BR0306457B1 - aparelho e método para mistura ótima de aparas de metal durante fusão. - Google Patents

Description

"APARELHO E MÉTODO PARA MISTURA ÓTIMA DE APARAS DEMETAL DURANTE FUSÃO".

Fundamentos da InvençãoEsta invenção refere-se à fusão de titânio ou ligas de titânio emum forno a plasma de soleira fria. Mais particularmente, esta invenção refere-se aum método e aparelho de fundir a plasma em soleira fria para prover um lingotede titânio de qualidade comercial. Especificamente, a invenção é um método eaparelho para mistura otimizada em uma soleira comum em um forno a plasmausando uma ou mais calhas móveis.

Descrição da Técnica AnteriorPor muitas décadas, motores de aeronaves, cascos de embarcaçõesnavais, partes de alta tecnologia para maquinaria e outros usuários decomponentes críticos têm utilizado quantidades substanciais de titânio ou ligas detitânio ou outras ligas de alta qualidade nos motores, nos cascos e outras áreascríticas ou componentes. A qualidade, tolerâncias, confiabilidade, pureza,integridade estrutural e outros fatores destas partes são críticos para seudesempenho e, assim, têm exigido materiais avançados de qualidade muitoelevada, como titânio ultra-puro ou ligas de titânio.

Por décadas, o uso de titânio só ocorria onde crítico para satisfazerqualidade muito alta, tolerâncias, confiabilidade, pureza, integridade estruturas eoutros fatores, devido ao alto custo do processo de fabricação que era, tipicamente,um processo de re-fundição a arco no vácuo (VAR, em inglês). Entretanto,inclusões de alta densidade e inclusões alfa rígidas ainda permaneciam presentes,por vezes, representando o risco de falha do componente - um risco que deve serevitado devido à natureza do uso de muitos componentes de titânio, como emmotores de aeronaves. Inclusões de alta densidade, também chamadas HDIs (eminglês), são partículas de densidade significativamente maior do que titânio e sãointroduzidas pela contaminação de materiais brutos usados na produção de lingoteonde estes defeitos são, comumente, molibdênio, tântalo, tungstênio e carburetode tungstênio. Defeitos de alfa rígida são partículas de titânio ou regiões com altasconcentrações de estabilizadores alfa intersticiais, como nitrogênio, oxigênio oucarbono. Destes, os piores defeitos são, normalmente, altos em nitrogênio egeralmente resultam da queima de titânio na presença de oxigênio, como aratmosférico durante a produção. E bem sabido na indústria que o processo VAR,mesmo com a inclusão de requisitos de procedimento de pré-fiisão e inspeçõespós-produção por testes não-destrutivos (NDT, em inglês) se mostrou incapaz deexcluir completamente inclusões alfa rígidas e demonstrou apenas umacapacidade mínima de eliminar HDIs. Uma vez que ambos os tipos de defeitossão difíceis de serem detectados, é desejável usar um processo de fabricaçãoaperfeiçoado ou diferente.

Nos anos mais recentes, a adição de soleira fria ou "casco" defundição como uma etapa inicial de refino em um processo de refino de liga semostrou extremamente bem-sucedida na eliminação da ocorrência de inclusões deHDIs sem as etapas adicionais de inspeção de material bruto necessárias em umprocesso VAR. O processo de fundição em soleira fria também se mostroupromissor na eliminação de inclusões alfa rígidas. Entretanto, em muitasaplicações, a etapa de fundição por plasma em soleira fria é acompanhada por umprocesso VAR final, uma vez que ele provê resultados conhecidos. Isto,entretanto, é desvantajoso uma vez que há o risco de reintroduzir inclusões ouimpurezas no lingote. É claro que apenas um processo de fusão em soleira friaseria mais econômico como fonte para titânio puro do que um processo VAR ouuma combinação de fundição em soleira e processo VAR.

Os processos de fundição em soleira fria em uso correntementeincorporam energia de plasma ou de feixe eletrônico (EB, em inglês). Foidescoberto que o processo de fundição em soleira fria é superior ao processoVAR, uma vez que o metal em fusão tem que ser deslocado continuamenteatravés de soleira refrigerada a água antes de passar para o molde de lingote.

Especificamente, a separação das zonas de fundição e de moldagem produz umtempo de residência de metal em fusão mais controlado, que leva aa melhoreliminação de inclusões por mecanismos como dissolução e separação pordensidade.

Entretanto, aperfeiçoamentos adicionais são necessários para sealcançar o potencial final que a fundição em soleira fria usando energia de plasmaou de feixe eletrônico tem a oferecer. Numerosas exigências ainda existem queresultam em uma falta de otimização do processo de fundição em soleira fria.

Na fundição em soleira fria por feixe eletrônico, um sistemasofisticado e caro de vácuo (rígido) (um vácuo a IO6 milibares) é ainda crítico,uma vez que canhões de energia de feixe eletrônico não operam confiavelmentesob qualquer atmosfera que não a de um vácuo ("rígido" ou "profundo"). Estevácuo também excede em muito o ponto de pressão de vapor de alumínio, que é,muitas vezes, um elemento nas ligas de titânio. Como resultado, evaporação dealumínio elementar resulta em inconsistência potencial da liga e contaminação deparede lateral interna do forno. Muitas vezes, modelagem sofisticada e preparomuito cuidadoso e caro de sucata são necessários, devido à evaporação doalumínio, bem como, a adição de ligas mestres para compensar perdas porevaporação de liga. E sabido que muita suposição é freqüentemente envolvida emfazer este processo funcionar.

Em ambas as fundições em soleira fria por plasma e por feixeeletrônico, existem muita ineficácia na agitação e mistura. E sabido quanto maisvigorosa a agitação em uma soleira de fundição, mais rapidamente adições de ligade alto ponto de fusão entram em solução, que uma boa mistura homogênearequer bastante agitação para reduzir o potencial de segregação da liga e queagitação vigorosa assegura que não haja variações de temperatura da soleira defundição. É também sabido que estas variações de temperatura podem tornardifícil atingir um superaquecimento útil.

A remoção de inclusões de alta densidade e inclusões alfa rígidasem um processo de fundição em soleira fria por plasma ou feixe eletrônico étambém desafiadora. Em operação, o tempo de residência no banho e um certonível de agitação de banho resultante da fonte de calor são responsáveis pela"deposição" de HDIs na zona "mole" no fundo e "fragmentação" de LDIs paraníveis não-detectáveis. Experiência tem mostrado ser este um método efetivo deremoção de inclusões, entretanto, o processo está, certamente, longe de serperfeito, e falha na remoção de inclusões pode ser catastrófica.

Processo de fundição em soleira fria por plasma e por feixeeletrônico são, ambos, processos contínuos. De um ponto-de-vista prático, é muitodifícil amostrar o processo à medida que se desenvolve e, portanto, os resultadosda campanha de fundição são, geralmente, desconhecidos até que todo o processoseja completado, quando o produto pode ser removido e amostrado fisicamenteapós resfriamento. Isto apresenta numerosas desvantagens associadas. Primeiro,toma tempo antes da usina saber se o produto é vendável. Se os resultados foremnegativos, muitas vezes o lingote é raspado ou tem que ser cortado e refundido.Segundo, se o produto puder ser recuperado, ele estará normalmente degradado eserá vendido por menos. Terceiro, há, tipicamente, variações na química por todoo produto, que podem ser aceitáveis em uma aplicação, mas que apontamclaramente a fragilidade em operações contínuas desta natureza. Mesmo comcapacidade boa de modelagem, o processo é, no máximo, atingido ou perdido.Esta é a razão primária da maioria das fundições em soleira exigirem fundiçãosubseqüente, por uma segunda ou terceira vez, em um forno VAR convencional.

O processo contínuo também, freqüentemente, não assegura umacabamento superficial satisfatório. O resultado é o usuário final ter que usinar olingote antes de usar. Isto é uma perda imensa de recursos - tanto em tempo comotrabalho para usinar o lingote, e em desperdício de titânio que é removido pelausinagem em aparas ou rebarbas de titânio sem valor.

