Na produção de peças fundidas de aço, o desempenho e a tecnologia de aplicação dos materiais de moldagem determinam diretamente a qualidade da conformação, a eficiência e o custo de produção, constituindo o elo fundamental do controle de qualidade. A seleção inadequada, parâmetros excessivos, proporções incorretas ou operação fora do padrão dos materiais de moldagem podem causar defeitos de fundição, como poros, aderência de areia, inclusão de escória, deformação e vazios, afetando diretamente a taxa de aprovação e a qualidade das peças entregues. Portanto, o domínio preciso das características de desempenho dos diversos materiais de moldagem, o controle rigoroso dos parâmetros dos materiais e das tecnologias de construção, e a otimização dos processos de produção são medidas essenciais para estabilizar a qualidade das peças fundidas de aço, melhorar a eficiência e reduzir os custos de produção. Combinando a experiência prática em campo, este artigo analisa sistematicamente a influência dos principais materiais de moldagem, incluindo areia de moldagem, aglomerantes e revestimentos, na qualidade das peças fundidas de aço, e propõe medidas de gestão e otimização correspondentes, a fim de fornecer uma referência para a melhoria da qualidade na produção de peças fundidas.

1. Influência da areia de moldagem na qualidade da fundição de aço e contramedidas de controle

Sendo o material de moldagem mais utilizado e crítico na produção de peças fundidas de aço, a areia de moldagem, cujo desempenho geral determina diretamente a estabilidade da conformação dos moldes e machos, atua como um fator central que afeta a qualidade interna e externa das peças fundidas. Para reduzir os custos de produção, minimizar o descarte de areia e alcançar uma produção verde e de baixo carbono, a maioria das fundições adota atualmente o modo de aplicação mista de areia virgem e areia reciclada. A areia de moldagem utilizada na produção é misturada com areia virgem, areia reciclada, aglomerantes e aditivos auxiliares de acordo com proporções tecnológicas, e deve apresentar propriedades abrangentes qualificadas, incluindo resistência, permeabilidade ao ar e refratariedade. Esta seção analisa a influência da areia virgem e da areia reciclada na qualidade das peças fundidas de aço e os principais pontos de controle de qualidade.

1.1 Influência e Critérios de Seleção da Areia Bruta

Dividida em areia de sílica comum e areia especial, a areia bruta é o suporte básico da areia de moldagem, e seu desempenho afeta diretamente a estabilidade em altas temperaturas e a qualidade da conformação dos moldes, constituindo a base do controle de qualidade da fundição de aço. O teor de sílica na areia de sílica determina sua refratariedade, que é o índice principal para prevenir defeitos de fundição, como aderência da areia e sinterização. No processo de produção, a areia de fundo tem requisitos de refratariedade relativamente baixos, enquanto a areia de revestimento está em contato direto com o aço fundido em alta temperatura; portanto, areia de sílica de alta pureza deve ser selecionada para garantir a estabilidade estrutural sob condições de trabalho em altas temperaturas. Além disso, os parâmetros da areia bruta, incluindo teor de argila, granulometria, teor de partículas finas e coeficiente de angularidade, afetam diretamente a resistência e a permeabilidade ao ar da areia de moldagem. Padrões de controle interno devem ser formulados de acordo com a estrutura do produto e os requisitos de qualidade das empresas para garantir o desempenho básico estável da areia de moldagem.

A granulometria é um índice tecnológico fundamental da areia bruta. Areia bruta com boa concentração granulométrica pode equilibrar eficazmente a resistência do molde, a permeabilidade ao ar e a precisão dimensional da peça fundida, sendo adequada para a produção de peças fundidas de aço convencionais. O controle rigoroso dos diversos índices de impurezas da areia bruta pode evitar eficazmente defeitos secundários na fundição, como poros e inclusões de escória.

Em comparação com a areia de sílica comum, areias especiais como a areia de cromita, a areia de zircão e a areia de ceramsita apresentam vantagens como alta refratariedade, boa estabilidade em altas temperaturas e baixo coeficiente de expansão térmica. Elas são aplicadas principalmente em áreas críticas de peças fundidas propensas a defeitos, como pontos quentes, cantos arredondados e pequenas estruturas de guia, podendo melhorar efetivamente defeitos localizados, incluindo aderência de areia, superfície rugosa e porosidade por contração, e aprimorando significativamente a qualidade de conformação de peças fundidas de aço complexas e de alta precisão.

1.2 Influência e Controle de Otimização da Areia Recuperada

A produção de peças fundidas de aço consome uma enorme quantidade de areia de moldagem. A reciclagem de areia recuperada e o uso misto de areia nova e recuperada tornaram-se o principal método da indústria de fundição para reduzir custos, aumentar a eficiência e alcançar uma produção sustentável. O desempenho da areia recuperada é afetado por fatores ambientais como estação do ano, temperatura e umidade. Na produção, a proporção de areia nova e recuperada precisa ser ajustada dinamicamente para estabilizar o desempenho geral da areia de moldagem e garantir a qualidade da formação dos moldes.

