Universidad Nacional José Faustino Sánchez Carrión
Fundada en 1968 Decreto Ley Nº 17358
ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA
METALÚRGICA
FACULTA DE INGENIERIA QUIMICA y METALURGICA
TESIS PARA OPTAR EL TITULO DE
INGINIERO METALURGICO
TITULO:
“PROCESO PARA LA OBTENCIÓN DE ALAMBRE GALVANIZADO PRODAC-BEKAERT S.A.”
AUTORES:
➢ ISAI KEOMA CHIRINOS DÍAS
➢ MARTIN LIZZETTI ROSALES
ASESOR:
Mg. RONALD FERNANDO RODRIGUEZ ESPINOZA
2 DEDICATORIA
Para empezar; quisiera Dedicar en Primer Lugar a mis Padres por hacer Posible la culminación de mi Carrera, a mi Escuela por Gestionar las facilidades en el Trámite documentario, a mi Facultad por el respaldo que éste acompaña en mi Formación de Ingeniero Metalúrgico y a la Universidad por ser la fuente adecuada de cultura, de formación humanista y profesional que todo estudiante de Ingeniería tiene.
4 PENSAMIENTO.
“El conocimiento se enorgullece de haber aprendido tanto; la sabiduría siente la humildad de no saber más.”
5 AGRADECIMIENTO
A Productos de Acero Cassado (PRODAC-BEKAERT) por darme la oportunidad de pertenecer a esta gran empresa transnacional donde he aprendido muchísimo de sus procesos productivos y que cada día me enseña más y más en el día a día por la calidad de personas que existe en ese ambiente laboral a todo nivel.
6 ÍNDICE GENERAL Caratula Dedicatoria Pensamiento Agradecimiento Índice General. Índice de Gráficos Índice de cuadros Glosario de Abreviatura Índice de Apéndice Resumen Introducción 01 02 03 04 05 08 10 11 13 14 15 CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA
1.1. Antecedentes del problema. 1.2. Objetivo
1.3. Importancia 1.4. Justificación
17 18 18 18
CAPÍTULO II: PRODUCTOS DE ACERO CASSADO S.A.
“PRODAC-BEKAERT
2.1 Antecedentes 2.1.1 Misión. 2.1.2 Visión
2.1.3 Política de calidad 2.2 Organización.
2.3 Organigrama. 2.4 Ubicación
20 20 21 21 22 25 26
7 3.1 Descripción de las operaciones.
3.1.1 Ingreso del Alambrón. 3.1.2 Decapado Químico. 3.1.3 Trefilado
3.1.4 Galvanizado. 3.1.5 Conversión Final.
3.2 Proceso productivo del Alambre Galvanizado. 3.3 Productos
27 27 27 28 29 29 30 36
CAPÍTULO IV: MARCO TEORICO
4.1 Galvanización. 4.2 Unión Metalúrgica. 4.3 Propiedades.
4.3.1 Resistencia a la Abrasión 4.3.2 Resistencia a la Corrosión. 4.3.3 Corrosión Atmosférica. 4.3.4 Corrosión en Agua dulce. 4.3.5 Corrosión en Agua de Mar. 4.4 Ventajas
4.5 Normas Sobre Galvanización en Caliente. 4.6 Galvanizado en la Industria.
4.7 Ventajas del Galvanizado. 4.7.1 Durabilidad.
4.7.2 Libre de Mantenimiento. 4.7.3 Bajo costo.
4.7.4 Diversidad de Aplicación. 4.7.5 Producto Total.
4.7.6 Tenacidad del Recubrimiento. 4.7.7 Triple Protección.
4.8 El Proceso de Corrosión.
37 38 39 39 40 40 42 42 43 43 47 49 49 50 50 51 51 51 51 53
8 4.9 Corrosión del Acero.
4.10 Control de la Corrosión.
4.11 Influencia del Espesor de Capa Galvanizada. 4.12 Permeación del Hidrógeno.
55 56 57 58
CAPITULO V: FABRICACIÓN DEL ALAMBRE GALVANIZADO 3.40 BLANDO
CORRIENTE.
5.1 Materia Prima. 5.2 Trefilado. 5.3 Galvanizado. 5.4 Producto.
5.5 Control Peso Exacto.
59 59 61 64 64 CAPITULO VI: CONCLUSIONES RECOMENDACIONES
6.1. Conclusiones. 6.2. Recomendaciones.
Bibliografía. Apéndice.
66 68 69
9 ÍNDICE DE GRÁFICO
Fig. Nº 2-1 : Organigrama General 25
Fig. Nº 2-2 : Ubicación regional. 26
Fig. Nº 2-3 : Ubicación local. 26
Fig. Nº 3-1 : Recepción de alambrón 27
Fig. N°3-2 : Pulido químico 28
Fig. N°3-3 : Área de Trefilado. 28
Fig. N°3-4 : Horno de Galvanizado 29
Fig. N°3-5 : Alambre Galvanizado 30
Fig. N°3-6 : Alambre Trefilado 30
Fig. N°3-7 : Alambre Recocido 30
Fig. N°3-8 : Flow Shee del Proceso Productivo Alambre Galvanizado. 30 Fig. N°3-9 : Sección de Devanado de Alambre Galvanizado 31 Fig. N°3-10 : Área de quema de Aceite en los alambres. 32
Fig. N°3-11 : Limpieza química. 33
Fig. N°3-12 : Preparación con Sales 34
Fig. N°3-13 : Tina de zinc 34
Fig. N°3-14 : Enrollado de Alambre Galvanizado 35
Fig. N°3-15 : Alambre Blando Corriente 36
Fig. N°3-16 : Alambre Duro Triple Zinc 36
Fig. N°3-17 : Alambre Alamvid 36
Fig. N°3-18 : Alambre Blando Corriente 36
Fig. N°4-1 : Corte transversal de un acero galvanizado 38 Fig. N°4-2 : Diagrama de dureza de los recubrimientos galvanizados 40 Fig. N°4-3 : Duración de la protección proporcionada por los
recubrimientos galvanizados en diferentes atmósferas. 41
Fig. N°4-4 : Alambre Galvanizado 46
Fig. N°4-5 : Vida de Aceros. 49
Fig. Nº 4- 6 : Efecto del daño del recubrimiento en la
protección del acero contra la corrosión. 50 Fig. Nº 4-7 : Elementos de la celda galvánica 54
10 Fig. Nº 4-8 : (a) Micro estructura de un acero de bajo carbono vista al
microscopio óptico. (b) Proceso de corrosión que ocurre
en la superficie del acero 56
Fig. Nº 5-1 : Alambre galvanizado 3.40 blanco corriente. 64 Fig. Nº 5-2 : Control peso alambre galvanizado 3.40 blanco corriente 65
11 ÍNDICE CUADROS
Tabla Nº 2-1 : Organización de la empresa. 22
Tabla Nº 4-1 : Velocidad de corrosión del zinc en diferentes
atmósferas (según ISO 9223) 41
Tabla Nº 4-2 : Norma para chapas de acero 44
Tabla Nº 4-3 : Norma para chapas de acero para las dos caras 44 Tabla Nº 4-4 : Norma para Alambres de acero. 46
Tabla Nº 4-5 : Fuerza electromotriz 55
Tabla Nº 5-1 : Composición del alambrón. 59
12 GLOSARIO DE ABREVIATURAS
% : Porcentaje
µm Micra
AVGAL : Asociación Venezolana de galvanizadores
B : Bario
C : Carbono
CC : Control de Calidad
Cr : Cromo
Cu : cobre
Fig. : Figura
g/l : Gramo por litro
g/m2 : Gramo por metro cuadrado HCl : Ácido clorhídrico
Kg-f/mm2 : Kilo gramos fuerzas por milímetro cuadrado
m : Metro
m/min : Metro por minuto mm : Milímetro
Mn : Manganeso MPa : Mega pascal Ni : Níquel Nº : Número
Ø : Diámetro
ºC : Grado centígrado P : Fosforo
pH : Potencial de hidrógeno
S : Azufre
S.A : Sociedad Anónima
SAE : Sociedad Americana de Ingenieros Automotores SAE 1008 : Acero con 0.08 por ciento de carbono
Si : Silicio Ti : Titanio Ton : Toneladas
13 PLC : Programmable Logic Control – Controlador Lógico Programable PADWIPE : Paño limpiador que controla la capa de zinc.