Desse modo, é bastante desejável descobrir um método dereutilizar a sucata ou aparas de titânio processado baratas e prontamentedisponíveis que, no passado, não eram utilizadas em nenhuma quantidade devidoaos altos níveis de oxigênio superficial contido nas mesmas, bem como, opotencial e/ou probabilidade contaminação por molibdênio, tântalo, tungstênio ecarbureto de tungstênio proveniente da usinagem com brocas de ferramentas feitasdestes materiais.

Sumário da Invenção

A invenção é um método e aparelho para vazamento alternativoem moldes, soleiras de fundição e de refino a partir de uma soleira comum em umforno a plasma.

Especificamente, a invenção é um aparelho para vazamentoalternativo de lingotes, o aparelho incluindo uma soleira principal definindo umacavidade de fundição na mesma com primeiro e segundo extravasores opostos,primeiro e segundo moldes alinhados, respectivamente, com primeiro e segundoextravasores, primeiro e segundo moldes alinhados, respectivamente, comprimeiro e segundo extravasores para ficarem em comunicação fluídica com osmesmos, pelo menos um maçarico acima da soleira principal para aquecimentoseletivo dos conteúdos da soleira principal, e pelo menos um maçaricosuplementar acima de cada um dos moldes para aquecimento seletivo dosconteúdos dos moldes.

O método para alternar vazamento de material fundido incluifusão dos conteúdos dentro de uma soleira principal com primeiro e segundoextravasores opostos para definir um material fundido, vazamento do materialfundido da soleira principal em um primeiro molde adjacente a uma primeiraextremidade da soleira principal para definir um primeiro corpo moldado, evazamento do material fundido da soleira principal em um segundo moldeadjacente a uma segunda extremidade da soleira principal para definir um segundocorpo moldado.

Breve Descrição dos Desenhos

Modos de realização preferidos da invenção, ilustrativos dosmelhores modos nos quais o requerente comtemplou aplicar os princípios, estãoapresentados na descrição a seguir e estão mostrados nos desenhos e estão,particular e distintamente, ressaltados e apresentados nas reivindicações anexas.

A Fig. 1 é uma vista frontal em seção com coberturas removidas epartes mostradas em seção de um primeiro modo de realização do sistema defundição em soleira fria da presente invenção;

A Fig. 2 é uma vista frontal em seção ampliada da porção deiçamento do sistema de fundição em soleira fria mostrado na Fig. 1.

A Fig. 3 é uma vista lateral em seção ampliada das porções desupridor e de forno do sistema de fundição em soleira fria mostrado na Fig. 1,tomada ao longo da linha 3-3 com coberturas removidas, onde a válvula nosupridor está fechada;

A Fig. 3A é a mesma vista lateral em seção ampliada das porçõesde supridor e de forno do sistema de fundição em soleira fria mostrado na Fig. 3,exceto pelo fato de que a válvula sobre o supridor estar aberta;

A Fig. 4 é a mesma vista lateral em seção ampliada das porções desupridor e de forno do sistema de fundição em soleira fria mostrado nas Figs. 3 ou3A, exceto pelo fato de que a válvula sobre o supridor estar fechada e o carro tersido deslizado sobre o trilho de uma posição só de coleta para uma posição decoleta e descarga;

A Fig. 4A é a mesma vista lateral em seção ampliada das porçõesde supridor e de forno do sistema de fundição em soleira fria mostrado na Fig. 4,exceto pelo fato de que a válvula sobre o supridor estar aberta

A Fig. 5 é uma vista de topo em seção do supridor e forno, tomadaao longo da linha 5-5 na Fig. 1 com coberturas removidas;

A Fig. 6 é uma vista operacional do sistema de fundição emsoleira fria da Fig. 1, onde a fonte de aquecimento associada ao molde delingotamento contínuo do lado esquerdo está movida para a posição de ignição, ea aba do lado esquerdo está aberta e o cilindro de recepção de lingote do ladoesquerdo está inserido através da mesma e posicionado para receber um novolingote;

A Fig. 7 é uma vista operacional similar à Fig. 6, exceto pelo fatode que a fonte de aquecimento associada ao molde de lingotamento contínuo dolado esquerdo estar em ignição para causar fluxo conforme necessário para criarum novo lingote;

A Fig. 8 é uma vista ampliada da fonte de aquecimento do ladoesquerdo, molde de lingotamento contínuo do lado esquerdo e porções do cilindrodo lado esquerdo do forno mostrado na Fig. 7;

A Fig. 9 é uma vista terminal em seção de porções da fonte deaquecimento do lado esquerdo, molde de lingotamento contínuo do lado esquerdoe do cilindro do lado esquerdo do forno mostrado na Fig. 7.

A Fig. 9 é uma vista terminal em seção de porções da fonte deaquecimento do lado esquerdo, molde de lingotamento contínuo do lado esquerdoe cilindro do lado esquerdo do forno, tomada ao longo da linha 9-9 na Fig. 8;

A Fig. 10 é uma vista operacional similar às Figs. 6 e 7, excetopelo fato de que a fonte de aquecimento associada ao molde de lingotamentocontínuo do lado esquerdo ter sido posta em ignição por um período de temposuficiente para causar fluxo resultante na criação do novo lingote, à medida que-ocilindro é retirado do forno para a posição içada do sistema;

A Fig. 11 é uma vista operacional similar às Figs. 6 e 7, excetopelo fato de que a fonte de aquecimento associada ao molde de lingotamentocontínuo do lado esquerdo ter sido desligada e removida, e o cilindro do ladoesquerdo ter sido removido do forno com o novo lingote sobre o mesmo, de modoque a aba do lado esquerdo fique fechada enquanto a porta de remoção do lingotedo lado esquerdo estiver aberta e, simultaneamente a isto, a fonte de aquecimentoassociada ao molde de lingotamento contínuo do lado direito é movida para aposição de ignição, e a aba do lado direito é aberta, o cilindro de recepção dolingote do lado direito sendo inserido através da mesma e posicionado parareceber um novo lingote;A Fig. 12 é uma vista operacional similar à Fig. 11, exceto pelofato de que o novo lingote estar sendo removido do lado esquerdo, enquanto,simultaneamente, a fonte de aquecimento associada ao molde de lingotamentocontínuo do lado direito é posto em ignição para causar fluxo conforme necessáriopara criar um novo lingote;

A Fig. 13 é uma vista operacional similar à Fig. 12, exceto pelofato de que a fonte de aquecimento associada ao molde de lingotamento contínuodo lado direito ter sido posta em ignição por um período de tempo suficiente paracausar fluxo resultante na criação do novo lingote, à medida que o cilindro éretirado do forno para a posição içada do sistema;

A Fig. 14 é uma vista operacional similar às Figs. 6 e 7, excetopelo fato de que a fonte de aquecimento associada ao molde de lingotamentocontínuo do lado direito ter sido desligada e removida, e o cilindro do lado direitoter sido removido do forno com o novo lingote sobre o mesmo, de modo que a abado lado direito fique fechada enquanto a porta de remoção do lingote do ladodireito estiver aberta e, simultaneamente a isto, a fonte de aquecimento associadaao molde de lingotamento contínuo do lado esquerdo é movida para a posição deignição, e a aba do lado esquerdo é aberta, o cilindro de recepção do lingote <íolado esquerdo sendo inserido através da mesma e posicionado para receber umnovo lingote;

A Fig. 15 é uma vista frontal em seção com coberturas removidase partes mostradas em seção de um segundo modo de realização do sistema defundição em soleira fria da presente invenção, onde a soleira pivota para despejarem moldes de produto final em vez de moldes de passagem para modelar o lingotecomo no primeiro modo de realização, por meio do que, neste modo de realização,as fontes de aquecimento são postas em ignição e movidas para causar ovazamento da soleira no molde desejado do lado esquerdo nesta vista, e a abacorrespondente do lado esquerdo é aberta e o cilindro de assentamento de moldedo lado esquerdo é inserido através da mesma e posicionado para permitir ovazamento apropriado no molde;

A Fig. 15A é uma vista ampliada de porções de fonte deaquecimento do lado esquerdo, molde do lado esquerdo e do cilindro do ladoesquerdo do forno mostrado na Fig. 15.

