAL 24.767

7.2.1.3.1 Valores característicos de los materiales empleados En las siguientes tablas se resumen los valores característicos (indicadores) de la Empresa Acon el fin de facilitar a empresas de similares características la evaluación de sus procesos.

Tabla 45: Valores característicos de los materiales empleados. Empresa A Cantidad en Kg/100Kg Material empleado

Metal fundido Fundición buena Arena nueva 1,16 2,33 Arena nueva (incluida arena para machos) 17 34 Bentonita 3,43 6,86 Hulla 1,36 2,72 Parte correspondiente a los machos 15,84 31,66 Relación metal:arena (material de moldeo elaborado + machos) 1:8 1:16 Arena nueva 9 15,64 Arena nueva (incluida arena para machos) 18,3 31,5 Bentonita 3,5 6 Hulla 1,66 2,86 Parte correspondiente a los machos 9,3 15,86 Relación metal:arena (material de moldeo elaborado + machos) 1:4,7 1:8


113

Tabla 46: Grado de reciclaje de la Empresa A Línea 1 Línea 2 Grado de reciclaje 97,23 % 94,9 %

7.2.1.4 Análisis de arenas y finos

7.2.1.4.1 Muestreo Para evaluar el potencial de minimización de arenas en las fundiciones es necesario conoceral menos la composición del material de moldeo antes de la preparación del molde, con elfin de determinar si la calidad se ajusta a la realmente requerida. Asimismo es necesarioconocer la composición de otras corrientes del circuito de arena que permitan detectarpotenciales de minimización adicionales de relevancia. Con el fin de racionalizar recursos económicos y humanos se han fijado una serie decriterios para seleccionar dichas corrientes adicionales, como por ejemplo el potencial deminimización en función de experiencias similares y las cantidades relativas generadas. En la Empresa A se tomaron muestras de la arena de moldeo y los finos de los dos circuitos(BMD y DISAMATIC) para ser analizadas.

7.2.1.4.2 Resultados de los análisis y valoración Los resultados obtenidos de la analítica se presentan en las tablas siguientes: • La primera tabla recoge parámetros químicos relacionados generalmente con la calidad

del material de moldeo.• La segunda tabla representa los análisis relacionados fundamentalmente con la posible

valorización, ambientalmente correcta, de las arenas en otros sectores.• La tercera tabla resume los análisis físicos relacionados con la calidad de la arena.

Tabla 47: Resultados correspondientes al análisis químico de las arenas y finos. Empresa A Parámetros Unidad MM1.1

Circuito arenaBDM

R5.1 Finos BDM

MM1.2Circuito arena

DISA

R5.2 Finos DISA

S % 0,026 0,21 0,04 0,30 C % 2,61 23,0 3,61 24,5 N % 0,07 0,24 0,08 0,34 Al

2O

3 % 2,85 14,6 2,98 12,8

Fetotal % 0,38 2,30 0,48 2,25 Crtotal % < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 Ni % < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 P % < 0,05 0,06 0,05 0,07 Femetal % < 0,1 0,17 < 0,1 0,15 PAHtotal mg/Kg 0,27 202,7 1,54 188,9 Na % - - - - K % - - - -

Tabla 48: Resultados correspondientes al análisis de características del eluato. Empresa A


114

Parámetros Unidad MM1.1Circuito

arena BDM

R5.1 FinoBDM

MM1.2Circuito

arena DISA

R5.2 Fino DISA

pH - 9,8 10,0 10,1 9,9 Conductividad µS/cm 294 879 344 1048 Cr VI mg/l < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 DOC mg/l 61 51 67 53 Consumo HNO3

mg/l 160 314 207 226

Consumo NaOH mg/l - - - - Fenoles mg/l 0,15 2,4 < 0,05 0,80

Tabla 49: Resultados correspondientes a características físicas de las arenas y finos. Empresa A

Parámetros Unidad MM1.1Circuito arena

BDM

R5.1 FinosBDM

MM1.2Circuito

arenaDISA

R5.2FinosDISA

Humedad a 105º C % 2,71 4,49 3,02 2,39 L.O.I. % 4,54 28,4 5,74 32,5 Componentes volátiles % 1,62 10,5 2,37 10,9 Bentonita activa % 5,00 35,7 6,79 35,7 Sedimentos (Finos) % 8,77 59,3 9,05 89,8 Chamota (oolíticos) % 2,61 2,36 2,62 2,20 Nº AFS 57,2 206,8 67,8 241 Arena específica mm2/gramo 8257 3,3x104 8919 4,8x104

∅ representativo mm 0,28 0,086 0,26 0,067

7.2.1.4.3 Valoración de los resultados Los análisis físico-químicos de MM1.1 y MM1.2 muestran unas arenas muy limpias conbajo contenido en finos y bajo contenido en chamota (oolíticos). Los finos (R5.1 y R5.2) presentan considerables contenidos de carbón útil y bentonita activapor lo que es posible incrementar su retorno a la arena del circuito.

Tabla 50: Valoración de resultados Parámetros Unidad MM1.1

Circuito arenaBDM

R5.1 FinosBDM

MM1.2Circuito

arenaDISA

R5.2FinosDISA

Finos % 8,77 -- 9,05 -- Chamota % 2,61 -- 2,62 -- Carbón útil % -- 23 -- 24,5 Bentonita activa % -- 35,7 -- 35,7


115

7.2.2 Propuestas y evaluación de medidas de minimización y valorizacion La primera recomendación sería eliminar la adición de arena nueva en el moldeo, esto es, nointroducir la arena nueva para las líneas de moldeo debido a la alta calidad de la arena delcircuito. La arena nueva se introduciría sólo a través de los machos. Esto reduciría alrededorde 3000 t/a de residuos. Esta medida no representa ningún riesgo, ni técnico ni de calidad. La segunda recomendación sería incrementar la reutilización de los finos. La cantidad debentonita y hulla contenida en estos finos reduciría la adición que de estos compuestos serealiza en la actualidad, disminuyendo el consumo de materia prima. El incremento dereutilización de finos se debe realizar progresivamente con el fin de no sobrepasar el 3% dechamota (oolíticos) y mantener la permeabilidad en valores apropiados. Esta medida podríareducir 2000 t/a de residuos (finos + materia prima adicionada). La tercera medida propuesta consiste en regenerar la arena sobrante de la Línea 1 junto conlos trozos de machos y terrones de la criba poligonal, en una planta mecánica de altorendimiento. Esta arena regenerada se usaría para la producción de machos. La Línea 1genera unas 11000 t/a de arena usada, de las que se obtendrían 7000 t/a de regenerado y3000 t/a de finos, siendo necesaria una planta de regeneración de 2,5 t/h de capacidad. Lautilización del regenerado en la fabricación de machos debe evaluarse técnicamentemediante pruebas antes de la adquisición de la planta de regeneración. Otra posible alternativa es la valorización externa. Actualmente en la CAPV no es una víade gestión generalizada y sin embargo parece interesante comentar dicha medida puesto queya es operativa en países de nuestro entorno. Las vías de valorización externa potenciales para las arenas no minimizables tras aplicar lastres primeras medidas, basándose en la legislación alemana al respecto, son las siguientes: - Introducción de los finos en cementera como sustitutos de materia prima, incluyéndose

aquellos finos generados en la regeneración propuesta. Los finos se introducirían en la“zona caliente” del horno para evitar emisiones atmosféricas adicionales. Estos finosno podrían sin embargo emplearse como material de relleno debido a su alto contenidoen carbón y PAH.

- Utilización del exceso de arena como material de construcción de carreteras y rellenos

cuando se admitan contenidos de DOC superiores a 50 mg/l. Evaluación económica • Primera medida: Eliminar la adición de arena nueva en el moldeo. Debido a las características de la Empresa A sería necesario la adquisición de un nuevo silode arena con el fin de almacenar la arena usada que actualmente se retira del circuito.


116

Tabla 51: Valoración económica de la eliminación de la adición de arena nueva en el moldeo

Balance económico Situación actual Situación propuesta Personal -- -- Energía eléctrica -- 50.000 pts./a Productos y materiales 11.850.000 pts/a -- Mantenimiento -- 50.000 pts./a Gestión de residuos 1.875.000 pts/a Coste total 13.725.000 pts/a 100.000 pts/a Inversión -- 1.000.000 pts Retorno de la inversión 0,07 años ≈ 1 mes • Segunda medida: Incrementar la reutilización de finos. La inversión a realizar consiste en un sistema, tornillo sinfin o cintas transportadoras, paratransportar los finos a la zona de preparación de material de moldeo.

Tabla 52: Valoración económica del incremento de la reutilización de finos Balance económico Situación actual Situación propuesta

Personal -- -- Energía eléctrica -- 50.000 pts./a Productos y materiales 31.670.000 pts/a -- Mantenimiento -- 50.000 pts./a Gestión de residuos 1.500.000 pts./a -- Coste total 33.170.000 pts/a 100.000 pts/a Inversión 1.000.000 pts. Retorno de la inversión 0,03 años ≈ 0,4 meses • Tercera medida: Regeneración mecánica de arenas. Para valorar económicamente la regeneración mecánica se han considerado, además de loscostes de mantenimiento, electricidad, personal y gestión de los finos generados, los costesderivados de los siguientes conceptos: - Aire comprimido - Gas natural - Repuestos anuales necesarios de la planta

Tabla 53: Valoración económica de la regeneración mecánica de arenas Balance económico Situación actual Situación propuesta

Personal -- 5.000.000 pts./a Energía eléctrica -- 4.140.000 pts/a Productos y materiales 37.920.000 pts/a 2.150.000 pts/a Mantenimiento -- 1.000.000 pts/a Gestión de residuos 9.000.000 pts/a 3.000.000 pts/a Coste total 46.920.000 pts/a 15.290.000 pts/a Inversión 70.000.000 Retorno de la inversión 2,2 años

7.2.3 Resumen


117

La Empresa A puede reducir el 50% de los residuos generados por medidas internas deminimización que pueden diferenciarse en dos grupos: - Medidas organizativas de inversión mínima y riesgo técnico muy reducido. En esta

categoría se incluye la primera medida de “Eliminar la adición de arena nueva en elmoldeo” y la segunda medida “Incrementar la reutilización de finos”,

- Medidas tecnológicas que implican inversión y suponen un riesgo técnico reducido. La

“Regeneración mecánica de arenas”, tercera medida propuesta, se incluye en estacategoría.

