paper de silicatos

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Paper de Silicatos, relacionado al tipo de arenas utilizadas para los procesos de solidificacion en la industria de la fundicion.

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  • UNIVERSIDAD AUTNOMA DE NUEVO LEN

    FACULTAD DE INGENIERIA MECNICA Y ELCTRICA

    DIVISIN DE ESTUDIOS DE POSTGRADO

    DESARROLLO DE UN AGLUTINANTE INORGNICO PARA LA PRODUCCIN DE CORAZONES DE ARENA EN LA INDUSTRIA

    AUTOMOTRIZ

    POR

    ALDO ALBERTO SENZ VALDEZ

    TESIS

    EN OPCIN AL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE LA INGENIERA MECNICA CON ESPECIALIDAD EN MATERIALES

    CIUDAD UNIVERSITARIA ENERO 2010

  • UNIVERSIDAD AUTNOMA DE NUEVO LEN

    FACULTAD DE INGENIERIA MECNICA Y ELCTRICA

    DIVISIN DE ESTUDIOS DE POSTGRADO

    DESARROLLO DE UN AGLUTINANTE INORGNICO PARA LA PRODUCCIN DE CORAZONES DE ARENA EN LA INDUSTRIA

    AUTOMOTRIZ

    POR

    ALDO ALBERTO SENZ VALDEZ

    TESIS

    EN OPCIN AL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE LA INGENIERA MECNICA CON ESPECIALIDAD EN MATERIALES

    CIUDAD UNIVERSITARIA ENERO 2010

  • UNIVERSIDAD AUTNOMA DE NUEVO LEN

    FACULTAD DE INGENIERIA MECNICA Y ELCTRICA

    DIVISIN DE ESTUDIOS DE POSTGRADO

    DESARROLLO DE UN AGLUTINANTE INORGNICO PARA LA PRODUCCIN DE CORAZONES DE ARENA EN LA INDUSTRIA

    AUTOMOTRIZ

    POR

    ALDO ALBERTO SENZ VALDEZ

    TESIS

    EN OPCIN AL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE LA INGENIERA MECNICA CON ESPECIALIDAD EN MATERIALES

    CIUDAD UNIVERSITARIA ENERO 2010

  • UNIVERSIDAD AUTNOMA DE NUEVO LEN FACULTAD DE INGENIERIA MECNICA Y ELCTRICA

    DIVISIN DE ESTUDIOS DE POSTGRADO

    Los miembros del comit de tesis recomendamos que la tesis Desarrollo de un aglutinante inorgnico para la produccin de corazones de arena en la industria automotriz realizada por el alumno: Aldo Alberto Senz Valdez, matricula: 1110845 sea aceptada para su defensa como opcin al grado de Maestro en Ciencias de la Ingeniera Mecnica con Especialidad en Materiales.

    El comit de tesis

    ___________________________

    Asesor

    Dr. Rafael Cols Ortiz

    ___________________________ ________________________

    Co-asesor Co-asesor Dr. Arturo Jurez Hernndez Dr. Abraham Velasco Tllez

    ___________________________

    Vo. Bo. Dr. Moiss Hinojosa Rivera

    San Nicols de los Garza, N. L. Enero 2010

  • Dedicatoria

    A mis padres:

    Jaime Senz Rangel Alma Rosa Valdez Rodrguez

    A mis hermanos:

    Alan Alexandro Senz Valdez Karlenne Seareth Senz Valdez

    Les agradezco todo su amor y apoyo que me han dado.

  • Agradecimientos

    A la Facultad de Ingeniera Mecnica y Elctrica de la Universidad Autnoma de Nuevo Len, en especial al Programa Doctoral de Ingeniera de Materiales.

    Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologa (CONACYT).

    Al Dr. Rafael Cols Ortiz por su asesora y por permitirme contribuir con el desarrollo de este proyecto.

    Al Dr. Abraham Velasco por su valiosa ayuda y por sus conocimientos aportados en este trabajo.

    Al Dr. Jos Talamantes por las facilidades que me dio para realizar mi tesis en la empresa NEMAK, S.A.

    A todos mis amigos y colegas de la empresa NEMAK, S.A., en especial al departamento de Investigacin y Desarrollo. A Gil, Juan Pablo, Mike, Beto, Lizz, Adrin, Lili, Alex, Mayra, Claudia y a todos aquellos que trabajan o han trabajado en el rea de Arenas, gracias por su amistad y por su valiosa ayuda.

    A todos los doctores y catedrticos del PDIM con los que tuve la fortuna de tomar clases.

    A todos mis amigos que han estado conmigo en las buenas y en las malas. A mis amigos de la primaria, de la carrera y de la maestra.

  • INDICE

    Captulo 1: Introduccin 1.1. Introduccin 1 1.2. Hiptesis y objetivos 4

    Captulo 2: Antecedentes 2.1. Arenas 5

    2.1.1. Arenas slicas 5 2.1.2. Otros tipos de arenas 7 2.1.3. Clasificacin de la arena 8 2.1.4. Propiedades de las arenas 10

    2.2. Fundamentos de corazones 11 2.2.1. Variables a verificar en las mezclas arena-resina 12 2.3. Proceso de fabricacin de corazones 15 2.3.1. Caja fra 16 2.3.1.1. Resinas fenlicas-uretnicas 18 2.3.1.2. Soplado 19 2.3.2. Proceso Shell 19 2.4. Aglutinantes inorgnicos 20 2.4.1. Requerimientos para los sistemas qumicos de aglutinacin 20 2.4.2. Principios fundamentales de aglutinantes inorgnicos 21 2.5. Aglutinantes base fosfatos 22 2.5.1. Endurecimiento qumico y adicin de CO2 gaseoso 23