A Fig. 16 é a mesma vista frontal em seção da Fig. 15, exceto pelofato de que as fontes de aquecimento serem postas em ignição e movidas paracausar o vazamento da soleira no molde desejado do lado direito nesta vista, e aaba correspondente do lado direito é aberta e o cilindro de assentamento de moldedo lado direito é inserido através da mesma e posicionado para permitir ovazamento apropriado no molde, enquanto, simultaneamente, o molde do ladoesquerdo foi removido do forno e sua aba correspondente do lado esquerdo éfechada, enquanto a porta do lado esquerdo é aberta para remover o molde do ladoesquerdo;

A Fig. 17 é uma vista frontal em seção com coberturas removidase partes mostradas em seção de um terceiro modo de realização do sistema defundição em soleira fria da presente invenção que é similar ao primeiro modo derealização, exceto pelo fato de que o terceiro modo de realização incluir soleirasde refino entre a soleira de fundição e os moldes de fundição, onde, na Fig. 17, ãsfontes de aquecimento da soleira principal são postas em ignição e posicionadaspara causar o fluxo para a soleira de refino do lado esquerdo e, em seguida, para omolde de lingotamento contínuo do lado esquerdo, por meio do que a respectivaaba do lado esquerdo é aberta e o cilindro do lado esquerdo inserido dentro doforno para posicionar apropriadamente o molde de lingotamento contínuo ereceber o novo lingote; e

A Fig. 18 é uma vista frontal em seção similar à Fig. 17, excetopelo fato de que as fontes da soleira principal serem postas em ignição eposicionadas para causar o fluxo para a soleira de refino do lado direito e, emseguida, para o molde de lingotamento contínuo do lado direito, por meio do que arespectiva aba do lado direito é aberta e o cilindro do lado direito inserido dentrodo forno para posicionar apropriadamente o molde de lingotamento contínuo ereceber o novo lingote, enquanto a aba do lado esquerdo é fechada e o lingoteformado sobre o lado esquerdo foi removido.

Descrição Detalhada da Invenção

O sistema de fundição em soleira fria aperfeiçoado da presenteinvenção está mostrado nos três modos de realização nas figuras, embora outrosmodos de realização sejam contemplados conforme aparente das discussões deprojetos alternativos adiante e a alguém experiente na técnica. Especificamente, oprimeiro modo de realização do sistema de fundição em soleira fria está indicado,geralmente, por 20, como mostrado nas Figs. 1-14. Este sistema de fundição emsoleira fria 20 inclui um ou mais supridores 22, um forno 24, e um ou maissistemas de içamento 26. Na versão do primeiro modo de realização mostrada naFig. 1, o sistema 20 inclui um par de supridores 22A e 22B que suprem metais(como titânio, aço inox, níquel, tungstênio, molibdênio, nióbio, zircônio, tântalo eoutros metais ou suas ligas) no forno 24, a qual processa os materiais em lingotesque são removidos do forno por um par de sistemas de içamento 26A e 26B. nadescrição abaixo, apenas o supridor 22A e o sistema de içamento 26A estãodescritos em detalhe quando à construção, uma vez que o outro é uma duplicataidêntica ou em espelho.

Com mais detalhe, como mostrado na Fig. 3, o supridor 22Ainclui funil 30 com um misturador rotativo em seu interior, e uma calha opcional34 afixada ao mesmo. O funil 30 é uma caixa com uma grande área dearmazenamento 36 adjacente a uma extremidade aberta 38 tendo uma porta 40articulada com a mesma, e um funil ou área de redução da seção transversal 42oposto à porta 40, que termina em uma saída 44. O misturador rotativo 32 giradentro da grande área de armazenamento 36, onde ele funciona para misturar osmateriais, bem como, trabalhar os materiais em direção à área em funil 42 e para asaída 44. A calha 34 é conectada à saída 44 e funciona como uma extensão,podendo ter ou não uma redução adicional na seção transversal ou diâmetro. Acalha supre o material ao forno 24.

O forno 24 está melhor mostrado nas Figs. 1 e 3, onde inclui umalojamento 50 que define um ambiente de fundição 51, uma calha supridoravibratória 52, uma pluralidade de fontes de aquecimento 54 (como maçaricos deplasma ou eletrodos de arco direto), uma soleira 56, e um ou mais moldes 58. Oalojamento 50 é uma concha externa definindo uma área de forno aberta na qual afundição ocorre na soleira 56. O alojamento 50 pode ter qualquer formato econstrução suficiente para prover a necessária atmosfera e espaço para executarfundição em soleira, e no modo de realização mostrado, tem uma construção demúltiplas paredes cilíndricas com extremidades arqueadas. No modo de realizaçãomostrado nas figuras, alojamento 50 inclui uma pluralidade de orifíciosmontadores de fontes de aquecimento 60 em um seu lado de topo, portas deremoção de lingote 62 em seu lado de fundo, e uma ou mais janelas de observaçãoopcionais 63 (no modo de realização mostrado, nas extremidades arqueadas doalojamento, embora as janelas possam ser posicionadas em qualquer lugar).

Como melhor mostrado na Fig. 3, o alojamento 50 também incluiuma extensão de calha de suprimento 64 conectada pela passagem 66 ao ambientede fundição 51. A calha de suprimento inclui adicionalmente uma porta desuprimento, de preferência, em uma superfície de topo da extensão, onde ossupridores se conectam à calha, onde a porta de suprimento também inclui uma oumais válvulas para controlar o fluxo de aparas de titânia para a calha desuprimento 52 dos supridores 22. A calha de suprimento 52 é móvel dentro daextensão da calha de suprimento 64 que se estende transversalmente para fora deuma abertura no alojamento 50, e é configurada e projetada para permitir que acalha de suprimento 52 atravesse totalmente o interior da extensão da calha desuprimento 64, conforme mostrado na Fig. 3, para parcialmente na extensão decalha de suprimento e parcialmente dentro do alojamento 50 adjacente à soleira56, conforme mostrado na Fig. 4 e descrito abaixo com mais detalhe. A calha desuprimento 52 inclui uma caixa aberta ou funil 70 com uma calha 72 seestendendo do mesmo, onde a caixa 70 e a calha 72 são posicionadas sobre umcarro 74 que corre sobre um ou mais trilhos 76 dentro da extensão 64. O carro temum desenho de topo aberto, como um funil, e a porta de suprimento 66 éposicionada de modo que fique alinhada sobre o desenho de topo aberto do carro70 quando a calha de suprimento estiver totalmente retraída, conforme mostradona Fig. 3, bem como, quando totalmente estendida, conforme mostrado na Fig. 4,assegurando, desse modo, que nenhum derramamento de aparas de titânio e outrosmateriais brutos de dentro da calha de suprimento.

A calha de suprimento 52 é otimamente vibratória para maisprontamente ejetar seu conteúdo via a calha 72. A vibração atua para trabalhar oconteúdo para fora da calha.

A calha de suprimento é ainda pivotável, como melhor mostradona Fig. 5 pela seta F. Isto permite que a calha seja otimamente posicionada quandosobre a soleira, permitindo, desse modo, que novo material seja provido à soleirana melhor posição ótima, como descrito abaixo com mais detalhe.

