El proceso de fundición de hierro en la Planta C consta de las siguientes operaciones:
Fusión de la chatarra
Elaboración del macho
Elaboración del molde y colocación del macho
Colada
Retiro del molde (desmoldeo)
Limpieza de la superficie
Algunas piezas de hierro dúctil pasan por el recocido, un proceso de tratamiento térmico. La fundición produce las piezas vertiendo el metal fundido en moldes compuestos de arena de molde y arena de macho. Una vez que la pieza ha sido enfriada y endurecida, se la separa del molde y del macho mediante un proceso de desmoldeo. Las piezas son limpiadas, inspeccionadas y embarcadas para su entrega.
Residuos
Alternativas
para la minimización de residuos
La fundición emplea dos tipos de horno para fundir la chatarra: cinco horno de inducción y un horno de manga.
El sistema No. 1 consiste de dos hornos de inducción eléctrica "Ni-resist" para la producción de una aleación resistente al calor. En estos hornos, una carga de acero con bajo contenido de carbono es carburizada para incrementar su contenido de carbono y se le agrega molibdeno y cromo. Las piezas producidas por estos hornos son clasificadas como aleaciones de hierro resistentes al calor. La carga total del sistema es de 100 toneladas al año.
El sistema No. 2 consta de tres hornos de inducción grandes con capacidades de retención de 9, 3.5 y 3.5 toneladas para la producción de hierro dúctil. La alimentación de este sistema consta de chatarra, devoluciones de hierro cochino, carbón granular, sílice y aleación de magnesio. La carga se calienta eléctricamente hasta 1593oC.
El horno de manga de la Planta C se usa para fundir bloques de motores. El horno opera 3 a 4 días a la semana, 9 horas al día y ha estado en funcionamiento desde 1947 (uno de los equipos más viejos de la fundición). Se le usa para la producción de piezas de hierro gris. Los materiales usados en la operación de fusión incluyen chatarra (como bloques de motores), fundentes, coque y material refractario.
Los fundentes incluyen piedra caliza, fluorita y ceniza de soda. Estos se usan como acondicionadores de la escoria que se forma en la carga fundida con el fin de poderla remover del horno.
El coque se usa como una fuente de combustible para el horno de manga. Para revestir el horno, se utiliza material refractario que puede soportar altas temperaturas. El material refractario está expuesto al deterioro durante los procesos de la fundición y por lo tanto debe ser reemplazado periódicamente.
Residuos
Los gases de escape de los hornos de inducción del Sistema No. 2 (producción de
hierro dúctil) se descargan en la atmósfera. El material refractario del horno
es dispuesto fuera de la planta como residuo no peligroso. La escoria del horno
también es dispuesta como material no peligroso.
Los gases de escape de los dos hornos a inducción Ni-resist del Sistema No. 1
(producción de aleación resistente al calor) son descargados en la atmósfera.
La escoria generada en el proceso de fusión en estos hornos es clasificada como
residuo peligros debido a sus características de toxicidad de metales pesados
(altas concentraciones de níquel y cromo). Se estima que se generan de 1
a 2 toneladas de residuos peligrosos de escoria cada año. El material refractario
de los hornos Ni-resist se dispone como residuo peligroso.
Los residuos generados en la fusión en el horno de manga incluyen:
Se generan 1,000 a 1,500 libras semanales de residuos del control de emisiones.
Su nivel de toxicidad de plomo y zinc está por encima de lo permitido. El hierro
gris se funde aproximadamente a 1482oC. Los puntos de fusión de los metales
tóxicos en el horno son mucho menores. Por ejemplo, el plomo se funde a 327oC.
Al fundirse el metal alimentado, el plomo, el zinc y el cadmio tienden a volatilizarse
y son recolectados por el sistema de control de emisiones. Las emisiones de los
hornos de manga son contraladas
mediante depuradores de ciclón, que remueven las partículas grandes,
y cámaras de bolsas, que separan las partículas finas.
Alternativas de reducción de residuos
La Planta C ha implementado dos exitosas medidas de minimización de residuos:
Esta escoria de los hornos Ni-resist juega el rol de recolector de trazas de
elementos metálicos de la carga del horno de manga. La escoria del horno de
manga se ha convertido en un residuo no peligroso pues la mayor parte de los
metales tóxicos son retirados de la escoria. Cada mes se envían cuarenta
yardas cúbicas (3-4 toneladas) de escoria para su aplicación en pistas
ecuestres.
