sábado, 16 de mayo de 2009

Diseñar un procedimiento de control de calidad para la manufactura de fierro fundido






  1. ESPECIFICACIONES QUIMICO MECANICO ELECTRICAS DE LOS MATERIALES UTILIZADOS EN LOS PROCESOS Y SU NOMENCLATURA.
  2. EL DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE MANUFACTURA CORRESPONDIENTE
  3. CONTENER IMÁGENES SOBRE LA APLICACIÓN DEL PRODUCTO.

 

I. INTRODUCCION:

La fundición es el proceso de producción de un objeto metal por vaciado de un metal fundido dentro de un molde y que luego es enfriado y solidificado. Desde tiempos antiguos el hombre a producido objetos de metal fundido para propósitos artísticos o prácticos. Con el crecimiento de la sociedad industrial, la necesidad de fundición de metales ha sido muy importante. El metal fundido es un componente importante de la mayoría de maquinarias modernas, vehículos de transporte, utensilios de cocina, materiales de construcción, y objetos artísticos y de entretenimiento. También está presente en otras aplicaciones industriales tales como herramientas de trabajo, maquinarias de manufactura, equipos de transporte, materiales eléctricos y electrónicos, objetos de aviación, etc. La mejor razón de su uso es que puede ser producida económicamente en cualquier forma y tamaño.

II.- ESPECIFICACIONES QUIMICAS, MECANICAS Y ELECTRICAS DE LOS MATERIALES Y SU NOMENCLATURA.

El HIERRO FUNDIDO 
El hierro fundido es una liga metálica, compuesta de hierro y carbono con tenor de 2,2 a 4,5%. El hierro fundido posee propiedades bastante conocidas, como:

Resistencia Mecánica,    

Resistencia a la Corrosión, etc

Resistencia a la Tracción y a la Deformación: la elevada resistencia a la tracción y a la deformación confiere al hierro fundido la capacidad de soportar esfuerzos mecánicos de flexión y compresión, propiciando confiabilidad a las instalaciones. 

Para la producción de hierro fundido las materias primas que se utilizan en una planta integral son: mineral de hierro, caliza y coque.

MINERAL DE HIERRO: El hierro es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre (5%). Es un metal maleable, tenaz, de color gris plateado y magnético. El hierro es un elemento químico natural y metálico de gran resistencia mecánica (Fe).  Tiene un color rojizo debido al óxido de fierro.

Los dos minerales principales son la hematita, Fe2O3, y la limonita, Fe2O3.3H2O. Las piritas, FeS2, y la cromita, Fe(CrO2)2, se explotan como minerales de azufre y de cromo, respectivamente.

A medida que O2 reacciona con FeS2 (pirita), se produce Fe2O3 (limonita). Cuando O2 reacciona a FeSO4-, se produce Fe2O3 (hematita). Estas rocas, junto con la magnetita, (Fe3O4 - roca magnética) y siderita (FeCO3), también son minerales de hierro. Las rocas óxidos, similares a éstas, son minadas hoy en día y, el hierro (Fe) que contienen, es extraído.

COQUE: Es el producto de la combustión del carbón mineral (grafito) es ligero, gris y lustroso.

El coque metalúrgico el residuo sólido que se obtiene a partir de la destilación destructiva, o pirólisis, de determinados carbones minerales, como la hullas (o carbones bituminosos) que poseen propiedades coquizantes; es decir capacidad de transformarse en coque después de haber pasado por una fase plástica. En la practica, para la fabricación del coque metalúrgico se utilizan mezclas complejas que pueden incluir más de 10 tipos diferentes de carbones minerales en distintas proporciones. El proceso de pirólisis mediante el cual se obtiene el coque se denomina coquización y consiste en un calentamiento (entre 1000 y 1200 ºC) en ausencia de oxígeno hasta eliminar la practica totalidad de la materia volátil del carbón, o mezcla de carbones, que se coquizan. La mayoría del coque metalúrgico se usa en los  altos hornos de la  industria siderúrgica para la producción del acero (coque siderúrgico). Dada el gran consumo de coque que es necesario para el funcionamiento de los altos hornos , los hornos de coquización suelen ser una instalación anexa a las industrias siderúrgicas.  El coque metalúrgico también se utiliza en la industria de la fundición del hierro (coque de fundición). En general, el coque de función suele ser de un tamaño mayor que el siderúrgico. 

Para convertir el coque en carbón mineral se emplean baterizo de hierro donde el carbón se coloca eliminándole el gas y alquitran, después es enfriado, secado y cribado para enviarlo a los altos hornos.

PIEDRA CALIZA: Nombre común del carbonato de calcio de gran pureza que se emplea en la fundición de acero para eliminar sus impurezas.

