Aunque es físicamente posible fundir aluminio sin fundente, hacerlo en un entorno de fundición industrial es peligroso desde el punto de vista operativo y perjudicial para la calidad del producto. Sin fundente o una tecnología de purificación equivalente (como la desgasificación rotativa y la filtración), el aluminio fundido se oxida rápidamente, desarrollando una gruesa piel de óxido de aluminio (escoria) y absorbiendo hidrógeno atmosférico. Esto provoca porosidad, fallos mecánicos y una pérdida excesiva de metal. Sin embargo, las fundiciones modernas están dejando cada vez más de depender de los fundentes químicos y optan por Equipos avanzados de purificación física de AdTech-específicamente unidades rotativas de desgasificación y filtros de espuma cerámica- para lograr una limpieza superior con un impacto medioambiental reducido.
Por qué existe flux: funciones básicas
El fundente desempeña varias funciones distintas en la fusión y el refinado del aluminio:
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Protección de la superficie: Una capa de sal flotante aísla el metal fundido del oxígeno y la humedad atmosféricos, limitando la formación de óxido y la absorción de hidrógeno.
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Eliminación de óxido: El fundente humedece y absorbe o encapsula el óxido de aluminio (alúmina) y otras inclusiones no metálicas, permitiendo que se separen del metal líquido y se eliminen como escoria.
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Control del hidrógeno: algunos fundentes ayudan a la desgasificación creando canales o entornos químicos que ayudan a que el hidrógeno disuelto escape a la capa de fundente o quede atrapado en fases no metálicas.
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Mejora del rendimiento: puede reducir el arrastre de metal en la escoria y evitar la combustión incendiaria de los elementos de aleación reactivos, aumentando el porcentaje de metal recuperado.
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Control de paredes y escoria: Ciertos fundentes limitan la acumulación en las paredes del horno o de la cuchara y hacen que la manipulación de la escoria sea más segura y limpia.
Cuándo se recomienda el fundente y cuándo puede omitirse
Recomendado
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Reciclado de chatarra mezclada con pintura, plásticos o contaminación desconocida.
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Aleaciones que contienen magnesio o zinc donde la oxidación y las pérdidas de vapor importan.
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Grandes fusiones industriales donde el rendimiento, el control de la inclusión y la integridad química son prioritarios.
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Al preparar piezas moldeadas con baja tolerancia a la porosidad, y donde el mecanizado posterior o la integridad estructural son críticos.
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Si la atmósfera del horno o la manipulación de la carga son deficientes, el fundente compensa impidiendo una mayor contaminación.
A menudo omitido
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Pequeñas fundiciones de hobby utilizando coladas limpias y recortadas o latas fundidas y vertidas rápidamente. Muchos aficionados evitan el fundente por los residuos, el desorden y el riesgo de humedad atrapada.
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Cuando se dispone de un sistema eficaz de desgasificación del gas inerte y la carga está limpia y la composición de la aleación es estable.
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Si un proceso utiliza lingotes prelimpiados y un control estricto del proceso que reducen la formación de escoria y la captación de hidrógeno.
La metalurgia del aluminio fundido y el problema de los óxidos
Para entender la necesidad del fundente, primero hay que comprender el comportamiento del aluminio en estado líquido. El aluminio es muy reactivo. En contacto con el oxígeno, forma inmediatamente una capa de óxido de aluminio (Al2O3). Mientras que esta capa protege al aluminio sólido de la corrosión, en estado fundido se convierte en un contaminante.
Cuando el aluminio se funde, se producen tres fenómenos perjudiciales principales:
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Oxidación: Formación de escoria en la superficie.
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Absorción de hidrógeno: El aluminio líquido reacciona con la humedad del aire (
2Al+3H2O→Al2O3+6H), absorbiendo hidrógeno que provoca porosidad al solidificarse. -
Formación de inclusión: Los óxidos y los refractarios del horno quedan atrapados en la masa fundida.
Los fundentes químicos tradicionales fueron la única solución durante décadas. Funcionan modificando la tensión superficial de la masa fundida, creando una barrera contra la oxidación y reaccionando químicamente con los óxidos para separarlos del metal puro.
