Fundentes al Manganeso para la Soldadura Automática por Arco Sumergido (SAW) (página 2)
El MgO y el CaO se caracterizan por una coordinación octaédrica, encontrándose en los silicatos en forma de (MgO6) y (CaO6) respectivamente, como plantea Greenwood (1995). Por su parte Gacik (1991b) y Sokolsky (1986) plantean que los iones bivalentes Mn2+ forman grupos octaédricos (MnO6), siendo este grupo y el SiO44- las unidades estructurales de los fundidos del sistema MnO-SiO2, observándose en fundidos de este tipo agrupaciones de tefroita (Mn2SiO4), rodanita (MnSiO3) y agrupaciones de componentes en exceso en relación a la composición de estos (MnO o SiO2).
Procesos de oxidación- reducción durante la soldadura bajo fundente
Oxidación- reducción del silicio y el manganeso
Los procesos de oxidación reducción del silicio y el manganeso en fundentes del sistema MnO-SiO2 son abordados por la literatura especializada, coincidiendo en los puntos de vistas fundamentales la mayoría de los autores. Para la descripción K.V. Liuvavskii (Burgos (1992), Runov (1990a)) propone las siguientes ecuaciones:
El monóxido de hierro ( wustita) se disuelve en la escoria y parcialmente en el metal líquido, según plantean Alui (1990) y Pojvisnev (1991), quedando como resultado de las ecuaciones descritas el metal enriquecido al mismo tiempo con silicio, manganeso y oxígeno.
Según Runov (1990b) y Bobkova (1991) la reducción del manganeso por el hierro ocurre en todas las zonas de temperatura pero se hace más intensa hasta los 1800oC (en el baño). De lo anterior se infiere que el manganeso como desoxidante es más activo en las zonas de bajas temperaturas mientras el silicio es activo para temperaturas mas altas ( en el baño y en el arco).
Autores como Potapov (1989) y Podgayeskii (1988) plantean que, en la soldadura bajo fundente es necesario tener en cuenta la oxidación del hierro no solo con la formación de silicio, sino también con la formación de óxido de silicio II (SiO), siendo de este modo un proceso de oxidación en varios estadios que ocurre según el esquema de reacción siguientes:
Es evidente que, de estos esquemas el más probable desde el punto de vista termodinámico es el (II), aunque los dos son probables. Cuando la temperatura desciende, por ejemplo en la zona posterior del baño, comienzan a oxidarse el manganeso y el silicio con el oxígeno disuelto en el baño [O]FeO, debido a que sus concentraciones resultan superiores a las de equilibrio. Sucede que una parte del oxígeno alcanza a pasar a la escoria en forma de Fe2SiO4, y no resulta suficiente su concentración en el baño para oxidar todo el silicio y el manganeso, además de que el descenso relativamente rápido de la temperatura hace disminuir la velocidad de reacción según la conocida Ley de Arrenius, referida por Cicuit (1997).
Para una composición estable de los consumibles y el metal base, plantean Castellanos (1994) y Sabirzianov (1986) que las causas principales que influyen sobre la variación de la composición del metal son: la variación de la relación del metal base-metal fundido, variación de la masa relativa de escoria, las condiciones de transporte a los procesos de interacción y variación de las condiciones cinéticas de los estadios de gota y baño.
Oxidación del metal por el Al2O3
Según Nishio (1992), Okuda (1990) y Sabirrianov (1986) la afinidad del carbono por el oxígeno crece con la temperatura, lo cual hace posible que en la zona del baño el aluminio pase de (+2) a (0) con la formación de CO que abandona la zona de fusión, como muestra la ecuación (1.13), por lo que no enriquece al metal con oxígeno.
Según cálculos termodinámicos de este propio autor, las reacciones más probables en el baño (900- 1200oC) son la (1.17), la (1.18) y la (1.20); la (1.16) y la (1.19) solo son posibles en el estado de gotas.
