ES2607503T3 - Procedimiento para la regeneración de la arena de moldes y núcleos de arena - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la regeneración de arena, que se obtiene a partir de moldes y/o núcleos de arena, que se producen a partir de la arena y vidrio soluble como aglutinante y se emplean en la fundición de metales, en el que la arena obtenida se somete a una fase de regeneración mecánica y a una fase de regeneración térmica y vuelve a alimentarse al ciclo de la fabricación de moldes y/o núcleos de arena, caracterizado porque la arena (i) durante la fase de regeneración mecánica o (ii) tras la fase de regeneración mecánica y antes de la térmica se mezcla con un endurecedor para vidrio soluble.
Description
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DESCRIPCION
Procedimiento para la regeneracion de la arena de moldes y nucleos de arena
La invencion se refiere a un procedimiento para la regeneracion de arena, que se obtiene a partir de moldes y/o nucleos de arena, que se producen a partir de la arena y un aglutinante inorganico, por ejemplo vidrio soluble, y se emplean en la fundicion de metales, segun el preambulo de la reivindicacion 1.
En la fundicion de metales, por ejemplo para la formacion de cavidades, se utilizan nucleos de arena solidificados con un aglutinante de vidrio soluble. A este respecto, por ejemplo para la fabricacion en serie de automoviles, se requieren grandes cantidades de arena.
A este respecto, en lugar de arena natural, en particular por motivos de costes y proteccion del medio ambiente, se utiliza arena usada para la fabricacion de nucleos de arena, es decir, una arena obtenida a partir de los nucleos de arena.
En caso de utilizar arena usada ligada con un aglutinante organico es suficiente una regeneracion termica. En el caso de arena usada ligada con un aglutinante inorganico la regeneracion termica resulta insuficiente. En este caso, la regeneracion se produce habitualmente en dos fases, en una primera fase de regeneracion mecanica y una segunda fase de regeneracion termica. Los documentos DE 44 34 ll5 C1, DE 43 06 007 A1, DE 18 06 842 A2 y DE 41 11 643 A1 dan a conocer ejemplos de esto. En la regeneracion mecanica se retira una gran parte del aglutinante inorganico de la superficie de los granos de arena. No obstante, quedan restos qmmicamente activos de aglutinante inorganico. Estos restos de aglutinante qmmicamente activos se funden durante la regeneracion termica, rodean los granos de arena con una capa fina, a continuacion vuelven a enfriarse y asf se desactivan termicamente en su mayor parte. La arena usada regenerada vuelve a recircular. Tras la regeneracion de la arena usada se produce una adicion porcentual de arena natural.
Mediante la regeneracion se retiran restos de aglutinante de la arena usada. Un resto de aglutinante existente en la arena usada influye en la fabricacion de nucleos de arena y moldes de arena. Asf, pueden cambiar las caractensticas de procesamiento del material de moldeo, es decir, de la mezcla a partir de arena y aglutinante de vidrio soluble, por ejemplo la fluidez del material de moldeo y la velocidad de endurecimiento. Ademas puede verse afectada la resistencia del nucleo de arena o del molde de arena por restos de aglutinante en la arena usada.
Sin embargo, mediante la regeneracion de la arena con una fase de regeneracion mecanica y una termica los restos de aglutinante en la superficie de los granos de arena solo se eliminan de manera incompleta. Esta situacion resulta mas significativa con un ciclo de material cerrado con una regeneracion multiple de la arena usada, porque con una regeneracion multiple de la arena usada se produce una acumulacion correspondiente de los restos de aglutinante.
El objetivo de la invencion es mejorar la regeneracion de la arena usada, que se obtiene a partir de nucleos o moldes de arena solidificados con aglutinante inorganico, de tal modo que el aglutinante en la arena usada se elimine a ser posible completamente o que un resto que quede del aglutinante al menos se desactive qmmicamente.
