La terra da fonderia ricopre un ruolo fondamentale nella realizzazione e nella sanità delle fusioni in alluminio in sabbia a verde.
Cos’è la terra da fonderia?
Durante il processo produttivo delle fusioni in sabbia a verde, più comunemente chiamate fusioni in terra, la terra o sabbia di formatura ricopre un ruolo centrale.
Il termine “a verde” sta ad indicare l’impiego di leganti inorganici argillosi.
La terra da fonderia è composta da sabbia silicea, leganti (chiamati anche agglomeranti) e acqua.
Viene utilizzata per la preparazione delle forme transitorie, ovvero dei contenitori in cui verrà colato l’alluminio fuso per la realizzazione di fusioni o getti.
La qualità della terra con cui si forma la staffa è uno degli elementi più importanti per la buona riuscita dell’intero processo, infatti una terra non buona può causare scarti di interi lotti di fusioni.
Un’attenta e costante gestione dei controlli si rivela di conseguenza fondamentale, soprattutto in fonderie dove la produzione è differenziata, sia in formatura (manuale o a macchina) che in tipologia, con anime in sabbia o senza.
Principali proprietà di una buona terra da fonderia
Una terra non idonea può generare difetti superficiali o profondi che possono essere molto vistosi rischiando di compromettere la qualità della fusione.
Per essere una buona terra da fonderia deve presentare le seguenti caratteristiche:
- Plasticità: per adattarsi alle forme del modello, anche le più sottili e complesse.
- Permeabilità: per consentire l’uscita dei gas che si formano durante il processo di colata (CO, N2, H2), l’aria e l’umidità nella forma evitando difetti più o meno gravi all’interno del getto.
- Refrattarietà: per resistere alle alte temperature di colata.
- Finezza: per dare al getto superfici lisce.
Composizione della terra da fonderia
Le terre da fonderia sono composte da:
Sabbia silicea: generalmente composta da SiO2 (quarzo) per il 90/99% mentre la rimanente parte è costituita da Al2O3, FeO, CaO+MgO ed alcali.
Si presenta sotto forma di granuli con un colore che va dal giallastro all’avorio. I granuli possono essere di varie granulometrie dalla più fine (0,1 mm) alla più grande (0,8 mm).
In base alla granulometria si avrà una pelle delle fusione in alluminio più liscia o più rugosa.
I depositi di sabbie naturali sono il risultato di processi di sedimentazione geologica e fenomeni di erosione atmosferica. La sabbia silicea vergine che sarà utilizzata in fonderia viene lavata dagli estrattori per ridurre al minimo la polverosità.
Legante argilloso o bentonite: con il termine “bentonite” si indica il nome commerciale di una serie di argille naturali caratterizzate dalla capacità di assorbire acqua rigonfiando.
Il componente principale della bentonite è la montmorillonite, un minerale argilloso. Allo stato naturale la bentonite grezza è una roccia tenera, friabile ed untuosa dal colore variabile.
Una bentonite di buona qualità permetterà l’assorbimento di una maggiore quantità di acqua, contribuendo così a mantenere elevata la coesione della forma.
Acqua: conferisce al legante argilloso il caratteristico potere legante.
Viene aggiunta in una percentuale compresa tra il 2 e il 4% in base alla forma del modello e al tipo di formatura.
Solitamente la formatura manuale richiede una % di acqua superiore rispetto alla formatura a macchina.
Preparazione della terra da fonderia
Questi materiali sono miscelati all’interno di molazze per il tempo impostato, quindi scaricati sui nastri trasportatori che porteranno la terra all’impianto per la formatura delle staffe.
La molazza è una vasca metallica dove ruotano due pale montate su un cilindro rotante posto nell’asse centrale della vasca, anch’essa rorante e dotata di un rasatore sul fondo della vasca.
La terra immessa nella vasca dall’alto tramite nastri trasportatori viene energicamente pressata, mescolata e umidificata con acqua.
I tempi di molazzatura dovranno essere tali da consentire un’adeguata e omogenea miscelazione della bentonite e dell’acqua con la sabbia silicea.
Alla fine della molazzatura la terra viene scaricata lateralmente su nastri trasportatori per raggiungere la zona di formatura.
Oltre a consentire un miglior controllo della qualità di produzione, la macchina consente anche un miglioramento delle performance ambientali.
Controlli sulle terre da fonderia
I controlli che normalmente vengono eseguiti si basano sull’analisi delle caratteristiche chimico-fisiche della terra prima del suo utilizzo per realizzare le forme transitorie dove verrà introdotto il metallo fuso.
Per ovviare a scarti di produzione dovuti alla bassa qualità della terra si devono eseguire test prima dello scarico della molazza e dopo lo scarico della molazza.
Il controllo del campione di terra si suddivide in:
- Caratteristiche tecnologiche (umidità, compattabilità, resistenza al taglio longitudinale a verde ecc.).
- Analisi chimico-fisica (perdita alla calcinazione, perdita al lavaggio argilla attiva).
- Analisi granulometrica dello scheletro siliceo (controllo con setacci di varie misure).
Come determinare l’umidità
Si introduce un campione di 20 g di terra o sabbia a verde in una stufa riscaldata a 110°C.
Dopo l’essiccamento, si effettua la pesata sul campione che è stato lasciato raffreddare nell’essiccatore fino alla temperatura ambiente.
Il contenuto di umidità è dato dalla differenza delle due pesate prima e dopo l’essiccazione, espresso in percentuale rispetto alla massa del campione originario.
L’interpretazione delle prove sulla sabbia da fonderia vengono eseguite per:
- Collaudare ovvero verificare se la terra ha le caratteristiche richieste.
- Mantenere o correggere le percentuali dei prodotti che la costituiscono.
- Diagnosticare alcune problematiche sorte o che potrebbero sorgere nel caso di utilizzo della terra non buona.
Una volta raggiunta la solidificazione completa del getto di alluminio, la staffa viene posata sul distaffatore per separare la sabbia dalla staffa ed estrarre il getto di alluminio.
La sabbia viene recuperata tramite nastri trasportatori posti al di sotto del distaffatore che la