Parte de los residuos aún existentes tras aplicar las medidas antes citadas (6000 t/a) podríangestionarse por vías de valorización externa, esto es, finos a cementera y arenas aconstrucción de carreteras, siempre y cuando se hagan operativas estas vías en la CAPV.

Tabla 54: Resumen de la valoración técnica, económica y ambiental de las medidas de minimización yvalorización propuestas para la Empresa A

Evaluación económica Medida Materialminimizado /

valorizado

Cantidadahorrada

(t/a)

Ahorrosobretotal

material(%)

Inexistenciade riesgostécnicos

Ahorros decostes (MM

pts/a)

Inversión(MMpts/a)

Periodoamortización

(años)

Estado dela técnica

en laCAPV

Arena nueva 3.000 12 1. Eliminar laadición dearena nueva

Arena usada 3.000 12 ••• 13,6 1 0,07 •••

Bentonita 480 28 Hulla 275 23

2. Incremento dereutilizaciónde finos Finos

residuales 2000 8

••• (aplicaciónprogresiva)

33,0 1 0,03 •••

Arena nueva 8000* 32 3. Regeneraciónde arenas Arena usada 8000 32

•• (a evaluar) 32,6 70 2,2 ••

4. Valorización Finos 5000* 20 • desconocido -- -- • * Considerando implantadas las medidas 1, 2 y 3. Se señalan en negrita las materias primas ••• Favorable •• Medio • Desfavorable


118

7.3 EMPRESA B. FUNDICIÓN DE PIEZAS DE AUTOMOCIÓN, MOLDEO EN VERDE

Características

Material Hierro Serie Grandes series; piezas seguridad automoción Moldes Arena verde Instalación Moldeo vertical sin caja; automatizada Machos Caja fría

Arena prerrevestida (subcontratados)

Producción 22.000 t/a

7.3.1 Situacion actual de la empresa B

7.3.1.1 Fundición y técnicas de fabricación de moldes y machos En la fundición analizada se elaboran piezas en serie desde 0'8 Kg hasta 5 Kg siendo las máshabituales entre 0'8 y 2 Kg. Son piezas exclusivamente para automoción, concretamentepiezas de seguridad para frenos. La producción total asciende a 22.000 t/a. Los metales parala colada se funden en hornos de inducción. Los moldes se fabrican en arena en verde y losmachos en caja fría la inmensa mayoría y en prerrevestida el resto; ambos tipos de machosse fabrican exteriormente en otra empresa auxiliar. Técnicas de moldeo con arena verde El material de moldeo se prepara por cargas en un molino mezclador de turbulencia. Lafabricación mecanizada de los moldes se lleva a cabo en dos líneas de moldeo verticales pordisparo y compresión. Los moldes se transportan mediante un sistema de empuje y traslado hidráulico sobre barrasmetálicas. Sobre ellas se efectúa la colada y los moldes se enfrían según avanzan. En losmoldes se colocan los machos previamente a la colada. La arena y las piezas se separan en un tambor de desmoldeo, un tambor para cada línea demoldeo. A continuación las piezas de desmazarotan, granallan y rebarban. La arena usada sedepura y prepara para una nueva utilización. Técnicas de fabricación de machos Aunque los machos se fabrican en una empresa auxiliar, a continuación se exponebrevemente su proceso de fabricación.

Para los machos de caja fría, el material se prepara en un molino mezclador, en cambio elmaterial para los machos de arena prerrevestida el material viene preparado por elsuministrador.


119

Tanto los machos de caja fría como los machos de arena prerrevestida, se mecanizan enmáquinas disparadoras, recogiéndose en contenedores para su traslado a la planta demoldeo. En la Tabla 55 se resumen los procesos y técnicas de fabricación.

Tabla 55: Resumen de los procesos y técnicas de fabricación. Empresa B Proceso Procedimiento / Técnica Producto

Fusión • 2 Hornos de fusión por inducción de mediafrecuencia (capacidad: 12 t; rendimiento4,75 t/h)

• Para la colada en moldes tienen 2 press-pouring de canal (capacidad 7-8 t) ydotadas con stopper y laser

• Fundición de hierro con grafitolaminar

Tratamiento de lacolada

• Tundish-Cover• Inoculación en vena

• Fundición nodular

Fabricación demoldes: Técnica de moldeocon arena en verde

• 2 Moldeadoras verticales sin caja pordisparo y alta presión (Disamatic) modelos2013 Mk5-B y 2013 Mk4-A)• Dimensiones de los moldes:

650x535x(200-300) mm una de ellas y600x480x(200-300) mm la otra

• Rendimiento: 262 y 238 moldes/hrespectivamente

• Transporte de los moldes: AMC y SBC• Desmoldeo tambor giratorio• Preparación del material de moldeo:

Molino mezclador de turbulencia (DISA-BMD, 3000 Kg/molinada) con control dehumedad y compactabilidad

• Producción: 22000 Tn/año• Peso de las piezas: 0,8 - 5 Kg

(70% entre 0,8 – 2 Kg)• Numero de piezas: 15.000.000• Gama de productos: Piezas de

seguridad, freno de automoción

Fabricación demachos

• Fabricación externa de machos de caja fríay arena prerrevestida en disparadoras

• Compra de machos: 1177 t/a(1122 caja fría y 55 arena pre-revestida)

• Empleo de los machos: Moldeoarena en verde


• Desmoldeo en tambor giratorio• Tamizado en criba vibrante• 2 Separadores magnéticos• Enfriamiento por humectación sobre cinta

(con sondas de humedad y temperatura ypesaje de la cinta) y aspiración forzada

• Ensilado en silos arena usada

• Empleo de desmoldeadopreparado: Moldeo arena en verde

7.3.1.2 Circulacion del material de moldeo En el siguiente diagrama (Figura 32) se presenta la circulación de los materiales de moldeo


120

Prep

arac

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121

Aclaraciones de las sustancias empleadas, subproductos y productos:

E1 Arena nueva E2 Bentonita E3 Hulla

Entradas demateriasprimas E4 Agua

MM0 Piezas limpias listas para su terminación (rebarbado y verificación) MM1 Material de moldeo preparado MM2 Machos de caja fría y arena prerrevestida. MM3 Moldes de arena en verde listos para su llenado o colada MM4 Material fundido MM5 Moldes de arena en verde colados

Flujos defusión ycolada

MM6 Fundición bruta desmoldada, con arena pegada y restos de machos R0 Arena en verde de desmoldeo R1 Arena usada tratada para ser reutilizada R2 Finos recogidos en el tratamiento de arena usada R3 Finos recogidos en la preparación del material de moldeo R4 Finos recogidos en el desmoldeo R5 Mezcla de los finos R3, R4 y R2 reutilizados en la preparación del material de

moldeo R5’ Mezcla de los finos R3, R4 y R5 a vertedero R6 Arena usada procedente del transporte vibrante R7 Arena adherida a las piezas y partículas metálicas de granallado R8 Fino de la aspiración de las granalladoras R9 Mezcla de R6, R7 y R8 a vertederos


R10 Restos de criba poligonal (resto de machos y terrones de moldeo) La arena usada proveniente del desmoldeo es enviada mediante cintas transportadoras, a lacriba poligonal. Previo a la criba poligonal se eliminan las partículas metálicas empleandodos separadores magnéticos instalados en las cintas. En la criba poligonal, se reducen losterrones de los machos y de los moldes. Posteriormente la arena se enfría humectándola enla cinta de transporte a los silos de almacenamiento de arena usada; desde allí se incorpora almolino de preparación de arena verde. Los finos aspirados en la arenería, los procesos de desmoldeo y la zona del transportevibrante, van a la tolva de finos pero cuando ésta se llena, lo sobrante va a un silo exterior,para su posterior depósito en vertedero. La arena caída en el suelo y los restos de machos y terrones de la criba, se recogen encontenedores y se llevan también a vertedero. En las máquinas de granallado la arena de la limpieza con metal y los finos de la aspiración,más la arena que se retira del vibrante previo a las granalladoras, se juntan en contenedores yse depositan en vertedero. El grado de reciclaje, es decir, la relación entre la arena usada preparada y la suma de laarena preparada más la de los machos menos el agua, es del 93,36%.


122

7.3.1.3 Balance de los materiales empleados, subproductos y productos En la Tabla 56 se indican las cantidades de los materiales consumidos, así como lascantidades de subproductos generados.

Tabla 56: Balance de materiales empleados. Empresa B Materiales empleados Cantidad

t/a Porcentaje % Subproducto /

Residuos Cantidad

t/a Moldeo con arena verde Residuos a vertedero

E1 Arena nueva 2.640 1,01 % E3 Bentonita 1.870 0,72 % E4 Hulla 1.045 0,40 % 6.800 E5 Agua 4.946 1,90 % R5 Finos aspiración 2.604 1 % R1 Arena usada 247.298 94,97 % TOTAL 260.403 100 %

Terrones + Arena+ fino + finogranalladoras

Machos del exterior

MM2 Machos 1.177 100 % TOTAL 1.177 100% TOTAL 6.800

7.3.1.3.1 Valores característicos de los materiales empleados En las siguientes tablas se resumen los valores característicos (indicadores) de la Empresa Bcon el fin de facilitar a las empresas de similares características la evaluación de susempresas.