Esto se consigue segun la invencion con el procedimiento caracterizado en la reivindicacion 1. En las reivindicaciones dependientes se indican formas de realizacion ventajosas de la invencion.
Segun la invencion la arena usada, es decir, la arena obtenida a partir de los moldes y/o nucleos de arena, en la fase de regeneracion mecanica, se somete a una separacion de granos por ejemplo por medio de una trituradora. A continuacion puede retirarse el aglutinante mediante friccion de los granos de arena unos contra otros, por ejemplo mediante un tratamiento mecanico-neumatico.
Tras la fase de regeneracion mecanica, en la arena usada queda un resto de aglutinante. Este resto de aglutinante esta compuesto por una parte activa, que se disuelve bajo las condiciones de la fabricacion de nucleos de arena o moldes de arena y una parte inactiva, que es insoluble bajo las condiciones de la fabricacion de nucleos de arena o moldes de arena. Mientras que la parte activa influye en las caractensticas de procesamiento del material de moldeo y la resistencia del nucleo de arena o del molde de arena, la parte inactiva no tiene ningun efecto sobre las caractensticas de procesamiento del material de moldeo asf como la resistencia del nucleo de arena o del molde de arena.
Para eliminar la parte de aglutinante activa, segun la invencion se mezcla la arena sometida a separacion de granos durante o tras la fase de regeneracion mecanica con un endurecedor para vidrio soluble, tras lo cual se somete a una fase de reaccion termica.
Como endurecedor se utiliza un medio para la reticulacion o polimerizacion de los iones de silicato de la parte de aglutinante activa. Mediante la reticulacion y el endurecimiento completo resultante del sistema de aglutinante de vidrio soluble utilizado se provocara la desactivacion. Es decir, para la regeneracion de la arena, mediante una etapa de proceso adicional, se anade un endurecedor para vidrio soluble, que lleva a una desactivacion qmmica en su
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mayor parte completa de los restos de aglutinante activos, alcalinos en la superficie de los granos de arena. Esta desactivacion qmmica se produce mediante una reaccion de precipitacion del vidrio soluble para dar acido siKcico, en cualquier caso polisilicatos no solubles, o de manera correspondiente al endurecedor utilizado tambien otros productos de reaccion, por ejemplo zeolitas.
El endurecedor puede ser un acido inorganico u organico o una sal.
El acido inorganico puede ser un acido mineral, por ejemplo acido clorfndrico o acido fosforico, o dioxido de carbono. Como acido organico puede utilizarse un acido mono, di o policarboxflico, por ejemplo acido cftrico o acido acetico.
La sal puede ser un aluminato, por ejemplo aluminato de sodio o potasio, un sulfato, por ejemplo sulfato de aluminio, un fosfato, por ejemplo fosfato de aluminio o un fluorosilicato, por ejemplo fluorohexasilicato. El endurecedor debera poder emplearse sin riesgo en un proceso automatizado. Ademas los productos de reaccion generados durante la desactivacion de la parte de aglutinante activa no deberan tener una influencia negativa sobre la calidad de la arena o la reaccion aglutinante en la utilizacion de la arena regenerada. Por tanto, los productos de precipitacion deberan quemarse preferiblemente en la fase de regeneracion termica y ya no estaran presentes en la sal.
El endurecedor puede emplearse preferiblemente como disolucion acuosa. La adicion del endurecedor no debera llevar a un apelmazamiento de la arena seca en la regeneracion. Preferiblemente se produce una humectacion fina de las superficies de los granos de arena con una disolucion del endurecedor.
Preferiblemente durante la reaccion de endurecimiento la arena mezclada con el endurecedor se mueve en un lecho fluidizado. Alternativamente tambien puede emplearse una mezcladora. De este modo la reaccion de endurecimiento puede transcurrir durante un tiempo de reaccion definido. Con el lecho fluidizado la arena puede seguir moviendose a una camara de reaccion, en la que se realiza la fase de reaccion termica. En lugar de con un lecho fluidizado, la arena tambien puede transportarse con un dispositivo mecanico, por ejemplo un tornillo sin fin.