Cada um da pluralidade de orifícios montadores de fonte deaquecimento 60 permite que uma fonte de aquecimento seja posicionada dentro daatmosfera ou ambiente de fundição 51. Conforme mostrado na Fig. 3, os orifíciosde montagem de fontes de aquecimento incluem um assento 78 contra o qual afonte de aquecimento 54 é presa. A fonte de aquecimento 54 pode ser ummaçarico de plasma, eletrodo de arco direto ou qualquer outra fonte deaquecimento capaz de prover suficiente calor controlado para fundir titânio eoutros metais ou ligas similares e, no modo de realização ilustrado, quatro fontesde aquecimento são providas como 54A, 54C, 54D e 54F. As várias fontes deaquecimento são usadas com base em vários atributos positivos de cada uma,incluindo chama mais ampla provida pelo maçarico de plasma que ajuda a melhorfragmentar LDIs, versus eletrodo de arco direto, uma habilidade para obteracabamentos desejados de superfície, controle de temperatura ótima, e evitarqueimar canto e cadinho de fundição. Em adição, o maçarico de plasma produzagitação mais profunda e melhor do que forno comum industrial de feixeeletrônico, enquanto o eletrodo de arco direto produz a mais profunda e a melhoragitação provendo, assim, melhores benefícios metalúrgicos, melhorhomogeneidade, e ótima remoção ou giro de HDI para fora, devido à ótima açãode vórtice ou de forças centrífugas girando HDIs para a área de lama.

No modo de realização mostrado, as fontes de aquecimento 54A,54C, 54D e 54F incluem um colar 80, um acionador 82 e um eixo alongado 84. Oeixo alongado 84 é acionado pelo acionador 82 para se mover de maneiracontrolada no colar 80 tanto em uma direção axial (estendendo-se e retraindo-se dentro do ambiente de fundição para ficar próximo ou afastado da soleira) e umadireção pivotada ou de lado a lado (para pivotar em um movimento circular oumover de lado a lado em um movimento linear). Mais especificamente, oacionador 82 aciona o eixo alongado 84 em uma direção axial de modo a definiruma posição de fundição na qual a fonte de aquecimento se estende ao máximo para o forno e mais para próximo da soleira, conforme mostrado na Fig. 3, e umaposição de retirada na qual a fonte de aquecimento é retirada da proximidade dasoleira quando a fundição não for desejada, como mostrado e descrito mais tarde.No modo de realização mostrado, o acionador 82 também pivota o eixo alongado84 em uma movimentação circular, conforme mostrado na Fig. 3 pela seta A. Alternativamente, o movimento pode se limitado a movimento linear de lado alado, caso desejável, devido á forma da área sendo aquecida. No modo derealização mostrado, a fonte de aquecimento 54 é um maçarico de plasma, pormeio do que um arco de plasma é inflado da extremidade mais baixa do eixoalongado 84 que se estende ao máximo para o forno 24.

Dentro do forno 24 e próximo à extremidade mais baixa da fontede aquecimento, quando estendida, há também a soleira 56. A soleira 56 é umasoleira de fundição primária, circular ou alongada, com dimensões internasarredondadas ou ovais fazendo com que pareça uma banheira, incluindo, dessemodo, uma base 90 e uma pluralidade de paredes laterais 92 e paredes determinação 94 definindo uma cavidade de fundição 95. A soleira 56 é projetadaem cobre resfriado a água, mais espessa do que as soleiras de forno convencionais.

A soleira, otimamente, é uma soleira de alta condutividade, livre de oxigênio(OFHC) e feita de cobre (OFHC, em inglês) de um tipo 120 ou 122. Em um modode realização, o projeto da soleira é tal que o vaso tem bordo livre mais alto do queo normal, devido a paredes laterais mais altas do que o normal e, assim,suficientemente grande para um casco de 10 a 15 centímetros, com umacapacidade para 900 a 1.300 quilos de metal em fusão e duas ou mais fontes deaquecimento. A soleira de fundição 56 é, de preferência, montada sobre munhão96 para permitir inclinação variando de, por exemplo, 15 graus de inclinaçãoreversa para 105 graus de inclinação avante, provendo, desse modo, um vastoarranjo de possibilidades de fundição. Inclinação é melhor do que técnicas deextravazamento normais uma vez que o usuário controla o fluxo e o tempo, e podepermitir que a fusão ocorra por período de tempo tão longo quanto necessário paraassegurar que LDIs e HDIs sejam removidas ou depositadas. O usuário, dessemodo, pode controlar e monitorar o "carregamento" do material fundido,enquanto também pode evitar a necessidade de mistura exata como exigido nodespejamento contínuo, uma vez que, com a inclinação, todos os materiais podemser despejados, misturados, aquecidos por um tempo tão longo quanto o julgadonecessário. Em adição, as fontes de aquecimento podem ser ligeiramentediminuídas para causar as HDIs depositadas se tornarem uma espécie de lama enão serem capazes de fluir de modo algum durante a inclinação e/ouextravazamento, conforme descrito abaixo.

A soleira inclui um par de extravasores 100A e 100B, comomostrado melhor nas Figs. 6-14. Estes extravasores canalizam o titânio em fusão àmedida que ele sobe para um ou mais moldes, conforme descrito abaixo com basenos níveis crescentes de extravazamento e/ou de inclinação da soleira paraprovocar o extravazamento para um lado ou para o outro. No modo de realizaçãonas Figs. 1-14, um par de moldes 58A e 58B está mostrado. Os moldes 58A e 58Bficam um de cada lado da soleira e respectivamente alinhados com os extravasores100A e 100B. Os moldes podem ser moldes de fundição para modelar o lingote,conforme mostrado nas Figs. 1-14, onde estas formas podem ser cilindros ouplacas ou, alternativamente, podem ser moldes diretos com a forma do produtofinal. No modo de realização mostrado com os moldes de fundição, estes têm,geralmente, um contorno interno cilíndrico 110 com um topo aberto 112 e umfundo aberto 114. O fundo aberto dos moldes 58A e 58B recebe um dos sistemasde içamento 26A ou 26B, respectivamente, conforme descrito abaixo.

Na base do forno 24 há as portas de remoção de lingote 62A e62B alinhadas com os moldes 58A e 58B e os sistemas de içamento 26A e 26B.Os sistemas de içamento 26A e 26B são fixados às portas de remoção de lingotepara prover um sistema para içar moldes diretos para o ambiente de fundição (aocontrário, moldes de fundição são afixados no ambiente de fundição) e remove-losuma vez carregados, ou, no caso de moldes de fundição, "agarrar" e remover oslingotes à medida que são formados dentro dos moldes de fundição. O sistema deiçamento 26A está melhor mostrado nas Figs. 1-2 e 6-14, incluindo uma câmarade remoção de lingote 1IOA com um mecanismo de isolamento de câmara decomporta com válvula 112A e porta de remoção de lingote 114A, e cilindro eremoção de lingote 116A, um alojamento de cilíndrico 118A, e um sistema deacionamento de cilindro 120A.

A câmara de remoção de lingote 110A é uma câmara ampliadaalinhada com o molde 58A de modo que o lingote, quando formado, seja baixadopelo cilindro 116A para a câmara 110A é medida que o cilindro é retraído pelosistema de acionamento 120A para o alojamento 118A. No modo de realizaçãomostrado, a câmara 110A é uma câmara alongada com uma extremidade superior120A, uma extremidade inferior 122A, e uma ou mais paredes 124A entre asmesmas, com uma parede incluindo uma porta 114A que é removível para aremoção de um lingote acabado do sistema, conforme descrito abaixo.

O mecanismo de comporta com válvula para isolamento dacâmara 112A fica posicionado na extremidade superior 120A e inclui uma pojta130A configurada como uma comporta articulada com válvula de chapeleta, umahaste de pivô fixa 132A, um primeiro braço 134A, uma haste de pivô móvel136A, um segundo braço 138A, um braço fixo 140A com um entalhe alongado142A no mesmo, e uma haste de pivô deslizável 144A. Um mecanismo deacionamento sobre o exterior da câmara está mostrado nas Figs. 2-4A. A haste depivô fixa 132A é conectada pivotadamente a uma primeira extremidade doprimeiro braço 134A e à câmara 110A, para permitir que o primeiro braço 134Apivote a partir do mesmo. Conectada ao primeiro braço 134A há também acomporta de válvula 130A. Uma segunda extremidade do primeiro braço 134A euma primeira extremidade do segundo braço 138A são pivotadamente conectadaspela haste de pivô móvel 136A. Uma segunda extremidade do segundo braço138A é conectada de forma deslizável no entalhe 142A do braço fixo 140A pelahaste de pivô deslizável 144A. A haste de pivô deslizável 144A é conectável a umdispositivo de acionamento para permitir a abertura e fechamento automáticos dacomporta de válvula para corresponder à inserção e remoção do cilindro 116A,conforme necessário, para receber lingotes à medida que são produzidos. Omecanismo de comporta de válvula é projetado para permanecer fora de contatopotencial com o lingote.