ESTOPA : Amarre de alambres (#23) con fibra de vidrio que controlan la capa de zinc.
PDCA : Plan, Do, Check, Act – Planificar, Hacer, Controlar y Actuar. Círculo de Deming.
5 S : Seiri (Clasificación y Descarte), Seiton (Organización), Seiso (Limpieza), Seiketsu (Higiene y Visualización), Shitsuke (Disciplina y Compromiso)
ISHIKAWA : Llamado también diagrama de Causa-Efecto, que representa el problema a analizar, que está a su derecha.
PARETO : Conocido como la regla del 80/20, indica empíricamente datos recolectados y los agrupa diferenciándolos entre sí.
KPI : Key Performance Indicators – Indicadores Clave de Desempeño.
EPP : Equipo de Protección Personal.
Osmotizada : Agua Desalinizada por el proceso de Ósmosis Inversa. PRODAC : Productos de Acero Cassadó
Trefilado : Deformación en frio donde no hay perdida de material Kg : Kilo gramo
Flux : Cloruro de Amonio de sal complejo. Fe-Zn : Aleación de hierro más zinc.
14
ÍNDICE DE APÉNDICE
A-1 : Diámetro de los Alambres para Gaviones Tipo Caja A-2 : Diámetro de los Alambres para Gaviones Tipo Colchón A-3 : Estrobos de Cable de Acero
15
RESUMEN
Este trabajo está basado en el Proceso de Fabricación del Alambre Galvanizado en el área de “GALVANIZADO, PATENTADO Y PRODUCTOS TERMINADOS”.
Empezaremos por describir el proceso productivo desde el inicio de su fabricación hasta el final de su recorrido como alambre en proceso y no como producto terminado, para esto usaremos un pequeño diagrama de recorrido que hace el alambre trefilado (Alambre SAE 1008 con alto contenido de Si - KI - de diámetro 3.40mm proveniente del área de TREFILADO).
Consideraciones técnicas que se tendrá a la hora de fabricar dicho producto galvanizado, insumos necesarios para su obtención como materia prima tanto alambre trefilado, plomo electrolítico, carbón (antracita), sales especiales, zinc electrolítico y recubrimientos especiales del alambre ya galvanizado.
Equipos necesarios que harán posible su fabricación en línea las 24 horas del día, los 7 días a la semana, es decir una línea 100% contínua en el tiempo. Devanados que permiten el inicio de la fabricación pasando por las tinas de plomo, de enfrío, de ácido clorhídrico, de enjuague, de predisposición del alambre al recubrimiento del Zinc, Zinc fundido (455 °C) para el recubrimiento en caliente del acero, control automatizado del consumo del zinc, utilización de la tecnología Bekaert para obtener un alambre de alta calidad sea de ACC y BCC tanto en galvanizado corriente, doble capa, triple capa y en recubrimiento bezinal (Aleación de Zinc y 5% Al).
Y como no puedo dejar de mencionar al capital activo más importante de toda organización “El Trabajador” que hace posible que todo se haga con mucha técnica, con seguridad, con responsabilidad, bajo una metodología de mejora contínua de capacitaciones constantes y retroalimentación (feed back) que la compañía adopta para satisfacer al CLIENTE.
16 SUMMARY
This work is based on the Galvanized Wire Manufacturing Process in the area of "GALVANIZED, PATENTED AND FINISHED PRODUCTS".
We will begin by describing the production process from the beginning of its manufacture until the end of its course as a wire in process and not as a finished product, for this we will use a small diagram of the wire drawn wire (Wire SAE 1008 with high Si content). - KI - diameter 3.40mm coming from the TREFILADO area).
Technical considerations that will be taken at the time of manufacturing said galvanized product, necessary raw material for wire wire, electrolytic lead, coal (anthracite), special salts, electrolytic zinc and special coatings of galvanized wire. Necessary equipment that will make it possible to manufacture it online 24 hours a day, 7 days a week, that is, a 100% continuous line in time. Windings that allow the start of manufacturing through lead, chill, hydrochloric acid, rinse, predisposition of the wire to Zinc coating, Zinc cast (455 ° C) for hot coating of steel, control automated consumption of zinc, use of Bekaert technology to obtain a high quality wire of ACC and BCC in both galvanized current, double layer, triple layer and bezinal coating (Zinc Alloy and 5% Al).
And as I can not fail to mention the most important active capital of any organization "The Worker" that makes it possible for everything to be done with a lot of technique, with security, with responsibility, under a methodology of continuous improvement of constant training and feedback (feed back ) that the company adopts to satisfy the CLIENT.
17
INTRODUCCIÓN
La industria del galvanizado en caliente es una industria técnicamente avanzada, que se dedica a la protección contra la corrosión de toda clase de piezas de hierro y acero mediante inmersión de los mismos en un crisol con zinc fundido.
Los recubrimientos obtenidos con el galvanizado en caliente proporcionan una protección eficaz y duradera a las piezas que usted fabrica, maneja o utiliza. Estos recubrimientos poseen también una adherencia muy superior a la de las pinturas, porque se alean con el acero base.
La protección proporcionada por los recubrimientos del galvanizado en caliente depende de las propiedades del zinc. Cada año la industria mundial del zinc produce unos 7 millones de toneladas de este metal.
La mitad de esta cantidad se destina a la protección del acero frente a la corrosión.
Esta descripción que se detallará en la fabricación del acero dará amplitud de conocimiento, el campo de acción y aplicación del Ingeniero Metalúrgico ya que no sólo estamos limitados a la extractiva sino que también a la transformativa produciendo y dando soluciones con la mejora de nuestros productos al mercado innovando en su aplicación para el usuario final, productos de alta calidad con bajos costos de producción que benefician al Cliente y nos permiten ser líderes en el mercado, teniendo más del 60% del mercado peruano y atendiendo a todos los mercados del mundo como Australia, Estados Unidos, Inglaterra, Sudáfrica, Japón, Bolivia, Centro América, Colombia, etc.
Dentro de los estándares de Calidad PRODAC-BEKAERT utiliza la metodología DISO (Desplegar, Implantar y Seguimiento a Objetivos) que consta en la mejora continua de algún proceso anormal que ocurra en cualquier área de
18 la organización como por ejemplo, Ventas, Logística, Producción, Control de Calidad, Seguridad, Mantenimiento, Recursos Humanos.
19
CAPITULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 Antecedentes del Problema.
Cada año la industria mundial del zinc produce unas 9, 800,000 toneladas de este metal. La mitad de esta cantidad se destina a la protección del acero frente a la corrosión. La industria de la galvanización es una industria moderna que utiliza las propiedades electroquímicas del zinc para proteger el acero contra la corrosión y tiene una larga historia de éxitos.
Cuando usted elige la galvanización para proteger sus artículos de acero, esta eligiendo un producto fiable, de alta calidad proporcionado por un sector industrial de confianza, que está acreditado a lo largo de muchos años de servicio. La combinación de la calidad del zinc, con la fiabilidad del proceso, hace de la galvanización en caliente el procedimiento más adecuado para la protección frente a la corrosión de toda clase de piezas y estructuras de acero.
La galvanización en caliente es uno de los sistemas más eficaces de protección del hierro y el acero frente a la corrosión que experimentan estos materiales cuando se exponen a la atmósfera, las aguas y los suelos. Consiste en la formación de un recubrimiento de zinc sobre las piezas y productos de hierro o acero mediante inmersión de los mismos en un baño de zinc fundido a 450ºC. La reacción de galvanización solamente se produce si las superficies de los materiales están químicamente limpias, por lo que éstos deben someterse previamente a un proceso de preparación superficial.