La arena mezclada con el endurecedor tambien puede almacenarse de manera intermedia antes de la fase de reaccion termica. Para ello se produce un transporte de la arena en un recipiente intermedio y finalmente la fase de regeneracion termica.
En la fase de regeneracion termica se completa la desactivacion del aglutinante, es decir, el endurecimiento del aglutinante activo para dar un aglutinante inactivo.
Para ello se calienta la arena hasta una temperatura de preferiblemente al menos 200°C, en particular al menos 500°C. La fase de regeneracion termica puede realizarse con una llama para desactivar los restos de vidrio soluble en los granos de arena. Sin embargo, la fase de regeneracion termica tambien puede realizarse en un horno de lecho fluidizado, al que se alimenta la arena mezclada con el endurecedor.
Segun una configuracion ventajosa de la invencion la fase de regeneracion mecanica comprende las etapas siguientes:
a) realizar una separacion de granos mediante la accion de trituradoras mecanicas sobre la arena,
b) transferir la arena sometida a separacion de granos a una camara de tratamiento neumatica y mover la arena en la camara de tratamiento neumatica en un lecho fluidizado formado por aire y arena,
c) acelerar la arena en la camara de tratamiento neumatica, de modo que los granos de arena separados hagan friccion unos contra otros y se retire el aglutinante al menos en parte de una superficie de grano.
Mediante la aceleracion de los granos de arena contra el cuerpo de impacto puede conseguirse una solicitacion especialmente intensa de la superficie de grano de los granos de arena, en particular una friccion especialmente intensa de los granos de arena unos contra otros. De este modo se consigue retirar mecanicamente una parte considerable de los restos de aglutinante adheridos a las superficies de grano. El aglutinante disuelto puede retirarse de la camara de tratamiento neumatica por ejemplo junto con una fraccion de polvo.
De manera conveniente se anade el endurecedor a aire de soplado utilizado para acelerar la arena. Esto permite un mezclado especialmente rapido e intenso del endurecedor con la arena. Sin embargo, tambien es posible anadir el endurecedor al aire utilizado para la obtencion del lecho fluidizado.
Segun otra configuracion de la invencion el endurecedor se anade al aire y/o al aire de soplado solo despues de un primer periodo de tratamiento fijado de la arena en la camara de tratamiento neumatica. El primer periodo de tratamiento asciende por ejemplo a aproximadamente de 20 a 40 minutos, preferiblemente a aproximadamente de 25 a 35 minutos, calculado desde que empieza la aceleracion de la arena contra el cuerpo de impacto. Se ha demostrado que despues de un primer periodo de tratamiento de este tipo se ha retirado mecanicamente una parte esencial del aglutinante adherido a las superficies de grano de la arena. Incluso con periodos de tratamiento mas
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prolongados practicamente ya no aumenta la parte de los restos de aglutinante que pueden retirarse mecanicamente. Para que el consumo de endurecedor sea lo menor posible, ventajosamente se emplea el endurecedor solo cuando unicamente por la accion mecanica practicamente ya no pueden retirarse restos de aglutinante de las superficies de grano.
Segun una configuracion especialmente ventajosa se emplea un endurecedor lfquido, en particular acuoso. El endurecedor lfquido se anade de manera conveniente en forma pulverizada al aire de soplado y/o al aire. La pulverizacion puede producirse nebulizando el endurecedor lfquido por medio de una tobera o de un nebulizador de ultrasonidos y anadiendose al aire de soplado y/o al aire.