Tabla 57: Valores característicos de los materiales empleados. Empresa B Cantidades en Kg/100 Kg Material empleado

Metal fundido Fundición buena Arena nueva 6 12 Arena nueva (incluida arena para machos) 8,67 17,35 Bentonita 4,25 8,50 Hulla 2,37 4,75 Parte correspondiente a los machos (arena nueva) 2,67 5,35 Relación metal:arena (material de moldeo elaborado + machos)

1:6 1:12

Tabla 58: Grado de reciclaje de la Empresa B

Grado de reciclaje 96,36%


7.3.1.4.1 Muestreo Para evaluar el potencial de minimización de arenas en las fundiciones es necesario conoceral menos la composición del material de moldeo antes de la preparación del molde, con elfin de determinar si la calidad se ajusta a la realmente requerida. Asimismo es necesario


123

conocer la composición de otras corrientes del circuito de arena que permitan detectarpotenciales de minimización adicionales de relevancia. Con el fin de racionalizar recursos económicos y humanos se han fijado una serie decriterios para seleccionar dichas corrientes adicionales, como por ejemplo el potencial deminimización en función de experiencias similares y las cantidades relativas generadas. En la Empresa B se tomaron muestras de arena del desmoldeo, mezcla de los finos de laaspiración de arenería, desmoldeo y cribado así como de los finos de la aspiración delgranallado para ser analizadas.


del material de moldeo.• La segunda tabla representa los análisis relacionados fundamentalmente con la posible

valorización, ambientalmente correcta, de las arenas en otros sectores.• La tercera tabla resume los análisis físicos relacionados con la calidad de la arena.

Tabla 59: Resultados correspondientes al análisis químico de las arenas y finos. Empresa B Parámetros Unidad R5

Finos MM1

Arena circuito R7

Finos granallado S % 0,15 0,04 0,027 C % 17,0 3,52 2,35 N % 0,31 0,10 0,07 Al

2O

3 % 11,6 4,03 1,62

Fetotal % 2,51 0,97 29,9 Crtotal % <0,05 <0,05 0,03 Ni % <0,05 <0,05 <0,05 P % 0,06 <0,05 <0,05 Femetal % 0,41 <0,1 15,7 PAHtotal mg/Kg 68,1 2,92 5,69 Na % -- -- -- K % -- -- --

Tabla 60: Resultados correspondientes al análisis de características del eluato. Empresa B

Parámetros Unidad R5 Finos

MM1 Arena circuito

R7 Finos granallado

pH - 10,1 10,1 6,9 Conductividad µS/cm 700 331 39 Cr VI mg/l <0,05 <0,05 <0,05 DOC mg/l 67 77 3,3 Consumo HNO3

mg/l 203 190 27

Consumo NaOH mg/l -- -- -- Fenoles mg/l 0,20 <0,05 0,10

Tabla 61: Resultados correspondientes a características físicas de las arenas y finos. Empresa B


124

Parámetros Unidad R5 Finos

MM1 Arena circuito

R7 Finos granallado

Humedad a 105º C % 2,49 3,27 0,12 L.O.I. % 24,6 5,71 4,45 Componentes volátiles % 8,99 2,33 0,81 Bentonita activa % 26,47 6,27 <0,1 Sedimentos (Finos) % 40,0 12,0 18,9 Chamota (oolíticos) % 2,39 2,55 2,95 Nº AFS 186,5 70,6 124,9 Arena específica mm2/gramo 3,0x104 1,0x104 1,6x104

∅ representativo mm 0,088 0,23 0,13

7.3.1.4.3 Valoración de los resultados Los análisis muestran una típica arena de moldeo con 12% de finos, con 6’3% de bentonitaactiva y con un bajo contenido en chamota (oolíticos) de 2’55%. Los finos del circuitocontienen cantidades considerables de carbón útil (17%) y bentonita por lo que se podríaemplear más cantidad en el circuito procurando no rebasar el 3% de chamota (oolíticos) ymantener la permeabilidad en valores apropiados. El contenido de hierro en los finos delgranallado es del 30% del cual el 15,7% está en forma metálica.

Tabla 62: Valoración de resultados Parámetros Unidad R5

Finos MM1

Arena circuito R7

Finos granallado Finos % -- 12 -- Carbón útil % 26,47 6,3 -- Bentonita activa % 17 -- -- Fetotal % -- -- 29,9 Femetal % -- -- 15,7

7.3.2 Propuestas y evaluación de medidas de minimización y valorización La primera recomendación consiste en incrementar la reutilización de finos. Este incrementose debe realizar progresivamente con el fin de no sobrepasar la concentración de chamota(oolíticos) del 3%. Al aportar estos finos ricos en carbón y bentonita reduciríamos tambiénla adición de estos dos productos con lo que podríamos tener una reducción en conjunto deunas 1000 Tn/año. Como se añade mucha arena en machos, no se podría reducir la arena nueva aportada pues8,67 kg de arena nueva (incluida la de machos) por 100 kg de metal fundido no es excesivo. Otra posible alternativa es la valorización externa. Actualmente en la CAPV no es una víade gestión generalizada y sin embargo parece interesante comentar dicha medida puesto queya es operativa en países de nuestro entorno. Las vías de valorización externa potenciales para las arenas no minimizables tras aplicar lasmedidas propuestas, basándose en la legislación alemana al respecto, son las siguientes:


125

- Introducción de los finos en cementera como sustitutos de materia prima. Los finos seintroducirían en la “zona caliente” del horno para evitar emisiones atmosféricasadicionales.

- Utilización del exceso de arena (p.ej.: la recogida por el suelo, etc.) como material de

construcción de carreteras y rellenos y cuando se admitan contenidos de DOCsuperiores a 50 mg/l.

Evaluación económica • Medida. Incrementar la reutilización de finos. Debido a las características de la Empresa B no se necesitan inversiones para reintroducirmás finos en el círcuito.


Personal -- -- Energía eléctrica -- -- Productos y materiales 12.496.000 pts/a -- Mantenimiento -- -- Gestión de residuos 750.000 pts/a -- Coste total 13.246.000 pts/a --

7.3.3 Resumen La implantación de la medida organizativa propuesta a la Empresa B puede reducir el 15%de los residuos generados. La reintroducción de finos no supone riesgos técnicos si se vanincorporando progresivamente. La valorización externa se podría realizar cuando se verifique su viabilidad técnica,económica y ambiental en la CAPV.

Tabla 64: Resumen de la valoración técnica, económica y ambiental de las medidas de minimización yvalorización propuestas para la Empresa B


valorizado

Cantidadahorrada

(t/a)

Ahorrosobretotal

material(%)



pts/a)

Inversión(MMpts/a)


(años)


en laCAPV



residuales 1000 15


13,2 0 -- •••

2. Valorización Arena usada 4000 58 • desconocido -- -- • Se señalan en negrita las materias primas ••• Favorable •• Medio • Desfavorable


126

7.4 EMPRESA C. FUNDICIÓN DE PIEZAS PARA VÁLVULAS, MÁQUINA HERRAMIENTA, ETC.MOLDEO EN VERDE

Empresa C

Material: Hierro Serie Pequeñas-medianas series; piezas para válvulas, máquina herramienta, etc. Moldes Arena verde Instalación Moldeo horizontal, automatizada Machos Caja fría

Isocianato-poliuretano Resina fenólica alcalina

Producción 10.000 t/a

7.4.1 Situacion actual de la empresa C

7.4.1.1 Fundición y técnicas de fabricación de moldes y machos En la fundición analizada se elaboran piezas en pequeñas y medianas series desde 1 kg. a160 kg., siendo las más habituales entre 5 y 60 kg. Son piezas en hierro gris y nodular paraválvulas, máquina herramienta, ascensores, compresores, maquinaria eléctrica, bombas yalcantarillado. La producción total asciende a 10.000 t/a. Los metales para la colada se funden en cubilote y de ahí se trasvasan a un horno de crisoldesde donde se distribuye a los moldes. Los moldes se fabrican en arena en verde y losmachos en caja fría principalmente, aunque se hacen también con sistemas como Betasetendurecidos con formiato de metilo y con Chem-Rez resina fría autoendurecible. Tambiénse emplean machos de caja fría producidos en el exterior. Ocasionalmente se empleanmachos de arena prerrevestida. Técnica de moldeo con arena verde El material de moldeo se prepara por cargas en un molino mezclador de turbulencia. Lafabricación de los moldes se lleva a cabo en tres líneas de moldeo horizontales. En laprimera línea el sistema es de caída de arena por gravedad y compresión por multipistones.En la segunda línea el sistema es de caída de arena por gravedad, sacudidas y compresión. Los moldes se transportan por un sistema de carrusel. Sobre este se efectúa la colada,previamente se colocan los machos. Las líneas 1 y 2 se desmoldean conjuntamente y pasanpor un tambor de desmoldeo, salvo las piezas que corran peligro de romperse, las cuales seretiran previamente y se enfrían en un túnel de enfriamiento. La línea 3 se desmoldea en unaparrilla vibrante y las piezas se retiran desde dicha parrilla. Los finos de la circulación de laarena se separa en un filtro y se elimina junto con terrones de machos y exceso de arena. Laarena usada se almacena en tres silos y después de pasar por un enfriador llega al molinomezclador para su reutilización. Las piezas se limpian en dos granalladoras y se rebarbanposteriormente. No toda la arena de machos se incorpora al circuito pues en las piezasgrandes parte de los machos llega a las granalladoras en el interior de las piezas.


