BR112019001045A2

BR112019001045A2 - sistema e método para moldar metais fundidos.

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Publication number: BR112019001045A2
Application number: BR112019001045A
Authority: BR
Inventors: Hrabina David
Original assignee: Foseco Int
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2020-04-14
Also published as: DK3463715T3; CN109641267A; ES2846769T3; RU2019102919A; PT3463715T; EP3463715A1; CA3068124A1; EP3463715B1; CN109641267B; US11235377B2; WO2019002823A1; RU2760016C2; AU2018293393B2; RU2019102919A3; BR112019001045B1; PL3463715T3; HUE052898T2; US20190168290A1; CL2019000233A1; KR102451941B1

Abstract

é provido um sistema para moldar metais fundidos. o sistema inclui um molde compreendendo uma cavidade de fundição tendo uma entrada, e um furo entre uma superfície superior do molde e a entrada. o sistema inclui adicionalmente um invólucro compreendendo um funil e um eixo oco, em que o funil se situa fora do molde, adjacente à superfície superior, e o eixo oco é recebido dentro do furo e é móvel no mesmo. um mecanismo de içamento situa-se sobre a superfície superior do molde, o mecanismo de içamento sendo operável para içar o funil do invólucro para longe da superfície superior para trazer o invólucro para engate com um bocal da panela. é também provido um método para moldar metais fundidos usando o sistema.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um sistema para moldar metais fundidos. Em particular, a invenção refere-se a um sistema de fundição compreendendo um invólucro para transportar metal fundido entre uma panela e uma cavidade de fundição dentro de um molde.

[002] Um dos principais desafios em processos de fundição de metal é evitar o arrastamento de ar e a película de óxido superficial. Isso pode levar a defeitos, incluindo bolhas de ar e duplas películas de óxido, que resultam em trincas na fundição.

[003] Fundições de aço médio e pesado são convencionalmente moldadas a partir de uma panela de vazar pelo fundo, que libera metal fundido através um bocal situado em sua base. O bocal é operado por uma haste de tampão ou barreira corrediça instalada no fundo da panela. A panela é elevada por um guindaste sobre uma bacia de vazamento cônica que é conectada a um canal de vazamento que alimenta o interior do molde. O operador de panela abre o bocal içando o tampão ou abrindo a barreira corrediça por meio de um mecanismo pneumático afixado para iniciar o processo de vazamento. A principal desvantagem desse método de fundição é que a bacia de vazamento arrasta massas de ar para dentro do metal. Esse ar incluso se desloca com o metal fundido através do sistema de condução e para dentro da fundição como bolhas, levando a duplas películas de óxido.

[004] Oxidação de metal adicional pode ocorrer quando metal fundido passa através de um sistema de embarreiramento convencional montado a partir de ladrilhos de cerâmica. Conforme o metal acelera sob gravidade a corrente de metal se estreita e isso cria um efeito de vácuo, fazendo com que o ar seja sugado para dentro do metal através de junções não vedadas dos tubos de cerâmica que formam o sistema de condução. Oxidação de metal pode também resultar de projeção de metal e reação de turbulência com oxigênio atmosférico dentro do molde.

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2/31 [005] O contato de metal fundido com ar não apenas causa oxidação, mas também resulta em gás nitrogênio e hidrogênio da umidade atmosférica estando dissolvidos no metal, que tem um efeito muito negativo em aço fundido. Tem sido mostrado que o volume de ar aprisionado no metal varia dependendo do processo de vazamento, e é uma fonte significante de inclusões não metálicas que influenciam negativamente a limpeza, propriedades mecânicas e qualidade de superfície de fundições.

[006] Além dos problemas resultantes do arrastamento de ar, uma desvantagem adicional do processo de fundição convencional é que é difícil posicionar o bocal sobre o centro da bacia de vazamento, visto que a panela é suspensa a partir de um guindaste e seu centro de gravidade muda de acordo com o volume de metal na panela. Outro problema é que a projeção de metal durante vazamento convencional impõe um risco significante para operadores de panela e pessoal nas proximidades. A panela segurada no guindaste pode mover-se a qualquer hora. Projeção é particularmente um risco durante abertura do bocal, visto que é difícil determinar se o bocal é posicionado precisamente sobre a bacia de vazamento.