Se están realizando experimentos a escala real sobre la eliminación de tóxicos
de los residuos del lavador de gas de ciclón. Se está empleando tecnología de
tratamiento con silicato para inmovilizar los metales pesados (Pb, Zn, Cd y otros
elementos) que son arrastrados con los gases de escape y partículas de la
chimenea del horno de manga. Se inyecta una solución de silicato de sodio
al 12.5% a un ritmo de 1.5 gpm en la sección de la tobera de rociado de la
zona de enfriamiento de la chimenea, donde la
temperatura supera los 704oC. También se agrega cal hidratada. El
costo de los productos químicos de este proceso se estiman en $200 diarios.
Los rangos de concentración total de metales pesados en los residuos del
depurador húmedo antes del tratamiento son:
Los resultados de la prueba de extracción de residuos después de 48 horas de
extracción varió de la siguiente manera en el caso de materiales tratados con
silicato:
Las concentraciones límites en estado soluble para metales son las siguientes:
La temperatura de la chimenea es un parámetro crítico en el proceso de tratamiento
con silicato. La eficiencia del tratamiento se incrementa cuando las temperaturas
están por encima de los 704oC. Desafortunadamente, la temperatura de la chimenea
del horno de manga no es estable durante todo el proceso. Esto da como resultado
una variación en la eficiencia del tratamiento. La planta actualmente está
intentando mejorar este sistema.
Otras posible medidas de reducción de residuos en consideración para su potencial
aplicación son:
La fabricación de machos implica añadir aglomerante a un material refractario
(arena de sílice), compactar la arena para obtener la forma deseada y luego
curar (endurecer) el material compactado de manera que pueda ser manipulado.
Los machos se utilizan para producir cavidades internas dentro de una pieza
fundida. Los machos están compuestos de arena de sílice con pequeños porcentajes
de aglomerantes orgánicos. En la Planta C se utilizan aglomerantes de aceite
y de resina sintética. Los aglomerantes de aceite son aceites vege-tales. Los
aglomerantes de resina incluyen fenoles y fenol-formaldehidos. Los machos deben
poseer las características de resistencia, dureza y colapsabilidad. Con
frecuencia, los machos se retiran de una
pieza fundida a través de un pequeño orificio y, por lo tanto, la arena debe
colapsar luego de que la pieza fundida se solidifica.
En la Planta C se utilizan los siguientes procesos para fabricar los machos:
En el proceso con SO2, se mezcla la arena con aglomerante y catalizador. El gas
de SO2 activa el catalizador para aglomerar la arena. Este proceso de tratamiento
en frío utiliza gas de dióxido de azufre el cual es forzado a pasar a través de
mezcla de arena compactada para curar el macho.
En el proceso con cocción en horno, se mezcla la arena con aceite vegetal y óxido
ferroso. Se llena la caja del macho normalmente con el material y se hornean
los machos a una temperatura de 232oC.
Residuos
El exceso de dióxido de azufre usado en el proceso con SO2 es controlado
mediante el depurador de soda cáustica. Se utiliza una solución de NaOH al
50% para renovar el depurador. Diariamente se generan aproximadamente 155
galones
Otros residuos son manejados de la siguiente manera:
La arena es compactada alrededor de un patrón de la pieza fundida que se va a
producir. En la Planta C se utiliza arena verde para elaborar los moldes.
La arena verde se prepara con:
Residuos
Los residuos generados en el proceso de elaboración de moldes tienen la forma
de polvos y lodos que son recolectados en el sistema de control de la contaminación
del aire. También se forman grandes acumulaciones de arena provenientes del sistema
de clasificación de arena para su reciclaje al proceso de moldeo o de la limpieza
de las piezas fundidas.
Alternativas para la minimización de residuos
No se generan residuos peligrosos en la operación de fabricación de moldes. La
arena de fundición usada es dispuesta fuera de la planta como residuo no peligroso.