O cilindro 116A desliza através da câmara 110A, de uma posiçãototalmente estendida, na qual o cilindro fica totalmente estendido do alojamento118A, através de uma bucha 146A em uma porta de cilindro 148A, através dacâmara 110A, através da porta de remoção de lingote 62 e para o ambiente defundição 51 e, especificamente, fundo aberto 114A, para uma posição totalmenteretraída, na qual o cilindro é totalmente retraído para o alojamento 118A, por meiodo que apenas a cabeça do cilindro 117A permanece estendida através da bucha146A na câmara 110A.

Esta movimentação do cilindro 116A de uma posição totalmenteretraída para uma totalmente estendida, e de volta, é realizada pelo sistema deacionamento 120A. O sistema de acionamento 120A, como melhor mostrado naFig. 2, inclui uma haste de acionamento rosqueada 150A, uma haste guia 152Á,um trole ou seguidor 154A e um mecanismo de acionamento 156A, todos os quaissão suportados pelo alojamento 118A. O cilindro 116A inclui uma passagem axialalongada 158A que é rosqueada, pelo menos em cada extremidade, via uma placaguia 160A para casar com a haste de acionamento rosqueada 150A, e pode, ainda,incluir uma passagem de refrigerante 162A na mesma. Um batente rosqueado164A, rosqueado sobre a haste de acionamento 15 0A, suporta o cilindro 116A einterage com o trole 154A à medida que a haste de acionamento 150A é girada,para causar o movimento axial do cilindro 116A ao longo da haste deacionamento, enquanto o trole é acoplado de modo deslizante à haste guia 15 0A,assegurando um movimento axial suave. O mecanismo de acionamento 156Ainclui um motor de acionamento ou dispositivo similar 170A conectado a umbraço de acionamento 172A que é conectado a uma extremidade sem roscas 174Ada haste de acionamento rosqueada 150A que se estende para fora do alojamento118A via uma bucha 176A. O motor de acionamento 160A comunica movimentoao braço 162A que, por sua vez, comunica movimento à haste 150A de umamaneira bem conhecida por alguém experiente na técnica.

Tendo sido descrito o sistema, o método de usar o sistema seráagora descrito, como melhor mostrado nas Figs. 6-14. Quando for desejávelfabricar lingotes alongados, este sistema é empregado, pelo qual as fontes deaquecimento 54C e 54D são baixadas para posições apropriadas acima da soleira56, conforme mostrado na Fig. 6, sendo isto realizado pelo acionamento 82abaixando o eixo alongado 84 para dentro do colar 80 e, depois, fazendo a igniçãodo ponto mais baixo ou de ignição de cada eixo 84, como mostrado, para provercalor ao interior da soleira 56 para fundir o titânio e ligas no mesmo, bem como,de qualquer quantidade adicionada pela calha 72 (nenhuma sendo adicionadaneste momento no modo de realização mostrado na Fig. 6).

As fontes de aquecimento 54A e 54 F são providas como calorsuplementar neste processo de topo aquecido para controlar a velocidade desolidificação e refinar a estrutura granular. Estas fontes de aquecimento tambémimpedem a canalização, comum nos processos de fundição em molde direto.

Uma vez que o titânio esteja suficiente fundido, lingotes podemser fabricados nos lados direito e/ou esquerdo do sistema (a fabricação do lingotepode começar sobre qualquer dos lados ou sobre ambos, simultaneamente - nocaso do modo de realização descrito e mostrado, o lado esquerdo foi o escolhido).Conforme mostrado na Fig. 6, a comporta de válvula 130A (associada ao sistemade içamento do lado esquerdo) é aberta pelo movimento mostrado pela seta B.

Especificamente, a haste de pivô deslizável 144A é acionada por ação do usuárioou por um motor de acionamento e transmissão (mostrado nas figs. 3-4A) paradeslizar descendentemente no entalhe 142A do braço 140A. Isto faz com que obraço 138A puxe o braço 134A ao redor da haste de pivô 136A e haste de pivô132A, de modo que a porta 130A descubra a porta de remoção de lingote 62A e semova como mostrado pela seta Β. O cilindro 116A é, então, atuadoascendentemente, como mostrado pela seta C, de sua posição totalmente retraídapara sua posição totalmente estendida, como mostrado na Fig. 6, peloacionamento 156A movendo rosqueadamente o trole 154A até o eixo rosqueado150A, fazendo com que o cilindro 116A seja forçado ascendentemente. A fonte deaquecimento 54A é baixada para posição, como mostrado pela seta D.

O sistema está agora pronto sobre seu lado esquerdo para produzirlingotes. Uma vez que titânio e liga na soleira 56 sejam suficientemente aquecidospara produzir titânio fundido, o processo de produção de lingote pode ser iniciado.Como mostrado na Fig. 7, a fonte de aquecimento 54A é posta em ignição,criando, desse modo, um fluxo de líquido através do extravasor 100A e fazendocom que o titânio no extravasor 100A escoe para fora. O fluxo despeja titânio emfusão no molde de lingotamento contínuo 58A, por meio do que o lingote começaa ser formado no mesmo, entre a cabeça de cilindro 117A e o interior do molde delingotamento contínuo. O cilindro 116A é retirado lentamente, como mostrado pelaseta E na Fig. 10, à medida que material fundido adicional é adicionado e o lingotealongado é formado (isto está mostrado pela transição da Fig. 7 para a Fig. 10).

Durante o processo de fabricação do lingote das Figs. 7 e 10,titânio e aparas de outras ligas adicionais podem ser adicionados, como mostrado,pela calha 72. A calha 72 é movida para sua posição totalmente estendida. Epreferido que a entrada de titânio e aparas similares fiquem distantes do extravasorativo, nesta e caso, 100A (isto está mostrado nas Figs. 7 e 9 com a calha voltadapara a direita). Isto é obtido pela movimentação da calha de lado a lado, comomelhor mostrado na Fig. 5 pela seta F, para melhor posicionar a calha distante doextravasor correntemente aberto.

Na maioria dos modos de realização preferidos, as fontes deaquecimento 54C e 54D associadas à soleira são giradas, como melhor mostradona Fig. 5 pelas setas G e H, durante todo o processo, embora, alternativamente, asfontes de aquecimento 54A e 54F também possam ser giradas ou movidas lado alado ou movidas de outro modo para promover uma fusão mais regular, e isto émostrado na Fig. 5, onde a fonte de aquecimento 54A gira circularmente comomostrado pela seta Iea fonte de aquecimento 54F gira de lado a lado de modolinear, como mostrado pelas setas J.

Um lingote completo é eventualmente formado. A fonte deaquecimento 54A é desligada e retirada, como mostrado pela seta K na Fig. 11. Ocilindro 116A é totalmente retirado, como mostrado pela seta L, de modo que olingote fique totalmente dentro da câmara 110A. Sem ordem determinada, acomporta de válvula 130A é fechada e a porta 114A é aberta. Em adição, a calha émovida para uma posição central (em vez de para a posição direita) e o fluxo éinterrompido. A calha 72 também pode ser retirada para uma posição totalmenteretraída.

Simultaneamente, ou ligeiramente antes ou após, a comporta deválvula 13 OB (associada ao sistema de içamento do lado direito) é aberta pelomovimento mostrado pela seta M, da mesma maneira que descrito acima para acomporta de válvula 13 OB sobre o lado esquerdo. O cilindro 116B sobre o ladodireito é, então, atuado ascendentemente, como mostrado pela seta N, de suaposição totalmente retraída para sua posição totalmente estendida, conformemostrado na Fig. 11, da mesma maneira que descrito acima para o cilindro do ladoesquerdo. A fonte de aquecimento 54F é baixada para posição, como mostradopela seta O.

