BR102017015433A2

BR102017015433A2 - Sistema para a produção de um componente de ferro por fundição contínua

Info

Publication number: BR102017015433A2
Application number: BR102017015433-5A
Authority: BR
Inventors: Diogo Santos Da Silva; Luciano André Kluge
Original assignee: Tupy S.A.
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2019-03-26
Also published as: EP3655180A1; WO2019014740A1; EP3655180A4; BR102017015433B1; US20200122228A1

Abstract

a presente invenção provê um sistema de produção de um componente de ferro por fundição contínua compreendendo: um molde adaptado para receber metal líquido através de um canal de entrada definido no contramolde, o qual é disposto, pelo menos parcialmente, no interior do molde.

Description

Campo da Invenção [0001] A presente invenção está relacionada aos sistemas de fundição contínua para a fabricação de componentes de ferro, em especial barras metálicas com perfis ocos.

Fundamentos da Invenção [0002] Barras metálicas são largamente utilizadas em diversas áreas da indústria, em diversas aplicações. Essas barras podem compreender uma grande diversidade de formatos, que variam de acordo com a aplicação específica de cada caso, em especial quando produzidas por um processo de fundição contínua. Essa grande variedade de aplicações se deve ao fato de que o processo de fabricação por fundição contínua torna possível a fabricação de barras com dimensões variadas, satisfazendo as necessidades de diversas áreas da indústria.

[0003] Para a fabricação dessas barras são utilizados dispositivos de moldagem de ferro fundido que, de uma forma geral, recebem ferro fundido em uma extremidade, moldam e resfriam o ferro fundido, solidificando-o parcialmente, e liberam um segmento de ferro moldado em uma segunda extremidade. O processo descrito é contínuo, de modo a ser formada uma barra contínua através desse processo. Como já descrito, o perfil do molde pode ser variado, de modo a se adaptar a cada aplicação. Os processos de fundição contínua, os quais são utilizados para confecção de barras metálicas maciças, são largamente conhecidos pelos técnicos versados no assunto, além de serem amplamente descritos em literatura técnica especializada.

[0004] Em adição, verifica-se que o atual estado da técnica também já compreende processos fundição contínua capazes de confeccionar barras metálicas ocas ou vazadas, isto é, barras metálicas não maciças.

[0005] Neste sentido, o documento patentário US4775000 descreve um processo contínuo de fundição de peças tubulares por depósito incremental de material centrífugo, em que metal fundido é depositado centrifugamente de modo

Petição 870170050404, de 18/07/2017, pág. 9/20 / 7 adjacente à saída da forma. Para isso, é previsto um molde resfriado por um fluido, o que faz com que a região mais externa do metal fundido (o qual está em contato com o molde) se solidifique, dando forma a à peça cilíndrica. No mais, são previstos rolamentos posicionados em uma região posterior à saída do molde. Esses rolamentos estão em contato com a peça produzida e exercem força para que a mesma saia do molde.

[0010] Já o documento patentário WO2015089959, por sua vez, revela um duto oco de ferro fundido e um método para fabricar tal duto. Para tal, faz-se uso de um forno de fundição conectado a um gerador de campo magnético rotativo e um cristalizador, em que metal fundido flui e é rotacionado no cristalizador, pelo campo magnético. O cristalizador resfria rapidamente a temperatura do metal fundido, tornando-o sólido e dando forma ao duto. Após sair do molde, o duto formado é tracionado por rolos de tração, o que faz com que os segmentos de duto em formação no cristalizador também sejam racionados.

[0011 ] Para que haja a possibilidade de o tubo metálico ser gerado através de fundição contínua, se faz necessário que o mandril de grafite possua pelo menos uma parte da sua base em contato com a refrigeração indireta. Isso possibilita que o grafite mantenha sua integridade e não perca suas propriedades mecânicas. Esse processo de fundição contínua permite que as barras tenham qualquer comprimento que o cliente final desejar, limitando-se obviamente à capacidade de logística.

[0012] É com base neste cenário que surge a presente invenção.