Durante la inmersión en el zinc fundido, se produce una reacción de difusión entre el zinc y el acero, que tiene como resultado la formación de diferentes capas de aleaciones zinc-hierro. Al extraer los materiales del baño de zinc, estas capas de aleación quedan cubiertas por una capa externa de zinc
20 puro. El resultado es un recubrimiento de zinc unido metalúrgicamente al acero base mediante diferentes capas de aleaciones zinc-hierro.
Desde el punto de vista industrial se distinguen tres tipos principales de instalaciones o procedimientos de galvanización: procedimientos discontinuos, procedimientos automáticos o semiautomáticos, procedimientos continuos.
1.2 Objetivos.
➢ Dar a conocer el Proceso de Fabricación del Alambre Galvanizado.
➢ Dar a conocer especificaciones técnicas del producto de acuerdo a cada pedido.
1.3 Importancia.
➢ Proporcionar información de uno de los procesos importantísimos y carísimos de la empresa al ser continuo en su proceso, por su insumo utilizado (Zinc) y porque de él depende otras áreas, Cliente Interno, entregando al mercado un producto de alta Calidad como Terminado. 1.4 Justificación.
El Perú por su geografía se encuentra ubicado frente al mar, en esta parte existe alta corrosión por ello es necesario galvanizar todo los productos que son atacado por la corrosión que nos permite prolongar la vida de los materiales de aceros, contra la corrosión es por ello que se debe realizar el recubrimiento de todo los materiales a base de fierro para poder proteger de los agentes oxidantes, por ello se nos permite describir las operaciones de galvanizado y sus controles que se realiza en la empresa.
21
CAPÍTULO II
PRODUCTOS DE ACERO CASSADO S.A. “PRODAC-BEKAERT”
2.1 Antecedentes.
PRODAC-BEKAERT S.A. nace en 1994 producto de la unión de dos líderes en la fabricación de alambres en el Perú: INDUSTRIAS CASSADO S.A. y PROLANSA, quienes asociados al CONSORCIO BELGA N.V. BEKAERT. El Mayor Fabricante de acero en el Mundo; forman el proyecto más grande y ambicioso en la producción de alambres y derivados que haya existido en nuestro país.
Hoy en día es el fabricante más importante de productos de alambre en el Perú y persigue día a día elevar sus estándares de calidad, de tal manera que se pueda convertir en una empresa líder en la subregión.
La filosofía que desarrolla la empresa busca alcanzar la excelencia empresarial, y para lograrlo somos conscientes de que la inversión en tecnología de punta y la constante capacitación del recurso humano proveen los ingredientes indispensables para que, junto al sacrificio y esfuerzo, se logre la fórmula del éxito.
Es así como “PRODAC-BEKAERT S.A." se abre paso en el mercado, con la seguridad de alcanzar el liderazgo internacional, capaces de ofrecer a todos sus clientes la satisfacción total.
2.1.1 Misión
Somos una empresa que satisface las necesidades en el negocio de alambres, derivados y afines consistentes con nuestro código de conducta:
22
✓ Orientación al Cliente
✓ Respeto por la Comunidad
✓ Respeto por el Medio Ambiente
✓ Honestidad e Integridad
✓ Compromiso por el Cambio
2.1.2 Visión
PRODAC-BEKAERT S.A. será reconocida como un proveedor de productos de alambres y servicios de clase mundial en el sector de alambres, derivados y afines.
2.1.3 Política de Calidad.
PRODAC-BEKAERT es una empresa proveedora de productos de acero y afines, que busca la satisfacción de sus clientes, tanto externos como internos, en base al eficiente uso de recursos y a la capacitación de su personal; bajo un esquema de mejora contínua de sus procesos, buscando de esa manera hacer más rentable sus operaciones.
23 2.2 Organización de la Empresa.
Tabla Nº 2-1: Organización de la empresa.
GERENCIA GENERAL
GERENTE GENERAL 1
SECRETARIA 1
GERENTE DE VENTAS 1
GERENTE DE FINANZAS 1
GERENTE DE AGROPECUARIOS 1
GERENTE DE EXPORTACIONES 1
GERENTE DE OPERACIONES 1
PLANTA
SUB-GERENTE DE PRODUCCIÓN 1
SUPERVISORES 7
OPERARIOS 280
LOGÍSTICA
SUB-GERENTE DE LOGÍSTICA 1 PCP, SUPERVISOR DE ALMACÉN Y DE
SUMINISTROS 6
OPERARIO DE DESPACHO 12
24 FINANZAS
SUB-GERENTE DE SISTEMAS 1 SUB-GERENTE DE RECURSOS
HUMANOS 1
DEPARTAMENTO DE CONTROL DE CALIDAD
JEFE DE CONTROL DE CALIDAD 1
SUPERVISOR DE C.C. 1
OPERARIOS DE C.C. 5
DEPARTAMENTO DE RR.HH.
JEFE DE RR.HH. 1
ANALISTA DE RR.HH. 4
DEPARTAMENTO DE CONTABILIDAD
JEFE DE CONTABILIDAD 1
CONTADOR 3
ADMINISTRADOR 2
SEGURIDAD
SUPERVISOR DE SEGURIDAD 1
VIGILANTES 8
VENTAS
SUB-GERENTE DE VENTAS 1
VENDEDORES PARA MERCADO
LOCAL 30
25 MANTENIMIENTO
SUB-GERENTE DE
MANTENIMIENTO 1
SUPERVISORES 3
TÉCNICOS 12
AGROPECUARIOS
SUB-GERENTE DE
AGROPECUARIOS 1
VENDEDORES DE ALAMVID, FRUTALAM,
GANADEROS, PÚAS 8
SISTEMAS
JEFE DE SISTEMA 1
SUPERVISORES DE
SISTEMA 6
2.3 Organigrama.
2.4 Ubicación.
Se localiza en provincia constitucional del callao en la avenida Néstor Gambetta 6429 Lima - Callao – Callao.
Fig. 2-2: ubicación regional.
28
CAPÍTULO III
PROCESO PRODUCTIVO
3.1 Descripción de las Operaciones.
3.1.1 Ingreso del Alambrón
El proceso para la fabricación del alambre se inicia con la llegada del alambrón a PRODAC, el alambrón es una barra larga de acero de sección circular que se utiliza como materia prima y se produce por laminación en caliente, puede venir en diámetros que varían entre 5.00mm y 14.00mm y en rollos de 1 a 2 toneladas. Fig. N°3-1
Fig. N°3-1: Recepción de alambrón
3.1.2 Decapado Químico.
El alambrón es sometido a un proceso de limpieza por ataque químico (mediante inmersión dentro de tinas con ácidos que permite eliminar óxidos e impurezas de la superficie, favoreciendo su procesamiento y además la adherencia de algún revestimiento posterior. Fig. N°3-2
29 Inmersión del alambrón Hcl al 15%
Enjuague del alambrón con Agua
Secado del alambrón a 50°C
Fig. N°3-2: Pulido químico 3.1.3 Trefilado.
Es un proceso de deformación en frío, sin pérdida de material, el cual consiste en reducir gradualmente el diámetro del alambre, haciéndolo pasar a través de varios dados con forma de cono en el interior (Widia, Wie Diamant, “Como el diamante”, diamante natural y sintético). A medida que el alambre es trefilado se va endureciendo, por lo que para poder llegar a diámetros muy delgados es necesario someterlo a tratamiento térmico posteriores. Fig.N° 3-3
30 3.1.4 Galvanizado.
