ES2846769T3 - Sistema de colada - Google Patents

Abstract

Un sistema (10) para colar metales fundidos, que comprende: un molde (12), que comprende una cavidad de colada (14), que tiene una entrada (16) y un orificio (30) entre una superficie superior (32) del molde (12) y la entrada (16); una buza (20), que comprende un embudo (22) y un árbol hueco (24), en donde el embudo (22) está situado fuera del molde (12), adyacente a la superficie superior (32), y el árbol hueco (24) es recibido dentro del orificio (30) y puede moverse en él; y un mecanismo de levantamiento (52), situado en la superficie superior (32) del molde (12), pudiendo accionar el mecanismo de levantamiento (52) para levantar el embudo (22) de la buza (20), alejándolo de la superficie superior (32) para que la buza (20) se enganche con una boquilla de cuchara (26).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de colada

La presente invención se refiere a un sistema para colar metales fundidos. En particular, la invención se refiere a un sistema de colada, que comprende una buza para transportar metal fundido entre una cuchara y una cavidad de colada dentro de un molde.

Uno de los principales desafíos en los procesos de colada de metales es evitar el arrastre de aire y la película de óxido superficial. Estos pueden provocar defectos, incluidas burbujas de aire y películas de óxido, que dan lugar a grietas en la colada.

Las coladas de acero medio y pesado se cuelan convencionalmente desde una cuchara de vertido por el fondo, que libera el metal fundido a través de una boquilla situada en su base. La boquilla es accionada por una varilla de tope o una compuerta deslizante instalada en el fondo de la cuchara. La cuchara se eleva mediante una grúa sobre una cubeta de vertido cónica que está conectada a un bebedero que alimenta el molde. El operario de la cuchara abre la boquilla levantando el tapón o abriendo la compuerta deslizante mediante un mecanismo neumático adjunto para iniciar el proceso de vertido. El mayor inconveniente de este método de colada es que la cubeta de vertido arrastra masas de aire al metal. Este aire arrastrado se desplaza con el metal fundido a través del sistema de paso y dentro de la colada en forma de burbujas, provocando bipelículas de óxido.

Puede producirse una oxidación adicional del metal cuando el metal fundido pasa a través de un sistema de compuerta convencional ensamblado a partir de baldosas cerámicas. A medida que el metal se acelera por la gravedad, la corriente de metal se estrecha y esto crea un efecto de vacío, lo que hace que el aire sea succionado hacia el metal a través de uniones no selladas de las tuberías cerámicas que forman el sistema de paso. La oxidación del metal también puede resultar de salpicaduras y turbulencias de metal que reaccionan con el oxígeno atmosférico en el interior del molde.

El contacto del metal fundido con el aire no solo causa oxidación, sino que también da lugar a que el gas nitrógeno y el hidrógeno de la humedad atmosférica se disuelvan en el metal, lo que tiene un efecto muy negativo sobre el acero colado. Se ha demostrado que el volumen de aire atrapado en el metal varía dependiendo del proceso de vertido y es una fuente significativa de inclusiones no metálicas que influyen negativamente en la limpieza, las propiedades mecánicas y la calidad superficial de las coladas.

Además de los problemas resultantes del arrastre de aire, un inconveniente adicional del proceso de colada convencional es que es difícil posicionar la boquilla sobre el centro de la cubeta de vertido, ya que la cuchara está suspendida de una grúa y su centro de gravedad cambia de acuerdo con el volumen de metal en la cuchara. Otro problema es que las salpicaduras de metal durante el vertido convencional representan un riesgo significativo para los operarios de cucharas y el personal cercano. La cuchara sujeta a la grúa puede moverse en cualquier momento. Las salpicaduras son particularmente un riesgo durante la apertura de la boquilla, ya que es difícil determinar si la boquilla está posicionada con precisión sobre la cubeta de vertido.

Una de las soluciones al problema del arrastre de aire en los procesos de colada de metales conocidos en la técnica es el vertido por contacto. Esta técnica elimina el uso de una cubeta de vertido, y en su lugar la boquilla de cuchara se coloca en contacto directo con la entrada al bebedero del molde. Por tanto, la alineación entre la boquilla de cuchara y la entrada del bebedero es fundamental. De nuevo, un inconveniente de esta técnica es el requisito de mover y situar con precisión una cuchara suspendida de una grúa.

Harrison Steel Castings Company ha ofrecido una solución alternativa al problema de la reoxidación causada por el arrastre de aire en la corriente de vertido. El proceso de Harrison implica unir una buza de sílice fundida debajo de la boquilla de una cuchara de vertido por el fondo. El molde está provisto de una mazarota lateral para recibir la buza. Debajo de la mazarota lateral se proporciona un pozo de vertido, que alimenta la cavidad de colada. Con la buza unida, la cuchara se alinea sobre un molde y luego se baja para insertar la buza en la mazarota lateral. La varilla de tope se mueve luego a la posición abierta de modo que el metal fundido dentro de la cuchara fluya a través de la boquilla y de la buza hacia el molde. Una vez que se llena el molde, se cierra el tapón. La cuchara se levanta hasta que la buza esté libre del molde y luego se mueve sobre el siguiente molde para repetir el proceso.

Sin embargo, al igual que el método de vertido por contacto, una desventaja significativa del proceso de Harrison es la dificultad de maniobrar la cuchara en la grúa para insertar la buza en la mazarota lateral. También es difícil y potencialmente peligroso para los operarios montar la buza en la boquilla, ya que deben trabajar debajo de una cuchara grande y elevada.

La presente invención se ha ideado teniendo en cuenta estas cuestiones.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un sistema para colar metales fundidos, comprendiendo el sistema:

un molde que comprende una cavidad de colada que tiene una entrada y un orificio entre una superficie superior del molde y la entrada;

una buza que comprende un embudo y un árbol hueco, en donde el embudo está situado fuera del molde, adyacente a la superficie superior, y el árbol hueco se recibe dentro del orificio y puede moverse en él; y un mecanismo de levantamiento situado en la superficie superior del molde, pudiendo accionarse el mecanismo de levantamiento para levantar el embudo de la buza alejándolo de la superficie superior para que la buza se enganche con una boquilla de cuchara.

El uso de una buza reduce la reoxidación del metal al verterlo entre la cuchara y el molde, reduciendo así la introducción de inclusiones en la colada. La buza también controla y reduce la turbulencia en el flujo de metal, lo que reduce la posibilidad de que el aire quede atrapado y la abrasión del molde, lo que a su vez reduce el nivel de inclusiones. La reducción del nivel de inclusiones y defectos de solape conduce a un acabado superficial de colada mejorado en general. Sin embargo, aunque el uso de buzas, en general, es bien conocido, los beneficios de la presente invención se logran situando la buza en el propio molde (es decir, dentro de un orificio que se extiende entre una superficie del molde y la cavidad de colada), y mediante la provisión de un mecanismo de levantamiento en el molde que levanta la buza hacia arriba para que se enganche con la cuchara.

Esto tiene numerosas ventajas sobre los sistemas de la técnica anterior en los que se fija una buza a la boquilla de cuchara y se baja toda la cuchara para acercar la buza a un molde. En primer lugar, la invención evita la necesidad de que los operarios trabajen debajo de una cuchara grande elevada para unir una buza a la cuchara, lo cual es extremadamente peligroso. En segundo lugar, la eficiencia del proceso de colada se mejora significativamente, ya que no se pierde tiempo montando la buza en la cuchara antes de la colada, o bajando la buza en cada cavidad del molde y levantándola nuevamente después del vertido. El mecanismo de levantamiento de la invención permite un enganche y desenganche rápido y seguro de la buza con la boquilla de la cuchara. Esto también permite vaciar la escoria de la cuchara inmediatamente después del vertido, lo que da como resultado una cuchara más limpia. En tercer lugar, dado que cada cavidad del molde contiene su propia buza, que se levanta hacia arriba para engancharse con la boquilla de cuchara, la invención evita la necesidad de maniobrar la cuchara con una buza preunida con precisión en cada molde. Esto facilita la maniobrabilidad de la cuchara entre vertidos y también reduce el riesgo de dañar el molde causado por la inserción y extracción de una buza que está fijada permanentemente a la cuchara.