Comprender los mecanismos de los agentes fundentes
Los fundentes suelen ser mezclas de sales, principalmente cloruros y fluoruros (NaCl, KCl, CaF2). Su funcionamiento depende de reacciones químicas y físicas específicas diseñadas para humedecer las inclusiones de óxido y facilitar su separación de la masa fundida.
Las tres funciones principales del fundente de aluminio
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Cobertura (protección): Crea una barrera física entre la superficie fundida y la atmósfera para evitar la oxidación.
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Escoria (separación): Promueve una reacción exotérmica que calienta la escoria, haciendo que las gotas de aluminio atrapadas se fusionen y vuelvan al baño, dejando una ceniza seca y pulverulenta que se desespuma fácilmente.
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Refinado (limpieza): Reacciona con las impurezas disueltas (como el calcio o el magnesio) y ayuda a eliminar las inclusiones no metálicas en suspensión.
Cuadro 1: Análisis comparativo de los tipos de flujo en función de los objetivos operativos
| Categoría Flux | Base química | Función principal | Aplicación ideal | Alternativa AdTech |
| Flujo de cobertura | NaCl, KCl | Evita la oxidación durante la conservación. | Hornos de reverbero, largos tiempos de espera. | Lavados y cubiertas: La transferencia sellada minimiza el contacto con el aire. |
| Flujo de escoria | Sales exotérmicas | Separa el metal de la piel de óxido. | Operaciones de desnatado, recuperación de escorias. | Procesamiento de escoria caliente: La separación mecánica reduce el uso de sal. |
| Flujo de limpieza | Fluoruros/Cloruros | Elimina las inclusiones y el hidrógeno. | Fundición de alta calidad (Aeroespacial/Auto). | Unidad de desgasificación rotativa: Utiliza gas inerte para eliminar físicamente el H2. |
| Flujo de limpieza de paredes | Agentes oxidantes | Elimina la acumulación de corindón en las paredes. | Mantenimiento del horno. | Ninguna: El mantenimiento químico sigue siendo necesario en este caso. |
Cómo actúa el fundente en la masa fundida: mecanismos resumidos
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Humectación y encapsulaciónLos componentes del fundente reducen la tensión superficial y humedecen preferentemente las partículas de alúmina. Eso hace que los óxidos se desprendan del aluminio fundido y se unan preferentemente al fundente.
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Separación en función de la densidadLas mezclas de fundente están formuladas para tener una densidad inferior a la del aluminio líquido, lo que permite que el fundente y las inclusiones incrustadas floten hasta la superficie, donde se eliminan.
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Formación de barrerascuando está fundido, el fundente se extiende formando una película continua que reduce el contacto directo entre la masa fundida y el aire, limitando la oxidación y la absorción de hidrógeno.
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Reacciones químicas: los fluoruros u otros componentes activos pueden interactuar químicamente con determinados óxidos o disolver películas finas de óxido para facilitar su eliminación.
Flujos de trabajo industriales que utilizan flujo: pasos típicos del proceso
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Preparación de la cargaLimpieza de grandes contaminantes, clasificación de aleaciones.
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FundiciónLlevar el metal al recalentamiento deseado.
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Solicitud de cobertura: añadir sales de recubrimiento para formar una protección superficial. El momento es importante.
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Refinado/escoriadoañadir fundente de refinado y dejar tiempo para que se capturen las inclusiones y se eleve la escoria.
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Desgasificación: a menudo se realiza en combinación con fundente utilizando gas inerte rotativo, inyección de lanza o desgasificación asistida por fundente.
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Skimming y tappingEliminar la capa de escoria fundente y verter.
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LimpiezaEliminar los residuos de fundente de las piezas fundidas o limpiar los escalones si es necesario.
Alternativas y métodos complementarios
Desgasificación por gas inerte (rotativa y con lanza)
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Cómo funcionaEl gas inerte (argón, nitrógeno o mezclas) se dispersa en la masa fundida mediante un rotor o una lanza. La cavitación y la superficie de las burbujas proporcionan lugares para la salida del hidrógeno.
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Pros: puede lograr un contenido de hidrógeno muy bajo sin añadir residuos de sal.
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ContrasCoste de capital, desgaste del rotor, coste del gas. A menudo se combina con fundente para obtener mejores resultados.
Desgasificación por ultrasonidos
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Cómo funciona: las vibraciones ultrasónicas inducen la cavitación y la formación de burbujas, lo que ayuda a que el hidrógeno y las inclusiones migren hacia el exterior.