Para prevenir que los alambres se oxiden, se les puede recubrir con una película de zinc a través del proceso de Galvanizado, este proceso consiste en sumergir el alambre en un baño de zinc líquido a 450°C y con un 99,999% de pureza, esto se conoce como galvanizado como galvanizado a fuego. Fig. N°3-4
Fig. N°3-4: Horno de Galvanizado
3.1.5 Conversión Final.
Luego de haber sometido al alambre a los diferentes tratamientos térmicos o a los recubrimientos contra la oxidación, éste puede ser vendido como producto terminado: Alambre negro trefilado para colchones, recocido, alambre galvanizado, plastificado, o también puede ser vendido como mallas (olímpica, ganadera, gavión), púas, como peso exacto en rollos de 50Kg y 100Kg, retail en rollos de 1Kg, 5Kg. Fig. 3-5; Fig. 3-6; Fig. 3-7
31 Fig. Nº 3-5:Alambre
Galvanizado
Fig. Nº 3-6:Alambre Trefilado
Fig. Nº 3-7: Alambre Recocido
El proceso general de planta se resume en el siguiente diagrama productivo de las siguientes áreas:
3.2 Proceso Productivo del Alambre Galvanizado.
Fig. Nº 3-8: Flow Shee del Proceso Productivo Alambre Galvanizado.
Este diagrama describe de manera didáctica el proceso de fabricación del alambre galvanizado (título del presente trabajo):
32
❖ Devanado: Este es el principio del alambre galvanizado, aquí llega los spiders de alambres trefilados de diámetros 1.24mm, 1.65mm, 2.36mm, 2.77mm, 3.10mm, 3.40mm, 4.00mm, 4.20mm, 5.16mm del área de trefilado con pesos variables de 800Kg a 1200Kg. Fig. 3-9
Fig. Nº 3-9: Sección de Devanado de Alambre Galvanizado
❖ Tina de Plomo 1 y 2: Aquí los alambres pasan todos sin excepción a la Tina de Plomo N°1 (530°C), esto es con la finalidad de quemar a los lubricantes excedentes que vienen de la línea de trefilado con el objetivo de limpiarlo completamente y evitar así problemas de arrastre de plomo y consecuentemente de adherencia con el Zinc. La longitud de la tina es de 2.00 m y el alambre pasa a una velocidad de 60m/min en promedio.
La Tina de Plomo N°2 (730 °C) está condicionada a usarla siempre y cuando el cliente desea un alambre blando (< 55Kg-f/mm2) ahora si el cliente desea un alambre duro (> 60Kg-f/mm2) las hebras pasan por encima de la tina. Ambas tinas están cubiertas de carbón antracita con la finalidad de mantener la temperatura de estas, este sistema cuenta con tres quemadores duales en ambos lados de la tina (6 quemadores por tina).
33 A la salida de la tina de plomo N°2 se hace una mezcla de carbón antracita con una sal llamada flux, esto nos ayuda a evitar arrastres de plomo a la salida. Fig. 3-10
Fig. 3-10: Área de quema de Aceite en los alambres
❖ Limpieza química HCl: En este punto el alambre pasa por un baño de ácido clorhídrico (decapado químico en línea) con la finalidad de limpiar al alambre de pequeños puntos con óxidos. Para asegurar el trabajo de limpieza superficial al alambre éstas tinas están a 45°C, esta temperatura depende del mix de hebras pasantes que salen de la tina de plomo N°2, cuanto más grueso es el alambre más concentración de energía calorífica trasladará a la tina y mayor será su temperatura de trabajo es por eso que la temperatura de la tina de enjuague es de 10°C para bajar la temperatura de salida de la tina de Plomo N°2 (730°C). Este mix de hebras tiene que ser bien medido y distribuido porque si se excede los 50°C el HCl empieza a evaporarse contaminando el ambiente siendo perjudicial para la salud y la infraestructura (activo de la empresa). Fig. 3-11
34 Fig. 3-11: Limpieza química.
❖ Tina de Flux: Esta solución de sales lo único que hace es preparar al alambre químicamente para ser adherido con Zinc a una temperatura de trabajo de 75°C y con pH.12 Fig. 3-12
35 Fig. 3-12: Preparación con Sales
❖ Tina de Zinc: Esta tina tiene una capacidad de 20 Ton de Zinc fundido, la tina está a una temperatura de 450°C, por ella pasan 24 hebras (alambres) de todos los diámetros desde 1.24mm hasta 4.20mm en recubrimiento corriente, de doble zinc y de triple zinc como también de un recubrimiento especial llamada “Bezinal”, haciendo un consumo diario de 10Ton de Zinc. Fig. 3-13
Fig. 3-13: Tina de zinc
• Recogedoras de Alambres Galvanizados: Estas máquinas trabajan a una velocidad variable de acuerdo al producto a fabricar, en promedio la velocidad para un alambre corriente es de 50m/min, la de un alambre doble, triple zinc es de 75m/min. Las capa de zinc en los alambres son controlados por un dispositivo electrónico llamado DDK. Fig. 3-14
36 Fig. 3-14: Enrollado de Alambre Galvanizado
37 3.3 Productos.
Fig. Nº 3-15: Alambre Blando Corriente Fig. Nº 3-16: Alambre Duro Triple Zinc
Fig. Nº 3-17: Alambre Alamvid Fig. Nº 3-18: Alambre Blando Corriente
38
CAPÍTULO IV
MARCO TEORICO
4.1. Galvanización [1, 3, 4, 6].
La galvanización es un procedimiento para recubrir piezas terminadas de hierro/acero mediante su inmersión en un crisol de zinc fundido a 450ºC. Tiene como principal objetivo evitar la oxidación y corrosión que la humedad y la contaminación ambiental pueden ocasionar sobre el hierro. Esta actividad representa aproximadamente el 50% del consumo de zinc en el mundo y desde hace más de 150 años se ha ido afianzando como el procedimiento más fiable y económico de protección del hierro contra la corrosión.1
El cinc funde a 419 °C, y para galvanizar el acero éste se sumerge en un baño de cinc metálico fundido que se encuentra a 445-450°C. A esta temperatura el acero y el cinc muestran gran afinidad y, por difusión, forman aleaciones Fe-Zn. El producto final es un acero protegido por un revestimiento de cinc.
El proceso puede ser continuo o general, pero en ambos casos el principio es el mismo: En primer lugar se realiza un pre tratamiento de la superficie del acero para eliminar grasas y óxidos provenientes del proceso de fabricación, a fin de disponer de una superficie completamente limpia donde el Zn y el Fe puedan ínter difundir y formar aleaciones.
El galvanizado en caliente como proceso industrial para la protección del acero contra la corrosión se remonta a más de 150 anos, cuando en los años 1936 y 1937 aparecen las primeras patentes del proceso en Francia e Inglaterra, respectivamente. Para 1850 en Inglaterra se utilizaba un promedio de 10.000 toneladas de cinc anualmente para galvanizar el acero. Desde entonces el
39 proceso ha demostrado ser rentable y efectivo para la protección del acero al carbono en miles de aplicaciones usadas en la industria química, del petróleo, papel, trasporte, automotriz, etc., etc.
4.2. Unión Metalúrgica [5, 6, 9].
Durante la inmersión del acero en el baño de cinc fundido, ocurren reacciones que producen una serie de aleaciones en la superficie, las cuales conforman un recubrimiento que es parte integral da la pieza en sí misma. La Figura Nº 4-1 muestra un corte transversal de un acero galvanizado donde se aprecian las distintas aleaciones producidas en su superficie.
Fig. Nº 4-1: Corte transversal de un acero galvanizado
Las capas Gamma, Delta y Zeta son más duras que el acero base, lo cual protege al recubrimiento de daños mecánicos. La capa Eta es bastante dúctil lo cual le confiere resistencia al impacto al recubrimiento.
La unión metalúrgica asegura una alta adherencia del recubrimiento, del orden de 3600 psi, comparado con otros revestimientos cuya adherencia está en el orden de las centenas de psi. La combinación de dureza, ductilidad y
40 adherencia protegen al acero galvanizado contra posibles daños durante el transporte, trabajos en sitio y futura vida en servicio.
4.3. Propiedades.2
Los recubrimientos que se obtienen por galvanización en caliente están constituidos por varias capas de aleaciones zinc-hierro, fundamentalmente tres, que se denominan "gamma", "delta" y "zeta" y una capa externa de zinc prácticamente puro (fase "eta"), que se forma al solidificar el zinc arrastrado del baño y que confiere al recubrimiento su aspecto característico gris metálico brillante.