El mecanismo de levantamiento está montado en la superficie superior del molde y funciona para levantar el embudo de la buza para engancharlo con la boquilla de la cuchara. Dado que el árbol de la buza puede moverse dentro del orificio del molde, toda la buza se puede levantar hacia arriba mediante el accionamiento del mecanismo de levantamiento.

En algunas realizaciones, el sistema comprende además un mecanismo giratorio para hacer girar la buza con respecto al molde. El mecanismo giratorio se puede combinar con el mecanismo de levantamiento. Por ejemplo, el levantamiento de la buza mediante el mecanismo de levantamiento también puede efectuar la rotación de la buza, o la rotación de la buza puede efectuar el levantamiento. Por consiguiente, en algunas realizaciones, el mecanismo de levantamiento se puede accionar además para hacer girar la buza con respecto al molde. En algunas realizaciones, el mecanismo de levantamiento se puede accionar para hacer girar la buza independientemente del levantamiento de la buza.

En algunas realizaciones, el mecanismo de levantamiento comprende una primera parte que está montada (directa o indirectamente) en la superficie del molde, y una segunda parte que soporta el embudo de la buza, en donde la segunda parte puede moverse con respecto a la primera parte.

En algunas realizaciones, la posición de la primera parte se fija con respecto al molde y el movimiento de la segunda parte efectúa el levantamiento del embudo para alejarlo del molde y engancharlo con la boquilla de cuchara. En algunas realizaciones, la segunda parte puede moverse entre una primera posición, en la que el árbol se recibe sustancialmente dentro del orificio del molde, y una segunda posición, en la que una porción del árbol se levanta fuera del orificio.

En algunas realizaciones, la primera parte puede moverse con respecto al molde, pudiendo moverse la primera parte entre una primera posición, en la que el árbol se recibe sustancialmente dentro del orificio del molde, y una segunda posición, en la que una porción del árbol se levanta fuera del orificio. En algunas realizaciones, la primera parte puede moverse entre las posiciones primera y segunda sin movimiento de la segunda parte. El movimiento de la primera parte entre las posiciones primera y segunda puede efectuar el levantamiento del árbol sin girar la segunda parte y/o el árbol.

En algunas realizaciones, el mecanismo de levantamiento comprende además una tercera parte que está dispuesta entre la primera parte y la superficie del molde. La tercera parte puede facilitar el movimiento de la primera parte con respecto al molde.

En algunas realizaciones, la primera parte o la tercera parte (si está presente) del mecanismo de levantamiento comprende o consiste en una base que se fija a la superficie superior del molde, asegurando así el mecanismo de levantamiento al molde.

Se apreciará que existen numerosas formas en las que se puede implementar el mecanismo de levantamiento para proporcionar el movimiento de la segunda parte con respecto a la primera parte o el movimiento de la primera parte con respecto al molde y, opcionalmente, la primera y/o la segunda parte. Por ejemplo, el mecanismo de levantamiento puede comprender un accionador mecánico, tal como un tornillo o un mecanismo basado en levas, un gato (por ejemplo, un gato pantógrafo) o un accionador lineal telescópico. De manera alternativa, el mecanismo de levantamiento puede comprender un accionador o pistón hidráulico o neumático. En algunas realizaciones, el mecanismo de levantamiento comprende un motor.

En algunas realizaciones, se proporciona un sello entre la base y la superficie superior del molde.

En algunas realizaciones, se proporciona un sello entre la segunda parte del mecanismo de levantamiento y el embudo de la buza.

En algunas realizaciones, sustancialmente no hay espacio entre la primera parte y las partes segunda y/o tercera del mecanismo de levantamiento.

Al sellar entre la boquilla de cuchara y el embudo de buza, entre el mecanismo de levantamiento y el molde, entre el mecanismo de levantamiento y el embudo de la buza, y también al no tener sustancialmente ningún espacio o solo un espacio muy estrecho entre la primera parte y las partes segunda y/o tercera del mecanismo de levantamiento, es posible proporcionar un sistema sustancialmente cerrado a través del cual el metal puede fluir desde la cuchara, a través de la buza y hacia la cavidad de colada dentro del molde. Esto reduce la reoxidación y disminuye la formación de inclusiones dentro de la colada. Sin embargo, se apreciará que no es posible que el sistema sea completamente estanco al aire.

En algunas realizaciones, el mecanismo de levantamiento comprende una leva cilíndrica. Como se conoce en la técnica, una leva cilíndrica es una leva en la que un seguidor se desplaza sobre la superficie de un cilindro. La superficie está en ángulo, formando una espiral o hélice. La superficie puede formarse como una acanaladura formada dentro de una pared o superficie curva del cilindro, o puede formar un extremo del cilindro. El seguidor experimenta un movimiento de traslación paralelo al eje longitudinal del cilindro mientras se desplaza a lo largo de la superficie, convirtiendo así el movimiento de rotación en movimiento lineal.

En algunas realizaciones, el mecanismo de levantamiento comprende collares externo e interno concéntricos, en donde uno de los collares interno y externo soporta el embudo de la buza y tiene un seguidor que descansa sobre una superficie en rampa o espiral (es decir, una leva) del otro de los collares interno y externo que está montado (directa o indirectamente) en la superficie superior del molde, de manera que la rotación relativa de los collares interno y externo causa un movimiento lineal de la buza.

En algunas realizaciones, la superficie en rampa se forma en un extremo superior del collar interno o externo.

En algunas realizaciones, la buza se asienta en el collar interno, teniendo el collar interno un seguidor que descansa sobre una superficie en rampa del collar externo, que está montado (directa o indirectamente) en la superficie superior del molde. En tales realizaciones, se puede considerar que el collar externo corresponde a la primera parte y que el collar interno corresponde a la segunda parte del mecanismo de levantamiento.

En algunas realizaciones, la posición del collar externo se fija con respecto al molde, y la rotación del collar interno con respecto al collar externo causa un movimiento lineal de la buza. Se apreciará que, en tales realizaciones, la propia buza también gira cuando se levanta.

En algunas realizaciones alternativas, el collar externo puede moverse con respecto al molde y al collar interno. Esto puede facilitarse mediante la provisión de la tercera parte entre la primera parte y la superficie del molde. En tales realizaciones, la rotación del collar externo efectúa un movimiento lineal de la buza sin rotación del collar interno ni de la buza soportada en el mismo. La rotación de los collares interno y externo juntos (de manera que no haya movimiento relativo entre ellos) causará la rotación de la buza sin movimiento lineal. Esta disposición puede usarse para proporcionar un mayor control sobre el flujo de metal. Por ejemplo, el levantamiento de la buza mediante la rotación del collar externo puede permitir el flujo de metal a través de la buza, mientras que la rotación posterior de la buza puede usarse para abrir salidas adicionales y aumentar el flujo de metal.

En algunas realizaciones, se proporcionan múltiples superficies en rampa. Cada superficie en rampa puede extenderse sobre una porción del collar en una dirección circunferencial. En algunas realizaciones, se proporcionan dos, tres o cuatro superficies en rampa. Por ejemplo, pueden proporcionarse tres superficies en rampa, extendiéndose cada una sobre un ángulo de aproximadamente 120 ° en una dirección circunferencial.

En algunas realizaciones, el mecanismo de levantamiento comprende además un asa para efectuar la rotación relativa del collar interno y/o externo. En algunas realizaciones, el asa está unida a o constituye el seguidor.

El mecanismo de levantamiento puede estar hecho de cualquier material adecuado. En algunas realizaciones, al menos una parte del mecanismo de levantamiento está hecho de metal, tal como acero.

El embudo de la buza puede tener una superficie interior de forma parcialmente esférica (cóncava). Esto permite un enganche de tipo de bola y casquillo con la boquilla de cuchara. Esto proporciona una conexión segura con la boquilla de cuchara, incluso si la boquilla de cuchara y la buza, y/o la buza y el molde no están perfectamente alineados.