Segun otra configuracion ventajosa de la invencion tras un segundo periodo de tratamiento fijado se anade arena natural al lecho fluidizado. Por el termino “arena natural” se entiende arena que todavfa no se ha mezclado con un aglutinante ni se ha utilizado para la fabricacion de nucleos de arena o moldes de arena. El segundo periodo de tratamiento se ha seleccionado ventajosamente de tal modo que es mayor que el primer periodo de tratamiento. Por ejemplo la adicion de la arena natural puede ocurrir de 20 a 60 minutos, preferiblemente de 45 a 55 minutos, tras el inicio de la aceleracion de la arena contra el cuerpo de impacto. La cantidad anadida de arena natural corresponde aproximadamente a del 5 al 15%, preferiblemente del 7 al 13%, de la cantidad de la arena que va a regenerarse. De manera conveniente la arena natural se anade solo cuando el endurecedor ha tenido contacto durante un tiempo de reaccion suficientemente largo con los restos de aglutinante que han quedado en las superficies de grano. De manera conveniente el tiempo de reaccion entre el endurecedor y la arena que va a regenerarse asciende a de 10 a 35 minutos, de manera conveniente de 15 a 30 minutos.
Segun otra configuracion ventajosa la arena se calienta en el lecho fluidizado hasta una temperatura de desde 40 hasta 60°C, preferiblemente desde 45 hasta 55°C. De este modo, en particular, puede aumentarse la velocidad de reaccion entre el endurecedor y los restos de aglutinante que han quedado en las superficies de grano.
Tras pasar por la fase de regeneracion mecanica, la arena regenerada mecanicamente se encuentra en forma suelta. Se regenera termicamente de manera inmediata en la forma suelta en la que esta presente, dado el caso tras un almacenamiento intermedio. Es decir, en particular la arena regenerada mecanicamente no se mezcla con agua ni se somete a una molienda con un molino de bolas con agitador, a una molienda en humedo o similares asf como a un secado posterior. En su lugar el procedimiento propuesto puede realizarse de manera relativamente rapida y sencilla, en particular tambien continua.
Segun otra configuracion ventajosa la arena regenerada mecanicamente y mezclada con el endurecedor se transfiere a un horno para la regeneracion termica y aqrn, a una temperatura en el intervalo de desde 550°C hasta 700°C se mueve en un lecho fluidizado adicional formado por gas y la arena regenerada mecanicamente. En el caso del gas se trata de manera conveniente de un gas combustible. Es decir, por tanto, la arena regenerada mecanicamente puede moverse en una llama. Mediante el calentamiento de la arena regenerada mecanicamente hasta una temperatura, por ejemplo en el intervalo de desde 600°C hasta 650°C, los restos de aglutinante todavfa adheridos a las superficies de grano y endurecidos se desactivan finalmente por completo. Ademas se retiran restos de endurecedor.
Para ahorrar energfa puede precalentarse la arena regenerada mecanicamente antes de transferirse al horno. Para ello puede utilizarse el aire de escape caliente que sale del horno.
A continuacion se explicara en mas detalle un ejemplo de realizacion de la invencion mediante el unico dibujo.
El unico dibujo muestra esquematicamente una camara de tratamiento neumatica.
Una camara de limpieza 1 esta separada de una camara de viento 3 a traves de un plano horizontal de toberas 2. Con el numero de referencia 4 se designa una tobera de aire, que se adentra en la camara de limpieza 1. Con una distancia, con un desplazamiento axial al respecto, se conecta un tubo 5 a la tobera de aire 4, desembocando el tubo en una campana de impacto 6. Una distancia entre una desembocadura de la tobera de aire 4 y una entrada del tubo 5 se designa con y. Una distancia adicional entre una salida del tubo 5 y una pared interna de la campana de impacto 6 se designa con el numero de referencia x. La arena alojada en la camara de limpieza 1 esta designada con el numero de referencia 7. Se fluidiza con aire que se alimenta desde la camara de viento 3 a traves del plano horizontal de toberas 2.
