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INTRODUCCIÓN
La Economía Circular se presenta como una alternativa al actual modelo de producción y consumo, con el potencial de resolver retos medioambientales, al mismo tiempo que abre oportunidades de negocio y crecimiento económico. Se propone como la alternativa lógica y viable, que corrige los principales problemas de la linealidad y pretende conseguir que los productos, componentes y recursos en general mantengan su utilidad y valor en todo momento o lo que es lo mismo, residuos cero (Arroyo, 2018). Varios autores abordan la concepción de la Economía Circular como una solución viable en sectores altamente consumidores de recursos minerales naturales y generadores de grandes volúmenes de residuales (Guadagnino y col., 2018; Branca y col., 2020; Sithole y col., 2022).
La producción de consumibles para la soldadura y en particular para la producción de fundentes para el recargue de piezas por arco sumergido ha estado caracterizada por el consumo de recursos minerales naturales (Quintana-Puchol y col., 2011). Sin embargo, se han realizado estudios dirigidos al diseño de procesos de obtención de ferroaleaciones, donde, tanto la aleación como la escoria son concebidos como semiproductos para la obtención de un fundente para el recargue de piezas (Cruz-Crespo y col., 2019). También, se han realizado estudios de utilización de escorias de la unión por soldadura por arco sumergido de elementos de acero, en la obtención de un nuevo fundente para el recargue por arco sumergido de componentes desgastados o para la fabricación por recargue de piezas nuevas (Cruz-Crespo y col., 2017); así como del empleo de escorias de afino del acero en horno cuchara para la obtención de un fundente de recargue de piezas sometidas a abrasión (Najarro y col., 2018). El hecho de que los fundentes para recargue sean destinados a recuperar piezas desgastadas para restituirle su capacidad de trabajo y alargar su vida útil o a fabricar piezas nuevas de alta durabilidad, lleva implícito el concepto de la Economía Circular. Si el fundente es fabricado a base de escorias (residuo sólido), el enfoque de Economía Circular se enfatiza. No obstante, a los estudios realizados con vistas a la búsqueda de sostenibilidad, hasta el presente no se ha sistematizado el enfoque de la Economía Circular, quedando aun aristas de potencialidades no abordadas.
Se añade a lo anterior, que la utilización de una escoria implica también aprovechar la energía que fue consumida en la formación de los silicatos que la componen. De igual modo, la rehabilitación de una pieza desgastada lleva inmerso el ahorro de energía y recursos necesarios para la fabricación de una pieza nueva de repuesto. El recargue posibilita reincorporar al servicio piezas desgastadas o fabricar piezas nuevas de mayor durabilidad.
En base a lo planteado, el presente trabajo tiene como objetivo, evaluar, con enfoque de Economía Circular, la obtención de fundentes a partir de escorias para el recargue por soldadura por arco sumergido.
MATERIALES Y MÉTODOS
2.1 Esquema conceptual de la obtención de fundentes para recargue con empleo de escorias
En la Figura 1 se muestra el esquema conceptual, con enfoque de Economía Circular, en la obtención de fundentes para recargue de piezas descartadas por desgaste. Son abordadas dos variantes:
Concibe la obtención de fundente, a partir de la adecuación de las escorias del proceso de reducción de minerales en la elaboración de una ferroaleación, utilizando parte de esta última como carga de aleación del propio fundente. El fundente es utilizado en la rehabilitación y fabricación de piezas por recargue. Se enmarca en el cuadro de líneas continuas (Figura 1, Variante I).
Concibe la obtención de fundente a base de escorias y residuales de otras producciones, utilizando como carga de aleación ferroaleación del proceso de reducción de minerales. El fundente es utilizado en la rehabilitación y fabricación de piezas por recargue. Se enmarca en el cuadro de líneas discontinuas (Figura 1, Variante II).
2.2 Obtención de los fundentes
En correspondencia con el esquema de la Figura 1 (Variante I), se valora la obtención de un fundente para recargue de piezas desgastadas por abrasión, concibiendo el aprovechamiento de la escoria de la reducción simultánea de cromita y pirolusita como matriz del fundente y utilizando la ferroaleación como carga de aleación (Cruz-Crespo y col., 2019). El proceso de reducción se ejecuta en un horno de arco de corriente continua, realizando el vertido en agua. Los productos son separados por tamizado, luego de llevados a la granulometría correspondiente son mezclados en las proporciones correspondientes y aglomerados por peletización, con empleo de silicato de sodio como aglomerante. Con el fundente obtenido se obtienen y caracterizan depósitos, para evaluar el desempeño para el recargue de piezas sometidas a abrasión.