En algunas realizaciones, el sistema comprende además una junta situada en el embudo de la buza. La junta ayuda a asegurar que la conexión entre la buza y la boquilla esté sellada.

La buza puede fabricarse con cualquier material refractario capaz de resistir las altas temperaturas del metal fundido, tal como el hierro y el acero fundidos. Los materiales refractarios adecuados incluyen sílice fundida, hormigón precolado y refractarios ligados por carbono prensado isostáticamente. En algunas realizaciones, la buza está hecha de sílice fundida.

Además de tener propiedades térmicas y físicas adecuadas, la buza debe hacerse con una alta precisión dimensional, lo que significa que ciertos métodos de fabricación (por ejemplo, la colada con barbotina, en el que el material que forma la buza se endurece y cura parcialmente en el molde antes de su extracción y cocción) son más adecuados que otros.

El orificio en el molde, en el que se recibe de forma móvil el árbol hueco de la buza, se extiende entre la superficie superior del molde y la entrada de la cavidad de colada. Por "se extiende entre", se apreciará que el orificio puede extenderse por toda la distancia entre la superficie superior del molde y la entrada de la cavidad de colada, o que el orificio puede extenderse solo por una parte de la distancia.

El árbol de la buza se recibe dentro del orificio con solo un pequeño espacio entre ellos. En algunas realizaciones, el árbol de la buza se extiende a todo lo largo del orificio. El encaje perfecto de la buza y el hecho de que el árbol se extienda sustancialmente a todo lo largo del orificio permite un control eficaz del flujo de metal, eliminando salpicaduras y reduciendo la reoxidación. Cualquier aire presente en el espacio entre la buza y el orificio no está en contacto directo con la corriente de metal y, por lo tanto, no hay atrapamiento de aire. Este estrecho espacio de aire también permite la ventilación del sistema de paso cuando el metal entra en el molde.

En algunas realizaciones, el sistema de colada comprende además un filtro. El filtro puede estar situado entre el orificio y la entrada de la cavidad de colada. El filtro funciona para quitar cualquier inclusión del metal fundido. El filtro también actúa como un modificador de flujo y reduce la turbulencia en el metal fundido antes de que fluya hacia la cavidad de colada. Como ya saben los expertos en la materia, el filtro puede estar hecho de cualquier material adecuado. En algunas realizaciones, el filtro está hecho de circonio.

En algunas realizaciones, el filtro está situado dentro de una carcasa. La carcasa puede estar conectada al orificio (directa o indirectamente). En algunas realizaciones, la carcasa recibe un extremo del árbol de la buza (es decir, el extremo opuesto al embudo). En estas realizaciones, el metal fundido fluye a través de la buza, que se recibe dentro del orificio), hacia la carcasa y a través del filtro antes de pasar a la cavidad de colada.

La carcasa puede ser cuadrada, rectangular, triangular, hexagonal, octogonal o circular en sección transversal. Por consiguiente, en algunas realizaciones la carcasa tiene tres, cuatro, seis u ocho paredes laterales. Una o más de las paredes laterales pueden tener una salida a través de la que el metal fundido fluye hacia la cavidad de colada. Puede situarse un filtro adyacente a cada salida. Por lo tanto, la configuración de la carcasa y el filtro se puede seleccionar de acuerdo con los requisitos específicos de la cavidad de colada.

La carcasa puede fabricarse con cualquier material refractario adecuado, incluyendo sílice fundida, hormigón precolado, arcilla refractaria y arena ligada químicamente. En algunas realizaciones, la carcasa está hecha de sílice fundida.

En algunas realizaciones, la carcasa contiene una almohadilla de impacto refractaria. Esto impide que el metal fundido erosione el molde a medida que fluye fuera del extremo de la buza.

El extremo de la buza (opuesto al embudo) puede estar completamente abierto. De manera alternativa, el extremo puede estar provisto de una base o tapón de extremo que tenga una abertura en la misma para que fluya el metal fundido. Durante el uso, la base o tapa de extremo puede asentarse en la almohadilla de impacto antes del levantamiento de la buza.

La almohadilla de impacto puede fabricarse con cualquier material refractario adecuado capaz de resistir el impacto térmico y físico del metal fundido, incluyendo sílice fundida, hormigón precolado, arcilla refractaria y arena ligada químicamente. En algunas realizaciones, la almohadilla de impacto está hecha de sílice fundida.

En algunas realizaciones, se proporciona al menos una salida en el árbol adyacente al extremo de la buza. Pueden proporcionarse al menos dos, tres o cuatro salidas. Las salidas pueden estar espaciadas regularmente alrededor del árbol de la buza. Estas salidas "horizontales" proporcionan una ruta de flujo adicional para que el metal fundido salga de la buza, además de la abertura en el extremo de la buza, y por consiguiente, permiten un mayor caudal cuando todas las salidas están abiertas.

Puede proporcionarse un medio de control de flujo para controlar el flujo de metal a través de la(s) salida(s) en el árbol. La buza puede ser giratoria entre una posición en la que cada salida está alineada con y cerrada por el medio de control de flujo, impidiendo así el flujo de metal a través de las salidas, y una posición en la que cada salida está abierta (y ya no está alineada con el medio de control de flujo), permitiendo así que el metal fluya a través de la(s) salida(s). Se apreciará que puede haber una serie (por ejemplo, un continuo) de posiciones entre las posiciones abierta y cerrada en las que la(s) salida(s) está(n) parcialmente abiertas. En tales realizaciones, la rotación de la buza se puede usar ventajosamente para controlar el caudal de metal en la colada.

En algunas realizaciones, el medio de control de flujo lo proporciona la almohadilla de impacto.

En algunas realizaciones, la almohadilla de impacto puede comprender al menos un pilar o pared que tiene una superficie que linda con el árbol de la buza, siendo la altura y la anchura de dicha superficie suficientes para cubrir completamente una salida. Se apreciará que la altura de los pilares o paredes debe seleccionarse de manera que la superficie cubra completamente la(s) salida(s) cuando el mecanismo de levantamiento levanta el árbol.

En algunas realizaciones, la buza puede girar entre una posición en la que el (o cada) pilar está alineado con la salida (o su respectiva salida) para cerrar la salida e impedir el flujo de metal a través de ella, y una posición en la que la (o cada) salida está al menos parcialmente abierta. Preferentemente, el número de pilares corresponde al número de salidas. En algunas realizaciones, el árbol comprende cuatro salidas y la almohadilla de impacto comprende cuatro pilares.

En algunas realizaciones, la almohadilla de impacto comprende una pared que se extiende alrededor del árbol de la buza (es decir, formando un anillo). La pared comprende uno o más agujeros que se posicionan de manera que sean al menos parcialmente alineables con la(s) salida(s) en el árbol de la buza. En tales realizaciones, la buza puede girar entre una posición en la que la(s) salida(s) está(n) buza(s) por la pared para cerrar la salida e impedir el flujo de metal a través de ella, y una posición en la que la (o cada) salida está al menos parcialmente alineada con el agujero (o su agujero respectivo) en la pared y, por consiguiente, al menos parcialmente abierta, permitiendo así que el metal fluya fuera de la buza a través de las salidas y los agujeros.

En algunas realizaciones, una superficie de la almohadilla de impacto comprende una región que es de forma complementaria a la base de la buza. La región puede tener una forma tal que el acoplamiento entre la base de la buza y la superficie solo sea posible en ciertas orientaciones de la buza con respecto a la almohadilla de impacto. Por ejemplo, el acoplamiento entre la base y la superficie solo puede ser posible cuando la(s) salida(s) del árbol están alineadas con el medio de control de flujo. Por consiguiente, la complementariedad entre la base y la almohadilla de impacto proporciona un medio útil para determinar cuándo están cerradas las salidas en el árbol. Los pilares o la(s) pared(s) pueden extenderse hacia arriba desde la superficie de la almohadilla de impacto.