127

Técnicas de fabricación de machos En los machos de caja fría y en los de Betaset (< 5%), el material se prepara en un molinomezclador, la fabricación se realiza en máquinas disparadoras de donde se recogen losmachos en carros con estanterías y en paletas para su traslado a la planta de moldeo. Losmachos de arena prerrevestida se preparan también en máquinas disparadoras y se recogenen carros con estanterías y paletas. Estos machos son pequeñas cantidades ycomplementarios de los otros. Los machos en Chem-Rez se fabrican manualmente. Enmachos comprometidos se emplea arena de cromita. En la Tabla 65 se recogen detalles sobre proceso y técnicas de fabricación:

Tabla 65: Resumen de los procesos y técnicas de fabricación. Empresa C Proceso Procedimiento/Técnica Producto

Fusión • 2 cubilotes funcionando en alternancia, de vientofrío y capacidad de 4,5 t/h

• 1 Horno de inducción de crisol de frecuencia dered de 550 Kw

• Fundición de hierro congrafito laminar

Tratamiento de lacolada

• Inoculación en cuchara• Tundish-Cover en cuchara con desulfuración

simultánea. Cucharas de 500 Kg.

• Fundición grafito laminar yfundición nodular

Fabricación de moldes:Técnica de moldeo conarena en verde

• Moldeadora Nº1 horizontal, sin caja, llenadopor gravedad y prensado multipistoneshidráulicos• Rendimiento: 60 moldes/hora• Dimensiones:760x620x260 mm

• Moldeadora Nº2 horizontal con caja, llenado porgravedad y prensado neumático• Rendimiento: 45 moldes/hora• Dimensiones: 760x560x240 mm

• Moldeadora Nº3 horizontal, con caja, llenadopor gravedad, sacudidas y prensado neumático• Rendimiento: 8 moldes/hora• Dimensiones cajas: 1000x900x300 mm

• Preparación del material de moldeo: Molinoturbomezclador 1800 Kg/molinada, con controlde humedad

• Producción: > 10000 t/a• Peso de las piezas:1-160 Kg

(Peso medio 25-30 Kg)• Gama de productos:

Ascensores, válvulas,compresores, máquinaherramienta, maquinariaeléctrica, bombas yalcantarillado

Fabricación de machos • Tecnica de caja fría y Betaset (resina alcalina yformiato metilo)• En disparadoras semiautomáticas

• Técnica de arena prerevestida• En disparadora semiautomática

• Técnica de Chem-Rez (Resina alcalina ypropilen carbonato)• Manual

• Se emplean arena de cromita en machoscomprometidos

• Pintura. Silicato aluminio en alcohol isopropílico

• Producción de machos: 3960Tn (80% caja fría, 15%Chem-Rez, resto Betaset ypre-revestida)

• 85000 machos/año delexterior de caja fría. Pesodesconocido

• Empleo de los machos:Moldeo arena en verde


• Desmoldeo en criba vibrante y tambordesmoldeo giratorio

• Tamizado en criba poligonal• Separador magnético partículas metálicas• Enfriamiento en sinfín con evaporación de agua

• Empleo del desmoldeadopreparado: molino arena enverde


128

Proceso Procedimiento/Técnica Producto• Ensilado en 3 silos

7.4.1.2 Circulación del material de moldeo En el siguiente diagrama (Figura 33) se presenta la circulación de los materiales de moldeo


129

Prep

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130

Aclaraciones a las sustancias empleadas, subproductos y productos:

E1 Arena nueva de sílice E2 Arena de cromita E3 Bentonita E4 Hulla E5 Agua E6 Componente I - Resina de caja fría E7 Componente II - Resina de caja fría E8 Catalizador - Caja fría E9 Aglomerante Betaset E10 Catalizador Betaset E11 Aglomerante Chem-Rez E12 Catalizador Chem-Rez E13 Pintura

Entradas dematerias primas

E14 Arena prerrevestida MM0 Piezas limpias listas para su terminación (rebarbado, desmazarotado en algún

caso) y verificación MM1 Material de moldeo en verde preparado . MM2 Machos MM3 Moldes de arena en verde listos para su llenado o colada MM4 Metal fundido MM5 Moldes de arena en verde ya colados

Flujos de fusióny colada

MM6 Fundición bruta sin la arena de los moldes pero con arena pegada y restos demachos

R0 Arena en verde de desmoldeo sin depurar ni preparar R1 Finos recogidos durante la preparación del material de moldeo R2 Finos recogidos durante el desmoldeo R3 Finos recogidos en el tratamiento de la arena usada R4 Mezcla de los finos R1, R2 y R3 a vertedero R5 Arena y restos de machos que se retiran desde tambor de desmoldeo R6 Terrones y trozos de machos de la criba poligonal R7 Finos de granalladora de túnel a vertedero R8 Arena con partículas metálicas de la granalladora de túnel R9 Arena en verde ya depurada de finos, metales, terrones de arena de moldeo y de

machos R10 Finos de granalladora de línea a vertedero

Flujos de líneade arena

R11 Arena con partículas metálicas de la granalladora en línea La arena usada del desmoldeo mezclada con restos de machos, es transportada hasta unacriba poligonal donde se eliminan los terrones y restos de machos. Previamente, el separadormagnético elimina las partículas metálicas. En el tambor de desmoldeo giratorio de laslíneas 1 y 2, los terrones y trozos de machos grandes que cuelan por la segunda parrillatambién se eliminan. Por medio de un elevador de cangilones la arena es depositada en tres silos, donde sealmacena antes de ser utilizada en el molino de preparación de arena en verde, trasacondicionarse en un enfriador de sinfín y evaporación de agua. Los finos recogidos en las diversas aspiraciones de la arenería se envían a vertedero junto alas arena y finos de las granalladoras, así como la arena del túnel de enfriamiento.


131

El grado de reciclaje, es decir la relación entre la arena usada preparada y la suma de laarena preparada más la de los machos menos el agua, es del 95 %.

7.4.1.3 Balance de los materiales empleados, subproductos y productos En la Tabla 66 se indican las cantidades de los materiales consumidos en 1997, así como lascantidades de subproductos generados.

Tabla 66: Balance de materiales empleados. Empresa C Materiales empleados Cantidad

Tn/A Porcentaje % Subproducto /

Residuos Cantidad

Tn/a Moldeo con arena verde Residuos a vertedero

E1 Arena nueva 420 0,4 % E3 Bentonita 797 0,7 % E4 Hulla 455 0,4 % E5 Agua 2.128 1,9 % 5.800 R9 Arena usada 106.420 96,6 % TOTAL 110.220 100 %

Arena usada +fino + arenagranalladoras +fino granalladoras

Moldeo de machos

E1 Arena nueva 3.960 95,4 % E2 Arena cromita 106 2,5 % E6 Componentes I 21 0,5 % E7 Componentes II 20 0,5 % E8 Catalizador 7,4 0,18 % E9 Betaset 1 0,024 % E10 Catalizador 1 0,024 % E11 Chem-Rez 11,3 0,27 % E12 Catalizador 5,5 0,13 % E13 Pintura 12,28 0,30 % E14 Arena pre-revestida 6,8 0,17 % TOTAL 4.152,28 100 % TOTAL 5.800

7.4.1.3.1 Valores característicos de materiales empleados En las siguientes tablas se resumen los valores característicos (indicadores) de la Empresa Ccon el fin de facilitar a las empresas de similares características la evaluación de susempresas.

Tabla 67: Valores característicos de los materiales empleados. Empresa C Cantidades en Kg/100 Kg Material empleado

Metal fundido Fundición buena Arena nueva 3 4,11 Arena nueva (incluida arena para machos) 31,6 40 Bentonita 5,6 7,8 Hulla 3,2 4,5 Parte correspondiente a los machos 28,6 35,9 Relación metal:arena (material de moldeo elaborado + machos)

1:8 1:10,2

Tabla 68: Grado de reciclaje de la Empresa C

Grado de reciclaje 95%


132


7.4.1.4.1 Muestreo Para evaluar el potencial de minimización de arenas en las fundiciones es necesario conoceral menos la composición del material de moldeo antes de la preparación del molde, con elfin de determinar si la calidad se ajusta a la realmente requerida. Asimismo es necesarioconocer la composición de otras corrientes del circuito de arena que permitan detectarpotenciales de minimización adicionales de relevancia. Con el fin de racionalizar recursos económicos y humanos se han fijado una serie decriterios para seleccionar dichas corrientes adicionales, como por ejemplo el potencial deminimización en función de experiencias similares y las cantidades relativas generadas. En la empresa C se tomaron muestras de arena para ser analizadas en laboratorio, en lassiguientes corrientes: - Circuito de arena después de malaxar. - Arena que sale por la 2ª parrilla del tambor de desmoldeo. - Finos de desmoldeo de tambor. - Finos de la zona del molino. - Finos de las granalladoras.


del material de moldeo. • La segunda tabla representa los análisis relacionados fundamentalmente con la posible

valorización, ambientalmente correcta, de las arenas en otros sectores. • La tercera tabla resume los análisis físicos relacionados con la calidad de la arena.