    2.5.2. Endurecimiento por temperatura 23 2.6. Aglutinantes base silicatos 24 2.6.1. Qumica de los silicatos 26 2.6.2. Propiedades fsicas y qumicas de los silicatos 29 2.6.3. Proceso silicato-ster 30 2.6.4. Proceso silicato-CO2 32 2.6.5. Proceso de deshidratacin 34 2.6.6. Otros procesos usando silicatos 35 2.6.7. Silicato de sodio y otros materiales 36 2.7. Nuevos aglutinantes inorgnicos 36 2.8. Principales ventajas y desventajas de los aglutinantes inorgnicos 37 2.9. Recuperacin de la arena 39 2.10. Mejoramientos de aglutinantes al medio ambiente 41

  • Captulo 3: Experimentacin 3.1. Introduccin 44 3.2. Tipos de silicatos de sodio segn relacin SiO2:Na2O 45 3.3. Aditivos 46 3.4. Caracterizacin de la arena 47 3.4.1. Distribucin granulomtrica 47 3.4.2. Microscopa ptica 48 3.5. Caracterizacin de las resinas inorgnicas y aditivos 49 3.5.1. Viscosidad 50 3.5.2. Medicin del pH 52 3.5.3. Anlisis termogravimtrico 53 3.6. Procedimiento y equipos para elaborar probetas 54 3.7. Caja caliente 55 3.7.1. Temperatura y tiempo de curado 57 3.8. Anlisis y ensayos 57 3.8.1. Propiedades mecnicas 58 3.8.2. Distorsin en caliente 60 3.8.3. Evolucin de gases 63 3.8.4. Microscopa electrnica de barrido 63

    Captulo 4: Resultados y discusiones 4.1. Introduccin 66 4.2. Caracterizacin de la arena 66 4.2.1. Distribucin granulomtrica de la arena utilizada 67 4.2.2. Morfologa de los granos 68 4.3. Caracterizacin de las resinas y aditivos 69

    4.3.1. Medicin de viscosidad, pH y contenido de slidos de las muestras de silicatos 69 4.3.2. Anlisis termogravimtrico del aditivo EVB 73

    4.4. Propiedades mecnicas 74 4.5. Vida de banco 93 4.6. Desarrollo de resistencia a diferentes condiciones ambientales 99 4.7. Proceso de caja fra 102 4.7.1. Caracterizacin por microscopa electrnica de barrido 106 4.8. Distorsin en saliente 113 4.9. Evolucin de gases 115

    Captulo 5: Conclusiones y recomendaciones 5.1. Conclusiones 117 5.2. Recomendaciones 119

    Referencias 120 Anexos

  • 1

    CAPITULO 1

    Introduccin

    Los residuos en los procesos industriales de fundicin en arena son mayores que en los de operaciones con moldes permanentes. Adems, esa misma generacin de residuos est relacionada con el tipo de metal usado (acero, hierro fundido, aluminio, bronce, etc.), as como de la tecnologa empleada. [1]

    La mayora de las fundiciones generan residuos diversos que van desde aceites de maquinarias y montacargas, materiales de soldadura y polvo, as como residuos de escoria y finos provenientes de las arenas. Sin embargo, una gran parte de los contaminantes ambientales son arrojados al ambiente, entre los que se encuentran: monxido de carbono, dixido de azufre, xidos de azufre, hidrocarburos policclicos aromticos, partculas finas provenientes de la arena, metales pesados y solventes orgnicos. En la atmsfera, estos contaminantes se pueden encontrar en cualquier de los tres estados: lquidos, slidos y gases. Algunos de estos contaminantes generan la destruccin de ecosistemas e inclusive de monumentos y edificios histricos, mientras que en el ser humano se presentan efectos en la salud tales como: dificultades respiratorias, irritacin en los ojos, dolores de cabeza, problemas cardiacos y cncer.

  • 2

    La arena es usada exitosamente en los procesos de fundicin de metales porque sta tiene la habilidad de absorber y transmitir calor cuando permite que los gases formados durante el rompimiento de los enlaces del aglutinante pasen entre los granos. Los corazones y moldes son hechos utilizando arena recubierta con algn tipo de resina preparada por diferentes procesos que usan una variedad de aglutinantes. [2]

    Un aglutinante puede ser descrito como un aditivo capaz de aglomerar un material y que puede producir una resistencia entre los enlaces del mismo. Ese aglutinante, que puede estar en forma lquida o slida, forma un puente, pelcula o matriz ocasionado por una reaccin qumica, para as crear la unin entre grano y grano.

    En dcadas pasadas muchas mejoras en aglutinantes para arenas en la industria de la fundicin han resultado en una mejor calidad, mayor productividad y han contribuido a los trabajadores mayor seguridad, adems de proteccin al medio ambiente. Los fundidores, en muchos casos, se han beneficiado de esas mejoras. Estos cambios usualmente han involucrado la eliminacin de malas prcticas de manufactura y un mejor control de las variables del sistema.

    Al producir formas con corazones de arena ligados orgnicamente se producen emisiones que, en vistas a la proteccin sanitaria y del medio ambiente, requieren en parte unas instalaciones costosas de aspiracin y filtracin.[3] El desarrollo de aglutinantes inorgnicos no requiere tales medidas y disponen de un rendimiento y productividad comparable con los sistemas aglutinantes orgnicos a un precio ms bajo, adems que contribuyen a mejorar la rentabilidad de la produccin de