En algunas realizaciones, el sistema comprende además un sistema de paso entre la carcasa y la entrada de la cavidad de colada.

En algunas realizaciones, el sistema comprende además una mazarota en comunicación fluida con la cavidad de colada. La mazarota puede ser una mazarota de arena natural que comprende una cavidad formada en el molde o puede ser una mazarota asistida, comúnmente conocida como alimentador o manguito alimentador. Los manguitos alimentadores son habitualmente formas refractarias ligadas químicamente y pueden ser aislantes y/o exotérmicas. La mazarota puede extenderse entre la cavidad de colada y la superficie superior del molde. La mazarota o manguito alimentador puede estar abierto y expuesto a la atmósfera o puede estar cerrado, con un techo o tapa. En algunas realizaciones, el molde comprende más de una mazarota.

En algunas realizaciones, el sistema comprende una mazarota lateral. La mazarota lateral puede estar situada adyacente a la cavidad de colada. La mazarota lateral puede estar situada en la parte inferior del molde, es decir, distal a la superficie superior del molde. Un extremo del árbol de la buza puede estar situado en la mazarota lateral, en comunicación fluida con la cavidad de colada.

En algunas realizaciones, la cavidad de colada se alimenta por el fondo. Por "alimentarse por el fondo", se entenderá que la cavidad de colada se llena hacia arriba con metal fundido que entra desde el sistema de paso al fondo de la cavidad de colada.

En algunas realizaciones, el sistema de paso comprende uno o más conductos o guías en el molde, extendiéndose cada conducto entre una salida de la carcasa o mazarota lateral y una entrada de la cavidad de colada.

El sistema de colada de la invención puede ser aplicable a cualquier cuchara de vertido por el fondo equipada con una boquilla. En algunas realizaciones, la boquilla de la cuchara es de forma parcialmente esférica (convexa) o con la parte superior plana abovedada.

Asimismo, puede usarse un único diámetro de boquilla universal para todas y cada una de las coladas.

La tasa o volumen de metal que se puede verter desde una cuchara de vertido por el fondo está restringido por el diámetro de la boquilla que se usa. Cuando se coloca una buza, el flujo de metal se puede restringir aún más dependiendo del diámetro interno u orificio del árbol de la buza.

En aplicaciones convencionales donde la buza se fija a la cuchara y luego se usa para colar más de un molde, el caudal de metal será el mismo para cada colada. Si se van a colar coladas de tamaños significativamente diferentes desde la misma cuchara, es posible que el caudal no sea adecuado para ciertos tamaños de coladas grandes o pequeñas, lo que da como resultado un llenado del molde no optimizado y un aumento de los defectos o rechazos de la colada. Esto significa que para cada cuchara de metal, se deben hacer coladas de tamaño similar usando el mismo tamaño de boquilla requerido y el mismo diámetro de buza.

Con el sistema de colada de la presente invención, se usa una nueva buza para cada colada que permite ventajosamente producir varios tamaños y dimensiones diferentes de coladas a partir de una sola pasada (cuchara). Esto se debe a que cada molde contiene su propia buza, cuyo tamaño y diámetro de orificio se pueden seleccionar de acuerdo con el tamaño de la colada. Por lo tanto, el tipo de buza usada se optimiza para la colada individual, en lugar de depender del tipo (diámetro) de cuchara o boquilla. Por ejemplo, una buza que tiene un diámetro de orificio de 80 mm y una que tiene un diámetro de orificio de 40 mm pueden tener ambas las mismas dimensiones de embudo, lo que les permite encajar en una sola boquilla, por tanto, se pueden usar para fundir desde la misma cuchara equipada con una boquilla universal.

Por tanto, el sistema de la invención es mucho más flexible y aplicable a pasadas cortas de colada que los sistemas típicos que se usan actualmente. Una ventaja adicional es que se usa una buza limpia para cada colada, lo que reduce aún más la presencia de inclusiones.

Por consiguiente, en algunas realizaciones, el sistema comprende una pluralidad de moldes. La buza de cada molde puede tener la misma longitud y/o diámetro. De manera alternativa, diferentes moldes pueden contener buzas de diferentes longitudes y/o diámetros.

Por lo tanto, se apreciará que la longitud y el diámetro de la buza se seleccionarán de acuerdo con el tipo de colada. Por ejemplo, las coladas pequeñas se pueden colar usando una buza que tenga un diámetro interno de orificio de 30 mm, mientras que una colada pesada puede requerir una buza que tenga un diámetro de orificio de 70 mm. Se pueden usar diferentes buzas de diferentes diámetros de orificio con una boquilla universal.

En algunas realizaciones, el diámetro de orificio de la buza es de 20 mm a 100 mm, de 30 mm a 80 mm o de 40 a 70 mm.

Al incluir la buza dentro del propio molde y seleccionar la buza de conformidad con la colada individual, no hay limitación en la longitud de la buza usada. En algunas realizaciones, la longitud de la buza es de 1 a 3 metros, o de 1,5 a 2 metros.

El molde puede ser un molde de arena convencional como se usa comúnmente en la colada de metales. Por lo tanto, el sistema de colada de la invención se puede preparar usando cualquier sistema de fundición en arena de moldeo adecuado.

La arena de moldeo se puede clasificar en dos categorías principales; ligada químicamente (basada en aglutinantes orgánicos o inorgánicos) o ligada con arcilla. Los aglutinantes de arena de moldeo ligada químicamente son habitualmente sistemas de autoendurecimiento donde un aglutinante y un endurecedor químico se mezclan con la arena y el aglutinante y el endurecedor comienzan a reaccionar inmediatamente, pero lo suficientemente lento como para permitir que la arena se conforme alrededor de la placa de patrón y luego se deja endurecer lo suficiente como para extraerla y colarla. Los sistemas de moldeo ligados con arcilla usan arcilla y agua como aglutinante y se pueden usar en estado "verde" o sin secar y se denominan comúnmente arena verde. Las mezclas de arena verde no fluyen inmediatamente ni se mueven fácilmente por las fuerzas de compresión solamente y, por lo tanto, para compactar la arena verde alrededor del patrón y darle al molde suficientes propiedades de resistencia, se aplican una variedad de combinaciones de sacudidas, vibraciones, compresión y apisonamiento para producir moldes de resistencia uniforme con alta productividad.

Las arenas de moldeo ligadas químicamente son más adecuadas para la fabricación de coladas de hierro y acero de bajo volumen y/o tamaño mediano y grande, y habitualmente tienen mayor resistencia en comparación con los sistemas de arena verde.

Las prácticas de moldeo son bien conocidas y se describen como ejemplos en los capítulos 12 y 13 del Foseco Ferrous Foundryman's Handbook (ISBN 075064284 X). Un proceso típico conocido como proceso sin horneado o de fraguado en frío es mezclar la arena con una resina líquida o aglutinante de silicato junto con un catalizador apropiado, generalmente en un mezclador continuo. Luego, la arena mezclada se compacta alrededor del patrón mediante una combinación de vibración y apisonamiento y luego se deja reposar, tiempo durante el cual el catalizador comienza a reaccionar con el aglutinante dando como resultado el endurecimiento de la mezcla de arena. Cuando el molde ha alcanzado una resistencia manejable, se retira del patrón y continúa endureciéndose hasta que se completa la reacción química. Si se emplean manguitos alimentadores, se pueden colocar en la placa de patrón y se puede aplicar la arena mezclada alrededor de ellos, o se pueden insertar en las cavidades del molde después de retirarlos del patrón. De manera similar, las carcasas de los filtros y los filtros pueden moldearse en su lugar o insertarse posteriormente.

Los moldes se hacen habitualmente en dos mitades y luego se ensamblan antes de la colada, aunque para coladas más grandes y complejas, los moldes pueden comprender tres o más partes ensambladas juntas. Los moldes habitualmente están divididos horizontalmente, pero pueden dividirse verticalmente para algunas configuraciones de colada.