Tabla 69: Resultados correspondientes al análisis químico de las arenas y finos. Empresa C Parámetros Unidad MM1

Arenadespuésmalaxar

R5 Arena deltambor dedesmoldeo

R2 Finos del

desmoldeo

R1 Finos del

filtroarenería

R7 Finos

granallado

S % 0,035 0,035 0,14 0,18 0,028 C % 4,0 3,90 18,1 21,3 1,41 N % 0,08 0,07 0,30 0,35 0,09 Al

2O

3 % 3,0 3,0 8,49 9,3 1,84

Fetotal % 0,88 0,91 1,79 2,78 13,0 Crtotal % 0,13 0,14 0,19 0,18 <0,05 Ni % <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 P % <0,05 <0,05 0,05 0,06 0,05 Femetal % <0,1 <0,1 0,17 0,23 12,4


133

Parámetros Unidad MM1 Arena

despuésmalaxar


R2 Finos del

desmoldeo

R1 Finos del

filtroarenería

R7 Finos

granallado

PAHtotal mg/Kg 12,97 54,8 211,4 155,2 10,03 Na % -- -- -- -- -- K % -- -- -- -- --

Tabla 70: Resultados correspondientes al análisis de características del eluato. Empresa C Parámetros Unidad MM1



R2 Finos del

desmoldeo

R1 Finos del

filtroarenería

R7 Finos

granallado

pH - 10,0 9,9 10,1 10,1 10,2 Conductividad µS/cm 382 435 737 828 915 Cr VI mg/l <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 DOC mg/l 82 241 95 128 2,5 Consumo HNO3

mg/l 210 167 340 367 47

Consumo NaOH mg/l -- -- -- -- -- Fenoles mg/l 0,30 0,60 1,8 3,2 <0,05

Tabla 71: Resultados correspondientes a características físicas de las arenas y finos. Empresa C Parámetros Unidad MM1



R2 Finos del

desmoldeo

R1 Finos del

filtroarenería

R7 Finos

granallado

Humedad a 105º C % 3,75 0,94 4,57 4,29 0,18 L.O.I. % 6,55 6,15 24,3 41,4 -0,58 Componentes volátiles % 2,75 2,33 8,58 9,90 <0,1 Bentonita activa % 7,41 6,78 17,84 19,45 <0,1 Sedimentos (Finos) % 11,0 10,1 35,7 35,0 1,87 Chamota (oolíticos) % 2,63 2,62 2,50 2,33 2,88 Nº AFS 64,6 63,2 141,8 173,0 97,2 Arena específica mm2/gramo 8607 8659 2,1x104 3,2x104 1,3x104

∅ representativo mm 0,26 0,26 0,11 0,090 0,16

7.4.1.4.3 Valoración de los resultados Los análisis físico-químicos muestran una arena de moldeo con 11% de finos y 7'41 debentonita activa, con un bajo contenido (2'6%) en chamota y una alta pérdida porcalcinación (LOI 6'55%). Los finos procedentes de la arenería contienen considerablescantidades de carbón reutilizable (18,1%), así como de bentonita (17,84%), asimismo losfinos del desmoldeo también tienen un elevado contenido en carbón activo y bentonita21,3% y 19,45% respectivamente. Es destacable el alto PAH en la arena de moldeo y en losfinos (12'9 y 211 mg/kg), así como el contenido de cromo 0'12 a 0'19% procedente de laarena de cromita usada. Los finos de la granalladora tienen un alto contenido de hierro total (13%).

Tabla 72: Valoración de resultados


134

Parámetros Unidad MM1 Arena

despuésmalaxar

R2 Finos del

desmoldeo

R1 Finos del

filtroarenería

R7 Finos

granallado

Finos % 11 -- -- -- Bentonita activa % 7,41 19,45 17,84 -- Chamota % 2,6 -- -- -- L.O.I. % 6,55 -- -- -- Carbón útil % -- 21,3 18,1 -- Fetotal % -- -- -- 13

7.4.2 Propuestas y evaluación de medidas de minimizacion y valorizacion La primera recomendación sería eliminar la adición de arena nueva en la preparación delmaterial de moldeo, esto es, no introducir arena nueva en las líneas de moldeo, dada la grancantidad de arena de machos que se emplea. Esto reduciría en 420 t el consumo de arenanueva. Esta medida no representa ningún riesgo, ni técnico ni de calidad. La segunda medida sería introducir los finos del filtro en la preparación de arena, en elmolino o en el circuito, y reduciría en unas 500 t los residuos (finos + materia prima); eneste caso sería necesario garantizar que los oolíticos no superen el 3% y vigilar lapermeabilidad. Sin embargo, se debe reducir el contenido en carbón (<35%) y de laspérdidas por calcinación (<5%). Prescindiendo del uso de arena de cromita (los machos críticos pueden fabricarse con arenade cuarzo y un buen recubrimiento); la arena de desecho podría usarse en cementerasintroduciéndose en la zona caliente del horno de cemento para evitar emisiones adicionales.Los altos contenidos en DOC y PAH imposibilitan usar estos residuos como materiales deconstrucción. Evaluación económica • Primera medida. Eliminar la adición de arena nueva en el moldeo. Debido a las características de la Empresa C no son necesarias inversiones para implantaresta medida.

Tabla 73: Valoración económica de la eliminación de la adición de arena nueva en el moldeo Balance económico Situación actual Situación propuesta

Personal -- -- Energía eléctrica -- -- Productos y materiales 1.990.000 pts/a -- Mantenimiento -- -- Gestión de residuos 315.000 pts/a -- Coste total 2.305.000 pts/a --


135

• Segunda medida. Reutilización de finos. La inversión a realizar consiste en un sistema, tornillo sinfin o cintas transportadoras, paratransportar los finos a la zona de preparación de material de moldeo.

Tabla 74: Valoración económica de la reutilización de finos Balance económico Situación actual Situación propuesta

Personal -- -- Energía eléctrica -- 50.000 pts/a Productos y materiales 7.700.000 pts/a -- Mantenimiento 50.000 pts/a Gestión de residuos 375.000 pts/a -- Coste total 8.075.000 pts/a 100.000 pts/a Inversión 250.000 Retorno de la inversión 0,03 años ≈ 0,4 meses

7.4.3 Resumen La Empresa C puede reducir el 16% de los residuos generados por medidas organizativasinternas de minimización. Estas medidas son de inversión mínima y riesgo técnico nulo omuy bajo. En esta categoría se incluyen las siguientes medidas: - Eliminar la adición de arena nueva en la línea de moldeo. - Reutilización de finos. Parte de los residuos generados restantes, tras la aplicación de las medidas anteriores y laeliminación del uso de arena de cromita, podrían valorizarse en cementeras, siempre ycuando se hagan operativas estas vías en la CAPV.

Tabla 75: Resumen de la valoración técnica, económica y ambiental de las medidas de minimización yvalorización propuestas para la Empresa B


valorizado

Cantidadahorrada

(t/a)

Ahorrosobretotal

material(%)



pts/a)

Inversión(MMpts/a)


(años)


en laCAPV

Arena nueva 420 7,5 1. Eliminar laadición dearena nueva

Arena usada 420 7,5 ••• 2,3 -- -- •••


2. Reutilizaciónde finos

Finos 500 8,5


8 0,25 0,03 •••

3. Valorización Arenas y finos 3000 52 • desconocido -- -- • Se señalan en negrita las materias primas ••• Favorable •• Medio • Desfavorable


136

7.5 EMPRESA D. FUNDICIÓN DE PIEZAS DE AUTOMOCIÓN, CONDUCCIÓN DE FLUIDOS,ETC. MOLDEO EN VERDE

Empresa D

Material Hierro Serie Mediana-alta Moldes Arena verde Instalación Moldeo vertical sin caja; mecanizada Machos Caja fría

Arena prerrevestida Producción 12000 t/a

7.5.1 Situacion actual de la Empresa D

7.5.1.1 Fundición y técnicas de fabricación de moldes y machos En la fundición analizada se elaboran piezas en serie desde 0,1 Kg hasta 20 Kg siendo lasmás habituales entre 0,5 y 3 Kg. Son piezas para automoción, conducción de fluidos,elementos de fijación, compresores minería, ferrocarril, etc. La producción total asciende amás de 12000 t/a. Los metales para la colada se funden en hornos de inducción, los moldesse fabrican en arena en verde y los machos en caja fría y arena prerrevestida. Técnica de moldeo con arena verde El material de moldeo se prepara por cargas en un molino mezclador de turbulencia. Lafabricación de los moldes se lleva a cabo en dos líneas de moldeo verticales por disparo ycompresión. Los moldes se mueven por un sistema de empuje y traslado hidráulico sobre barrasmetálicas. Sobre ellas se efectúa la colada y se dejan enfriar los moldes. En los moldes secolocan los machos previamente a la colada. La arena y las piezas se separan en un tambor de desmoldeo por cada línea de moldeo. Acontinuación las piezas se desmazarotan, granallan y rebarban. La arena usada se depura yprepara para utilizar de nuevo. Técnicas de fabricación de machos El material de los machos de caja fría se prepara en un molino mezclador. La fabricaciónmecánica de los machos se realiza en máquinas disparadoras de donde se recogen losmachos en contenedores para su traslado a la planta de moldeo. En los machos de arena prerrevestida el material viene ya preparado por el suministrador. Lafabricación mecanizada de los machos se realiza en máquinas disparadoras de donde serecogen los machos en contenedores para su traslado a la planta de moldeo.


137

En la Tabla 76 se recogen detalles sobre los procesos y técnicas de fabricación:

Tabla 76: Resumen de los procesos y técnicas de fabricación. Empresa D Proceso Procedimiento / Técnica Producto

Fusión • 1 Horno de fusión por inducción de mediafrecuencia (capacidad: 2,5 t; rendimiento 2,8 t/h)

• 1 Horno de fusión por inducción de mediafrecuencia (capacidad: 3 t; rendimiento 3,5 t/h)

• 1 Horno de fusión por inducción de mediafrecuencia (capacidad: 3 t; rendimiento 2,8 t/h)

• Fundición de hierro con grafitoesferoidal

Fabricación demoldes: Técnica demoldeo con arenaen verde

• 2 Moldeadoras verticales sin caja por disparo yalta presión modelos 2013 Mk 3 y 5)• Dimensiones de los moldes: 600x480x(170-

300) mm.• Rendimiento: 260 moldes/hora• Transporte de los moldes: AMC y SBC

• Producción: 12100 t/a• Peso de las piezas: 0,1 - 20 Kg

(80% entre 0,5 - 3 Kg)• Numero de piezas: 11.113.065• Gama de productos:

Automoción, conducciónfluidos, elementos fijación,compresores, minería,ferrocarril, etc.