O arranjo do sistema é feito de modo que ocorra em relação a umsistema de içamento enquanto um lingote esta sendo produzido em relação aooutros sistemas de içamento, e vice versa, de modo que fusão contínua e produçãode lingote possa ocorrer, caso desejado. Isto é continuado na Fig. 12, onde umlingote está sendo removido do lado esquerdo, enquanto a fonte de aquecimento54F do lado direito é posta em ignição causando, desse modo, o escoamento dotitânio no extravasor 100B. Este fluxo despeja titânio em fusão no molde delingotamento contínuo 58B, por meio do que o lingote começa a se formar nomesmo, entre a cabeça de cilindro 117B o interior do molde de lingotamentocontínuo. O cilindro 116B é retirado lentamente, como mostrado pela seta P naFig. 13, à medida que material fundido adicional é adicionado e o lingotealongado é formado (isto está mostrado pela transição da Fig. 12 para a Fig. 13).'

Novamente, durante o processo de fabricação do lingote das Figs.12 e 13, titânio e outras aparas de liga podem ser adicionados, como mostrado,pela calha 72. E preferido que a entrada seja distante do extravasor 100B queesteja ativo (isto está mostrado nas Figs. 12 e 13 com a calha voltada aparaesquerda). Isto é obtido pela movimentação da calha de lado a lado, como melhorvisualizado na Fig. 5 pela seta F para melhor posicionar a calha distante doextravasor correntemente aberto.

Um lingote completo é eventualmente formado. A fonte deaquecimento 54A é desligada e retirada, como mostrado pela seta Q na Fig. 14. Ocilindro 116B é totalmente retirado, de modo que o lingote fique totalmente dentroda câmara 110B. Sem ordem determinada, a comporta de válvula 13 OB é fechada,como mostrado pela seta Rea porta 114B é aberta. Em adição, a calha é movidapara uma posição central (em vez de para a posição direita, e pode também serretirada para uma posição totalmente retraída) e o fluxo é interrompido. O lingoteserá, então, removido.

Simultaneamente, ou ligeiramente antes ou após, quando desejadocontinuar com a fabricação de lingotes, a comporta de válvula 13 OA é aberta pelomovimento mostrado pela seta S. O cilindro 116A sobre o lado direito é, então,atuado ascendentemente, como mostrado pela seta T, de sua posição totalmenteretraída para sua posição totalmente estendida, conforme mostrado na Fig. 14, damesma maneira que descrito acima. A fonte de aquecimento 54A é baixada paraposição, como mostrado pela seta U. O processo continua, retornando ouavançando, como desejado.

Alternativamente, todas as quatro fontes de aquecimento 54A,54C, 54D e 54F podem ser postas em ignição para permitir o escoamento parafora de ambos os extravasores 100A e 100B, resultando em produção simultâneade lingote em ambos os moldes 58A e 58B.

Ainda alternativamente, o vazamento pode ser induzido pelainclinação da soleira 56 em combinação com a ignição da fonte de aquecimentoadjacente ao molde, no caso do molde 58A que aquecido pela fonte 54A. Etambém contemplado que a ignição da fonte de aquecimento adjacente ao moldepossa não ser necessária para causar extravazamento durante a inclinação ou seminclinação, caso as fontes de aquecimento associadas à soleira sejam posicionadasde modo a aquecer apropriadamente o extravasor.

Um segundo modo de realização está mostrado nas Figs. 15, 15Ae 16. Este modo de realização é substancialmente idêntico ao primeiro modo derealização, exceto por, em vez de moldes de fundição 58, como descrito acima, omodo de realização incluir moldes diretos 258A e 258B. Estes moldes sãoprojetados para terem os contornos de um produto final desejado. Os moldes 258são assentados diretamente sobre o topo dos cilindros. Em adição, a soleira 56 seinclina para despejar o material fundido nos moldes, como está mostrado na Fig.15. A soleira se inclina e carrega o molde até o nível desejado de carregamento e,depois, a soleira retorna para sua posição inicial nivelada.

No modo de realização acima descrito, as fontes de aquecimentoeram maçaricos de plasma. Uma outra opção para uso nos primeiro e segundomodos de realização é o uso de eletrodos de arco direto para fontes deaquecimento em vez de maçaricos de plasma. Em um outro modo de realizaçãopreferido, como mostrado nas figuras para o segundo modo de realização, asfontes de aquecimento 54A e 54F são maçaricos de plasma, enquanto as fontes deaquecimento 54C e 54D são eletrodos de arco direto (DAE). No modo derealização preferido, os eletrodos de arco direto são eletrodos de arco direto nãoconsumíveis, giratórios ou fixos. Com mais detalhe, a Fig. 15 mostra fontes deaquecimento 54A, 54C e 54D em ignição causando escoamento para o extravasor100A. O cilindro 116A é elevado, como mostrado pela seta V, de modo que omolde direto 258A seja apropriadamente posicionado dentro do ambiente defundição 51. A soleira é inclinada para a esquerda, como mostrado pela seta W,provocando o vazamento para o molde direto 258A. O outro lado está mostradocom o cilindro 116B retraído, como o molde 258B ajustado sobre o mesmo, ecom a comporta de válvula 13 OB fechada.

A Fig. 16 mostra o sistema no qual maçarico 54A foi desligado eretraído, como mostrado pela seta X, o cilindro 116A removido e totalmenteretraído, a comporta de válvula 13 OA fechada, como mostrado pela seta Y, e omolde direto 258A removido, enquanto, substancialmente de modo simultâneo, acomporta de válvula 25 8B é aberta, como mostrado pela seta Ζ, o cilindro 116B étotalmente estendido (seta AA) para o ambiente de fundição, com o molde direto258B sobre ele, a fonte de aquecimento 54F é baixada (seta BB) para a posição defusão e posta em ignição, e a soleira 56 é inclinada, como mostrado pela seta CC.

Um terceiro modo de realização está mostrado nas Figs. 17-18.Este modo de realização é substancialmente idêntico aos primeiro e segundomodos de realização nos quais moldes de fundição são usados como no primeiromodo de realização, ambos, maçaricos de plasma e eletrodos de arco direto, sãousados como no segundo modo de realização, a inclinação da soleira principal 56ocorre como no segundo modo de realização, e soleiras de refino 3 OOA e 3 OOB ecorrespondentes fontes de aquecimento 54B e 54E são adicionadas e podem sermaçaricos de plasma ou eletrodos de arco direto, embora, preferidamente, sejameletrodos de arco direto.

Com mais detalhe, as soleiras de refino 3 OOA e 300B sãoadicionadas. Estas soleiras podem ter uma construção similar à da soleira principal56, ou, alternativamente, podem variar, como mostrado, onde as soleiras de refinosão mais rasas e têm um interior mais arredondado. Em adição, as soleiras erefino, tipicamente, têm apenas um extravasor 302, uma vez que o materialfundido proveniente da soleira principal é despejado, de cima, na soleira de refino,de modo que ela só precisa despejar da extremidade oposta, via um extravasorbem definido, para os moldes.

As fontes de aquecimento 54B e 54E podem ser maçaricos.deplasma ou eletrodos de arco direto. No modo de realização mostrado, as fontes'deaquecimento são eletrodos de arco direto. As fontes de aquecimento 54B e 54E semovem de modo linear de lado a lado, especificamente, de ponta a ponta, comomostrado pelas setas DD e EE na Fig. 17 sobre a maçarico 54B, embora outromovimento seja contemplado, incluindo pivotamento circular.

No uso, o sistema do terceiro modo de realização opera como aseguir. Quando for desejável fabricar lingotes alongados, este sistema éempregado, pelo qual as fontes de aquecimento 54C e 54D são baixadas paraposições apropriadas acima da soleira 56, conforme mostrado na Fig. 17 (eigualmente giradas, conforme descrito acima para melhor fusão do titânio). Umavez que o titânio esteja suficientemente em fusão, lingotes podem ser fabricadossobre os lados esquerdo ou direito do sistema. Conforme mostrado na Fig. 17, acomporta de válvula 130A é aberta pelo movimento mostrado pela seta FF edescrito acima com referência a outros modos de realização. O cilindro 116A é,então, atuado ascendentemente, conforme mostrado pela seta GG5 de sua posiçãototalmente retraída para sua posição totalmente estendida.