Se puede hacer un molde de arena dentro de un bastidor de metal. Esto proporciona soporte al molde. El bastidor puede estar provisto de asas. Las asas se pueden usar para levantar las dos mitades del molde y ensamblar y manipular el molde completo.

Aunque el sistema de colada de la presente invención es particularmente adecuado para la fabricación de coladas de acero, también se puede usar utilizar para colar otros metales tales como hierro gris, bronce, cobre, cinc, magnesio, aluminio y aleaciones de aluminio.

En algunas realizaciones, el molde puede ser un molde permanente o matriz. Un molde permanente o matriz puede estar hecho de hierro colado, acero o cualquier otro material adecuado que sea conocido por el experto en la materia. Estas realizaciones son adecuadas para la fabricación de coladas de aluminio y aleaciones de aluminio. De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un método de colada que usa el sistema del primer aspecto.

El método puede comprender las etapas de:

- proporcionar el sistema del primer aspecto de la invención;

- posicionar una cuchara de vertido por el fondo que contiene metal fundido sobre el molde de manera que una boquilla en una base de la cuchara esté situada sustancialmente de manera vertical por encima del embudo de la buza;

- accionar el mecanismo de levantamiento para levantar el embudo de la buza alejándolo de la superficie superior del molde para hacer que la buza se enganche con la boquilla;

- abrir la boquilla, permitiendo así que el metal fundido fluya desde la cuchara hacia la buza;

- cerrar la boquilla para detener el flujo de metal fundido; y

- accionar el mecanismo de levantamiento para bajar el embudo de la buza hacia la superficie superior del molde para desenganchar la buza de la boquilla.

En algunas realizaciones, el accionamiento del mecanismo de levantamiento para levantar el embudo de la buza también efectúa la rotación de la buza con respecto al molde.

En realizaciones alternativas, el accionamiento del mecanismo de levantamiento levanta el embudo de la buza sin girar la buza con respecto al molde. En tales realizaciones, el método puede comprender además la etapa de, después de abrir la boquilla, girar la buza.

En algunas realizaciones, el método comprende además purgar el molde con un gas inerte, tal como argón. Para retener el gas inerte, el molde debe estar cerrado para impedir la ventilación antes del vertido. Por ejemplo, en algunas realizaciones, puede ser necesario cerrar cualquier mazarota o respiradero abierto simplemente colocando una hoja, papel o tarjeta sobre el respiradero. El argón es más pesado que el aire, por lo que una vez que se ha cerrado un molde, el argón no tiende a escaparse antes del vertido.

Se apreciará que cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento puede combinarse con cualquier otra realización según sea apropiado, a menos que se indique lo contrario.

A continuación, se describirán realizaciones de la invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: la figura 1 es una vista en perspectiva de un sistema de colada de conformidad con el primer aspecto de la invención, en donde el embudo de la buza no está enganchado con la boquilla de cuchara;

la figura 2 es una vista en perspectiva despiezada de la carcasa de la figura 1 que muestra los componentes individuales;

la figura 3a y la figura 3b son vistas en perspectiva de los dos componentes que comprenden el mecanismo de levantamiento de la figura 1;

la figura 4 es una vista en perspectiva del sistema de colada de la figura 1, en donde el embudo de la buza está enganchado con la boquilla de cuchara;

la figura 5a y la figura 5b son vistas en sección transversal que muestran la conexión entre la boquilla de cuchara y la buza de la figura 1 en una situación donde hay un desplazamiento entre el molde y la cuchara;

la figura 6 es una vista en perspectiva de un tercer componente de un mecanismo de levantamiento de tres partes en una realización alternativa de la invención;

la figura 7a es una vista en sección transversal de un mecanismo de levantamiento de tres partes y un embudo de una buza soportada de este modo en una realización alternativa de la invención;

la figura 7b y la figura 7c son vistas en perspectiva del mecanismo de levantamiento de la figura 7a en diferentes fases de rotación. La figura 7b muestra el mecanismo antes de la rotación, mientras que la figura 7c muestra el mecanismo después de la rotación;

la figura 8a es una vista en perspectiva de un extremo de una buza de conformidad con una realización de la invención;

la figura 8b es una vista en perspectiva de una almohadilla de impacto para su uso con la buza de la figura 8a; y la figura 8c y la figura 8d son vistas en perspectiva de la buza de la figura 8a ensamblada con una carcasa y la almohadilla de impacto de la figura 8b, que muestran la transición entre las posiciones parcialmente abierta (figura 8c) y completamente abierta (figura 8d).

Con referencia a la figura 1, una realización de un sistema de colada 10 de acuerdo con la invención comprende un molde 12 en el que se forma una cavidad de colada 14. El molde está comprendido por una parte superior 12a y una parte inferior 12b unidas horizontalmente en una línea divisoria 13. La cavidad de colada 14 se alimenta por el fondo mediante dos entradas 16. El metal fundido se suministra a la cavidad de colada 14 a través de una buza 20, que impide la reoxidación del metal protegiéndolo de la atmósfera. La buza 20 comprende un embudo 22 en el que se vierte el metal fundido y un árbol 24 hueco alargado que alimenta el metal a la cavidad de colada 14. El embudo 22 está situado fuera del molde 12, de modo que pueda engancharse con una boquilla 26 de una cuchara (no mostrada) cuando esté en uso. El árbol 24 de la buza 20 se recibe dentro de un orificio 30 formado en una superficie superior 32 del molde 12, y se extiende sustancialmente perpendicularmente a la misma. El orificio 30 está dimensionado para recibir la buza 20 de manera que sustancialmente no haya espacio entre ellos mientras sigue permitiendo el movimiento lineal de la buza 20. En comunicación fluida con la cavidad de colada 14 hay un manguito alimentador 15 abierto, que se extiende entre la cavidad de colada 14 y la superficie superior 32 del molde 12.

El orificio 30 se extiende entre la superficie superior 32 y una carcasa 34, situada dentro del molde 12. La carcasa 34 es de forma cuboide, comprendiendo cuatro secciones en forma de prisma fijadas entre sí y teniendo una pared superior 36, una pared inferior 38 y cuatro paredes laterales 40. La carcasa 34 puede estar hecha de un material refractario adecuado, tal como sílice fundida. El árbol 24 de la buza 20 pasa a través de una abertura 42 en la pared superior 36, de manera que un extremo 44 de la buza 20, opuesto al embudo 22, se recibe dentro de la carcasa 34. Dos de las cuatro paredes laterales 40 tienen una salida 46 en las mismas. Puede situarse un filtro (no mostrado) adyacente a cada una de las salidas 46, de manera que el metal fundido pase a través de los filtros cuando sale de la carcasa 34.

Un sistema de paso 48 que comprende un par de conductos 50 se extiende lateralmente desde la carcasa 34 de los filtros, con un conducto 50 que sale de cada una de las salidas 46. Los conductos 50 se doblan hacia arriba para unir las entradas 16 de la cavidad de colada 14, alimentando cada conducto 50 a una de las entradas 16 por separado. Por consiguiente, se proporciona una trayectoria de flujo para el metal fundido hacia abajo a través del embudo 22 y el árbol 24 de la buza 20, en la carcasa 34 de los filtros, a través de los filtros y fuera de la carcasa 34 de los filtros a través de las salidas 46, a través de los conductos 50 y hacia arriba en la cavidad de colada 14.

Como se ha expuesto anteriormente, la buza 20 puede moverse linealmente dentro del orificio 30 de modo que se pueda levantar hacia arriba para engancharse con la boquilla 26 de cuchara. La buza 20 se levanta mediante un mecanismo de levantamiento 52 que está situado en la superficie superior 32 del molde 12.