La arena usada o arena sometida a separacion de granos por ejemplo con una trituradora se acelera a traves de la tobera de aire 4 por medio de aire de soplado L alimentado a presion y a traves del tubo 5 hacia la pared interna de la campana de impacto 6 y desde aqrn cae de nuevo a la camara de limpieza 1. De manera conveniente, la velocidad de la arena acelerada a traves del tubo 5 se selecciona de tal modo que en la campana de impacto 6 se forma un reflujo y con ello una capa de arena. Con ello puede conseguirse una friccion protectora de los granos de arena unos con otros. Las partfculas de polvo que se forman por la friccion de los granos de arena y los restos de aglutinante se evacuan a traves de una succion (no mostrada en este caso) en el lado superior de la camara de limpieza 1.
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De manera conveniente tras un primer periodo de tratamiento de por ejemplo 30 minutes se anade acido cftrico al aire de soplado L en forma pulverizada (no se muestra en este caso). Puede tratarse por ejemplo de acido cftrico al 50%. De manera conveniente se anade una cantidad de desde 1 hasta 50 g, preferiblemente desde 3 hasta 10 g, por cada kg de arena. Un tiempo de reaccion entre el endurecedor y la arena 7 fluidizada asciende por ejemplo a de 10 a 30 minutos. A continuacion se alimenta arena natural en un 10% a la camara de limpieza 1. Tras un periodo de tratamiento adicional de desde 5 hasta 10 minutos se retira de la camara de limpieza 1 la arena regenerada mecanicamente asf producida y se alimenta a la fase de regeneracion termica.
Para ello se transfiere la arena regenerada mecanicamente a un horno de lecho fluidizado y aqm, en un lecho fluidizado adicional, con una temperatura de tratamiento de por ejemplo 600 a 650°C se mueve en un lecho fluidizado adicional. A este respecto se desactivan termicamente los restos de aglutinante que todavfa han quedado en las superficies de grano y se retiran los restos dado el caso existentes de la desactivacion qmmica. Como resultado se obtiene una arena regenerada, que practicamente presenta las caractensticas de la arena natural.
Con el procedimiento segun la invencion, mediante una desactivacion completa del aglutinante de vidrio soluble, se consigue una calidad de la arena usada claramente mejorada y constante, es decir, de la arena obtenida a partir de los nucleos de arena y/o los moldes de arena. Esto lleva a un proceso de fabricacion mas estable de la fabricacion de nucleos de arena o moldes de arena y con ello a una menor cantidad de fallos y de productos defectuosos. En la fabricacion de nucleos de arena no son necesarias adaptaciones de formulas complejas y que requieren mucho personal.
Ademas mediante la desactivacion qmmica del aglutinante con el endurecedor puede reducirse el tiempo de proceso para la regeneracion termica de la arena. Ademas puede disminuirse la temperatura de proceso de la fase de regeneracion termica. Con ello puede conseguirse el caudal de la arena usada y una reduccion de los costes de funcionamiento.
Ademas, mediante la desactivacion segun la invencion de la parte de aglutinante residual activa se consigue una reduccion de la parte de arena natural. Se aumenta el numero de revoluciones maximo y la vida util de la arena y disminuye la cantidad necesaria de arena natural.
A este respecto, la medida segun la invencion de mezclar la arena entre la fase de regeneracion mecanica y la termica con un endurecedor para vidrio soluble cobra una importancia considerable.
Mientras que, sin esta medida, la parte del aglutinante residual activo, con una adicion de arena natural de, por ejemplo, un 10% en peso por cada revolucion de arena usada, con la misma instalacion y por lo demas las mismas condiciones, ya aumenta tras una revolucion de la arena usada de por ejemplo cinco veces, de tal modo que se produce un efecto perceptible sobre las caractensticas de procesamiento del material de moldeo, mezclando la arena con endurecedor, se aumenta de manera correspondiente el numero de revoluciones o se reduce de manera correspondiente la cantidad necesaria de arena natural.