A fonte de aquecimento 54B é baixada, conforme mostrado pelaseta HH, e posta em ignição. A fonte de aquecimento se moverá de lado a lado,conforme mostrado pelas setas DD e EE. A fonte de aquecimento 54A é baixadapara posição, como mostrado pela seta II e posta em ignição. As fontes deaquecimento 54E e 54F são levantadas, como mostrado pelas setas JJ e KK e nãosão postas em ignição. Uma vez que o titânio e liga na soleira 56 estejamsuficientemente aquecidos para produzir titânio em fusão, o processo de produçãode lingote pode ser iniciado. A soleira 56 se inclina para permitir o escoamentopelo extravasor IOOA para a soleira de refino 300A. O material fundido éadicionalmente refinado, como bem sabido na técnica, e é extravasado peloextravasor 302A, onde a soleira de refino é estacionária, ou é despejado peloextravasor 302A pela inclinação da soleira de refino. Este escoamento despejatitânio no molde de lingotamento contínuo 5 8A, pelo que o lingote é formado.nomesmo, entre a cabeça de cilindro 117A e o interior do molde de lingotamentocontínuo. O cilindro 116A é retirado lentamente à medida que material fundidoadicional é adicionado e o lingote seja formado. As soleiras inclinadas são trazidasde volta para nivelamento. A comporta de válvula 13 OA é fechada, as fontes deaquecimento 54A e 54B são desligadas e retraídas.

Enquanto este lingote é removido, um lingote pode ser formadosobre o outro lado, conforme mostrado na Fig. 18. Uma vez que o titâniopermanece suficientemente em fusão na soleira principal, a comporta de válvula13 OB é aberta pelo movimento mostrado pela seta LL, e descrito acima comreferência aos outros modos de realização. O cilindro 116B é, então, atuadoascendentemente, como mostrado pela seta MM, de sua posição totalmenteretraída para sua posição totalmente estendida.

As fontes de aquecimento 54E são baixadas, como mostrado pelassetas NN, e postas em ignição. A fonte de aquecimento 54E se moverá de lado alado, como mostrado pelas setas OO e PP. A fonte de aquecimento 54F é baixadapara posição, como mostrado pela seta QQ e posta em ignição. As fontes deaquecimento 54A e 54B não são postas em ignição, caso elas já não estejamelevadas e desligadas. A soleira 56 é inclinada para permitir escoamento peloextravasor IOOB para a soleira de refino 300B. O material fundido éadicionalmente refinado, como bem conhecido na técnica, e escoa pelo extravasor302B, onde a soleira de refino é estacionária, ou é despejado pelo extravasor 302Bpela inclinação da soleira de refino. O extravasor despeja titânio em fusão nomolde de lingotamento contínuo 58B, pelo que o lingote é formado no mesmo,entre a cabeça de cilindro 117B e o interior do molde de lingotamento contínuo. Ocilindro 116B é retirado lentamente à medida que material fundido adicional éadicionado e o lingote é formado.

Este processo de retorno e avanço, do lado esquerdo para o ladodireito, continua pelo tempo em que lingotes adicionais sejam desejados. Ossistemas de formação de dois lingotes e de içamento permitem o uso ótimo, dasoleira principal, uma vez que a remoção de um lingote ocorre enquanto um oütroé formado, e vice versa.

E também contemplado que moldes diretos possam ser usadoscom este terceiro modo de realização, embora não mostrado.

Como referido acima, de acordo com uma das características dainvenção, uma combinação de maçaricos de plasma e eletrodos de arco direto éusada como fontes de aquecimento. A mistura combina os benefícios dossistemas, e elimina os detrimentos para prover a mais avançada fusão em soleirafria. É contemplado que eletrodos de arco direto e maçaricos de plasma possamser usados em qualquer combinação sobre a soleira de fusão, soleiras de refino emoldes, exceto se maçaricos de plasma não sejam preferidos na soleira de fusão,uma vez que isto muitas vezes introduz a questão de ventos de chama sopraremsólidos não em fusão para jusante, para a soleira de refino e/ou moldes.Fusão por plasma em soleira fria tem certas vantagens sobre fusãopor feixe eletrônico em soleira fria. Estas incluem: 1) menores custos deequipamento uma vez que fusão por plasma em soleira fria não exige um "vácuo"extremo, e os maçaricos de plasma são mais baratos do que canhões de feixeseletrônicos ou maçaricos, 2) melhor consistência química usando maçaricos deplasma, devido ao operador ter melhor controle das ligas e, em particular, estasligas contendo alumínio, como resultado do vácuo usado na fusão por feixeeletrônico exceder em muito o ponto de pressão de vaporização do alumínio(resultando em evaporação de alumínio elementar, que resulta em inconsistênciapotencial da liga e contaminação da parede lateral do interior do forno), 3)nenhum risco de combustão espontânea na fusão por plasma versus na fusão porfeixe eletrônico, onde, quando a campanha de fusão é completada, e antes da portada câmara ser aberta, água é introduzida na câmara para ajudar a pacificar ocondensado de metal com uma queima controlada sob vácuo para evitar apossibilidade de combustão espontânea da poeira quando a câmara é aberta para aatmosfera, 4) não exceder o ponto de pressão de vapor de qualquer elementousado na fabricação de qualquer classe de titânio, 5) controle mais apurado dequímica devido à evaporação, devido a materiais de suprimento com formas etamanhos diferentes e tempos de residência diferentes terem pouca importância, 6)produzir um banho de fundido mais ativo para mais efetivamente misturar váriosconstituintes metálicos de densidades diferentes e, portanto, produzir melhorhomogeneidade no banho antes da fundição, e 7) relativa simplicidade da fonte deenergia versus a dos sistemas de feixe eletrônico incluindo custo muito maisbarato de reparo e manutenção de maçaricos de plasma versus canhões de feixeseletrônicos.

A fusão por feixe eletrônico tem certas vantagens sobre fusão porplasma em soleira fria. Estas incluem: 1) meio mais efetivo de fundir grandesvolumes de titânio comercialmente puro de modo muito custo-efetivo, 2) melhorcontrole de acabamento superficial uma vez que feixe eletrônico é muito maisestreito do que chama de plasma e, por conseguinte, a energia emitida poder sercontrolada mais precisamente na parede do cadinho para produzir um melhoracabamento superficial "como fundido", aliviando algumas necessidades de usinarmaterial da superfície do produto fundido antes de processamento adicional mais ajusante e aliviar algum problema associado à queima da superfície de parede docadinho de cobre.

Como resultado, a presente invenção, em seu modo de realizaçãomais preferido, combina os benefícios dos maçaricos de plasma e feixeseletrônicos pela colocação de eletrodos de arco direto 54C e 54D na soleiraprincipal com maçaricos de plasma 54A, 54B, 54E e 54F nas soleiras de refino emoldes. Em um exemplo, os maçaricos de soleira principal podem ser eletrodosde arco direto de 600kW ou maçaricos de plasma de 900kW, e um ou múltiplospodem ser usados, enquanto os maçaricos de refino são maçaricos únicos deplasma de 900kW, ou múltiplos maçaricos do mesmo tipo ou de tipo diferente.

Em geral, baixa voltagem e elevada intensidade de corrente são desejadas.

Em adição, o modo de realização mais preferido inclui maçaricos54 que se movem de modo circular ou rotacional, como mostrado pelas setas· A,G, H e/ou I, ou movimento linear de lado a lado, como mostrado pelas setas J,DD, EE, OO e PP. Isto permite fusão e mistura mais regular e consistente antes dedespejar da soleira. Isto também ajuda na prevenção de acúmulo em um lugar nocasco dentro da soleira.