Carbonato de calcio, magnesio y potasio. Tiene muchas sustancias nutritivas. Cristales romboédricos, escalenoédricos y prismáticos, a veces combinaciones de estas; normalmente concrecionada estalactita, psolífica, fibrosas y laminares; frecuentes maclas y variadas.

Estos materiales son cargados en capas sucesivas y continuas en un alto horno donde la combustión del carbón ayudada por soplado de aire y la presencia de caliza funde el hierro contenido en el mineral, que se transforma en hierro liquido con un alto contenido en carbono.

Existen muchos elementos químicos que dan las características de ingeniería a las aleaciones ferrosas, sin embargo hay algunos que se destacan por sus efectos muy definidos, a continuación se presentan algunos de estos elementos.

Carbono. Arriba del 4% baja la calidad del hierro, sin embargo se puede decir que es el elemento que da la dureza al hierro y por medio de sus diferentes formas en las que se presenta, se pueden definir varias propiedades de las aleaciones y su grado de maquinabilidad. Con base a la cantidad de carbono en el hierro las aleaciones se pueden definir o clasificar como se observó en los temas anteriores.

Silicio. Este elemento hasta un 3.25% es un ablandador del hierro y es el elemento predominante en la determinación de las cantidades de carbono en las aleaciones de hierro. El silicio arriba de 3.25% actúa como endurecedor. Las fundiciones con bajo contenido de silicio responden mejor a los tratamientos térmicos.

Manganeso. Es un elemento que cuando se agrega a la fundición arriba del 0.5% sirve para eliminar al azufre del hierro. Como la mezcla producto del azufre y el manganeso tiene baja densidad flota y se elimina en forma de escoria. También aumenta la fluidez, resistencia y dureza del hierro.

Azufre. No sirve de nada en el hierro, debe ser eliminado y controlado.

Fosforo. Es un elemento que aumenta la fluidez del metal fundido y reduce la temperatura de fusión.

 

III.- PROCESO DE MANUFACTURA PARA LA ELABORACION DE HIERRO FUNDIDO.

El tipo más común de molde de fundición es hecho de arena y arcilla, en donde el diseño forma una cavidad en la cual se vaciará el material fundido. Los moldes deben ser fuertes, resistentes a la presión del metal derretido, y suficientemente permeable para permitir el escape de aire y otros gases desde la cavidad de los moldes. El material del molde también debe resistir la fusión con el metal.

Son dos los procedimientos básicos utilizados en la producción de hierro fundido, el proceso de arenado para fundidos de tamaño pequeño y mediano y el proceso de arenado con resinas artificiales para fundidos de tamaño mediano y grande.


El arrabio es un hierro de poca calidad, su contenido de carbón no está controlado y la cantidad de azufre rebasa los mínimos permitidos en los hierros comerciales. Sin embargo es el producto de un proceso conocido como la fusión primaria del hierro y del cual todos los hierros y aceros comerciales proceden.

A la caliza, el coque y el mineral de hierro se les prepara antes de introducirse al alto horno para que tengan la calidad, el tamaño y la temperatura adecuada, esto se logra por medio del lavado, triturado y cribado de los tres materiales.

 


 

A.    Proceso de arenado.

1.     La operación empieza con la separación de trozos de hierro mezclados en la arena a través de un separador magnético. Luego, estos son transportados a la máquina tamizadora y quebradora para romper los bloques de arena, y remover los granos de gran tamaño, no quebrados. La arena tamizada es enviada a una cabina de arena para su almacenamiento.

2.     La arena tomada en proporciones medidas desde la cabina de arena es añadida con aglutinantes, arena de sílice, aditivos, agua y mezclados homogéneamente. La mixtura tendrá un contenido suficiente de agua y será suficientemente resistente para la producción de los moldes.

3.     En este proceso de moldeado, se hace primero un diseño, usualmente en dos partes, la base es colocada en un matraz (estuche de moldeado) Después la arena es atestada contra este, luego el matraz es volteado, y la parte superior del matraz es colocado conjuntamente con el núcleo y el diseño. Después que la arena es prensada, el matraz es separado, los diseños removidos, y el molde sujetado para mantener el núcleo en su posición correcta, quedando listo para su vaciado.

4.     Los lingotes y los trozos de hierro después de haber sido fundidos, son vaciados dentro del molde a través de un canal o conducto. Después que se ha enfriado y solidificado, el fundido es liberado del molde. La arena puede ser reciclada y usada nuevamente.

5.     Luego, los objetos fundidos son limpiados con un chorro de arena. El metal solidificado en el canal o conducto es recortado.


1.     Los bloques de arena, después que han sido triturados en granos son transportados al separador magnético donde los trozos de hierro son removidos de la mixtura de arena. Luego, pasa a través de un tamiz vibratorio para remover materiales sucios. La arena tamizada adecuadamente es enviada instantáneamente a un recuperador de arena.