Fabricación demachos

• Técnica de caja fria• En disparadoras automáticas y

semiautomáticas• Técnica de arena pre-revestida

• En disparadoras automáticas ysemiautomáticas

• Pintura: Silicato aluminio en alcohol isopropílico

• Producción de machos: 715 t/a• Producción de machos: 957 t/a• Empleo de los machos: Moldeo

arena en verde


• Desmoldeo en tambor giratorio• Tamizado en criba vibrante• Rodillo separación magnética de partículas

metálicas• Enfriamiento en lecho fluidificado• Ensilado en silos arena usada

• Empleo de desmoldeadopreparado. Moldeo arena enverde

7.5.1.2 Circulacion del material de moldeo En el siguiente diagrama (Figura 34) se presenta la circulación de los materiales de moldeo:


138

Prep

arac

ión

del m

ater

ial

de m

olde

o

Crib

a po

ligon

alTa

miz

ado

vibr

ante

Enfr

iam

ient

o

Inst

alac

ión

de m

olde

o

Fino

s

Fusi

ón

Cola

daG

rana

llado

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piez

a

Mac

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Des

mol

deo

E1 A

rena

nue

vaE2

Ben

toni

taE3

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Fino

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tícul

asm

etál

icas

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erte

dero

E1 A

rena

nue

vaE5

Com

p I

E6 C

omp

IIE7

Cat

aliz

ador

E8 A

rena

pre

rrev

estid

a

MM

1M

M3

MM

5M

M6

MM

0R7R9

MM

4M

M2

R2

R4

R3

R5

R6R

8

R0

R1



139

Aclaraciones a las sustancias empleadas, subproductos y productos.

E1 Arena nueva E2 Bentonita E3 Hulla E4 Agua E5 Componente I - Resina caja fría E6 Componente II - Resina caja fría E7 Catalizador

Entradas demateriasprimas

E8 Arena prerrevestida MM0 Piezas limpias listas para su terminación (rebarbado) y verificación MM1 Material de moldeo en verde preparado MM2 Machos de caja fría y arena prerrevestida MM3 Moldes de arena en verde listos para su llenado o colado MM4 Material fundido MM5 Moldes de arena en verde ya colados

Flujos defusión y colada

MM6 Fundición bruta ya sin arena pero con restos de machos y arena adherida R0 Arena en verde del desmoldeo sin depurar ni preparar R1 Finos recogidos en la aspiración del desmoldeo R2 Finos recogidos en la aspiración de la preparación del material de moldeo R3 Finos recogidos en el tratamiento de la arena usada R4 Parte de los finos reutilizados R5 Parte de los finos enviados a vertedero R6 Arena en verde ya depurada de polvos, metales, terrones de arena de moldeo y

metales R7 Arena adherida a las piezas y partículas metálicas procedentes del granallado R8 Resto de la criba de depuración (restos de machos y terrones de moldeo) a

vertedero

Flujos de líneade arena

R9 Finos del granallado a vertedero La arena usada generada en el desmoldeo, mezclada con restos de machos, es transportadapor cintas hasta la criba vibrante. En una de las cintas transportadoras, un tambor magnéticosepara los residuos metálicos más pequeños. En la criba vibrante se tamizan los terrones demoldes y los trozos de machos. Aproximadamente se separa el 30% de los machos, el resto (70%) se incorpora a la arena demoldeo. Después de la criba vibrante la arena usada es enfriada y desempolvada en unenfriador de lecho fluidificado tras lo que se almacena en silos; de allí se lleva en función dela demanda, al mezclador de material de moldeo. Parte de los finos aspirados se incorporan a la arena que va a los silos y parte, se retira comoresiduo. El grado de reciclaje, es decir, la relación entre la arena usada preparada y la suma de laarena preparada más la de los machos menos el agua, es del 97,14%.

7.5.1.3 Balance de los materiales empleados, subproductos y productos En la Tabla 77 se indican la cantidades de los materiales consumidos, así como lascantidades de residuos generados.


140

Tabla 77: Consumos de los diferentes elementos de moldeo. Empresa D Materiales empleados Cantidad

Tn/año Porcentaje % Subproductos /

residuos CantidadTn/año

Moldeo con arena en verde Residuos vertedero E1 Arena nueva 737 0,56% Arena usada

/terrones 3.136

E2 Bentonita 821 0,63% Fino 480 E3 Fino de carbón 488 0,37% Fino granallado 120 E4 Agua 2530 1,93% R1 Arena usada 126.500 96,50% TOTAL 131.076 100%

Moldeo de machos E1 Arena nueva 1.672 E5+E6 Resina (Comp. I+II) 11 TOTAL 1.683 100% TOTAL 3.736

Notas:• E1: Arena nueva para el moldeo de machos, es la suma de la arena para los machos de

caja fría y la arena prerrevestida.• E3: La hulla se suministra con un 27% de bentonita. Se ha restado la bentonita, la cual se

ha sumado a E2.• E4: Agua que se añade a la que le queda residualmente en la arena usada (1,5-2%)• MM1: Material de moldeo preparado. Se ha calculado a partir de la producción de

moldes y considerando que cada molde pesa 93 Kg.

7.5.1.3.1 Valores característicos de los materiales empleados En las siguientes tablas se resumen los valores característicos (indicadores) de la Empresa Dcon el fin de facilitar a las empresas de similares características la evaluación de susempresas.

Tabla 78: Valores característicos de los materiales empleados. Empresa D Cantidad en Kg/100Kg Material empleado

Metal fundido Fundición buena Arena nueva 4,2 6,10 Arena nueva (incluida arenapara machos)

13,7 19,90

Bentonita 4,7 6,8 Hulla 2,8 4,03 Parte correspondiente a losmachos

9,5 13,80

Relación metal:arena 1:7,5 1:11

Tabla 79: Grado de reciclaje de la Empresa D Grado de reciclaje 94,14%


141


7.5.1.4.1 Muestreo Para evaluar el potencial de minimización de arenas en las fundiciones es necesario conoceral menos la composición del material de moldeo antes de la preparación del molde, con elfin de determinar si la calidad se ajusta a la realmente requerida. Asimismo es necesarioconocer la composición de otras corrientes del circuito de arena que permitan detectarpotenciales de minimización adicionales de relevancia. Con el fin de racionalizar recursos económicos y humanos se han fijado una serie decriterios para seleccionar dichas corrientes adicionales, como por ejemplo el potencial deminimización en función de experiencias similares y las cantidades relativas generadas. En la Empresa D se tomaron muestras de arena del circuito y de la mezcla de finos enviadosa vertedero.




Tabla 80: Resultados correspondientes al análisis químico de las arenas y finos. Empresa D Parámetros Unidad MM1

Arena del circuito R5

Finos S % 0,043 0,12 C % 3,94 16,5 N % 0,07 0,23 Al

2O

3 % 4,37 16,3

Fetotal % 1,0 2,65 Crtotal % <0,05 <0,05 Ni % <0,05 <0,05 P % <0,05 0,06 Femetal % <0,1 0,16 PAHtotal mg/Kg 3,84 59,21 Na % -- -- K % -- --


142

Tabla 81: Resultados correspondientes al análisis de características del eluato. Empresa D

Parámetros Unidad MM1 Arena del circuito

R5 Finos

pH - 10,0 9,9 Conductividad µS/cm 438 865 Cr VI mg/l <0,05 <0,05 DOC mg/l 40 61 Consumo HNO3

mg/l 260 387

Consumo NaOH mg/l -- -- Fenoles mg/l <0,05 <0,05

Tabla 82: Resultados correspondientes a características físicas de las arenas y finos. Empresa D

Parámetros Unidad MM1 Arena del circuito

R5 Finos

Humedad a 105º C % 3,83 6,02 L.O.I. % 6,43 25,9 Componentes volátiles % 2,89 7,10 Bentonita activa % 9,29 45,1 Sedimentos (Finos) % 11,6 62,98 Chamota (oolíticos) % 2,51 2,07 Nº AFS 69,2 219 Arena específica mm2/gramo 1,0x104 4,7x104

∅ representativo mm 0,23 0,067

7.5.1.4.3 Valoración de los resultados Estos análisis muestran una arena de moldeo con 11,6% de finos y 9% de bentonita activaque son valores muy normales. Se observa que el contenido de oolíticos (chamota) es bajo(2%). Los análisis muestran también que los finos tienen cantidades considerables de carbón útil(16,5%) y bentonita (45,21%).

Tabla 83: Valoración de resultados Parámetros Unidad MM1

Arena del circuito R5

Finos Finos % 11,6 -- Bentonita activa % 9 45 Carbón útil % -- 16,5 Chamota % 2 --

7.5.2 Propuestas y evaluación de medidas de minimizacion y valorizacion La primera medida de minimización propuesta es aumentar la cantidad de fino deldesmoldeo y enfriador que se añade a la arena mientras la chamota (oolíticos) no supere el3% y la permeabilidad no baje excesivamente. Con esta medida se podría reducirbásicamente las 480 t de finos, además reducir la adición de bentonita en 216 t y la de hullaen 80 t, consiguiendo aproximadamente 1000 t/a de reducción en la generación de residuos.


