Un nuevo desarrollo del Centro de Investigación Metalúrgica AZTERLAN combina la monitorización en tiempo real del proceso de fabricación y el desarrollo de modelos predictivos de control para proponer, en cada momento, la receta óptima de materias primas en base al parque de chatarra disponible, su coste y su composición.
La fusión es un punto crítico del proceso de fundición a la hora de asegurar la fabricación de piezas sin defectos y con propiedades mecánicas aseguradas. En esta fase del proceso se define con qué materiales y con qué elementos de aleación se alcanzará la composición química objetivo. Esto es, la “receta” del material con el que se fabricarán los componentes.
El empleo de chatarras de acero recicladas en la fabricación de componentes de fundición de hierro (como por ejemplo, la chatarra procedente de procesos de estampación), tiene grandes beneficios económicos y medioambientales. La reutilización de este material favorece el desarrollo de una economía circular, permitiendo reducir (e incluso eliminar) el uso de materiales procesados intermedios como los lingotes de hierro, con la consiguiente reducción del impacto medioambiental y coste económico. Sin embargo, las chatarras recicladas presentan cada vez mayores contenidos de elementos micro-aleantes que tienen una gran repercusión en la metalurgia y pueden modificar la estructura final de las piezas fundidas. Además, elementos minoritarios como el titanio o el aluminio, o recubrimientos como el zinc, inciden negativamente en la calidad de los componentes fundidos. Estos elementos reaccionan con el molde durante la colada, generando evoluciones gaseosas que originan defectos en la superficie de las piezas fundidas.
Con el fin de actuar sobre la etapa de fusión y asegurar la calidad del metal en todo momento, AZTERLAN ha desarrollado un sistema inteligente que permite optimizar las cargas metálicas en base a la disponibilidad, el coste, la calidad de las materias primas y los requerimientos de las piezas, ajustando la “receta” del metal a la calidad metalúrgica objetivo.
Este innovador sistema (basado en la tecnología la Plataforma Sentinel® de AZTERLAN) interconecta en tiempo real información relativa a la disponibilidad del material empleado como carga fusora en los silos de almacenaje, los certificados de verificación de composición química de estos materiales, su coste y los datos provenientes del plan de control de la planta (mediante un gemelo digital del proceso) para evaluar las características del metal a partir de técnicas de análisis térmico y análisis químico disponibles en cada fundición. Por otro lado, y también en tiempo real, un algoritmo inteligente monitoriza tanto la calidad metalúrgica como la concentración de los elementos traza no deseados en la colada, así como el tratamiento del metal líquido. Con todo ello, calcula una mezcla óptima de materias primas con el menor coste posible que, en todos los casos, asegure la calidad metalúrgica mínima requerida para la fabricación de cada referencia.
Como indican desde la línea de investigación de Tecnologías Inteligentes de Fabricación de AZTERLAN, “además de asegurar la fiabilidad y la eficiencia del proceso, este desarrollo tiene como objetivo principal reducir al máximo el coste de la materia prima y aleantes necesarios para producir el metal base”. De este modo, “la composición óptima a proponer por el sistema consiste en aquella que cumpla dos criterios de forma simultánea: ofrecer una calidad metalúrgica suficiente para fabricar sin defectos y hacerlo con el coste más reducido posible”.
Con ello, este innovador sistema para la fundición de hierro ofrece significativos ahorros en el consumo de materiales de carga (lingote, chatarra, … etc.) y de materiales de aleación, optimizando el rendimiento global del proceso (la relación entre cantidad de metal utilizado y piezas producidas), a la vez que repercute directamente en la mejora de las tasas de rechazo causadas por las características del metal.
“Como tecnología de gran complejidad en la que intervienen cientos de parámetros interconectados que afectan a la calidad final de los componentes, las fundiciones necesitan avanzar en el control de sus procesos de fabricación. Esta necesidad no hace más que aumentar en el escenario actual, en el que factores como los costes energéticos, los problemas de abastecimiento de ciertas materias primas y la necesidad por mejorar la sostenibilidad del proceso requieren de medidas orientadas a optimizar su eficiencia y su eficacia”.
La base tecnológica de esta aplicación, que debe ser customizada con el fin de responder a las características y objetivos de cada organización, ya se encuentra implantada en varias plantas de fundición, tanto en Euskadi como a nivel internacional, combinando el conocimiento experto de AZTERLAN con la realidad y los objetivos específicos de mejora de cada planta. Actualmente, AZTERLAN sigue trabajando en el desarrollo de esta tecnología, incorporado otros conceptos y parámetros clave para la fundición, como la sostenibilidad, a la hora de proponer composiciones o “recetas” del metal o de realizar distintos tipos de adiciones.
Operario en zona de fusión de una fundición de hierro monitorizada mediante la Plataforma Sentinel®.