La figura 2 muestra los cuatro segmentos 35a, 35b individuales que encajan entre sí para formar la carcasa 34. Dos de los segmentos 35a tienen una salida 46 en la pared lateral 40, mientras que los otros dos 35b no tienen salida. Cada uno de los segmentos 35a, 35b tiene una base triangular 39, una pared lateral 40 y un techo 37 de forma triangular, teniendo el techo un recorte 43 de un cuarto de círculo (es decir, 90 °). Cuando las piezas se encajan entre sí, los cuatro segmentos del techo crean la pared superior 36 de la carcasa y los recortes 43 crean la abertura circular 42 a través de la cual pasa el árbol 24 de la buza 20. De manera similar, las cuatro bases triangulares 39 se encajan entre sí para crear la pared inferior 38 de la carcasa. Dos de los segmentos 35a de la carcasa tienen integrado en una superficie interna 40a de la pared lateral 40 un bastidor perfilado 45 elevado que sostiene en su lugar un filtro 47 de espuma cerámica, de manera que el centro del filtro 47 se posiciona sobre la salida 46 en la pared lateral 40. Durante el uso, los segmentos 35a, 3b se fijan entre sí sujetando y apretando una banda de metal (no mostrada) alrededor de las cuatro paredes laterales 40 de la carcasa 34.

Con referencia adicional a las figuras 3a y 3b, el mecanismo de levantamiento 52 comprende un collar interno 54 que se asienta concéntricamente dentro de un collar externo 56. El collar interno 54 comprende un asiento anular 58 rodeado por un borde circular 60. Durante el uso, el embudo 22 de la buza 20 está soportado en el asiento anular 58, con el árbol 24 de la buza 20 pasando a través de un agujero central 62 en el asiento 58. En una superficie exterior 63 del borde circular 60 se proporcionan dos espigas 64 y, espaciada respecto de las espigas 64, un asa 66.

El collar externo 56 comprende una pared cilíndrica 68 rodeada por una base anular 70. La base 70 está montada en la superficie superior del molde 12, durante el uso. Durante la preparación del molde 12, el collar externo 56 se coloca en posición y se sostiene en su lugar cuando la arena de moldeo se cura y endurece. Porciones de un extremo superior 69 de la pared cilíndrica 68 se cortan para proporcionar tres superficies 72 en rampa o en espiral. En la realización mostrada, cada superficie 72 en espiral se extiende alrededor de aproximadamente 120° de la circunferencia de la pared cilíndrica 68.

Cuando el mecanismo de levantamiento 52 está ensamblado, las espigas 64 y el asa 66 del collar interno 54 descansan sobre las superficies 72 en espiral del collar externo 56. Puede verse que cuando el collar interno 54 se gira usando el asa 66, las espigas 64 y el asa 66 se desplazan a lo largo de las superficies 72 en espiral, provocando que el collar interno 54 y, por consiguiente, la buza 20 soportada por el collar interno 54, se levante hacia arriba. Los collares interno y externo 54, 56 funcionan por consiguiente como una leva cilíndrica, constituyendo las espigas 64 y el asa 66 seguidores.

En la figura 1, el collar interno 54 del mecanismo de levantamiento 52 está en una primera posición, con las espigas y el asa en un punto más bajo en las superficies 72 en espiral. En esta posición, la buza 20 se baja de manera que el árbol 24 se extiende casi hasta el fondo de la carcasa 34, y el embudo 22 no se engancha con la boquilla 26 de cuchara. Puede verse que la rotación del collar interno 54 en sentido antihorario en un ángulo de aproximadamente 90 ° hace que las espigas y el asa se desplacen hacia arriba a lo largo de las superficies 72 en espiral del collar externo 56, moviendo así el mecanismo de levantamiento 52 a una segunda posición como se muestra en la figura 4. En la segunda posición, el collar interno 54 y el embudo 22 asentado en el mismo se levantan hacia arriba, alejándose de la superficie superior 32 del molde 12, y el embudo 22 se engancha con la boquilla 26 de cuchara. El extremo 44 de la buza 20, opuesto al embudo 22, se levanta alejándose de la pared inferior 38 de la carcasa 34 pero permanece dentro de la carcasa 34. Por lo tanto, se apreciará que el ángulo que se debe girar el collar interno 54 dependerá de la extensión del movimiento vertical del collar interno 54 y de la buza 20 que se requiere para que el embudo 22 se enganche con la boquilla 26, que puede variar según la altura del molde 12 y el posicionamiento de la cuchara. Un operario que sostiene el asa 66 puede retener manualmente el mecanismo de levantamiento 52 en la segunda posición durante el vertido para impedir que se desplace hacia abajo a lo largo de la superficie 72 en espiral. Sin embargo, se apreciará que en algunas realizaciones se puede proporcionar un bloqueo para sostener el mecanismo de levantamiento 52 en la segunda posición.

Con referencia a las figuras 5a y 5b, puede que no siempre se logre una alineación perfecta entre la cuchara y el molde 12 de manera que haya un desplazamiento vertical. En la realización que se muestra en la figura 5a, el eje longitudinal L¹ de la boquilla 26 de cuchara está desplazado del eje longitudinal (L²) de la buza 20 en 5 °. Como se muestra más claramente en la figura 5b, una punta 74 de la boquilla 26 de cuchara es de forma parcialmente esférica o con la parte superior plana abovedada. El embudo 22 de la buza 20 tiene una superficie interior 76 que también es de forma parcialmente esférica, con un fondo plano 78 y un lado curvo 80. La superficie interior 76 del embudo 22 está revestida con una junta 82. La forma parcialmente esférica de la boquilla 26, el embudo 22 y la junta 82 asegura que la conexión esté sellada herméticamente incluso si se produce un desplazamiento entre la cuchara y el molde 12.

En las realizaciones de la invención descritas anteriormente, la rotación del collar interno 54 del mecanismo de levantamiento 52 con respecto al collar externo 56 (que permanece fijo con respecto al molde 12) efectúa el levantamiento de la buza 20 para el enganche con la boquilla 26 de cuchara, con rotación simultánea de la buza 20. Sin embargo, en realizaciones alternativas, la buza se puede levantar mediante la rotación del collar externo de manera que el collar interno y la buza no giren durante el levantamiento. Para facilitar esto, se puede proporcionar un tercer componente para aportar un mecanismo de levantamiento de tres partes. La figura 6 muestra un tercer componente o anillo de montaje 90 que comprende una base anular 92 rodeada por un borde circular 94. En la realización mostrada, una superficie superior 96 del borde circular 94 tiene una serie de agujeros 98 que se extienden hacia abajo a través de toda la altura del borde 94. Los agujeros 98 reciben clavos o pasadores metálicos 99 para fijar el anillo de montaje 90 a una superficie 112 del molde. Durante el uso, los collares interno y externo del mecanismo de levantamiento encajan concéntricamente en y encima del anillo de montaje 90.

Con referencia a la figura 7a, un mecanismo de levantamiento 152 de tres componentes comprende un collar interno 154 que se asienta concéntricamente dentro de un collar externo 156. A su vez, el collar externo se asienta concéntricamente dentro del borde circular 194 de un anillo de montaje 190 que está fijado a la superficie superior de un molde (no mostrado). Por consiguiente, a diferencia de la realización de la figura 3, el collar externo 156 no está fijado a la superficie superior del molde, sino que puede girar con respecto a él y también con respecto al anillo de montaje 190.

La figura 7b muestra el mecanismo de levantamiento 152 antes de la rotación. La rotación en sentido horario del collar externo 156 da como resultado un movimiento vertical del collar interno 154 sin rotación del collar interno 154, hasta la posición mostrada en la figura 7c. Por consiguiente, una buza soportada por el collar interno 154 se levanta simplemente, sin rotación de la buza. La rotación posterior de ambos collares interno 154 y externo 156 juntos afectaría entonces a la rotación de la buza. También se apreciará que el mecanismo de levantamiento de tres partes se puede accionar de la misma manera que el mecanismo de levantamiento de dos partes de la figura 3, es decir, la rotación en sentido antihorario del collar interno 154 con el levantamiento simultáneo del collar interno 154 y la buza soportada en el mismo.