Al ser recubrimientos obtenidos por inmersión en zinc fundido, cubren la totalidad de la superficie de las piezas, tanto las exteriores como las interiores de las partes huecas así como otras muchas áreas superficiales de las piezas que no son accesibles para otros métodos de protección.
4.3.1. Resistencia a la Abrasión.[4, 7, 9]
Los recubrimientos galvanizados poseen la característica casi única de estar unidos metalúrgicamente al acero base, por lo que poseen una excelente adherencia. Por otra parte, al estar constituidos por varias capas de aleaciones zinc-hierro, más duras incluso que el acero, y por una capa externa de zinc que es más blanda, forman un sistema muy resistente a los golpes y a la abrasión.
41 Fig. Nº 4-2: Diagrama de dureza de los recubrimientos galvanizados
4.3.2. Resistencia a la Corrosión [10, 11].
Los recubrimientos galvanizados proporcionan al acero una protección triple.
• Protección por efecto barrera. Aislándole del medio ambiente agresivo.
• Protección catódica o de sacrificio. El zinc constituirá la parte anódica de las pilas de corrosión que puedan formarse y se irá consumiendo lentamente para proporcionar protección al acero. Mientras exista recubrimiento de zinc sobre la superficie del acero, éste no sufrirá ataque corrosivo alguno.
• Restauración de zonas desnudas. Los productos de corrosión del zinc, que son insolubles, compactos y adherentes, taponan las pequeñas discontinuidades que puedan producirse en el recubrimiento por causa de la corrosión o por daños mecánicos (golpes, arañazos, etc.).
4.3.3. Corrosión Atmosférica [7, 6].
La duración de la protección que proporcionan los recubrimientos galvanizados frente a la corrosión atmosférica es extremadamente alta y depende de las condiciones climatológicas del lugar y de la presencia en la atmósfera de contaminantes agresivos, como son los óxidos de azufre (originados por
42 actividades urbanas o industriales) y los cloruros (normalmente presentes en las zonas costeras).
Fig. Nº 4-3: Duración de la protección proporcionada por los recubrimientos galvanizados en diferentes atmósferas.
Tabla Nº 4-1: Velocidad de corrosión del zinc en diferentes atmósferas (según ISO 9223)
Categoría de
Corrosividad Ambiente
Pérdida media anual de espesor de zinc
(µm)
C1 Muy baja Interior: Seco 0,1
C2 Baja Interior: Condensación ocasional 0,1 a 0,7
C3 Media
Interior: Humedad elevada y alguna contaminación del aire Exterior: Urbano no marítimo y marítimo de baja salinidad
0,7 a 2,1
C4 Alta Interior: Piscinas, plantas químicas, etc.
43 Exterior: Industrial no marítimo, y
urbano marítimo
C5 Muy alta Exterior: Industrial muy húmedo o con
elevado grado de salinidad 4,2 a 8,4
4.3.4. Corrosión En Agua Dulce [2].
El acero galvanizado resiste generalmente bien la acción corrosiva de las aguas naturales, ya que el anhídrido carbónico y las sales cálcicas y magnésicas que normalmente llevan en disolución estas aguas ayudan a la formación de las capas de pasivación del zinc, que son inertes e insolubles y aíslan al recubrimiento de zinc del subsiguiente contacto con el agua.
La dilatada experiencia existente en el empleo de acero galvanizado en utilizaciones relacionadas con el transporte y almacenamiento de aguas dulces, son la mejor prueba de que el acero galvanizado tiene una excelente resistencia a la corrosión en este tipo de aguas.
4.3.5. Corrosión en Agua De Mar.
Los recubrimientos galvanizados resisten bastante bien el ataque corrosivo del agua de mar. Ello se debe a que los iones Mg y Ca presentes en este agua inhiben la acción corrosiva de los iones cloruro y favorecen la formación de capas protectoras.
44 Las principales ventajas de los recubrimientos galvanizados en caliente pueden resumirse en los siguientes puntos:
• Duración excepcional.
• Resistencia mecánica elevada.
• Protección integral de las piezas (interior y exteriormente).
• Triple protección: barrera física, protección electroquímica y autocurado.
• Ausencia de mantenimiento. • Fácil de pintar.
4.5. Normas Sobre Galvanización en Caliente.3
La norma básica que especifica las características que deben cumplir los recubrimientos galvanizados que se obtienen en las instalaciones discontinuas de galvanización en caliente (conocidas normalmente como instalaciones de galvanización general), es la norma española e internacional UNE EN ISO 1461 (Enero 2010), "Recubrimientos de Galvanización en caliente sobre piezas de hierro y acero. Especificaciones y métodos de ensayo. Recubrimientos sobre chapas y bandas. Los recubrimientos obtenidos por galvanización en continuo de bandas vienen especificados en las siguientes normas:
Tabla Nº 4-2: norma para chapas de acero.
45 EN 10327 : 2007 "Chapas y bandas de acero bajo en carbono recubiertas en continuo por inmersión en caliente para conformado en frío. Condiciones técnicas de suministro".
EN 10326 : 2007 "Chapas y bandas de acero estructural recubiertas en continuo por inmersión en caliente. Condiciones técnicas de suministro".
UNE-EN 10292 “Bandas (chapas y bobinas) de acero de alto límite elástico, galvanizadas en continuo por inmersión en caliente para conformación en frío. Condiciones técnicas de suministro”.
UNE-EN 10336 “Chapas (bandas y bobinas) de acero multifase recubiertas en continuo por inmersión en caliente y electrolíticamente para conformado en frío. Condiciones técnicas de suministro”.
Estas normas contemplan los posibles espesores de recubrimiento sobre las chapas y bobinas que se indican en la tabla (expresados en masa del recubrimiento de zinc por ambas caras de la chapa por unidad de superficie de la misma). Sin embargo, no todos estos espesores de recubrimiento están disponibles en todos los tipos de acero y espesores de chapa en que se fabrican las bandas.
Tabla Nº 4-3: norma para chapas de acero para las dos caras.
Tipo de recubrimiento
Masa mínima de recubrimiento, en g/m2 ambas caras Ensayo de Punto Simple Ensayo de Punto Triple
Z 100 85 100
Z 140 120 140
Z 200 170 200
46
Z 275 235 275
Z 350 300 350
Z 450 385 450
Z 600 510 600
Las masas mínimas de los recubrimientos que se indican en esta tabla se refieren a la suma de las masas de las dos caras de la chapa. Por ello, para conocer las masas de los recubrimientos existentes por cada una de las caras será necesario dividir por dos las cifras indicadas en la tabla. Igualmente, el espesor del recubrimiento (en micrómetros) existente en cada cara de la chapa puede calcularse dividiendo por dos la masa de recubrimiento de zinc indicada en la tabla y dividiendo nuevamente la cifra resultante por 7,1, que es el peso específico del recubrimiento de zinc. Ejemplo: una masa de recubrimiento de zinc de 275 g/m2 tendrá un espesor de recubrimiento por cada cara de:
) ( 36 , 19 / 1 . 7 2 / 275 3 2 m s micrometro cm g x cm
g =
La adherencia del recubrimiento debe ensayarse empleando un método elegido por el fabricante durante los autocontroles en fábrica.
Estas chapas y bobinas se suministran habitualmente con alguno de los siguientes tratamientos superficiales:
Pasivación química C
Aceitado O
Pasivación Química y Aceitado CO
Sellado S
47 Fig. Nº 4-4: Alambre Galvanizado
Tabla Nº 4-4: Norma para Alambres de acero.
UNE 112077 "Recubrimientos de galvanización en caliente, de calidad comercial, sobre alambres de acero. Características generales. Designación de calidades".
UNE-EN 10244-2 "Recubrimientos metálicos no ferrosos sobre alambre de acero. Parte 2: Recubrimientos de zinc o aleaciones de zinc".
UNE-EN 10257-1 "Alambres de acero no aleado recubiertos de zinc o aleaciones de zinc para armado de cables para el transporte de energía o cables para telecomunicaciones. Parte 1: Cables terrestres".