O teor de partículas finas e a perda por ignição são dois índices de controle essenciais da areia reciclada, que exercem grande influência na qualidade da fundição. Um teor excessivamente alto de partículas finas reduz a permeabilidade ao ar e a resistência geral da areia de moldagem, diminui a velocidade de endurecimento e facilita a ocorrência de defeitos de fundição, como aprisionamento de gás, poros, aderência da areia, erosão da areia e inclusão de escória.

A perda por ignição caracteriza o teor de matéria orgânica residual e película aglomerante na areia reciclada e está positivamente correlacionada com a geração de gases em alta temperatura na areia de moldagem. Uma perda por ignição excessivamente alta na areia reciclada aumenta consideravelmente a geração de gases durante o vazamento. Como esses gases não conseguem escapar a tempo, podem surgir defeitos na peça fundida, como poros e porosidade, reduzindo significativamente a taxa de aprovação do produto. Portanto, o índice de perda por ignição deve ser rigorosamente controlado na produção.

Para lidar com os riscos de qualidade causados ​​pela areia reciclada, as empresas devem estabelecer um mecanismo de detecção regular na produção para monitorar o teor de partículas finas e a perda por ignição, e reduzir as impurezas residuais otimizando o processo de reciclagem da areia. Ao mesmo tempo, a proporção de areia nova e reciclada deve ser ajustada dinamicamente de acordo com o ambiente local e as condições de produção, e o processo de endurecimento do molde deve ser otimizado para reduzir fundamentalmente os defeitos de fundição induzidos pela areia reciclada, equilibrando a qualidade do produto e o custo de produção.

2. Influência do aglomerante da areia de moldagem na qualidade da fundição de aço e no controle da dosagem

A areia bruta pura não possui resistência à moldagem e não pode ser usada diretamente para moldagem. É necessário adicionar aglutinantes para mistura e reação, a fim de conferir aos moldes e machos resistência e estabilidade estrutural suficientes durante os processos de moldagem, perfuração e vazamento. Os aglutinantes comuns na indústria incluem argila, óleo e resina furânica. Esses aglutinantes diferem bastante em mecanismo de cura, características de desempenho e cenários de aplicação, e devem ser selecionados criteriosamente de acordo com as tecnologias de produção e os requisitos de qualidade da peça fundida. A seleção, a dosagem e o processo de mistura dos aglutinantes determinam diretamente a resistência do molde, o efeito de moldagem e a capacidade de desmoldagem, fatores que impactam significativamente a qualidade da peça fundida e a dificuldade de limpeza subsequente.

A dosagem do aglomerante é o ponto-chave do controle do processo no local, e uma dosagem inadequada causará diretamente diversos defeitos de fundição. A adição insuficiente de aglomerante leva à cura inadequada, baixa resistência e velocidade de endurecimento lenta da areia de moldagem, o que facilmente causa o colapso do molde e a deformação da areia, resultando em espessura de parede irregular, porosidade e deformação da peça fundida, podendo até mesmo levar ao descarte da peça em casos graves. A adição excessiva de aglomerante pode melhorar temporariamente a resistência do molde, mas aumentará os resíduos orgânicos na areia de moldagem, elevará a perda por ignição e a geração de gases em alta temperatura, além de aumentar consideravelmente o risco de poros e inclusões de escória. Ademais, reduzirá a colapsibilidade do macho, aumentará a dificuldade de limpeza das cavidades internas da peça fundida, elevará os custos de mão de obra e materiais e causará desperdício de recursos.

Portanto, o controle do aglomerante deve seguir o princípio da adaptação adequada. Partindo do pressuposto de que os requisitos de resistência do molde e do macho, estabilidade de armazenamento e condições de vazamento devem ser atendidos, a dosagem de aglomerante deve ser minimizada para equilibrar efetivamente a qualidade da peça fundida, a eficiência da produção e o custo de produção, e reduzir os defeitos de fundição induzidos pelo aglomerante desde a sua origem no processo.

3. Influência do revestimento de fundição na qualidade da fundição de aço e no controle de parâmetros

As peças fundidas de aço são vertidas a altas temperaturas, e a areia de sílica comum não é adequada para as condições de trabalho devido à sua insuficiente refratariedade. O contato direto entre o aço fundido e os moldes causa a sinterização e vitrificação da areia de moldagem, levando a sérios problemas de adesão química. A aplicação de uma tinta especial para fundição nas superfícies das cavidades e dos núcleos é um processo fundamental para isolar o aço fundido da areia de moldagem, melhorar a qualidade da superfície da peça fundida e eliminar defeitos de adesão da areia.