Objetivos da Invenção [0013] A presente invenção tem por objetivo prover um sistema para a produção de um componente de ferro (barra oca) por fundição contínua hábil de cujo acabamento superficial interno é similar ao acabamento superficial externo. Esse acabamento só é possível graças ao sistema de fundição contínua aliado ao formato do mandril de grafite que, por refrigeração indireta, mantém suas propriedades mecânicas permitindo que o tubo seja extraído por tração, sem que o mandril se rompa.

Petição 870170050404, de 18/07/2017, pág. 10/20 / 7

Sumário da Invenção [0014] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê um sistema para a produção de um componente metálico por fundição contínua, o qual compreende pelo menos um molde integrado por pelo menos uma câmara de moldagem e pelo menos um canal de arrefecimento externo à câmara de moldagem. [0015] Em linhas gerais, de acordo com a invenção em questão, a referida câmara de moldagem compreende pelo menos um orifício de saída de metal em estado sólido e o referido canal de arrefecimento compreende pelo menos uma via de entrada de fluido de resfriamento e pelo menos uma via de saída de fluido de resfriamento.

[0016] É também previsto um contramolde que, disposto pelo menos parcialmente no interior da câmara de moldagem do molde, compreende um corpo tubular provido de pelo menos uma extremidade de interface e pelo menos um orifício de entrada de metal em estado líquido, de modo que o formato geral de moldagem é definido pelo vão contornante existente entre a câmara de moldagem e o contramolde. Breve Descrição das Figuras [0017] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.

[0018] A figura 1 ilustra esquematicamente um sistema de produção de um componente de ferro por fundição contínua de acordo com uma configuração opcional da presente invenção;

[0019] A figura 2 ilustra uma configuração opcional de molde que pode ser aplicado ao sistema da invenção;

[0020] A figura 3 ilustra uma vista em corte parcial da configuração opcional do molde da figura 2.

Descrição Detalhada da Invenção [0021] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.

Petição 870170050404, de 18/07/2017, pág. 11/20 / 7 [0022] A figura 1 ilustra esquematicamente um sistema de produção de um componente de ferro por fundição contínua de acordo com uma configuração opcional da presente invenção. Tal sistema é utilizado para realizar um processo de produção de um componente de ferro por fundição contínua que, em sua configuração mais simples, compreende as etapas de inserir metal líquido em um molde através de uma extremidade de entrada, solidificar o metal líquido no interior do molde e remover pelo menos parcialmente um segmento de componente metálico solidificado através de uma extremidade de saída do molde, em que a remoção é efetuada através de tração. Em adição, para que o processo possibilite a produção contínua de um componente metálico, as etapas acima são repetidas sequencialmente, de modo que, quando um segmento de componente é solidificado e parcialmente removido, uma nova quantidade de metal liquido é inserido no molde. Quando a nova quantidade de metal líquido no molde se solidificar, formará um novo segmento de componente metálico que estará unido ao componente metálico solidificado anteriormente, e também é removido do molde. Para efeitos de referência geral, o sistema ilustrado na figura 1 compreende, de forma não limitativa, um reservatório de metal líquido A, um molde 1, meio de tracionamento B e uma unidade de corte C.

[0023] De todo modo, o núcleo inventivo da invenção em questão refere-se, particularmente, ao molde 1, o qual, tal como especialmente ilustrado nas figuras 2 e 3, compreende, em seu interior, um contramolde 4, sendo que este arranjo permite a produção de uma barra com perfil oco cujo acabamento interno (da região oca) é muito superior ao acabamento obtido a partir dos métodos conhecidos, o que facilita o processo de usinagem, quando o mesmo e necessário.

[0024] O referido molde 1, de acordo com a concretização preferencial da invenção em questão, compreende uma câmara de moldagem 2, provida de orifício de saída 21 de metal em estado sólido, e canal de arrefecimento 3 externo à câmara de moldagem 2, provido de uma via de entrada 31 de fluido de resfriamento e pelo menos uma via de saída 32 de fluido de resfriamento.

[0025] Neste contexto, vale destacar que o atual estado da técnica já compreende moldes para produção de um componente metálico por fundição

Petição 870170050404, de 18/07/2017, pág. 12/20 / 7 contínua fundamentalmente análogos ao referido molde 1. Consequentemente, detalhes pormenorizadamente construtivos relativos à câmara de moldagem 2 e ao canal de arrefecimento 3 são particularmente omitidos por não integrarem o núcleo da invenção.