Lista de sfmbolos de referencia
1 camara de limpieza
2 plano horizontal de toberas
3 camara de pared
4 tobera de aire
5 tubo
6 campana de impacto
7 arena fluidizada
L aire de soplado
x segunda distancia
y primera distancia
Claims (18)
- 5101520253035404550556065REIVINDICACIONES1. Procedimiento para la regeneracion de arena, que se obtiene a partir de moldes y/o nucleos de arena, que se producen a partir de la arena y vidrio soluble como aglutinante y se emplean en la fundicion de metales, en el que la arena obtenida se somete a una fase de regeneracion mecanica y a una fase de regeneracion termica y vuelve a alimentarse al ciclo de la fabricacion de moldes y/o nucleos de arena, caracterizado porque la arena (i) durante la fase de regeneracion mecanica o (ii) tras la fase de regeneracion mecanica y antes de la termica se mezcla con un endurecedor para vidrio soluble.
- 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el endurecedor se emplea como disolucion acuosa.
- 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque durante la reaccion de endurecimiento la arena mezclada con el endurecedor se mueve en un lecho fluidizado o con una mezcladora.
- 4. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la arena mezclada con el endurecedor se almacena de manera intermedia antes de la fase de regeneracion termica.
- 5. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque como endurecedor para vidrio soluble se utiliza un acido inorganico u organico o una sal.
- 6. Procedimiento segun la reivindicacion 5, caracterizado porque el acido inorganico es un acido mineral.
- 7. Procedimiento segun la reivindicacion 5, caracterizado porque el acido organico es un acido mono, di o policarboxflico.
- 8. Procedimiento segun la reivindicacion 5, caracterizado porque la sal es un aluminato, fosfato o fluorosilicato.
- 9. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fase de regeneracion mecanica comprende las etapas siguientes:a) realizar una separacion de granos mediante la accion de trituradoras mecanicas sobre la arena,b) transferir la arena sometida a separacion de granos a una camara de tratamiento neumatica (1) y mover la arena en la camara de tratamiento neumatica (1) en un lecho fluidizado (7) formado por aire y arena,c) acelerar la arena en la camara de tratamiento neumatica contra un cuerpo de impacto (6), de modo que los granos de arena separados hagan friccion unos contra otros y se retire el aglutinante al menos en parte de una superficie de grano.
- 10. Procedimiento segun la reivindicacion 9, en el que se anade el endurecedor a aire de soplado (L) utilizado para acelerar la arena y/o al aire utilizado para la obtencion del lecho fluidizado.
- 11. Procedimiento segun la reivindicacion 9 o 10, en el que se anade el endurecedor al aire de soplado (L) y/o al aire solo despues de un primer periodo de tratamiento fijado de la arena en la camara de tratamiento neumatica.
- 12. Procedimiento segun la reivindicacion 10 u 11, en el que se anade el endurecedor lfquido en forma pulverizada al aire de soplado (L) y/o al aire.
- 13. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 9 a 12, en el que se anade arena natural al lecho fluidizado (7) tras un segundo periodo de tratamiento fijado.
- 14. Procedimiento segun la reivindicacion 13, en el que la cantidad anadida de arena natural corresponde aproximadamente a del 5 al 15% de la cantidad de la arena que va a regenerarse.
- 15. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 9 a 14, en el que se calienta la arena en el lecho fluidizado (7) hasta una temperatura de desde 40 hasta 60°C.
- 16. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que la arena regenerada mecanicamente y mezclada con el endurecedor se regenera termicamente de manera inmediata en forma suelta.
- 17. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que la arena regenerada mecanicamente se transfiere a un horno para la regeneracion termica y aqrn, a una temperatura en el intervalo de desde 550°C hasta 700°C se mueve en un lecho fluidizado adicional formado por gas y la arena regenerada mecanicamente.
- 18. Procedimiento segun la reivindicacion 17, en el que se precalienta la arena regenerada mecanicamente antes de transferirse al horno.
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