143

Es muy difícil reducir la adición de arena nueva, pues la cantidad adicionada está próxima a10 Kg de arena nueva por cada 100 Kg de fundido (13,7) y aunque la relación metal: arenaes baja, 1:7,5, no parece conveniente reducir la adición de arena nueva. La segunda medida sería la valorización externa. En este sentido todos los finos podríanusarse en la fabricación de cemento si se introducen a la “zona caliente” del horno paraevitar emisiones adicionales y las arenas usadas como material de construcción decarreteras. Evaluación económica • Primera medida: Incrementar la reutilización de finos. La inversión a realizar consiste en un sistema, tornillo sinfín o cintas transportadoras, paratransportar los finos a la zona de preparación de material de moldeo.


Personal -- Energía eléctrica 50.000 pts/a Productos y materiales 7.775.000 pts/a -- Mantenimiento 50.000 pts/a Gestión de residuos 750.000 pts/a -- Coste total 8.525.000 pts/a 100.000 pts/a Inversión 250.000 pts/a Retorno de la inversión 0,03 años ≈ 0,4 meses

7.5.3 Resumen La medida organizativa propuesta en la Empresa D puede reducir el 20% de los residuosgenerados. La reintroducción de finos no supone ningún riesgo técnico si la adición serealiza de forma progresiva. La valorización externa se podría realizar cuando se verifique su viabilidad técnica,económica y ambiental en la CAPV. Se podrían reducir 1500 t/a.


144

Tabla 85: Resumen de la valoración técnica, económica y ambiental de las medidas de minimización y

valorización propuestas para la Empresa D Evaluación económica Medida Material

minimizado /valorizado

Cantidadahorrada

(t/a)

Ahorrosobretotal

material(%)



pts/a)

Inversión(MMpts/a)


(años)


en laCAPV



residuales 1000 26 ••• 8,5 0,0.3 0,25 •••

2. Valorización Finos 1500 40 • desconocido -- -- • Se señalan en negrita las materias primas ••• Favorable •• Medio • Desfavorable


145

7.6 EMPRESA E. FUNDICIÓN DE ACERO DE PIEZAS PARA MATRICERÍAS, FERROCARRIL,ETC. MOLDEO EN VERDE Y QUÍMICO

Características

Material Acero Serie Pequeñas series; piezas para valvulería, ferrocarril, etc. Moldes Arena verde Instalación Moldeo horizontal; automatizada Machos Caja fría Serie Pieza unitaria Moldes Aglutinados con silicato Machos Silicato (mayoría)

Caja fría Producción 4000 t/a

7.6.1 Situacion actual de la Empresa E

7.6.1.1 Fundición y técnicas de fabricación de moldes y machos En la fundición analizada se elaboran piezas en pequeñas series desde 1 kg hasta 40 kg enuna instalación de moldeo en verde y piezas sueltas o de series cortas desde 5 a 5000 kg enuna instalación de moldes en silicato-ester. Son piezas para valvulería, ferrocarril, naval,matricería, etc. La producción total asciende a 4000 t/a. Los metales para la colada se funden en hornoseléctricos de arco. Los machos se fabrican en caja fría para las pequeñas series y en silicatopara piezas sueltas y series cortas aunque algunos son de caja fría también. Técnica de moldeo con arena en verde El material de moldeo se prepara por cargas en un molino mezclador de rulos. Se hacen dostipos de arena: una de contacto que va directamente sobre los modelos y otra sin adición debentonita que va de relleno. La fabricación mecanizada de los moldes se hace en máquinasde sacudidas y prensado. Los moldes se mueven por un carrusel mecánico, sobre el que se realiza la colada. Losmachos se colocan previamente a la colada. Las piezas y la arena se separan en una parrilla vibrante. Las piezas se llevan a lagranalladora común a los dos moldeos y posteriormente se desmazarotan y rebarban. Laarena usada se depura y prepara para una nueva utilización.


146

Técnica de moldeo con silicato-éster El material de moldeo se prepara en mezcladoras continuas con material regenerado, arenanueva, silicato y éster de catalizador. Las cajas de moldeo se llenan directamente con elmaterial de moldeo. Después de la colada, las cajas se llevan a una parrilla vibrante donde sedesmoldean. La arena pasa a una regeneración mecánica tras lo que se enfría y se ensila. Laspiezas se granallan en la granalladora común y después se desmazarotan y se rebarban. Técnicas de fabricación de machos En los machos de caja fría el material se prepara en una mezcladora continua. La fabricaciónde los machos se realiza en una máquina disparadora donde se recogen los machos para sutraslado a la planta de moldeo en verde. En los machos de silicato-éster el material se prepara en un mezclador continuo y se viertedirectamente sobre las cajas de machos, de donde se recogen los machos para su transporte ala zona de moldeo manual. En ambas instalaciones se pintan manualmente los machos. En la siguiente Tabla 86 se recogen detalles sobre los procesos y técnicas de fabricación.

Tabla 86: Resumen de los procesos y técnicas de fabricación. Empresa E Proceso Procedimiento / Técnica Producto

Fusión • 3 Hornos de fusión eléctricos de arcocon capacidades de 5t; 2,4 t y 2,4 trespectivamente y rendimientos de2,27, 0,8 y 1,2 t/h respectivamente

• Acero moldeado• Acero al carbono• Acero al CrMo• Acero al CrNiMo

Tratamiento de la colada • Desoxidantes Fabricación de moldes • Técnica de moldeo con arena en verde

• 4 Moldeadoras de sacudida ycompresión

• Dimensiones de las cajas: 700x700x200mm.

• Rendimiento: 80 moldes/relevo• Transporte de los moldes: Carrusel• Desmoldeo: parrilla vibrante• Preparación del material de moldeo:

Molino de rulos

• Producción: 4000 t/a• Gama de productos: Valvulería,

ferrocarril, naval, etc.

• Técnica de moldeo con silicato-éster• Mezcladoras turbo continuas• Dimensiones de las cajas hasta 4x4

metros• Transporte de los moldes: Grúa puente

y camino de rodillos• Rendimiento: Una media de 10

moldes/relevo• Desmoldeo: parrilla vibrante

Fabricación de machos • Técnica de caja fria• Disparadora automática

• Técnica de silicato-éster• Mezcladora continua sobre caja de

• Producción de machos en caja fría:458 t/añoEmpleo de machos: Moldeo arenaverde


147

Proceso Procedimiento / Técnica Productomachos

• Machos pintados en general• Producción de machos: silicato-éster

Empleo de los machos: Moldeosilicato-éster

• Técnica arena en verde:• Desmoldeo en parrilla vibrante• Separador magnético• Criba poligonal• Silos• Molino de rulos

• Empleo de desmoldeado en arena enverde: Moldeo arena en verde


• Técnica de silicato-éster:• Desmoldeo en parrilla vibrante• Regeneración mecánica 10 t/h• Silos• Turbomezcladoras

• Empleo del regenerado: Moldeosilicato-éster

7.6.1.2 Circulacion del material de moldeo En los siguientes diagramas (Figura 35 y Figura 36) se presenta la circulación de losmateriales de moldeo


148

Prep

arac

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Figura 35: Circulación de materiales de moldeo en verde


149

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R6

Figura 36: Circulación de materiales de moldeo en Silicato éster


150

Aclaraciones a las sustancias empleadas, subproductos y productos

E1 Arena nueva E2 Bentonita E3 Hulla E4 Agua E5 Componente I de aglomerante E6 Componente II del aglomerante E7 Catalizador E8 Pintura E9 Silicato

Entradasde

materiasprimas

E10 Catalizador MM0 Piezas limpias con sus canales y mazarotas para su desmazarotado y rebarbado MM1 Material de moldeo en verde preparado MM2 Machos de caja fría MM3 Moldes de arena en verde listos para su llenado o colado MM4 Metal fundido MM5 Moldes de arena en verde ya colados MM6 Fundición bruta sin arena pero con arena pegada y restos de machos del moldeo en

verde MM7 Material de moldeo con silicato preparado MM8 Moldes de silicato-éster listos para su llenado o colado MM9 Machos de silicato-éster MM10 Moldes de silicato-éster ya colados

Flujos defusión y de

colada

MM11 Fundición bruta sin arena pero con arena pegada y restos de machos del moldeoquímico

R0 Arena en verde del desmoldeo sin depurar ni preparar R1 Arena en verde depurada R2 Finos recogidos en la aspiración del desmoldeo R3 Finos recogidos en la aspiración de la preparación del material de moldeo R4 Finos recogidos por vía húmeda a vertedero R4’ Finos retirados del circuito de arena R5 Resto de machos retirados de la criba R6 Arena, finos y partículas metálicas de la granalladora R7 Arena de silicato desmoldeada sin regenerar R8 Arena de silicato recuperada y lista para ser usada de nuevo R9 Arena de silicato desmoldeada y sobrante que se retira antes de ser regenerada R10 Finos de la regeneración


R11 Finos de desmoldeo de silicato-ester por vía húmeda La arena del desmoldeo de arena en verde se transporta por medio de cintas hacia una cribapoligonal pasando por un separador magnético. Tras ello va a silos desde donde se hacellegar al molino de rulos para la preparación de arena en verde. Todos los residuos de cribapoligonal se retiran a vertedero. Aproximadamente el 70% de los machos se incorporan alcircuito. La arena proveniente de desmoldeo de arena en silicato se transporta por cintas y elevadoreshasta la planta de regeneración. Previamente se retiran las partículas metálicas. La arena seregenera por fricción en la regeneradora y se tamiza y se enfría, pasando a los silos para deallí ser usada en un 70% en los moldes de silicato-éster. En la filtración de la granalladora sejuntan la arena, los finos y las partículas metálicas y se llevan a vertedero.


151

El grado de reciclaje, es decir, la entre la arena usada preparada y la suma de la arenapreparada más la de los machos menos el agua, es del 75% en la línea de moldeo en verde.El grado de reciclaje en silicato-éster es del 70%.