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Pros: prometedor para mejorar la limpieza y reducir la porosidad.
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Contras: aún en desarrollo, integración de equipos y problemas de repetibilidad.
Fusión rápida y atmósfera controlada
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Acérquese aminimizan el tiempo de exposición del metal fundido a la atmósfera y controlan el ambiente del horno. Funciona bien con material de carga limpio, a menudo viable en operaciones pequeñas.
Desespumado mecánico
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Acérquese aEliminación física de la capa de escoria. Funciona mejor con metal previamente limpiado o después de haber utilizado fundente para formar una escoria consolidada.
Criterios de selección: cómo elegir un flujo
Elige un flujo teniendo en cuenta estas variables:
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Composición de la aleaciónLa presencia de magnesio, zinc, silicio u otros elementos reactivos influye en la seguridad y eficacia de los fundentes.
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Limpieza de la cargachatarra más sucia necesita un fundente más agresivo.
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Calidad objetivoLas piezas moldeadas estructurales con baja porosidad requieren un refinado más cuidadoso y, posiblemente, una desgasificación combinada.
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Método de procesocrisol vs foso vs horno rotatorio cada uno interactúa de manera diferente con el fundente.
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Límites reglamentarios y medioambientales: los fluoruros y algunos haluros tienen límites de eliminación y en el lugar de trabajo.
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Aceptabilidad de los residuosLas partes aguas abajo que deben estar libres de residuos de sal necesitan una limpieza adicional si se utiliza fundente.
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Objetivos de costes y rendimientoComparación del coste del fundente con la mejora del porcentaje de metal recuperado.
Notas sobre seguridad, manipulación, almacenamiento y medio ambiente
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Naturaleza higroscópicaMuchos fundentes salinos absorben la humedad; el fundente húmedo producirá vapor y porosidad severa cuando se añade al metal fundido. Almacene el fundente seco y sellado.
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Gases y humos tóxicosAlgunos componentes del fundente liberan humos peligrosos cuando se calientan; son esenciales la extracción local y la captura de humos.
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Protección de la piel y los ojospolvo de fundente o gotas fundidas pueden causar quemaduras o irritación; utilizar EPI.
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Eliminaciónescoria mezclada con fundente puede requerir una eliminación especial debido a su contenido en haluros o fluoruros. Siga la normativa local.
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CompatibilidadAlgunos fundentes reaccionan con revestimientos refractarios o materiales de crisol; verifique la compatibilidad con su sistema de horno.
Solución de problemas comunes
Problema: aumento de la porosidad tras el uso de fundente
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Causas comunesfundente húmedo (humedad en el fundente), fundente excesivo que provoca sales arrastradas, o fundente añadido cuando la temperatura de fusión es demasiado baja.
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Arreglafundente seco correctamente, fundir previamente el fundente en los lingotes si lo recomienda el fabricante, añadir el fundente a la temperatura recomendada y combinarlo con la desgasificación si el hidrógeno sigue siendo elevado.
Problema: residuos de fundente en las piezas moldeadas
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CausaDesnatado inadecuado, mala selección del fundente o entrada de fundente en el sistema de compuertas.
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Arreglareducir la cantidad de fundente, asegurarse de que el fundente flota y permanece en la superficie, utilizar la filtración y aumentar el tiempo de espumado.
Problema: bajo rendimiento o pérdida de metal
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Causa: espumado demasiado agresivo o fundente que disuelve el metal.
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ArreglaSelección del fundente con la densidad y el punto de fusión adecuados; formación de los operarios en la técnica de espumado; pruebas en pequeños lotes.
Lista de comprobación y modelo de pliego de condiciones
Cuando compre fundentes, solicite los siguientes datos a los proveedores:
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Desglose de la composición (sales principales, porcentaje de fluoruros).
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Intervalo de fusión y temperatura de uso recomendada.
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Densidad relativa al aluminio fundido.
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Dosificación recomendada por tonelada o por kg de masa fundida.
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Contenido de humedad y condiciones de almacenamiento recomendadas.
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FDS y documentos de conformidad CE/ROHS o regionales.
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Método de aplicación y controles de seguridad recomendados.
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Métricas típicas de mejora del rendimiento de las piezas a partir de ensayos con proveedores.