[0026] Todavia, na concretização preferencial prevista, tal como ilustrado nas figuras 1 e 2, a câmara de moldagem 2 é definida no interior de um primeiro corpo tubular metálico 22, e o canal de arrefecimento 3 é definido entre a face externa do já citado primeiro corpo tubular metálico 22 e a face interna de um segundo corpo tubular metálico 23. Conforme ilustrado, os corpos tubulares metálicos 22 e 23 são fundamentalmente cilíndricos e concentricamente alinhados um em relação ao outro. [0027] Conforme particularmente ilustrado na figura 3, o interior do primeiro corpo tubular metálico 22, ou seja, a câmara de moldagem 2, é especialmente adaptada para receber metal líquido e permitir a extração de metal já solidificado pelo seu orifício de saída 21 de metal em estado sólido. Evidentemente, o referido sistema conta com pelo menos um meio de obturação D hábil de manter fechado o citado orifício de saída 21 de metal em estado sólido da câmara de moldagem 2 enquanto o metal liquido muda de estado para metal sólido.

[0028] Também conforme particularmente ilustrado na figura 3, o espaço definido entre o primeiro corpo tubular metálico 22 e o segundo corpo tubular metálico 23, isto é, canal de arrefecimento 3, é especialmente adaptado para receber fluido circulante de resfriamento (água em temperatura ambiente, por exemplo) por meio de sua via de entrada 31 de fluido de resfriamento e via de saída 32 de fluido de resfriamento. Evidentemente, o referido sistema conta com uma bomba de circulação de fluido (não ilustrada) hábil de manter contínuo o fluxo do fluido circulante de resfriamento no canal de arrefecimento 3, para que tal fluido possa sempre trocar calor com a câmara de moldagem 2.

[0029] O molde 1 do sistema para a produção de um componente metálico por fundição contínua ora revelado compreende ainda um contramolde 4 disposto, pelo menos parcialmente, no interior da câmara de moldagem 2.

Petição 870170050404, de 18/07/2017, pág. 13/20 / 7 [0030] De acordo com a concretização preferencial da invenção em questão, o referido contramolde 4 compreende um corpo tubular provido uma extremidade de interface 41 e um orifício de entrada 42 de metal em estado líquido, o qual compreende um canal passante disposto na extremidade de interface 41 do contramolde 4.

[0031] Considerando que a entrada de metal líquido na câmara de moldagem ocorre por meio do orifício de entrada 42 do contramolde 4, verifica-se que a extremidade de interface 41 do contramolde 4 obstrui completamente a extremidade da câmara de moldagem 2 oposta ao orifício de saída 21 de metal em estado sólido. [0032] Nota-se, portanto, que o orifício de entrada 42 do contramolde 4 define um canal de comunicação fluídica entre o interior e o exterior da câmara de moldagem 2 do sistema para a produção de um componente metálico por fundição contínua.

[0033] No outro lado da câmara, oposto ao orifício de entrada, encontra-se uma peça denominada “puxador” D. Esta peça tem por finalidade bloquear o escoamento de metal líquido no exato momento que ocorre o primeiro preenchimento da câmara. Após esse bloqueio, e aguardando alguns segundos, o metal resfria e o próprio puxador fará o papel de tracionar a primeira parte solidificada de metal.

[0034] Este aspecto técnico é amplamente distinto em relação ao conhecido estado da técnica, afinal, em todos os moldes conhecidos (mesmo aqueles que já compreendem, de uma forma ou outra, um contramolde interno) a entrada de metal líquido sempre ocorre por meio de um orifício existente no corpo que define a câmara de moldagem 2 (normalmente, na própria abertura da câmara de moldagem 2).

[0035] Preferencialmente, o contramolde 4 é concentricamente disposto no interior da câmara de moldagem 2 do molde 1 e, por consequência, o formato geral de moldagem é definido pelo vão contornante existente entre a câmara de moldagem 2 e o contramolde 4. Também preferencialmente, o contramolde 4 é confeccionado em grafite. Enfatiza-se que o contramolde 4 pode ter o perfil que se desejar, desde que seja contínuo.

