Fundición de alta temperatura utilizando plasma eléctrico.

Un arco eléctrico es un plasma de gas ionizado que conduce la electricidad. Algunos procesos industriales tales como el reciclado de acero utilizan este proceso. En este caso se utilizan dos barritas de carbón provenientes de pilas normales grandes de 1,5 V. La llama de propano ordinario alcanza los 1400 ºC y la de oxihidrógeno cerca de 2500 ºC. El plasma puede llegar a alcanzar una temperatura de 10.000 ºC o más. Utilizando electrodos de tungsteno se han conseguido temperaturas de 28.000 ºC. Solo necesitamos emplear una soldadora de electrodo corriente.

Antes de usar los electrodos han sido limpiados en ácido clorhídrico del 37% de pureza durante 24 horas. Esto hará que se eliminen los restos de compuestos químicos de la pila y el alquitrán para que no se incendien cuando se utilicen.

Fig. 1. Disposición de las pinzas.

Fig. 2. Máquina de 145 A.

Se puede conseguir mucha temperatura en muy poco tiempo, sin embargo, la cantidad de metal que puede ser fundida es pequeña. Esto puede servir para crear aleaciones de varios metales en distinto grado. Con unos 145 A podemos fundir una cantidad máxima aproximada de acero de 15 a 20 gramos en menos de 1 minuto. La temperatura es difícil de controlar y ocurren pérdidas por evaporación. El metal llega a evaporarse y esto favorece la conductividad del plasma. En una prueba un ladrillo refractario llegó a licuarse en su centro formándose un pequeño charco que empezó a hervir.

En la figura 1 se puede apreciar la disposición de los electrodos. Uno va en la pinza de agarre y el otro en un borne de batería de latón al que va enganchado el porta electrodos. En la figura 3 se puede apreciar los electrodos de carbón nuevos después de sacarlos de las baterías. Normalmente suelen estar formados de carbón y

Fig. 3. Electrodos de partida.

poseen una buena conductividad térmica. Lo ideal sería utilizar electrodos de grafito puro, ya que son de carbono puro que funde a 3527 ºC. Más información acerca del carbono aquí. Para empezar hay que decir que no hay que mirar el plasma directamente ya que podemos dañarnos la vista seriamente o pasar una noche muy mala con picor y escozor en los ojos. Deberemos utilizar guantes de cuero grueso y ropa adecuada para fundición que no sea sintética. Protegeros el pelo con una gorra y la mascarilla debería de cubrir la cara por completo. Usad una máscara que se aguanta en la cabeza. Hay que juntar los dos electrodos sin llegar a tocarse y taparse con la máscara. Después se tocan a ciegas, siempre mirando por el visor y se formará un arco de plasma. Deben moverse hasta una distancia de separación de cerca de 1 cm y moverlos de forma que el chorro de plasma toque la pieza que deseamos fundir. Con un poco de práctica conseguiremos encontrar lo posición adecuada para la máxima temperatura. Las pinzas se calientan bastante, así que deberemos parar para dejarlas enfriar. Podemos formar plasmas con una duración de algunos minutos.

La máquina de soldar deberá de colocarse a la máxima potencia. A medida que se vaya utilizando los electrodos éstos irán desgastándose. Si fundimos hierro, parte del carbón de los electrodos entrará a formar parte de la masa fundida, generándose de este modo un acero de una calidad aceptable. Los electrodos llegan a ponerse de un color amarillo intenso. Un buen aislante para usar como crisol es la magnesia. Es una especie de ladrillo refractario de color blanco y aguanta mejor el calor que la alúmina. Pero, incluso estos materiales de elevado punto de fusión presentarán la superficie que ha recibido el plasma un aspecto de cristal debido a su licuefacción superficial. Es muy peligroso intentar fundir vidrio, puesto que este material tiene una conductividad térmica muy baja, en caso que se intente se deberán tomar todas las precauciones necesarias. En cuanto recibe el intenso calor del plasma estalla en mil pedacitos. He intentado fabricar carburo de calcio. Utilizando carbonato de calcio ( mármol molido ) se calienta con el plasma y este se descompone en dióxido de carbono y óxido de calcio que posteriormente se combina con el carbón de los electrodos para formar el carburo de calcio. El carburo de calcio al mezclarse con agua forma el famoso y peligroso gas acetileno. Este gas es altamente peligroso y estalla por sí solo sin aplicarle calor cuando se intenta comprimir en un espacio cerrado.

Fig. 4. Desgaste producido.

Fig. 5. Muestras de materiales fundidos.

Algunas muestras fundidas. La figura 5 muestra el aspecto de algunos materiales sometidos al plasma. En A tenemos una moneda de 5 céntimos que se derritió y empezó a chisporrotear. Desconozco la aleación de que está formada, lo que es claro es que está formada de cobre y tal vez níquel, en todo caso la temperatura fue seguramente superior a 1.200 ºC. En B tenemos una mezcla de arena silícea blanca (también llamada sílice ) con carbón activado en polvo al 50%. Se fundió tomando un aspecto cristalino, la idea era intentar producir silicio puro. El silicio tiene un punto de fusión de 2.355 ºC. Para más información de este elemento químico y su proceso de fabricación pinchar aquí. En C tenemos la misma arena silícea. Los puntos negros pueden ser pequeñas bolitas de silicio puro o impurezas. Prácticamente se ha formado una especie de vidrio ( faltarían más componentes para que fuese vidrio auténtico). En D tenemos los restos de una tuerca. Se fundió rápidamente dejando una masa con un color amarillo brillante. Punto de fusión del hierro 1535 ºC. También un pieza de latón se fundió rápidamente cayendo una gota. Su temperatura suele estar en torno a 800 - 900 ºC dependiendo de la aleación de latón. En E tenemos los restos de un pequeño radiador de aluminio. Es el que más rápidamente se fundió ( punto de fusión del aluminio 660 ºC ). Se licuefactaba prácticamente instantáneamente cuando movía los electrodos. En F se ve el pequeño "charco" vitrificado que se formó aplicando el plasma sobre la superficie del mismo, consiguiendo llegar a hacer hervir y evaporar cierta cantidad de ladrillo refractario. Estos ladrillos son los que se suelen usar en las barbacoas y aguantan aproximadamente 1.200 ºC. Cuando intenté fundir el polvo de mármol este prácticamente se volatilizó. La sal común también se volatilizó no dejando rastro alguno. Utilizando un crisol de grafito de joyero ( difícil de conseguir ) podremos fundir muchas sustancias evitando que se contaminen con impurezas provenientes del ladrillo refractario fundido.