O revestimento de fundição é composto principalmente por agregado refratário, veículo, agente suspensor, aglutinante e aditivos funcionais. Como componente funcional principal, o agregado refratário pode melhorar efetivamente a refratariedade e a estabilidade a altas temperaturas do revestimento, isolar a reação química entre o aço fundido e a areia de moldagem e prevenir defeitos de fundição, como aderência de areia e inclusões. O desempenho do revestimento de fundição é dividido em desempenho físico, desempenho tecnológico e desempenho em operação. Os principais índices de controle em campo incluem densidade, grau Baumé, espessura do revestimento, viscosidade e resistência à fissuração por secagem.

A densidade do revestimento reflete diretamente o teor de sólidos, o que tem um grande impacto no efeito de construção e na qualidade da proteção. Se a densidade for muito baixa, os componentes refratários no revestimento serão insuficientes, resultando em um desempenho anti-escoamento deficiente, falha na formação de uma camada protetora uniforme e eficaz, e facilidade de fissuração por retração e desprendimento após a secagem, o que reduz significativamente o efeito protetor. Se a densidade for muito alta, a viscosidade do revestimento será alta com baixa profundidade de penetração. O revestimento espesso após a aplicação apresenta baixo desempenho de nivelamento e é propenso ao acúmulo. O aquecimento interno e externo desigual durante a secagem causará fissuras no revestimento e induzirá ainda mais defeitos na superfície da peça fundida.

A prática de produção comprova que a seleção de revestimentos com densidade e viscosidade adequadas, juntamente com a padronização do processo de aplicação e da espessura do revestimento, permite produzir peças fundidas com superfícies lisas e planas, sem escorrimento, aderência de areia ou inclusões. No dia a dia da produção, é fundamental monitorar regularmente os principais parâmetros de desempenho dos revestimentos e unificar os padrões de aplicação para garantir um efeito de proteção estável e confiável.

4. Conclusões

O processo de fundição de aço é complexo e envolve inúmeros fatores que influenciam a qualidade. Flutuações de parâmetros, dosagens inadequadas e manuseio incorreto de materiais de moldagem, incluindo areia de moldagem, aglomerantes e revestimentos, afetam a qualidade final das peças fundidas. A maioria dos defeitos de fundição é causada pelo efeito combinado de múltiplos fatores. Ao analisar as regras de influência dos três tipos de materiais de moldagem de machos, este artigo chega às seguintes conclusões:

• O teor de partículas finas e a perda por ignição da areia reciclada são os principais indicadores para o controle da areia de moldagem. Uma perda por ignição excessivamente alta aumenta consideravelmente a geração de gases na areia de moldagem e induz a porosidade na peça fundida. A otimização regular do processo de tratamento da areia reciclada e o ajuste dinâmico da proporção entre areia nova e reciclada, de acordo com as condições de trabalho, são essenciais para estabilizar o desempenho da areia de moldagem e reduzir defeitos de porosidade.

• A dosagem de aglomerantes exige controle preciso e ajustes adaptativos. A adição insuficiente de aglomerante leva à resistência inadequada do molde e à cura deficiente, causando defeitos como porosidade, deformação da peça fundida e espessura irregular das paredes. A adição excessiva não só desperdiça materiais e aumenta os custos de produção, como também eleva as perdas por ignição e a geração de gases da areia de moldagem, agravando o risco de poros e inclusões de escória. Portanto, a proporção ideal de adição deve ser rigorosamente controlada, desde que se mantenha a resistência necessária do molde em serviço.

• Os parâmetros de desempenho do revestimento determinam diretamente a qualidade da superfície das peças fundidas. O controle preciso da densidade do revestimento, do grau Baumé, da viscosidade e da espessura do revestimento, bem como um processo de aplicação padronizado, podem eliminar eficazmente defeitos como aderência de areia, inclusões e fissuras superficiais, sendo este o elo fundamental para garantir a qualidade estética das peças fundidas.

• O controle de qualidade em peças fundidas de aço é sistemático e abrangente, pois um mesmo defeito pode ser causado por múltiplos problemas de material ou de processo. Na produção, deve-se estabelecer um sistema completo de detecção de materiais e controle de processo para avaliar de forma abrangente múltiplos fatores, como o desempenho do material, as condições ambientais e os processos operacionais, localizar com precisão as causas dos defeitos e otimizar continuamente as estratégias de melhoria. Isso permite melhorar de forma constante a qualidade das peças fundidas de aço e alcançar os objetivos de produção de melhoria da qualidade, redução de custos e aumento da eficiência para as empresas.