[0036] Preferencialmente, mas jamais limitativamente, o sistema compreende um reservatório A de metal líquido em comunicação fluídica com o orifício de entrada 42 de metal em estado líquido do contramolde 4. Tal reservatório pode

Petição 870170050404, de 18/07/2017, pág. 14/20 / 7 compreender qualquer configuração conhecida, não sendo um limitante da presente invenção. Considerando que, também de forma preferencial, o reservatório A de metal líquido encontra-se em um nível superior, considera-se que o mesmo é adaptado para inserir metal líquido na câmara de moldagem 2, por meio do orifício de entrada 42 de metal em estado líquido do contramolde 4, por meio de força gravitacional.

[0037] Preferencialmente, mas jamais limitativamente, o sistema compreende também um dispositivo tracionador B adaptado para exercer força de tração no corpo metálico expelido por meio do orifício de saída (21) de metal em estado sólido da câmara de moldagem 2.

[0038] No mais, ainda preferencialmente, mas jamais limitativamente, o sistema compreende também uma unidade de corte C tradicional e não limitativa à invenção.

[0039] A partir de processo “tradicional” produção de um componente metálico por fundição contínua, desde que se utilize um sistema composto por um molde 1 e contramolde 4, de acordo com a invenção em questão, torna-se possível obter um componente metálico tubular (ou oco), cujo formato “externo” emula o formato da câmara de moldagem 2 e cujo formato “interno” emula o formato do contramolde 4.

[0040] No que diz respeito ao acabamento do componente metálico gerado por esse processo, é possível afirmar que o acabamento interno da região oca é muito superior ao acabamento obtido a partir dos métodos conhecidos, o que facilita o processo de usinagem, quando o mesmo é necessário.

[0041] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema para a produção de um componente metálico por fundição contínua, compreendendo:

pelo menos um molde (1) integrado por pelo menos uma câmara de moldagem (2) e pelo menos um canal de arrefecimento (3) externo à câmara de moldagem (2);

a referida câmara de moldagem (2) compreendendo pelo menos um orifício de saída (21) de metal em estado sólido;

o referido canal de arrefecimento (3) compreendendo pelo menos uma via de entrada (31) de fluido de resfriamento e pelo menos uma via de saída (32) de fluido de resfriamento;

o sistema para a produção de um componente de metálico por fundição contínua sendo especialmente caracterizado pelo fato de compreender:

pelo menos um contramolde (4) disposto, pelo menos parcialmente, no interior da câmara de moldagem (2) do molde (1);

o referido contramolde (4) compreendendo um corpo tubular provido de pelo menos uma extremidade de interface (41) e pelo menos um orifício de entrada (42) de metal em estado líquido.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a extremidade de interface (41) do contramolde (4) obstrui completamente a extremidade da câmara de moldagem (2) oposta ao orifício de saída (21) de metal em estado sólido.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o orifício de entrada (42) de metal em estado líquido compreende um canal passante disposto na extremidade de interface (41) do contramolde (4).
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o orifício de entrada (42) define um canal de comunicação fluídica entre o interior e o exterior da câmara de moldagem (2) do sistema para a produção de um componente metálico por fundição contínua.

Petição 870170050404, de 18/07/2017, pág. 16/20

2 / 2
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que contramolde (4) é concentricamente disposto no interior da câmara de moldagem (2) do molde (1).
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o formato geral de moldagem é definido pelo vão contornante existente entre a câmara de moldagem (2) e o contramolde (4).
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o contramolde (4) é confeccionado em grafite.
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender um reservatório (A) de metal líquido em comunicação fluídica com o orifício de entrada (42) de metal em estado líquido do contramolde (4).
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o referido reservatório (A) de metal líquido é adaptado para inserir metal líquido na câmara de moldagem (2), por meio do orifício de entrada (42) de metal em estado líquido do contramolde (4), por meio de força gravitacional.
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda pelo menos um dispositivo tracionador adaptado para exercer força de tração no corpo metálico expelido por meio do orifício de saída (21) de metal em estado sólido da câmara de moldagem (2).