De manera similar, en correspondencia con el esquema de la Figura 1 (Variante II), es valorada la obtención de dos fundentes para recargue de piezas desgastadas por abrasión, empleando escorias y residuales de otras producciones, así como FeCrMn en calidad de carga de aleación (Cruz-Crespo y col., 2017; Najarro y col., 2018). La mezcla de componentes de la matriz y de carga de aleación es aglomerada por peletización con empleo de silicato de sodio. Con los fundentes obtenidos se obtienen y caracterizan depósitos, para evaluar el desempeño para el recargue de piezas sometidas a abrasión.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Análisis, con enfoque de la Economía Circular, de la obtención de fundentes para recargue de piezas desgastadas con adecuación de escorias de reducción selectiva de óxidos
En la Figura I (Variante I), como fue declarado en el epígrafe 2.1, se muestra el procesamiento por reducción de óxidos, que conduce a la obtención de ferroaleación y de una escoria, que se concibe para la matriz de un fundente; o sea, que el proceso está diseñado con cero residual. En ese proceso, la cantidad de aleación que se obtiene está en exceso con relación a la cantidad de escoria obtenida para usar en la matriz de un fundente (Cruz-Crespo y col., 2019). El fundente es destinado al recargue para la rehabilitación de piezas que salen de servicio por desgaste abrasivo, constituyendo el retorno de una chatarra al servicio. También, el fundente puede ser empleado para la fabricación por recargue sobre un sustrato de piezas nuevas de mayor durabilidad. El concebir, el empleo de residuales como materias primas de partida, la adecuación de la escoria para su empleo y el retorno al servicio de piezas descartadas, constituyen elementos que validan el carácter de Economía Circular de esta variante de procesamiento (Arroyo, 2018).
Al particularizar en el trabajo, referente a la obtención de fundente para recargue, a partir de la reducción simultanea de cromita y pirolusita (Cruz-Crespo y col., 2019) y desde la mirada de la Economía Circular, cabe destacar que podría ser sustituida la arena sílice, como aportadora de SiO2 en los componentes de carga, por cenizas residuales de la combustión de la cascarilla del arroz, o de la combustión del bagazo en calderas de centrales azucareros, o, incluso, de la combustión del marabú en cocinas rústicas (Cruz, 2009; Cruz-Crespo y col., 2021a; Cruz-Crespo y col., 2021b). En igual sentido, la caliza (de alto contenido de CaCO3) podría ser sustituida por polvos de mármol, generados como residual durante el corte de piezas de este material (Jerez-Pereira y col., 2007). Por los relativamente pequeños volúmenes requeridos para satisfacer una demanda de carácter productivo de fundente (Cruz-Crespo y col., 2019), las instalaciones experimentales a nivel de banco podrían ser suficientes. En este caso, el reductor a utilizar (coque), se enmarca en un tamaño de grano que constituye un rechazo de las fundiciones de hierro en hornos de cubilote. Los volúmenes de rechazo de coque en las fundiciones superan con creces lo requerido para la elaboración de fundentes por esta vía. Como alternativa, y para enfatizar en el enfoque de Economía Circular, dicho coque podría ser sustituido por finos, descartados de la producción de carbón vegetal, ya que este último es un material renovable. La idea de sustituir materias primas a base de recursos minerales, por materias primas residuales, refuerza el carácter de Economía Circular de la obtención de fundente por esta variante de procesamiento.
En el referido trabajo (Cruz-Crespo y col., 2019), se obtuvo que del total de los productos de reducción (escoria + ferrocromo-manganeso) 67,62 % corresponde a la escoria y 32,38 % a la ferroaleación, al tiempo que, en la conformación del fundente, la matriz representa el 84 % y el 16 % lo representa el sistema de aleación. Lo anterior indica que en el entorno del 50 % del ferrocromo-manganeso obtenido queda en exceso y puede ser utilizado como carga de aleación de fundentes obtenidos a base de otra matriz. El hecho que se conciba integrar el exceso de aleación, obtenida por la Variante I (Figura 1) a la producción de otro fundente, también de recargue, por la Variante II, denota que existe una simbiosis de procesos y producciones.