UNE-EN 10257-2 "Alambres de acero no aleado recubiertos de zinc o aleaciones de zinc para armado de cables para el transporte de energía o cables para telecomunicaciones. Parte 2: Cables submarinos".
48 4.6. Galvanizado en la Industria.
La industria del galvanizado en caliente es una industria técnicamente avanzada, que se dedica a la protección contra la corrosión de toda clase de piezas de hierro y acero mediante inmersión de los mismos en un crisol con zinc fundido.
Los recubrimientos obtenidos con el galvanizado en caliente proporcionan una protección eficaz y duradera a las piezas que usted fabrica, maneja o utiliza. Estos recubrimientos poseen también una adherencia muy superior a la de las pinturas, porque se alean con el acero base.
La protección proporcionada por los recubrimientos del galvanizado en caliente depende de toneladas de este metal.
La mitad de esta cantidad se destina a la protección del acero frente a la corrosión.
En Europa se destinan unas 400.000 toneladas de zinc para la protección de piezas y construcciones diversas de acero mediante el procedimiento de la galvanización general y otras 400.000 toneladas para la protección de la chapa de acero en instalaciones de galvanización en continuo. Esta chapa se utiliza para fabricar artículos en grandes series, como es el caso de la industria del automóvil. El resto del zinc se utiliza para la galvanización de alambres y tubos y en la fabricación de latones, piezas de fundición a presión y en la industria química.
Fabricar zinc no es una tarea fácil. En primer lugar hay que encontrar sus yacimientos, para lo cual las compañías mineras realizan actividades de prospección en todo el mundo. La mayoría de los concentrados de zinc que se consumen en Europa provienen de Canadá, Australia y de América del Sur. La mayoría de las plantas de producción de zinc están situadas en lugares donde hay suficiente energía eléctrica.
49 La producción de zinc requiere una fuerte inversión en capital y una alta calificación tecnológica, por lo que las compañías productoras del zinc son normalmente corporaciones de gran tamaño que, en muchos casos, operan a escala mundial. Por ello, los productores de zinc son también unos suministradores de calidad de probada fiabilidad.
Finalmente, la calidad es obligatoria en la producción de zinc. El zinc se obtiene en una forma excepcionalmente pura y la composición del zinc que venden los productores está sujeta a unas normas muy estrictas. Por ello, e independientemente de quien realice la galvanización, los recubrimientos de zinc que se apliquen sobre sus piezas serán siempre de zinc de alta calidad.
Pero la galvanización contribuye también de otro modo a la economía. La corrosión es el peor enemigo del acero. El acero que no está protegido se oxida fácilmente y es imposible restaurarlo una vez que ha sido atacado por la corrosión, por lo que se hace necesario realizar un gasto para sustituir la pieza o la estructura afectada. La corrosión tiene además otros efectos económicos indeseables, como pueden ser los derivados de la interrupción temporal de los procesos productivos de algunas instalaciones, o los costes de los tratamientos necesarios para contrarrestar los efectos de la corrosión en estructuras que ya están instaladas.
El acero desprotegido tiene un promedio de vida de tan solo dos años, antes de que queden afectadas su funcionalidad o su integridad estructural. En cambio, los recubrimientos galvanizados obtenidos en las instalaciones de galvanización general duran como mínimo diez años sin necesidad de mantenimiento alguno, incluso en las peores condiciones atmosféricas. En muchas partes de Europa pueden esperarse duraciones de más de 50 años. Además, la economía de la galvanización no se reduce al coste mismo del procedimiento. Los otros sistemas de protección necesitan un mantenimiento regular, que puede resultar muy costoso en el caso de que las estructuras a mantener sean de difícil acceso y haya que instalar plataformas o andamiajes. El gran beneficio que aporta la
50 galvanización, tanto a los propietarios de las instalaciones como a los usuarios de las mismas, es que pueden confiar en esta protección durante muchos años.
Fig. Nº 4-5: Vida de Aceros. 4.7. Ventajas del Galvanizado [13, 14].
4.7.1. Durabilidad
Años de experiencia en el uso del acero galvanizado en caliente en todo el mundo, han permitido establecer con exactitud la duración de la protección que proporciona el recubrimiento en cuestión a los productos de acero.
La duración de la protección que proporciona el galvanizado en caliente, en un ambiente determinado, es directamente proporcional al espesor de los mismos. Esta duración puede estimarse tomando como guía los valores medios de pérdidas anuales de masa o de espesor que experimentan estos recubrimientos y que se recogen en la norma internacional ISO 9223 para determinados ambientes típicos.
51 Fig. Nº 4- 6: Efecto del daño del recubrimiento en la protección del
acero contra la corrosión.
4.7.2. Libre de Mantenimiento.
La elevada duración de la protección que proporciona el galvanizado en caliente, que supera frecuentemente la vida en servicio prevista para las instalaciones, hacen innecesario, en la mayoría de los casos, el mantenimiento de las construcciones de acero galvanizado en caliente. No obstante, si en alguna ocasión fuera preciso prolongar más la duración de la protección de un recubrimiento galvanizado en caliente, esto puede realizarse fácilmente y a bajo coste, ya que estos recubrimientos pueden reacondicionarse sin necesidad de costosos tratamientos de preparación superficial.
4.7.3. Bajo Costo
Costo inicial de la galvanización que, en muchas aplicaciones, es inferior al de otros posibles recubrimientos alternativos, se pone claramente de manifiesto cuando se toma en cuenta la elevada duración del galvanizado en caliente, dando como resultado que este procedimiento sea el más económico de todos los conocidos para la protección a largo plazo de las construcciones metálicas fabricadas con acero.
52 4.7.4. Diversidad de Aplicaciones
El galvanizado en caliente es un procedimiento de gran versatilidad de aplicación. Sirve tanto para la protección de productos siderúrgicos tales como la banda, el alambre o los tubos, como para la protección de toda clase de piezas o artículos de acero. Por otra parte, el galvanizado en caliente posee una gran versatilidad de utilización, ya que protegen el acero tanto de la corrosión atmosférica como de la provocada por las aguas o el terreno.
4.7.5. Protección Total [11].
Debido a la forma de obtención del galvanizado en caliente, que consiste en la inmersión de las piezas a proteger en un baño de cinc fundido, la totalidad de la superficie de las mismas queda recubierta tanto interior como exteriormente. Igualmente ocurre con las rendijas estrechas, los rincones y las partes ocultas de las piezas, que no quedan bien protegidas por otros tipos de recubrimientos.
4.7.6. Tenacidad del Recubrimiento.
El proceso de galvanizado en caliente produce un recubrimiento de cinc que está unido metalúrgicamente al acero de base a través de una serie de capas de aleaciones cinc-hierro. No existe ningún otro recubrimiento que posea esta característica, que es la que confiere al acero galvanizado en caliente su elevada resistencia a los golpes y a la abrasión, que es de gran importancia para evitar el deterioro del recubrimiento durante el manejo, transporte, almacenamiento y montaje del material galvanizado en caliente.
4.7.7. Triple Protección
El galvanizado en caliente protege al acero de tres maneras distintas:
Porque el galvanizado en caliente constituye una barrera que se corroe a una velocidad 10 a 30 veces inferior a la del acero.
53 Porque el galvanizado en caliente proporciona protección catódica a las pequeñas zonas que puedan quedar desnudas (bordes de cortes o taladros, arañazos, etc.).
Porque aunque las zonas desnudas sean de mayor extensión, la acción de sacrificio del galvanizado en caliente impide que en los bordes de estas zonas se forme óxido de hierro, que es el causante del fallo por levantamiento de las pinturas.
1. Confiabilidad.
El galvanizado en caliente es un proceso sencillo y perfectamente controlado, que permite obtener recubrimientos de cinc de calidad y espesor regulados sobre prácticamente cualquier artículo o pieza de hierro o acero. El galvanizado en caliente es uno de los pocos sistemas de protección del acero que está perfectamente especificado por las normas nacionales e internacionales.