[007] Uma das soluções para o problema de arrastamento de ar em processos de fundição de metal conhecidos na técnica é vazamento de contato. Essa técnica elimina o uso de uma bacia de vazamento, e em vez disso o bocal da panela é colocado em contato direto com a entrada para o canal de vazamento do molde. O alinhamento entre o bocal da panela e a entrada do canal de vazamento é, portanto, crítico. Novamente, uma desvantagem dessa técnica é a exigência de se mover e precisamente alocar uma panela suspensa a partir de um guindaste.

[008] A Harrison Steel Castings Company ofereceu uma solução alternativa para o problema de reoxidação causado por arrastamento de ar para dentro da corrente de vazamento. O processo da Harrison envolve afixar um invólucro de silica fundida abaixo do bocal de uma panela de vazar pelo

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3/31 fundo. O molde é provido com um alimentador lateral para receber o invólucro. Abaixo do alimentador lateral é provido um poço de vazamento, que alimenta o interior da cavidade de fundição. Com o invólucro afixado, a panela é alinhada sobre um molde e então abaixada a fim de inserir o invólucro no alimentador lateral. A haste do tampão é então movida para a posição aberta de forma que metal fundido dentro da panela flua através do bocal e do invólucro para o interior do molde. Uma vez que o molde é enchido, o tampão é fechado. A panela é içada até que o invólucro esteja livre do molde, e é então movida sobre o próximo molde para repetir o processo.

[009] No entanto, como o método de vazamento de contato, uma desvantagem significante do processo da Harrison é a dificuldade de manusear a panela no guindaste, a fim de inserir o invólucro no alimentador lateral. E também difícil e potencialmente perigoso para operadores para montar o invólucro no bocal, visto que é exigido que eles trabalhem sob uma grande panela elevada.

[0010] A presente invenção foi concebida com essas questões em mente.

[0011] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é provido um sistema para moldar metais fundidos, o sistema compreendendo:

um molde compreendendo uma cavidade de fundição tendo uma entrada, e um furo entre uma superfície superior do molde e a entrada;

um invólucro compreendendo um funil e um eixo oco, em que o funil situa-se fora do molde, adjacente à superfície superior, e o eixo oco é recebido dentro do furo e é móvel no mesmo; e um mecanismo de içamento situado sobre a superfície superior do molde, o mecanismo de içamento sendo operável para içar o funil do invólucro para longe da superfície superior para trazer o invólucro para engate com um bocal da panela.

[0012] O uso de um invólucro reduz a reoxidação do metal no

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4/31 vazamento entre a panela e o molde, reduzindo desse modo a introdução de inclusões dentro da fundição. O invólucro também controla e reduz a turbulência no fluxo do metal, o que reduz o potencial de aprisionamento de ar e abrasão do molde, que por sua vez reduz o nível de inclusões. Reduzir o nível de inclusões e defeitos de recobrimento leva a um acabamento de superfície em geral melhorado da fundição. No entanto, embora o recobrimento seja, em geral, bem conhecido, os benefícios da presente invenção são alcançados alocando o invólucro no molde em si (isto é, dentro de um furo que se estende entre uma superfície do molde e a cavidade de fundição), e provendo um mecanismo de içamento sobre o molde que iça o invólucro para cima para engatar com a panela.

[0013] Isso tem numerosas vantagens sobre sistemas da técnica anterior em que um invólucro é fixo em relação ao bocal da panela e toda a panela é abaixada a fim de trazer o invólucro para próximo de um molde. Primeiramente, a invenção evita a necessidade de operadores trabalharem sob uma grande panela elevada a fim de afixar um invólucro à panela, o que é extremamente perigoso. Em segundo lugar, a eficiência do processo de fundição é significantemente melhorada visto que não é perdido tempo algum montando o invólucro sobre a panela antes da fundição, ou abaixando o invólucro para dentro de cada cavidade do molde e içando-o para cima novamente após o vazamento. O mecanismo de içamento da invenção possibilita engate e desengate rápidos e seguros do invólucro com o bocal da panela. Isso também permite que a panela seja esvaziada de escória imediatamente após o vazamento, resultando em uma panela mais limpa. Em terceiro lugar, visto que cada cavidade do molde contém seu próprio invólucro, que é içado para cima para engatar com o bocal da panela, a invenção evita a necessidade de se manusear a panela com um invólucro préafixado precisamente dentro de cada molde. Isso torna o manuseio da panela mais fácil entre vazamentos, e também reduz o risco de danos do molde

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5/31 causados por inserção e remoção de um invólucro que é permanentemente fixo à panela.