El metal que se deposita con el fundente obtenido se considera apropiado para enfrentar el desgaste abrasivo, ya que se caracteriza por significativos contenidos de cromo, manganeso y carbono que condicionan la formación de una microestructura predominantemente martensítica, con presencia de austenita residual, con dureza de 63 HRc (Cruz-Crespo y col., 2019).
3.2. Análisis, con enfoque de la Economía Circular, de la obtención de fundente a base de escorias y residuales de otras producciones, utilizando como carga de aleación ferroaleación del proceso de reducción de minerales
En la Figura I (Variante II), se muestra la obtención de fundente a base de escorias y residuales de otras producciones, utilizando como carga de aleación ferroaleación del proceso de reducción de minerales. El fundente es concebido para el recargue de rehabilitación de piezas que salen de servicio por desgaste abrasivo, alargando el ciclo de generación de chatarra; o para la fabricación de piezas nuevas de mayor resistencia al desgaste. El empleo de residuales como materias primas de partida y el retorno de piezas descartadas al servicio, validan el carácter de Economía Circular de esta variante de procesamiento.
En la obtención de un fundente, empleando escorias de la soldadura por arco sumergido de uniones de aceros al carbono (Cruz-Crespo y col., 2017), al enfatizar en el enfoque de la Economía Circular, podría ser considerada la sustitución de la caliza (de alto contenido de CaCO3) por polvos de mármol, generados como residual durante el corte de piezas de este mineral (Jerez-Pereira y col., 2007). En el trabajo referencia para este caso (Cruz-Crespo y col., 2017), el aporte de cromo y manganeso se realiza con ferroaleaciones independientes, al tiempo que se advierte para ambos elementos tendencias de comportamientos similares, en función de la composición de los fundentes. Esto indica que ambas ferroaleaciones podrían ser sustituidas por ferrocromo-manganeso, resultante en exceso, según lo abordado en el epígrafe 3.1.
El metal depositado con el fundente reportado por Cruz-Crespo y col., (2017), presenta una microestructura con predominio de martensita, con cierta presencia de austenita residual, en correspondencia con los significativos contenidos de carbono, cromo y manganeso, que evidencian que es viable para el trabajo en condiciones de desgaste abrasivo.
En el trabajo relacionado a la obtención de un fundente para recargue, empleando escorias de afino del acero (Najarro y col., 2018), se puede advertir la presencia de elementos que caracterizan la Economía Circular: En primera instancia se emplean escorias residuales de la producción de acero, que son depositadas en vertederos; por otra parte, se utilizan cenizas de la combustión de cascarilla del arroz, que constituye un residual agroindustrial; por último, se destina el fundente al recargue de piezas desgastadas por abrasión para devolverles su vida útil, o sea, se retorna al servicio elementos metálicos que podrían ser clasificados como chatarra. También, el fundente puede ser empleado en la fabricación por recargue de piezas nuevas de mayor durabilidad. En este caso, el aporte de cromo y manganeso se realiza con ferrocromo-manganeso, resultante en exceso, según lo abordado en el epígrafe 3.1.
El fundente obtenido en este caso posibilita la obtención de un metal depositado, que se considera adecuado para el trabajo al desgaste abrasivo, ya que se caracteriza por significativos contenidos de carbono, cromo y manganeso y por una microestructura con agujas de martensita y con presencia de austenita residual (Najarro y col., 2018).
CONCLUSIONES
Se valida un esquema conceptual, con enfoque de Economía Circular, de la obtención de fundentes para recargue con empleo de escorias y que propicia la rehabilitación de piezas desgastadas o la fabricación de piezas de mayor durabilidad.
El esquema integra dos variantes de procesamiento, estableciendo simbiosis entre ellas. La Variante I concibe un proceso reductivo para la obtención de dos productos para fabricar un fundente, una aleación para la carga de aleación y una escoria para la matriz. La Variante II concibe la obtención de fundentes a base de escorias de otras producciones y empleando la ferroaleación obtenida por la Variante I.
Los tres casos de estudio valorados confirman el carácter de Economía Circular de la obtención de fundente para recargue a partir de escorias, al tiempo que se encuentran otras potencialidades de sustitución de minerales por residuales para enfatizar aún más dicho carácter de Economía Circular.