Além disso, a calha 72 (melhor mostrada na Fig. 5) é móvel paradentro e para fora, de uma posição totalmente estendida para uma posiçãototalmente retraída, bem como, de uma posição mais à direita, como mostrada naFig. 7, por exemplo, para uma posição mais à esquerda, conforme mostrado naFig. 11, por exemplo. Isto permite melhor colocação do material bruto parapermitir tempo suficiente para o material se fundir apropriadamente e misturaantes do vazamento da soleira. Isto também ajuda na prevenção de acúmulo emum lugar no casco dentro da soleira.A invenção provê, desse modo, e/ou aperfeiçoa muitas vantagens,e/ou elimina desvantagens, incluindo, mas não de modo limitado as seguintes: 1)variações químicas inerentes na fusão contínua, 2) problemas de acabamentosuperficial, 3) usinagem de rebarbas metálicas não fundidas contidas no produtodevido a ventos de chama excessivos no vaso de fusão, 4) uso excessivo de gásinerte, 5) remoção de inclusão mais ativa do que passiva, 6) maior versatilidadegeral (pode ser operado em uma configuração contínua ou em lotes), 7) misturahomogênea, 8) restrições em tamanho de estoque de suprimento e altos custos deformação de estoque de suprimento, 9) superaquecimento, 10) questões ligadas agerenciamento de calor, 11) a incapacidade de efetivamente fundir próximo aprodutos de pequeno diâmetro em forma de rede, de modo efetivo, por meiostradicionais, 12) velocidade de fusão controlada via inclinação de soleira e uso desoleiras de refino e/ou moldes alternados, 13) lingotamento contínuo, e 14)operações estacionárias ou de inclinação de soleira.

O sistema também permite o reuso de rebarbas, particularmentena área de liga e titânio de classe comercial. Os muitos usos comerciais modernos,como cabeças de tacos de golfe que não são componentes críticos onde falha sériacatastrófica (versus uso em aeronaves onde ele é crítico) aumentam a capacidadede usar estas rebarbas. Em adição, a natureza exclusiva desta invenção permiteque rebarbas sejam usadas, por onde inclusões são proibidas, eliminadas e/oureduzidas pelo projeto.

Outros usos são contemplados, incluindo prover carregamento desoleiras de refino e moldes, bem como, a soleira principal como descrito acima.Em certas aplicações, é desejável criar um lingote ou titânio "cp" consolidado quesejam refundidos posteriormente em fornos V AR, e, assim, velocidade em vez dequalidade seja prioritário. Pela alteração dos modos de realização acima paraprover calhas em cada um, ou, pelo menos em alguns das soleiras de refino emoldes, o material pode, então, ser adicionado em todas as etapas para, de modorápido, produzir um lingote consolidado, mais tipicamente ser um processocontínuo em vez de um processo em lotes usando inclinação.

Os modos de realização descritos acima se destinam a fabricaçãode lingote de titânio. O sistema também pode ser usado para metais nobres e açoalta liga e ligas de níquel.

Na descrição acima, certos termos foram usados por brevidade,clareza e entendimento; mas nenhuma limitação desnecessária deve ser inferidapor eles além dos requisitos da técnica anterior, devido a tais termos serem usadospara fins descritivos e destinados a serem entendidos de modo amplo.

Além disso, a descrição e ilustração da invenção são por meio deexemplo, e o escopo da invenção não está limitado aos detalhes exatos mostradosou descritos.

Foram descritas as características, descobertas e princípios dainvenção da maneira pela qual o sistema aperfeiçoado é feito e usado, ascaracterísticas da construção, e os resultados vantajosos, inéditos e úteis obtidos;as estruturas inéditas e úteis, dispositivos, elementos, arranjos, partes ecombinações são apresentados nas reivindicações anexas.

Claims (18)

1. Aparelho para mistura ótima de aparas de metal durante fusão,caracterizado pelo fato de compreender:uma soleira principal (56) definindo uma cavidade de fusão (95)na mesma com um primeiro e segundo extravasores opostos (100A, 100B);uma calha de suprimento (52) posicionada para prover aparas demetal à soleira principal (56), a calha de suprimento (52) incluindo uma calhaajustável (72) móvel para uma pluralidade de posições sobre a soleira principal(56) para melhor mistura das aparas de metal na cavidade de fusão (95);um primeiro e segundo moldes (5 8A, 58B, 258A, 258B)alinhados, respectivamente, com o primeiro e segundo extravasor para ficar emcomunicação fluídica com os mesmos; e,pelo menos uma fonte de calor (54C, 54D) acima da soleiraprincipal (56) para aquecimento seletivo do conteúdo da soleira principal (56).

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a calha de suprimento (52) é móvel lateralmente, de lado a lado.

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a calha de suprimento (52) é extensível e retrátil de uma posiçãoestendida, na qual a calha ajustável (72) fica acima da soleira principal (56) para ovazamento de aparas de metal na mesma, para uma posição retraída, na qual acalha ajustável (72) é pelo menos substancialmente removida da proximidade dasoleira principal (56).

4. Aparelho de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que a calha de suprimento (52) é móvel lateralmente, de lado a lado.

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelofato de que a movimentação lateral de lado a lado se estende substancialmentesobre toda a soleira principal (56).

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a calha de suprimento (52) inclui um funil (70) para armazenar aparasde metal.

7. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a calha de suprimento (52) inclui um carro (74) móvel sobre trilhos,por meio do que o funil (70) é posicionado sobre o carro (74).

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a calha de suprimento (52) é uma calha de suprimento vibratória.

9. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que compreende ainda pelo menos uma calha de suprimento (52) adicionalposicionada para prover aparas de metal a pelo menos um primeiro e segundomoldes (58A, 58B, 258A, 258B), a calha de suprimento (52) adicional incluindouma calha ajustável (72) móvel para uma pluralidade de posições sobre o moldepara melhor mistura das aparas de metal na cavidade de fusão (95).

10. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelofato de que a pelo menos uma calha de suprimento (52) compreende um par decalhas de suprimento adicional para prover aparas de metal a ambos os moldes(58A, 58B, 258A, 258B), cada uma das calhas de suprimento adicionais incluindouma calha ajustável (72) móvel para uma pluralidade de posições sobre o mddepara melhor mistura das aparas de metal na cavidade de fusão (95).

11. Aparelho de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que cada uma das calhas de suprimento é lateralmente móvel de ladoa lado.

12. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelo fato de que a movimentação lateral de lado a lado se estendesubstancialmente sobre toda a soleira principal (56) ou moldes (5 8A, 58B, 258A, 258B).

13. Aparelho de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato de que cada uma das calhas de suprimento é uma calha de suprimentovibratória.

14. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelofato de incluir ainda primeira e segunda soleiras de refino (300A, 300B), aprimeira soleira de refino (3 3 OA) posicionada entre a soleira principal (56) e oprimeiro molde (58A, 258A) e a segunda soleira de refino (300B) posicionadaentre a soleira principal (56) e o segundo molde (58B, 258B).

15. Aparelho de acordo com a reivindicação 14 caracterizado pelofato de que compreende ainda um par adicional de calhas de suprimentoadicionais para prover aparas de metal a ambas as soleiras de refino (300A, 300B),cada uma das calhas de suprimento adicionais incluindo uma calha ajustável (72)móvel para uma pluralidade de posições sobre a soleira principal (56) para melhormistura das aparas de metal na cavidade de fusão (95).

16. Método para mistura ótima de aparas de metal durante fusão,caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:prover uma calha ajustável (72) sobre uma calha de suprimentovibratória (52) sobre uma soleira principal (56) definindo uma cavidade de fusão(95) na mesma com um primeiro e segundo extravasor (100A, 100b); e,ajustar a calha ajustável (72) em uma direção lateral de lado a ladopara melhor mistura das aparas de metal na cavidade de fusão (95).

17. Método de acordo com a reivindicação 16 caracterizado pelofato de que é feita ainda a ignição de pelo menos uma fonte de calor (54C, 54D)acima da soleira principal (56) para aquecimento seletivo do conteúdo da soleiraprincipal (56).

18. Método de acordo com a reivindicação 17 caracterizado pelofato de que o ajuste da calha ajustável (72) é na direção lateral oposta aoextravasor na soleira principal (56) através do qual esteja ocorrendo fluxo dematerial fundido.