Tablas de referencia rápida
Tabla 1. Categoría de flujo frente a uso primario
| Categoría de flujo | Función principal | Química típica |
|---|---|---|
| Sales de cobertura | Proteger la superficie de la oxidación | mezclas NaCl-KCl, posible pequeño fluoruro |
| Fundente de refinado | Captura de óxidos e inclusiones | Mezclas de cloruro + fluoruro, boratos |
| Flujo de escoria | Fomentar la formación de espuma | Cloruros de baja fusión |
| Fundente para limpieza de paredes | Eliminar las acumulaciones refractarias | Mezclas de halogenuros más agresivas |
| Fundente de soldadura | Óxido de rotura para unión | Fluoruros, haluros, vehículos orgánicos |
(Fuentes: artículos técnicos sobre fundición y revistas sobre ciencia de los materiales).
Tabla 2. Pros y contras: desgasificación por flujo frente a desgasificación por inertes
| Método | Ventajas | Desventajas |
|---|---|---|
| Flux | Protege la superficie; captura los óxidos; puede aumentar el rendimiento | Deja residuos; riesgo de humedad; problemas de eliminación |
| Desgasificación de gases inertes | Sin residuos de sal; eliminación eficaz del hidrógeno | Mayor coste de capital; coste del gas; mantenimiento del equipo. |
| Combinado | La mejor calidad global de fusión para muchas aleaciones | Mayor complejidad y coste |
(Fuentes: guías prácticas de fundición y comparaciones de métodos).
Tabla 3. Componentes típicos de la sal y comportamiento aproximado de fusión
| Componente | Punto de fusión (°C) | Papel |
|---|---|---|
| NaCl | 801 | La mayor parte de las sales de cobertura |
| KCl | 770 | Disminuye el punto de fusión cuando se mezcla con NaCl |
| NaF | 993 | Modifica la humectación; componente activo en algunas mezclas |
| KAlF4 (fluoruro de potasio y aluminio) | ~400-500 (comportamiento compuesto) | Modificador del rendimiento del flujo |
(Nota: las mezclas producen eutécticos con puntos de fusión más bajos que las sales individuales).
Fundentes para la fusión y el refinado del aluminio: FAQ técnicas
1. ¿Los aficionados necesitan fundente para fundir latas?
2. ¿El fundente eliminará el hidrógeno de la masa fundida?
3. ¿Qué ocurre si el fundente contiene humedad?
4. ¿Son peligrosos los fundentes que contienen flúor?
5. ¿Puede el fundente dañar los hornos refractarios?
6. ¿Cambia el fundente la química de la aleación prevista?
7. ¿Cuánto fundente debo añadir por fusión?
8. ¿Es compatible el fundente con la fundición a presión y los moldes permanentes?
9. ¿Qué es mejor para la calidad: el fundente o la desgasificación rotativa?
10. ¿Cómo compruebo si mi fundente funciona eficazmente?
Breve lista de comprobación para un operario que se prepara para utilizar fundente
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Verificar que el fundente esté seco y almacenado en recipientes sellados.
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Precalentar la masa fundida a la temperatura recomendada.
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Utilice la dosificación recomendada y añada el fundente suavemente a la superficie o según el método del proveedor.
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Deje transcurrir un tiempo para que el fundente reaccione y recoja los óxidos.
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Desnatar bien la capa de escoria fundente antes del roscado.
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Si se requiere una baja porosidad, realice la desgasificación después o durante el refinado del fundente.
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Documentar el rendimiento y la calidad de la fundición para una mejora continua.
Recomendaciones finales (de ingeniero a ingeniero)
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Empezar con objetivos de procesodefinir objetivos aceptables de porosidad, fidelidad química y rendimiento.
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Pruebas de funcionamientoPrueba de lotes controlados con y sin fundente, medición de los niveles de hidrógeno e inclusión y control de la pérdida de metal.
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Combinar métodosPara una producción de alta calidad, combine el fundente con la desgasificación rotativa/con gas inerte. Este enfoque híbrido suele ofrecer el mejor compromiso entre limpieza y rendimiento.
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Controlar la humedadLa causa principal de los fallos relacionados con el fundente es el fundente húmedo. Mantenga el almacenamiento en seco y acondicione el fundente si es necesario.