La figura 8a muestra un extremo inferior 144 (es decir, opuesto a la boquilla) de una buza 120 que se puede usar junto con el mecanismo de levantamiento 152 de la figura 7. El orificio de la buza 120 está cerrado por una base 122 que tiene una abertura central 126 en la misma. Se proporcionan cuatro salidas horizontales 128 en el árbol 124 de la buza 120, adyacentes a la base 122. La base 122 tiene una forma que tiene cuatro indentaciones 130 en forma de pétalo que se irradian desde la abertura central 126 a la periferia donde la base 122 se encuentra con el árbol 124.

La figura 8b muestra una almohadilla de impacto 132 para su uso con la buza 120 de la figura 8a. La almohadilla de impacto 132 comprende un bloque 134 sustancialmente cuadrado que tiene una superficie superior 136. La superficie superior 136 tiene una región central 138 que es de forma complementaria a la forma de la base 122 de la buza 120. Cuatro pilares 140 se extienden verticalmente hacia arriba desde la superficie superior 136, un pilar 140 en cada esquina de la almohadilla de impacto 132. Los pilares 140 son sustancialmente triangulares en sección transversal, estando el vértice de cada triángulo aproximadamente alineado con las esquinas del bloque 134 cuadrado. Una superficie 142 orientada hacia dentro de cada pilar está ligeramente curvada, seleccionándose el grado de curvatura para que coincida con el del árbol 124 de la buza 120. La altura y el espaciamiento de los pilares 140 y la anchura de sus superficies 142 orientadas hacia dentro se seleccionan de modo que los pilares 140 puedan cubrir completamente las salidas horizontales 128 de la buza 120 en el sistema ensamblado. La forma de la base 122 de la buza 120 y la región central 138 de la superficie superior 136 de la almohadilla de impacto 132 facilita la correcta alineación entre las salidas horizontales 128 y los pilares 140. Se apreciará que el encaje entre la buza 120 y la almohadilla de impacto 132 debe ser tal que los pilares 140 puedan impedir el flujo de metal a través de las salidas horizontales 128 cuando los pilares 140 y las salidas 128 estén alineados (tanto cuando la buza está bajada como levantada), pero que la buza 120 todavía se puede girar con respecto a la almohadilla de impacto 132.

La figura 8c y la figura 8d muestran el extremo inferior de la buza 120 ensamblada con la almohadilla de impacto 132 y dos segmentos de la carcasa 146 de los filtros (por simplicidad, los otros dos segmentos no se muestran). Se muestra un segmento con un filtro 147 en posición; el otro se muestra sin filtro de modo que se pueda ver la salida 148 de la carcasa, aunque se apreciará que puede haber un filtro en uso. Se representa la transición de una posición intermedia parcialmente abierta (figura 8c) a una posición completamente abierta (figura 8d) al accionar el mecanismo de levantamiento (no mostrado).

Con referencia a las figuras 7 y 8, durante el uso, antes de levantar la buza 120 mediante el mecanismo de levantamiento 152, la base 122 de la buza 120 se acopla con la región central 138 complementaria de la superficie superior 136 de la almohadilla de impacto 132, de manera que la abertura central 126 en la base 122 está cerrada. Las salidas horizontales 128 en el árbol 124 también están alineadas con, y cerradas por, los pilares 140, asegurando así que se impide el flujo de metal desde la buza 120.

Tras la rotación del collar externo 156 del mecanismo de levantamiento 152, el collar interno 154 y la buza 120 soportada en el mismo se levantan hacia arriba. En consecuencia, la base 122 de la buza 120 ya no está en contacto con la superficie superior 136 de la almohadilla de impacto 132, permitiendo así el flujo de metal a través de la abertura central 126. Sin embargo, dado que no se ha producido ninguna rotación de la buza 120, las salidas horizontales 128 permanecen cerradas por los pilares 140. En la colada, el tapón en la cuchara de vertido por el fondo se abre y el metal fluye a través de la boquilla hacia la buza 120. El metal sale de la buza 120 a través de la salida central 126 en la base 122, fluye a través del espacio entre la buza 120 y la almohadilla de impacto 132, ceba los filtros (no mostrados) presentes en la carcasa de los filtros y luego comienza a fluir hacia un sistema de paso (no mostrado).

A continuación, los collares interno 154 y externo 156 se giran juntos con respecto al anillo de montaje 190 y el molde. Esto hace girar la buza 120 sin cambiar su posición vertical con respecto al molde (o a la boquilla de cuchara). Antes de la rotación, la buza 120 está en una posición cerrada en la que las salidas horizontales 128 están bloqueadas por los pilares 140 de la almohadilla de impacto. Tras la rotación de la buza 120, las salidas horizontales 128 se desalinean de los pilares 140 y se abren parcialmente (figura 8c) y luego completamente (figura 8d), aumentando así de manera constante el flujo de metal hacia la carcasa 146 de los filtros, el sistema de paso y la cavidad de colada dentro del molde.

El uso de un mecanismo de levantamiento en el que la rotación de la buza se puede efectuar independientemente del levantamiento, junto con la provisión de salidas horizontales en la buza que pueden abrirse y cerrarse mediante la rotación de la buza con respecto a la almohadilla de impacto, da la ventaja de un mayor control del flujo de metal. Inicialmente, cuando la cavidad del molde está vacía y no hay contrapresión, se puede usar un caudal bajo abriendo solo la salida central en la base de la buza. A continuación, se puede aumentar el caudal a medida que aumenta el nivel de metal en la cavidad del molde abriendo las salidas horizontales. Esto retiene y controla la presión del metal dentro de todo el sistema durante el vertido. Además, controlar el flujo cuando el metal entra por primera vez en la carcasa de los filtros reduce el impacto y la presión del metal en los filtros y, por tanto, reduce la posibilidad de rotura de los filtros y de turbulencias detrás de los filtros. La presente invención permite lograr estas ventajas mientras se mantiene la buza presurizada, lo que habitualmente se hace manteniendo la boquilla de cuchara completamente abierta.

Ejemplos

Los ensayos se llevaron a cabo en una fundición de acero europea que fabricaba grandes coladas de acero para vehículos de la industria de la construcción.

Ejemplo comparativo 1

Las coladas de acero vertidas convencionalmente que tienen un peso de colada de 750 kg se alimentaron por el fondo a través de tres compuertas tangenciales de igual tamaño espaciadas igualmente alrededor de la circunferencia de la cavidad de colada y conectadas por tres canales de colada a la base del bebedero. Se posicionaron tres mazarotas (alimentadores) exotérmicas abiertas por encima y en comunicación fluida directa con la parte superior de la cavidad de colada. Los moldes divididos horizontalmente se hicieron con arena de cromita recuperada ligada con resina de furano fraguada con ácido y se purgaron con argón antes de la colada. Las coladas se vertieron desde una cuchara de vertido por el fondo convencional colocada encima del molde de modo que la boquilla quedara a menos de 300 mm por encima de la superficie del molde, posicionada encima de la taza de vertido y el bebedero del molde. Se vertió metal líquido desde la cuchara de vertido por el fondo a una temperatura de vertido de 1555 °C.

Ejemplo 1

El sistema de paso del ejemplo comparativo 1 se modificó para acomodar una buza de sílice fundida que tenía unas dimensiones de 1250 mm de longitud, 80 mm de diámetro externo y 40 mm de diámetro interno (orificio). El embudo de la buza se colocó dentro de un mecanismo de levantamiento de conformidad con la figura 3, encajado en la parte superior del molde. En la base del bebedero se situó una carcasa de sílice fundida en forma de prisma triangular, que tenía tres paredes laterales. Cada una de estas paredes tenía una salida con un filtro de espuma de 10 ppi a base de circonio, 100 mm x 100 mm x 25 mm, fabricado y comercializado por Foseco bajo la marca STELEX Zr, situado adyacente a la salida. Las salidas se conectaron al fondo de la cavidad de colada de manera similar a las compuertas del ejemplo comparativo 1. El molde se purgó con argón y la buza se elevó usando el mecanismo de levantamiento para que el embudo de la buza se enganchara con una boquilla de grafito de arcilla isoprensada, vendida por Foseco bajo el nombre comercial VAPEX, unida a la base de la cuchara de vertido por el fondo. El embudo de la buza y el extremo de la boquilla se sellaron con una junta grafitizada. Se vertió metal líquido desde la cuchara de vertido por el fondo a una temperatura de vertido de 1555 °C. El tiempo de vertido fue de 28 segundos desde el tapón en la apertura de la cuchara hasta el cierre.