2.     La resina desactivada pegada en la superficie de los granos de arena es sacudida por el recuperador de arena por medio de principios aerodinámicos para restituir la actividad de la arena. Si la temperatura de la arena activada es más elevada que la requerida, esta podría ser enfriada por medio de un enfriador de arena, y luego enviada a la cabina de arena para su almacenamiento.

3.     La arena tomada en proporciones medidas desde la cabina de arena es añadida con resina y catalizadores furan. Después que estos son cribados para lograr una mixtura homogénea, quedan listos para producir los moldes.

4.     En el proceso furan, el primer paso es hacer un diseño de madera, plástico o metal que es ligeramente más grande que el fundido final para compensar el encogimiento del metal fundido cuando es enfriado en el molde. Un matraz de metal es colocado alrededor del diseño. La arena y la arcilla es prensada contra el diseño para llenar el matraz. Luego el matraz es volteado, y la superficie es allanada con una paleta y cortado para que el diseño pueda posteriormente ser removida desde el molde. Otro matraz es colocado firmemente y precisamente en la parte superior del primer matraz. Un orificio de colada es colocado en el matraz superior para la entrada del metal fundido en la cavidad del molde. Después que la mitad superior del molde es llenado con arena, el orificio es removido. La mitad superior del molde es elevada de la base media, luego el diseño es removido del arrastre. Después que el núcleo es reemplazado del arrastre, y las mitades son sujetadas conjuntamente para mantener el núcleo en su correcta posición, el molde es recubierto, y después secado, quedando listo para su vaciado.

5.     Después que ha sido fundidos, los lingotes y trozos de hierro, son vaciados dentro de los moldes a través de canales o cubiertas. Después de enfriado y solidificado, el fundido es liberado del molde. La arena puede ser transportada a la trituradora para su reciclado.

6.     Luego los objetos fundidos son limpiados por una máquina de chorro de arena. El metal solidificado en el conducto es recortado.

MATERIAS PRIMAS REQUERIDAS PARA EL PROCESO:

Lingotes de hierro.

Trozos de acero.

Aleación ferrosa (fierro-sílice, fierro-magnesio, etc.)

Arena sílice.

Materiales auxiliares para el proceso de arenado:

Bentonita.

Aditivos (carbón, almidón, etc.)

Materiales auxiliares para el proceso furan:

Resina furan.

Catalizador furan.

IV.- PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE CALIDAD PARA LA PRODUCCION DE HIERRO FUNDIDO.

La complejidad y precisión exigidas por la fundición han hecho necesario recurrir cada vez más a los sistemas de fundición modernos, estos sistemas incluyen el establecimiento de:

I.                   Especificaciones del proceso

II.                Controles de calidad para la recepción de materias y herramientas

III.             Controles en todas las fases del proceso productivo

IV.            Mantenimiento programado de maquinas, herramientas y calibres.

V.               Inspección y ensayos para comprobar que los productos se adaptan a las especificaciones.


I.- ESPECIFICACIONES DEL PROCESO.

Se trata de unas fichas de trabajo que reseñan las herramientas necesarias y las condiciones de proceso adecuadas para obtener la pieza. Además contienen las especificaciones del proceso.

 

II.- CONTROLES DE CALIDAD PARA LA RECEPCION DE MATERIALES Y HERRAMIENTAS.

Materiales destinados al horno de fusión: metales base, chatarra, metales para aleación, combustibles, fundentes.

Materiales destinados a los moldes: arena, aglutinantes.

Herramientas: modelos, cajas de machos, cajas de moldeo.

Hay que efectuar comprobaciones frecuentes cuando (1) el precio depende del análisis, por ejemplo compras de arrabio con arreglo a su contenido de silicio, (2) el análisis es necesario para la formulación de la carga o (3) los materiales comprados son susceptibles de alterarse por ejemplo la arena con respecto a su grado de humedad.

La comprobación final de la calidad del coque se basa en la comparación de los resultados presentes con los anterioresen cuanto a forma de arder t de empleo en las condiciones de trabajo. Las especificaciones de la caliza comprenden limites ára varios oxidos, sulfatos y fosfatos, así como para la granulometría. La arena de fundición debe comprarse especificando el tamaño del grano, el contenido de arcilla, los componentes que actúan como fundentes y la materia orgánica.

Hay que identificar mediante control todos los materiales comprados, tras lo cual deben colocarseen un lugar perfectamente señalado.

 

III.- CONTROL EN TODAS LAS FASES DEL PROCESO PRODUCTIVO.

Las operaciones de fusión, moldeo y colada son decisivas para la calidad de las piezas fundidas y dependen principalmente del personal de fabricación. Los cintroles efectuados en el curso de la fabricación están ideados para apoyar a estos hombres en la consecución de la calidad del producto

La carga de la fusion esta especificada para cada tipo de metal. Una vez comprobada la identidad de los ingredientes, se pesan. La fusión tiene lugar en una diversidad de hornos: cubilote, horno de reverbero, de arco eléctrico o de inducción. En todos los casos las variables mas importantes son la composición y la temperatura. El análisis químico se realiza por medio de espectrómetros de lectura ditrecta.