La actividad química relativa para el Al2O3, según Stukalo (1987), es como sigue:
donde, 0.4 -coeficiente, que determina el potencial de oxidación del Al2O3 en relación con el SiO2.
Afino del metal en la soldadura bajo fundente
El azufre y el fósforo, como es conocido, ejercen una influencia negativa sobre las propiedades del metal. Este último provoca fragilidad en frío y para los aceros austeníticos provoca grietas en caliente. El azufre por su parte provoca grietas en caliente a causa de la formación de eutécticas de bajo punto de fusión. Esto es detalladamente abordado por Faber (1998) y Dashelsky (1990), quienes dan la temperatura de fusión del FeS (1195oC) y la de la eutéctica de este sulfuro con el hierro (985oC). Tiene también bajo punto de fusión la eutéctica 2FeO(SiO2 +FeS, como lo plantea Seferian (1979).
El azufre, según Gordo (1998), Quintana (2000), Jiménez (1992) y Perdomo (2000) llega al metal desde los minerales de carga, con el mineral de manganeso, con la magnesita y el mineral de flúor. En los minerales el azufre se encuentra fundamentalmente en forma de FeS2, como plantea Dashensky (1990), disociándose a más de 600oC según la ecuación:
Por ello durante la fusión en horno eléctrico de arco el contenido de azufre disminuye en un 30-40% del original de la carga, como plantea Nishio (1991), siendo frecuente en los fundentes al manganeso un contenido de azufre de un 0.10-0.15%.
El FeS se disuelve bien en el hierro liquido, por esto plantea Pis䭥nnyi (1996) que, cuando el azufre se encuentra en esta forma en el fundente y su contenido es (0.05% se observa un enriquecimiento del baño con este elemento.
En la soldadura bajo fundente alto en manganeso, según Frolov (1988) se verifica la desulfuración por la reacción siguiente:
De acuerdo a la ecuación de equilibrio se aprecia que para bajos contenidos de MnO la reacción tiende a ser reversible para las temperaturas del baño.
El sulfuro de manganeso MnS es poco soluble en el metal y pasa parcialmente a la escoria, quedando en el metal en forma de inclusiones de sulfuros u oxidosulfuros, según lo planteado por Seferian (1979), considerándose, además por Marcelo (2000) que para que el azufre presente en el metal no provoque grietas en caliente debe cumplirse que
Al igual que el azufre, el fósforo, como plantea Gomez-Pinilla (1998) y Anduo (1983), llega al fundente desde los minerales de carga, alcanzando en éstos contenidos hasta 0.2-0.22%, pero que en la fusión del mineral el contenido de fósforo solo disminuye en un 20-25% por lo que en el fundente éste alcanza hasta un 0.15%.
Para el paso del fósforo del metal a la escoria, primeramente éste debe oxidarse (el agente oxidante lo constituye el (FeO)) y luego unirse en un grupo que lo retenga en la escoria (un oxido básico, por ejemplo el CaO), como lo plantean Velichkov (1991) y Lee (1990):
donde, RO- óxidos básicos en el fundente.
A medida que aumenta la basicidad el paso del fósforo al metal disminuye, como se infiere de lo planteado, si esta es baja entonces los óxidos básicos no alcanzan a unirse al P2O5, porque son atrapados en los silicatos. Según resultados de varias investigaciones, el efecto del CaO y el MgO sobre el fósforo es idéntico y hasta valores de B=2.5 la defosforación ocurre intensiva, atenuándose para valores más altos (Olson (1981), Cruz (2001), entre otros), mientras que el contenido de FeO en los valores que varía en los fundentes no ejerce influencia sobre este proceso.
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Autor:
Amado Cruz-Crespo,
Rafael Quintana Puchol,
Lorenzo Perdomo González,
Carlos Gómez Pérez
Universidad Central ?rtha Abreu? Las Villas
Carretera a Camajuaní km 5.5, Santa Clara, Villa Clara, Cuba
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