[0014] O mecanismo de içamento é montado sobre a superfície superior do molde, e funciona para içar o funil do invólucro para engate com o bocal da panela. Visto que o eixo do invólucro é móvel dentro do furo do molde, todo o invólucro pode ser içado para cima através da operação do mecanismo de içamento.

[0015] Em algumas modalidades o sistema compreende adicionalmente um mecanismo de rotação para girar o invólucro em relação ao molde. O mecanismo de rotação pode ser combinado com o mecanismo de içamento. Por exemplo, o içamento do invólucro pelo mecanismo de içamento pode também efetuar a rotação do invólucro, ou a rotação do invólucro pode efetuar içamento. Assim, em algumas modalidades o mecanismo de içamento é adicionalmente operável para girar o invólucro em relação ao molde. Em algumas modalidades o mecanismo de içamento é operável para girar o invólucro independentemente de içamento do invólucro.

[0016] Em algumas modalidades o mecanismo de içamento compreende uma primeira parte que é montada (direta ou indiretamente) sobre a superfície do molde, e uma segunda parte que suporta o funil do invólucro, em que a segunda parte é móvel em relação à primeira parte.

[0017] Em algumas modalidades a posição da primeira parte é fixa em relação ao molde e a movimentação da segunda parte efetua içamento do funil para longe do molde e para engate com o bocal da panela. Em algumas modalidades a segunda parte é móvel entre uma primeira posição, em que o eixo é substancialmente recebido dentro do furo do molde, e uma segunda posição, em que uma porção do eixo é içada para fora do furo.

[0018] Em algumas modalidades, a primeira parte é móvel em relação ao molde, a primeira parte sendo móvel entre uma primeira posição, em que o eixo é substancialmente recebido dentro do furo do molde, e uma segunda

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6/31 posição, em que uma porção do eixo é içada para fora do furo. Em algumas modalidades, a primeira parte é móvel entre as primeira e segunda posições sem a movimentação da segunda parte. A movimentação da primeira parte entre as primeira e segunda posições pode efetuar içamento do eixo sem girar a segunda parte e/ou o eixo.

[0019] Em algumas modalidades o mecanismo de içamento compreende adicionalmente uma terceira parte que é disposta entre a primeira parte e a superfície do molde. A terceira parte pode facilitar a movimentação da primeira parte em relação ao molde.

[0020] Em algumas modalidades a primeira parte ou a terceira parte (se presente) do mecanismo de içamento compreende ou consiste em uma base que é fixa em relação a superfície superior do molde, prendendo desse modo o mecanismo de içamento ao molde.

[0021] Será reconhecido que há numerosas formas nas quais o mecanismo de içamento pode ser implementado para prover a movimentação da segunda parte em relação à primeira parte ou a movimentação da primeira parte em relação ao molde e, opcionalmente, as segunda e/ou terceira partes. Por exemplo, o mecanismo de içamento pode compreender um atuador mecânico, tal como um parafuso ou mecanismo baseado em carne, um macaco (por exemplo um macaco pantográfico), ou um atuador linear telescópico. Altemativamente, o mecanismo de içamento pode compreender um pistão ou atuador hidráulico ou pneumático. Em algumas modalidades, o mecanismo de içamento compreende um motor.

[0022] Em algumas modalidades, é provida uma vedação entre a base e a superfície superior do molde.

[0023] Em algumas modalidades, é provida uma vedação entre a segunda parte do mecanismo de içamento e o funil do invólucro.

[0024] Em algumas modalidades, substancialmente não há nenhum interstício entre a primeira parte e a segunda e/ou terceira partes do

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7/31 mecanismo de içamento.

[0025] Vedando entre o bocal da panela e o funil do invólucro, entre o mecanismo de içamento e o molde, entre o mecanismo de içamento e o funil do invólucro, e também não tendo substancialmente nenhum interstício ou apenas um interstício muito estreito entre a primeira parte e a segunda e/ou terceira partes do mecanismo de içamento, é possível prover um sistema substancialmente fechado através do qual metal pode fluir da panela, através do invólucro e para dentro da cavidade de fundição dentro do molde. Isso reduz a reoxidação e diminui a formação de inclusões dentro da fundição. No entanto, será reconhecido que não é possível que o sistema seja completamente hermético.