Las mezclas para machos deben ser pas prescritas para cada clase de trabajo. La caja de machos determina la forma, pero ocurre solamente cuando esta limpia y sin daños. Es de gran utilidad implantar instrucciones escritas para las operaciones de fabricación de machos, fraguado y montaje y endurecimiento, estas deben estar situadas en las paredes de la sala de machos junto con los esquemas de los métodos operativos correctos, lográndose la obtension de machos mas uniformes. Por otra parte las instrucciones escritas facilitan a los inspectores el cimplomiento de lo dispuesto por los ingenieros. El inspector examina los machos terminados incluyendo la clase y situación de las varillas de armar, orificios, etc. Después pasa revista a las sucesivas operaciones de estufado, pintado, recubrimiento, montaje y transporte al departamento de moldeo.

IV. MANTENIMIENTO DE  MAQUINAS, HERRAMIENTAS Y CALIBRES.

Las maquinas y herramientas de la fundición sufren un deterioro rápido debido a la magnitud de calor, la abrasión y otras condiciones adversas propias del ambiente de una fundidora. Tal deterioro impone unos controles estrictos sobre la idoneidad de los equipos para evitar que el producto sufra deterioro.

El mantenimiento de las maquinas y herramientas se basa en un concepto de organización bien conocido y aplicable en su totalidad a las fundidoras.

En las producciones masivas, las cajas y los modelos requieren verificaciones frecuentes. La presicion de las guias es importante para la calidad de las piezas fundidas, por lo que debe establecerse un programa rigido de inspección y sustitcuciones.

Cuando los modelos se utilizan miles de veces, sufren un desgaste abrasivo gradual producido por la arena. La lista de comprobación del servicio de mantenimiento debe establecer mediciones periodicas del desgaste de los modelos.

VI.            V. INSPECCION Y ENSAYOS.

INSPECCION. Las inspecciones se realizan en numerosos lugares del proceso de producción. En todas estas inspecciones se observa una tendencia constante de enfocar la planificación de la inspección pasando revista a las características esenciales del proceso y los productos, estableciendo criterios y programas de inspección.

Tradicionalmente se realiza una inspección final de los productos después de la operación de limpieza. Aparte de comprobar la efucacua de la limpieza, esta inspección busca toda clase de defectos visuales (costas, contracciones y roturas). Al igual que en el control de procesos, los productos inspeccionados deben clasificarse cuidadosamente indicando que son adecuados para:

         1.- despacho inmediato, todas las operaciones están terminadas

         2.- reparación, en cuyo caso hay que indicar con claridad los defectos y las reparaciones necesarias.

         3.- chatarra, en este caso se incluye una lista de las causas que sirvan de ayuda a los estudios preventivos. Además i se indica la ultima operación buena, esto constituye una ayuda a la contabilidad de costos.

Hay que retirar pronto de las zonas de trabajo las piezas defectuosas y los productos destinados a reparaciones para evitar confusiones.

ENSAYOS.los ensayos tradicionales para determinar las propiedades metalúrgicas y mecánicas han sido normalmente de efectos destructivos, por ejemplo:

         1.- resistencia a la tracción del producto o de muestras de ensayo

         2.- dureza, mediante medición de la huella producida por penetración

         3.- ensayos de resilencia, tales como los ensayos Charpy o Izod

         4.- microestructura, determindad por exámenes microscópicos y ataque con reactivo.

En las ultimas décadas se han desarrollado numerosos instrumentos que permiten realizar ensayos no destructivos. Estos instrumentoshan aumentado mucho la capacidad de la fundición para garantizar la calidad y mejorar los procesos. Para las fundidoras, los ensayos no destructivos mas importantes son:

         1.- radiografia

         2.- ensayos sónico y ultrasónicos

         3.- penetrantes magneticos

         4.- penetrantes no magneticos



Bibliografia:

http://turnkey.taiwantrade.com.tw/showpage.asp?subid=132&fdname=IRON+AND+STEEL&pagename=Planta+de+fundicion

http://www.aprendizaje.com.mx/Curso/Proceso1/Temario1_III.html#uno

http://html.rincondelvago.com/produccion-de-hierro-y-acero.html

http://books.google.com.mx/books?id=a0-buufpTEAC&pg=PA1119&lpg=PA1119&dq=control+de+calidad+para+hierro+fundido&source=bl&ots=qcu1FUxt25&sig=8monno-eP5h9bFKqhNraj0bgEPk&hl=es&ei=MnEOSrK5CIOUswO-v-H_Ag&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1#PPA1092,M1

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