2. Fácil para soldar.
Los diferentes elementos que constituyen una construcción con galvanizado en caliente pueden unirse fácilmente mediante los mismos procedimientos de soldadura que se utilizan normalmente para el acero en negro, como la soldadura eléctrica por arco (manual o automática), la soldadura por resistencia, la soldadura por inducción, etc. La única precaución a tener en cuenta es adecuar la técnica operatoria y los parámetros de soldeo a las condiciones particulares del material galvanizado en caliente. Las zonas del recubrimiento quemadas por efecto del calor de la soldadura se pueden restaurar fácilmente mediante metalización con cinc o pintura rica en cinc.
54 3. Fácil para pintar.
Los diferentes elementos que constituyen una construcción con galvanizado en caliente pueden unirse fácilmente mediante los mismos procedimientos de soldadura que se utilizan normalmente para el acero en negro, como la soldadura eléctrica por arco (manual o automática), la soldadura por resistencia, la soldadura por inducción, etc.
4.8. El Proceso de Corrosión [12, 10, 9].
La corrosión del acero constituye un proceso termodinámicamente espontáneo, porque en la naturaleza el hierro se encuentra en forma de mineral constituido principalmente por óxidos, Hematita (Fe2O3) y Magnetita (Fe3O4).
La siderurgia transforma este mineral en arrabio y luego lo refina y alea con carbono para producir el acero, con un consumo enorme de energía. Desde el punto de vista termodinámico, esta misma energía consumida en la producción del acero constituye la Fuerza Motriz para la corrosión, porque el hierro tenderá a volver a su estado de mínima energía.
La cantidad de energía requerida para alcanzar el estado metálico varía de un metal a otro; es muy alta para metales como el cinc, el magnesio, el aluminio y el hierro y muy baja para el platino y el oro.
La corrosión es un fenómeno de naturaleza electroquímica; es decir, la corrosión del metal involucra reacciones químicas y flujo de electrones. El proceso se conoce como corrosión galvánica. La Figura 1 muestra los componentes de una celda galvánica, que al igual que una batería, consiste de dos electrodos metálicos deferentes inmersos en un electrolito. Cuando los electrodos se ponen en contacto se genera una corriente eléctrica (flujo de electrones). En una celda galvánica hay cuatro elementos necesarios para que ocurra la corrosión:
55
• Ánodo: Es el electrodo donde las reacciones anódicas o de oxidación generan electrones como consecuencia del paso del metal en forma de iones, al electrolito. La corrosión ocurre en el ánodo.
• Cátodo: Este es el electrodo donde ocurren las reacciones de reducción, o reacciones catódicas, que consumen electrones porque se combinan con determinados iones presentes en el electrolito. Este electrodo no se corroe. • Electrolito: Es el medio conductor a través del cual se transportan las
especies iónicas generadas en las reacciones de oxidación-reducción.
• Contacto eléctrico: es el medio de retorno de la corriente generada por el flujo de electrones.
Estos cuatro elementos constituyen la base de la corrosión y de la prevención de la corrosión.
Fig. Nº 4-7: Elementos de la celda galvánica
Según la tendencia del metal a volver a su estado natural, es posible construir la Tabla 4-5 que presenta los metales en orden creciente de su fuerza electromotriz. De acuerdo con su posición relativa en la tabla, un metal en la posición inferior se corroerá preferencialmente con respecto a otro en una posición más alta, siempre y cuando estén en presencia de un electrolito.
Tabla Nº 4-5: Fuerza electromotriz
56 Platino
Oro Plata Cobre Níquel Hierro Cadmio Aluminio
Cinc Magnesio
Metales electronegativos, anódicos o menos nobles
4.9. Corrosión del Acero.
La microestructura de un acero de bajo carbono vista al microscopio óptico. El proceso de corrosión ocurre debido a la diferencia de potencial que existe entre diversas zonas en la superficie, como consecuencia de variaciones en su composición, presencia de impurezas, esfuerzos internos no uniformes o un ambiente circundante no uniforme.
El medio ambiente puede ser una atmósfera húmeda, agua, químicos, el suelo, todos pueden actuar como electrolitos para la formación de millones de micro celdas galvánicas para la corrosión. El metal bajo la superficie conecta eléctricamente los electrodos.
57 Fig. Nº 4-8: (a) Micro estructura de un acero de bajo carbono vista al microscopio óptico. (b) Proceso de corrosión que ocurre en la superficie del acero
A medida que la corrosión ocurre en las zonas anódicas, nuevo material, de diferente composición y estructura, queda expuesto a la superficie, lo que genera cambios en el electro potencial y hace que ánodos y cátodos intercambien roles. Este proceso que ocurre a escala microscópica puede continuar hasta que todo el acero es destruido por la corrosión.
4.10. Control de la Corrosión. 4
Como la corrosión ocurre en la superficie del metal en contacto con un electrolito, cualquier medio que retarde estas reacciones permitirá controlar el proceso. Dependiendo del medio utilizado el control puede ser por pasivación, inhibición o protección.
En el primer caso, se utilizan aleaciones que formen una película de productos de corrosión adherentes y compactos que aíslan la superficie del metal; los aceros inoxidables son un ejemplo.
En el control por inhibición se agregan químicos, cuidadosamente dosificados, al electrolito para polarizar uno de los electrodos de la pila de corrosión y detener o al menos disminuir la velocidad de corrosión.
58 En el caso de la protección, ésta puede ser por barrera, donde se busca aislar la superficie metálica del medio corrosivo utilizando recubrimientos metálicos o revestimientos orgánicos como pinturas. La protección también puede ser de tipo galvánica, llamada protección catódica, en cuyo caso se establece una celda galvánica intencional, mediante la aplicación de un metal que sea anódico respecto al acero y se comporte como metal de sacrificio, corroyéndose preferencialmente.
En la serie galvánica mostrada en la Tabla 4-5, el Cinc y el Magnesio son anódicos respecto al acero. De estos elementos, el cinc es el más utilizado.
4.11. Influencia del Espesor de Capa Galvanizada. [3]
El estudio realizado por F. Javier Recio, M. Cruz Alonso (2009), sobre la influencia del espesor de recubrimiento galvanizado se encontró comparando los resultados obtenidos con los dos tipos de aceros GA de 35.4±8.8μm y para el
alambre GB (procedente del tendón) un espesor de 146.1±6.1μm., sometidos a
los dos niveles de carga y expuestos durante varios periodos en medio de pH más alcalino y más agresivo (pH 13.5).
Comparando la pérdida de capa que sufren los dos tipos alambre galvanizado expuestos durante 48h en un pH 13.5, en el caso del alambre galvanizado GA esta pérdida supondría cerca del 100% en algunas zonas locales de la capa exterior de Zn (η), mientras que en el caso del alambre GB (de mayor espesor de capa η) el espesor de capa exterior de Zn puro disuelto solamente supone alrededor del 5%, debido a esta diferencia en el espesor de capa galvanizada, se explica la disminución de reducción de área en el caso del alambre GA y mayor fragilización en el material.
59 Roberto Réquiz, Miguel Ángel Rojas, Adalberto Rosales (2008), en su estudio señala que el cinc se perfila como un posible candidato, no sólo por su bajo costo, sino por su efecto barrera respecto del acero. El estudio de la permeación de hidrógeno en láminas galvanizadas en caliente y por electrodeposición permitiría analizar no sólo el efecto del metal en sí, sino el de los compuestos intermetálicos hierro-cinc en la difusión del hidrógeno. Un recubrimiento actúa como una barrera cuando el coeficiente de difusión de hidrógeno en éste es mucho menor al del sustrato.
En este caso, deberá transcurrir un lapso de tiempo apreciable, incluso en películas delgadas, antes que la concentración de hidrógeno en la inter fase metal recubrimiento alcance un valor considerable que impulse la difusión. Para que un recubrimiento sea una efectiva barrera contra la permeación de hidrógeno debe ser continuo, relativamente grueso, impermeable y estable en el ambiente al que estará expuesto.
60
CAPITULO V
FABRICACIÓN ALAMBRE GALVANIZADO 3.40 BLANDO
CORRIENTE
5.1. Materia Prima.
La llegada del alambrón a producción SAE 1008, en rollos de 2 Ton aprox. de 5.50mm de diámetro con la siguiente composición química:
Tabla Nº 5-1: Composición del alambrón.