Se vio que las coladas producidas por el sistema del ejemplo 1 eran considerablemente más limpias que las producidas por el sistema del ejemplo comparativo 1, de manera que fue posible realizar la primera inspección magnética después del granallado y antes de cualquier tratamiento térmico y molido. La inspección por partículas magnéticas (MPI) de la superficie de colada del ejemplo 1 mostró que era significativamente más limpia que el ejemplo comparativo incluso después de cualquier tratamiento térmico y molido. Asimismo, las coladas de acero deben acometer una serie de ciclos de soldadura para eliminar las inclusiones y los defectos superficiales detectados por la inspección magnética antes de enviarse al cliente final. Para la colada comparativa producida por vertido convencional, habitualmente la colada tenía que someterse a al menos 5 ciclos de soldadura. Por el contrario, la colada producida por el sistema de colada de la invención (Ejemplo 1) solo requirió un único ciclo de soldadura de algunos defectos puntuales antes del enfriamiento y el control magnético por CC antes de estar lista para el envío, lo que equivale a una reducción en el tiempo de soldadura de más 30 horas (por colada), lo que proporciona a la fundición un ahorro de costes considerable y una reducción significativa del tiempo de entrega al cliente final.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (10) para colar metales fundidos, que comprende:

un molde (12), que comprende una cavidad de colada (14), que tiene una entrada (16) y un orificio (30) entre una superficie superior (32) del molde (12) y la entrada (16);

una buza (20), que comprende un embudo (22) y un árbol hueco (24), en donde el embudo (22) está situado fuera del molde (12), adyacente a la superficie superior (32), y el árbol hueco (24) es recibido dentro del orificio (30) y puede moverse en él; y

un mecanismo de levantamiento (52), situado en la superficie superior (32) del molde (12), pudiendo accionar el mecanismo de levantamiento (52) para levantar el embudo (22) de la buza (20), alejándolo de la superficie superior (32) para que la buza (20) se enganche con una boquilla de cuchara (26).

2. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además un mecanismo giratorio para hacer girar la buza (20) con respecto al molde (12).

3. El sistema de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2, en el que el mecanismo de levantamiento (52) se puede accionar además para hacer girar la buza (20) con respecto al molde (12), en donde, opcionalmente, el mecanismo de levantamiento (52) permite que la rotación de la buza (20) se efectúe independientemente del levantamiento de la buza (20).

4. El sistema de cualquier reivindicación anterior, en el que el mecanismo de levantamiento (52) comprende una primera parte (56), que está montada en la superficie (32) del molde (12), y una segunda parte (54), que soporta el embudo (22) de la buza (20), en donde la segunda parte (54) puede moverse con respecto a la primera parte (56).

5. El sistema de la reivindicación 4, en el que la posición de la primera parte (56) está fija con respecto al molde (12), y en donde la segunda parte (54) puede moverse entre una primera posición, en donde el árbol (24) es recibido sustancialmente dentro del orificio (30) del molde (12), y una segunda posición, en donde una porción del árbol (24) se levanta fuera del orificio (30).

6. El sistema de la reivindicación 4, en el que la posición de la primera parte (56) puede moverse con respecto al molde (12), pudiendo moverse la primera parte (56) entre una primera posición, en donde el árbol (24) es recibido sustancialmente dentro del orificio (30) del molde (12), y una segunda posición, en donde una porción del árbol (24) se levanta fuera del orificio (30), en donde, opcionalmente:

i) el movimiento de la primera parte (56), entre las posiciones primera y segunda, efectúa el levantamiento del árbol (24) sin girar el árbol (24), y/o

ii) el mecanismo de levantamiento (52) comprende una tercera parte (190), que está dispuesta entre la primera parte (56) y la superficie (32) del molde (12).

7. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el mecanismo de levantamiento (52) comprende un accionador mecánico, hidráulico o neumático o un motor.

8. El sistema de cualquier reivindicación anterior, en el que el mecanismo de levantamiento (52) comprende una leva cilindrica.

9. El sistema de la reivindicación 8, en el que el mecanismo de levantamiento (52) comprende collares interno y externo concéntricos (54, 56), y en donde uno de los collares interno y externo (54, 56) soporta el embudo (22) de la buza (20), y tiene un seguidor (64, 66), que descansa sobre una superficie en rampa (72) del otro de los collares interno y externo (54, 56), que está montado en la superficie superior (32) del molde (12), de manera que la rotación relativa de los collares interno y externo causa un movimiento lineal de la buza (20), en donde, opcionalmente: i) se proporcionan múltiples superficies en rampa (72), extendiéndose cada superficie en rampa (72) sobre una porción del collar interno o externo (54, 56) en una dirección circunferencial, y/o

ii) la buza (20) se asienta en el collar interno (54), teniendo el collar interno (54) un seguidor (64, 66), que descansa sobre una superficie en rampa (72) del collar externo (56), y/o

iii) el mecanismo de levantamiento (52) comprende además un asa (66) para efectuar la rotación relativa de los collares interno y externo (54, 56), en donde, opcionalmente, el asa (66) está unida a o constituye el seguidor (64, 66).

10. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una junta (82), situada en el embudo (22) de la buza (20).

11. El sistema de cualquier reivindicación anterior, que comprende además uno o más filtros (47), situados entre el orificio (30) y la entrada (16) de la cavidad de colada (14).

12. El sistema de la reivindicación 11, en el que el uno o más filtros (47) están situados dentro de una carcasa (34), que está conectada al orificio (30), y que recibe un extremo de la buza (20), que, opcionalmente, comprende además un sistema de paso (48) entre la carcasa (34) y la entrada (16) de la cavidad de colada (14).

13. El sistema de la reivindicación 12, en el que la carcasa (34) contiene una almohadilla de impacto (132), en donde, opcionalmente, se proporciona al menos una salida (128) en el árbol (124) adyacente al extremo de la buza (120), y la almohadilla de impacto (132) comprende al menos un pilar (140), que tiene una superficie (142), que se apoya en el árbol (124), de manera que la buza (120) puede girar entre una posición, en donde el pilar 140 está alineado con la salida (128) para cerrar la salida (128) y para impedir el flujo de metal a través de ella, y una posición, en donde la salida (128) está al menos parcialmente abierta.

14. Un método de colada de metales fundidos, que comprende las etapas de:

- proporcionar un sistema (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13;

- posicionar una cuchara de vertido por el fondo, que contiene metal fundido sobre el molde (12), de manera que una boquilla (26) en una base de la cuchara esté situada sustancialmente de manera vertical por encima del embudo (22) de la buza (20);

- accionar el mecanismo de levantamiento (52) para levantar el embudo (22) de la buza (20), alejándolo de la superficie superior (32) del molde (12) para hacer que la buza (20) se enganche con la boquilla (26);

- abrir la boquilla (26), permitiendo así que el metal fundido fluya desde la cuchara hacia la buza (20);

- cerrar la boquilla (26) para detener el flujo de metal fundido; y

- accionar el mecanismo de levantamiento (52) para bajar el embudo (22) de la buza (20) hacia la superficie superior (32) del molde (12) para desenganchar la buza (20) de la boquilla (26).

15. El método de la reivindicación 14, en el que:

i) el accionamiento del mecanismo de levantamiento (52) para levantar el embudo (22) de la buza (20) también efectúa la rotación de la buza (20) con respecto al molde (12), o

ii) el accionamiento del mecanismo de levantamiento (52) levanta el embudo (22) de la buza (20) sin girar la buza (20) con respecto al molde (12), y el método comprende además la etapa de, después de abrir la boquilla (26), girar la buza (20).