El metal fundido es transportado hasta el área de colada en una cuchara de transferencia,
de donde es vaciado a la cuchara de colada y de allí a los moldes. El metal fundido se
deja enfriar en los moldes y luego se retiran las piezas solidificadas, las que son
limpiadas del material del molde y son dejadas a enfriar hasta que el metal esté lo
suficientemente frío para manipularlo. Los gases emitidos son descargados en
la atmósfera. Los residuos del barrido de pisos generados en el proceso de
colada se
mezclan con la arena de fundición y su disposición se realiza fuera de la
planta como residuos no peligrosos.
El proceso de desmoldeo se realiza para separar la arena de la pieza fundida.
La arena cuyo aglomerante se ha degradado completamente en el proceso de colada
se mezcla con arena de elaboración de moldes para su reciclaje. Los residuos
de machos (arena parcialmente descompuesta) son chancados y reciclados con la
arena para el proceso de elaboración de moldes o son llevados directamente al
relleno sanitario para su disposición junto con machos rotos o que no cumplen
las especificaciones y con residuo de barrido.
Los residuos de la arena de moldes y machos representa aproximadamente
un 50% del total de los residuos generados por la fundición. La compañía paga
anualmente US$100,000 por la disposición de la arena. El sistema de control de
emisiones al aire consiste de cuatro cámaras de bolsas para recolectar arena.
La mayoría de la arena de fundición está clasificada como residuo no peligroso
y es dispuesta fuera de la planta. La arena del Sistema No. 2, con tres grandes
hornos de inducción, se clasifica
como material peligroso debido a sus altas concentraciones de zinc. Semanalmente
se generan 200 libras de arena peligrosa provenientes del equipo de recolección
de partículas del Sistema No. 2.
Alternativas de reducción de residuos
Desde 1988, la arena peligrosa del Sistema No. 2 ha sido separada de otras arenas
usadas para reciclarla como un insumo para el horno de manga en una cantidad de
1,500 libras semanales. Esta arena se convierte en un componente de la escoria
del horno de manga y es vendida para el rellenado de pistas ecuestres. La
compañía tendría que
gastar US$250 por tonelada para transportar esta arena a una fundición si no se
empleara esta medida de minimización de residuos.
Tratamiento Térmico
Algunas piezas de hierro dúctil pasan por un proceso de recocido. El recocido
es un tratamiento térmico. Las piezas son calentadas a 843°C durante 6 horas
y son mantenidas a esta temperatura, luego de lo cual son enfriadas a un ritmo
apropiado, principalmente para ablandar materiales metálicos. Todo el ciclo
de recocido toma entre 18 y 24 horas.
Tres hornos tipo caja con combustión directa (combustión con gas natural) operan
en lotes. No se genera ningún residuo peligroso de este proceso. El revestimiento
refractario del horno es el único residuo generado periódicamente en este punto y
es dispuesto como residuo no peligroso.
El principal residuo de la operación de fusión es el revestimiento refractario.
Se generan más de 300 toneladas mensuales. Todos los residuos generados en este
proceso son clasificados como peligrosos, excepto los del revestimiento
refractario.
A julio de 1988, la Planta c venía reci-clando la escoria de los dos hornos de
inducción eléctrica Ni-resist cargando la escoria en el horno de manga.
Elaboración del macho
En el proceso de fabricación de macho con cáscara, se utiliza una arena previamente
revestida. El aglomerante es una resina sintética de tipo fenol-formaldehido.
Se utiliza una máquina a gas para formar los machos a 232oC. Este
proceso requiere que la caja del macho sea calentada (a 177-288oC)
antes de la introducción de la arena pre-preparada.
Elaboración del molde y colocación del macho
La arena, la arcilla, el agua y los materiales carbonosos se colocan en el
dispositivo de mezcla. Estos dispositivos son denominados mezcladoras. En
la Planta C, tres mezcladoras preparan los insumos para la fabricación de
moldes y de machos. Para elaborar los moldes se utilizan procesos de
aserrado/estiramiento, prensado y procesos automáticos.
Colada
Retiro del molde (desmoldeo)
Limpieza de la superficie
Se utilizan discos de pulir para limpiar las piezas fundidas. Los residuos de
la cámara de bolsas se mezclan con la arena de fundición y se disponen fuera de
la planta como residuos no peligrosos.
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