7.6.1.3 Balance de los materiales empleados, subproductos y productos En la Tabla 87 se indican las cantidades de los materiales consumidos, así como lascantidades de residuos generados.

Tabla 87: Balance de los materiales empleados. Empresa E Materiales empleados Cantidad

Tn/año Porcentaje

(%) Subproductos / residuos Cantidad

Tn/año Arena nueva para arena en verde 1.087 18 Exceso de arena en verde 1.400 Arena nueva para machos de caja fría 458 8 Exceso de arena en silicato 1.600 Bentonita 70 1 Fino regeneración 2.000 Arena nueva para moldes y machossilicato

3.840 63 1.100

Arena de cromita 360 6

Fino / arena granallado(estimado

Silicato 260 4 Total 6.075 100

Total

6.100

7.6.1.3.1 Valores característicos de los materiales empleados En las siguientes tablas se resumen los valores característicos (indicadores) de la Empresa Econ el fin de facilitar a las empresas de similares características la evaluación de susempresas.

Tabla 88: Valores característicos de los materiales empleados. Empresa E Cantidad en Kg/100Kg Material empleado

Metal fundido Fundición buena Arena nueva moldeo en verde 68,6 109,7 Arena nueva (incluida arena paramachos)

97,5 156

Bentonita 4,42 7 Parte correspondiente a los machos 28,9 47,7 Relación metal:arena 1:3,6 1:5,8 Arena nueva moldeo silicato (incluidomachos)

6,7 10,7

Silicato 5,4 8,75 Relación metal:arena 1:2,15 1:3,5

Tabla 89: Grado de reciclaje de la Empresa E

Moldeo en verde Moldeo silicato éster Grado de reciclaje 75% 70%


152


7.6.1.4.1 Muestreo Para evaluar el potencial de minimización de arenas en las fundiciones es necesario conoceral menos la composición del material de moldeo antes de la preparación del molde, con elfin de determinar si la calidad se ajusta a la realmente requerida. Asimismo es necesarioconocer la composición de otras corrientes del circuito de arena que permitan detectarpotenciales de minimización adicionales de relevancia. Con el fin de racionalizar recursos económicos y humanos se han fijado una serie decriterios para seleccionar dichas corrientes adicionales, como por ejemplo el potencial deminimización en función de experiencias similares y las cantidades relativas generadas. En la Empresa E se tomaron muestras de la arena de contacto y relleno de la arena en verde,así como arena recuperada, fino de la regeneración y arena en exceso de la arena en silicato-éster, para ser analizadas en laboratorio.




Tabla 90: Resultados correspondientes al análisis químico de las arenas y finos. Empresa E Parámetros Unidad R1

Circuito dearena verde

MM1 Arena verdede contacto

R8 Arena desilicato

regenerada

R10 Finos de laarena desilicato

R9 Exceso dearena desilicato

S % 0,017 0,017 <0,001 0,002 0,001 C % 0,28 0,28 0,083 0,69 0,18 N % 0,02 0,02 0,03 0,02 0,03 Al

2O

3 % 3,24 3,24 1,90 2,80 1,15

Fetotal % 1,0 1,0 1,64 1,30 0,90 Crtotal % 0,05 0,05 0,94 0,75 0,35 Ni % <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 P % <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 Femetal % <0,1 <0,1 <0,1 0,28 <0,1 PAHtotal mg/Kg 30,91 30,91 0,28 0,77 0,17 Na % 0,30 0,30 0,39 2,34 0,43 K % 0,37 0,37 0,35 0,34 0,32


153

Tabla 91: Resultados correspondientes al análisis de características del eluato. Empresa E Parámetros Unidad R1



R8 Arena desilicato

regenerada



pH - 9,3 9,3 11,0 10,8 10,4 Conductividad µS/cm 201 201 673 5980 1219 Cr VI mg/l <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 DOC mg/l 20 20 23 155 81 Consumo HNO3

mg/l 100 100 347 4354 788

Consumo NaOH mg/l -- -- -- -- -- Fenoles mg/l 0,70 0,70 <0,05 <0,05 <0,05

Tabla 92: Resultados correspondientes a características físicas de las arenas y finos. Empresa E Parámetros Unidad R1



R8 Arena desilicato

regenerada



Humedad a 105º C % 4,33 4,38 0,12 0,76 0,37 L.O.I. % 2,21 2,48 0,41 2,38 0,89 Componentesvolátiles

% 2,02 2,40 0,45 3,05 4,93

Bentonita activa % 11,18 13,33 -- -- <0,1 Sedimentos (Finos) % 12,0 11,9 0,68 11,3 1,31 Chamota (oolíticos) % 2,62 2,63 2,73 2,65 2,64 Nº AFS 53 50 55,8 88,2 49,2 Arena específica mm2/gramo 7.364 6377 7440 1,1x104 7179 ∅ representativo mm 0,31 0,36 0,30 0,21 0,32

7.6.1.4.3 Valoración de los resultados Los análisis físico-químicos muestran que en las arenas en verde analizadas el contenido enbentonita es muy alto, 11 y 13%, y que las arenas de contacto y de relleno se parecen tantoque son casi iguales. Los resultados analíticos sobre las arenas aglomeradas con silicato dan información sobre elefecto de la planta de regeneración. En los terrones, triturados en la parrilla vibratoria, sólose desprende una pequeña parte del silicato (10%), esto se observa en el contenido en sodioque se reduce sólo del 0,43% a 0,39%. Sin embargo el aglomerante calcinado se separajunto con los finos de regeneración, el carbono se reduce de 0,18 a 0,083%; las salessolubles (conductividad) de 1219 a 673 µS/cm, así como los componentes solubles delcarbón (DOC) que también se reduce de 81 a 23 mg/ml. Los finos se reducen de 1,31 a0,68%. También se observa que la aspiración no funciona correctamente, los finos de laregeneración son un poco más finos que el material regenerado. Un cribado más finoreduciría la cantidad de finos generados.

7.6.2 Propuesta y evaluación de medidas de minimización y valorizacion


154

La primera medida propuesta sería la de no emplear o emplear menos arena de contacto enel moldeo en verde dada la similitud entre las arenas de contacto y de relleno. Estoproduciría una reducción en 500 t/a de residuos, sin riesgos técnicos ni costos adicionales. La segunda medida a tomar sería pasar todos los residuos del taller de moldeo en silicato porla planta de regeneración, el material regenerado se incrementaría hasta el 80%. Esto puedereducir otras 1000 t/a de residuos. La tercera medida sería mejorar el rendimiento de la aspiración de la regeneración con loque resultarían una 500 t/a menos de finos. Otra posible alternativa es la valorización externa. Actualmente en la CAPV no es una víade gestión generalizada y sin embargo parece interesante comentar dicha medida puesto queya es operativa en países de nuestro entorno. Las vías de valorización externa potenciales para las arenas no minimizables tras aplicar lastres primeras medidas son, basándose en la legislación alemana al respecto, son lassiguientes: • La arena en verde y la arena regenerada de silicato pueden ser usadas como rellenos o en

movimientos de tierras o construcción de carreteras. Esto no se puede aplicar a la arenano regenerada pues tiene un DOC de 81 mg/l que supera el valor 50 mg/l admisible.

• Los finos de la regeneración no son utilizables por sus altos DOC, conductividad

eléctrica (155 mg/l y 5980 µS/cm respectivamente) y alto contenido en cromo (0,75%). Evaluación económica • Primera medida: No emplear arena de contacto. Esta medida no requiere ningún tipo de inversión.

Tabla 93: Valoración económica de no emplear arena de contacto Balance económico Situación actual Situación propuesta

Personal -- Energía eléctrica -- Productos y materiales 2.375.000 -- Mantenimiento -- Gestión de residuos 375.000 -- Coste total 2.750.000 0


155

• Segunda medida: Regenerar toda la arena usada Esta medida no requiere ningún tipo de inversión.

Tabla 94: Valoración económica de regenerar toda la arena usada Balance económico Situación actual Situación propuesta

Personal Energía eléctrica Productos y materiales 3.800.000 Mantenimiento Gestión de residuos 750.000 Coste total 4.550.000 • Tercera medida: Mejorar eficacia de aspiración. Esta medida no requiere ningún tipo de inversión.

Tabla 95: Valoración económica de mejorar eficacia de aspiración Balance económico Situación actual Situación propuesta

Personal -- Energía eléctrica -- Productos y materiales 2.375.000 -- Mantenimiento -- Gestión de residuos 375.000 -- Coste total 2.750.000 0 7.6.3 Resumen La Empresa E puede reducir un 33% de los residuos generados mediante medidas internasde minimización no representando riesgos técnicos. Por la vía de valorización externapodrían gestionarse las arenas usadas, de moldeo en verde y el exceso de los regenerados,(aproximadamente 1500 t/a), siempre y cuando se demuestre la viabilidad técnica,económica y ambiental en la CAPV.

Tabla 96: Resumen de la valoración técnica, económica y ambiental de las medidas de minimización yvalorización propuestas para la Empresa E


valorizado

Cantidadahorrada

(t/a)

Ahorrosobretotal

material(%)



pts/a)

Inversión(MMpts/a)


(años)


en laCAPV

Arena nueva 500 8 1. No empleararena decontacto

Arena usada 500 8 ••• 2,7 -- -- •••

Arena nueva 1000 16 2. Regeneraciónde arenausada

Arena usada 1000 16 ••• 4,5 -- -- •••

Arena nueva 500 8 3. Mejorareficacia deaspiración

Arena usada 500 8 ••• 2,75 -- -- •••

4. Valorizaciónexterna

Arena usada 1500 25 • desconocido -- -- •

Se señalan en negrita las materias primas ••• Favorable •• Medio • Desfavorable

ref./ - p2 infohouse

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