Ø RESISTENCIA
(MPa)
Porcentaje (%)
mm C Mn Si P S Cu Ni Cr T i B
5.50 412 0.07 0.65 0.18 0.015 0.005 0.00 0.01 0.01 0.001 0.0019
5.50 417 0.07 0.63 0.19 0.013 0.007 0.00 0.01 0.01 0.001 0.0018
5.2. Trefilado.
Para empezar con la producción en el área de trefilado PCP hace entrega de un programa diario de producción indicando su respectiva orden de fabricación, hace entrega de una hoja bajada del sistema Bann única para este producto, en esta hoja se indica el diámetro a trefilar, el alambrón a utilizar e insumos necesarios, el tonelaje a fabricar, código del producto además estos datos del alambre trefilado aparecen en la etiqueta que se imprime con código de barras para después escanearlo y verlo por el sistema mediante la pistoleada que el montacarguista hace por cada Spider . En este proceso el alambrón es reducido de 5.50mm a 3.40mm llegando a tener unan resistencia de 58-60Kg-f/mm2 como diámetro final a través de los siguientes pasos de reducción:
61 Tabla Nº 5-2: Pasos de trefilado.
Pasada Ø (mm)
1 4.83
2 4.24
3 3.72
4 3.26
5 3.40
6 3.40
7 3.40
8 3.40
Podemos ver en el cuadro que sólo necesitamos 5 pasos, esta trefila esta acondicionada para reducir hasta en 8 pasos, pues bien a partir del paso Nº 5 puenteamos hasta el paso Nº 8. Aquí el trabajador le pone una etiqueta de identificación al producto trefilado indicando:
- Nombre del Alambre Trefilado
- Diámetro trefilado
- Cantidad producida
- Número de Fabricación en proceso
- Código del alambre en proceso
- Nombre del trabajador
- Fecha producida
Con esto el trabajador lo único que hace es llenar su producción por turno y ponerle los datos que pide la etiqueta por cada Spider (cada Spider contiene 1 Ton aprox. De alambre trefilado). Como tocamos líneas arriba este dato le sirve al montacarguista para poder ingresarlo al sistema (escanear) y así hacerle seguimiento a su pedido total y no caer en la sobreproducción (diferencia de
62 inventarios), la empresa trabaja con el SISTEMA PULL. Una vez hecho estos pasos él se encarga de trasladarlo hasta el devanado de Galvanizado para proceder con el siguiente proceso.
5.3. Galvanizado.
El alambre 3.40mm negro trefilado llega al devanado de galvanizado con aproximadamente 1Ton bien identificada, paso por el siguiente:
❖ Devanado: En este punto el devanador alinea la hebra poniéndole un sombrero al Spider para poder devanar bien (devanar significa ayudar hacer que el alambre haga un circulo ascendente de casi 360º de manera continúa) para poder pasarlo por unas poleas casteras (estas enderezan el alambre doblado), seguidamente lo hacen llegar hasta la entrada de la tina de plomo Nº3-1.
❖ Tina de Plomo Nº3-1: En esta tina de plomo electrolítico (de 2x1x0.3m con capacidad de 5Ton) fundido a 530°C cubierto por carbón antracita que mantiene la temperatura, el alambre es sometido en su totalidad a lo largo de toda ella para sacar todo el jabón o lubricante proveniente de trefilado y así evitar problemas en el proceso posterior como arrastre de plomo y manchas en el galvanizado.
❖ Tina de Plomo N°3-2: En esta tina de 2x1.2x0.45m con capacidad de 8Ton, el plomo se encuentra a 730°C cubierto por carbón antracita, aquí no todas las hebras pasan por ella, según el pedido del cliente, si desea un alambre “BLANDO” (< 50Kg-f/mm2) el alambre será sumergido por ella, pero si desea un alambre “DURO” (> 50Kg-f/mm2) el alambre pasará por encima de la tina. A la salida de la tina hay una mezcla de carbón antracita con flux (sal) para evitar que el alambre pasante arrastre plomo adherido a su área superficial.
❖ Enfrío: En este punto lo único que hacemos es bajarle la temperatura al alambre para que no eleve demasiado la temperatura del HCl.
63
❖ Ácido Clorhídrico (HCl): Esta tina con una concentración de aprox. 15% de pureza a una temperatura constante de 30-40°C permite un decapado en línea de las hebras pasantes para asegurarnos de que alambre quede completamente limpio sin restos de óxidos. Esta tina esta monitoreada por Control de Calidad cada mañana en las primeras horas, ellos controlan la cantidad de fierro depositado en ella (máx. 120g/l) y la concentración de ella (mínimo 8%) con estos parámetros nos aseguramos trabajar en óptimas condiciones.
❖ Enjuague: En este punto lo único que se hace es limpiarlo del resto de HCl que viene en ella, en la salida hay un Wiper (bloque cerámico con agujeros) que succiona todo el agua excedente en ella. El pH de esta tina está entre 6.5 a 7.5
❖ Flux: Esta tina se encuentra a 75°C, es una mezcla de agua Osmotizada y cloruros de amonio (sal) que lo único que hacen es preparar químicamente al alambre que pasa por ella dejándola lista para ser cubierta de zinc. Cabe resaltar que si las hebras o alambres no pasan por ella no se tendrá un buen galvanizado.
❖ Tina de Zinc: Esta tina tiene una capacidad de 2x1x1.2m conteniendo aprox. 25 Ton material fundido, el alambre en este momento está listo para ser bañado y cubierto por zinc por el sistema PadWipe (son paños de fibra reforzado) que juntas hacen que el alambre pasante por ella tenga la cantidad necesaria de capa de zinc, eso quiere decir que su capa es regulable (sólo da hasta 75g/m2), después de eso viene un baño de agua helada Osmotizada (10°C) al alambre, todo esto se hace internamente en el dispositivo instalado en la tina, no puede haber presencia de oxígeno porque sino la calidad y brillo del alambre galvanizado se verá alterado siendo opaco y menos atractivo para el mercado.
64
❖ Recubrimiento con Wax: Este líquido aceitoso ayuda al alambre galvanizado a tener más protección anticorrosiva en condiciones extremas por ende más vida útil y menos costos de mantenimiento para el cliente.
❖ Recogedoras: Aquí termina el proceso de fabricación recogiendo al alambre en Spiders ya galvanizado en unas máquinas llamadas SPAMA (son unos bancos móviles que giran sobre su eje a una velocidad de 50m/min para este producto). En este momento cuando el alambre ya está listo para ser retirado el montacarguista del área de galvanizado viene y lo saca con ayuda de una pluma (fierro largo de 2m), el hornero de la línea de acuerdo a su programa de producción le coloca su etiqueta de identificación, también le saca una muestra al inicio y al final de la producción por cada Spider saliente. Control de Calidad verifica los siguientes requisitos de acuerdo a la especificación técnica de este producto como:
- Resistencia Mecánica (<50Kg-f/mm2) - Capa de Zinc (30 a 50g/m2)
- Aspecto estético
Si en caso hay alguna desviación por arriba o por debajo de estos parámetros Control de Calidad comunica al hornero para que corrija su proceso con conocimiento del Supervisor de Producción, responsable de la línea.
Con esto CC le pone un sticker de conformidad con color VERDE, si el producto está fuera de norma le coloca un sticker de color ROJO indicando el motivo de su rechazo.
65 La llegada del Spider aprobado por CC con alambre galvanizado blando corriente (50Kg-f/mm2) de diámetro 3.40mm al área de Malla Olímpica es para la producción de la malla olímpica de 50x10 2.00x260m.
Fig. Nº 5-1: Alambre galvanizado 3.40 blanco corriente.
5.5. Control Peso Exacto.
La llegada del Spider aprobado por CC con alambre galvanizado blando corriente (50Kg-f/mm2) de diámetro 3.40mm es para empacarlo en rollos de Peso Exacto de 100Kg.