[0026] Em algumas modalidades, o mecanismo de içamento compreende um carne cilíndrico. Como é conhecido na técnica, um carne cilíndrico é um carne em que um seguidor percorre sobre uma superfície de um cilindro. A superfície é angulada, formando uma espiral ou hélice. A superfície pode ser formada como uma ranhura formada dentro de uma parede curvada ou superfície do cilindro, ou ela pode formar uma extremidade do cilindro. O seguidor é submetido a movimentação translacional paralelo ao eixo longitudinal do cilindro conforme ele percorre ao longo da superfície, convertendo assim movimento rotacional em movimento linear.

[0027] Em algumas modalidades, o mecanismo de içamento compreende colares interno e externo concêntricos, em que um dos colares interno e externo suporta o funil do invólucro e tem um seguidor que repousa sobre uma superfície em rampa ou espiral (isto é, um carne) dos outros dos colares interno e externo que é montada (direta ou indiretamente) sobre a superfície superior do molde, de forma que a rotação relativa dos colares interno e externo causa movimento linear do invólucro.

[0028] Em algumas modalidades, a superfície em rampa é formada em uma extremidade superior do colar interno ou externo.

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8/31 [0029] Em algumas modalidades, o invólucro é assentado no colar interno, o colar interno tendo um seguidor que repousa sobre uma superfície em rampa do colar externo, que é montada (direta ou indiretamente) sobre a superfície superior do molde. Em tais modalidades, o colar externo pode ser considerado correspondente à primeira parte, e o colar interno pode ser considerado correspondente à segunda parte do mecanismo de içamento.

[0030] Em algumas modalidades a posição do colar externo é fixa em relação ao molde, e a rotação do colar interno em relação ao colar externo causa movimento linear do invólucro. Será reconhecido que em tais modalidades, o invólucro em si também gira conforme é içado.

[0031] Em algumas modalidades alternativas, o colar externo é móvel em relação ao molde e ao colar interno. Isso pode ser facilitado ao se prover a terceira parte entre a primeira parte e a superfície do molde. Em tais modalidades a rotação do colar externo efetua movimento linear do invólucro sem a rotação do colar interno e do invólucro suportado no mesmo. A rotação de ambos os colares externo e interno em conjunto (de forma que não há nenhuma movimentação relativa entre eles) causará então a rotação do invólucro sem movimento linear. Esse arranjo pode ser usado para prover maior controle sobre o fluxo do metal. Por exemplo, içamento do invólucro pela rotação do colar externo pode possibilitar o fluxo do metal através do invólucro, embora a rotação subsequente do invólucro possa ser usada para abrir saídas adicionais e aumentar o fluxo do metal.

[0032] Em algumas modalidades, são providas múltiplas superfícies em rampa. Cada superfície em rampa pode se estender sobre uma porção do colar em uma direção circunferencial. Em algumas modalidades, são providas duas, três ou quatro superfícies em rampa. Por exemplo, podem ser providas três superfícies em rampa, cada uma se estendendo por um ângulo de aproximadamente 120° em uma direção circunferencial.

[0033] Em algumas modalidades o mecanismo de içamento

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9/31 compreende adicionalmente um manipulo para efetuar a rotação relativa do colar interno e/ou externo. Em algumas modalidades, o manipulo é afixado a ou constitui o seguidor.

[0034] O mecanismo de içamento pode ser feito a partir de qualquer material adequado. Em algumas modalidades, pelo menos uma parte do mecanismo de içamento é feita a partir de metal, tal como aço.

[0035] O funil do invólucro pode ter uma superfície interior que tem a forma parcialmente esférica (côncava). Isso possibilita um engate do tipo esférico com o bocal da panela. Isso provê uma conexão segura com o bocal da panela, até mesmo se o bocal da panela e o invólucro, e/ou o invólucro e o molde não forem perfeitamente alinhados.

[0036] Em algumas modalidades, o sistema compreende adicionalmente uma gaxeta situada no funil do invólucro. A gaxeta ajuda a assegurar que a conexão entre o invólucro e o bocal seja vedada.

[0037] O invólucro pode ser fabricado a partir de qualquer material refratário capaz de suportar as temperaturas elevadas do metal fundido, tal como ferro e aço fundido. Materiais refratários adequados incluem silica fundida, concreto pré-moldado, e refratários ligados por carbono isoestaticamente prensados. Em algumas modalidades o invólucro é feito a partir de silica fundida.

[0038] Além de ter propriedades térmicas e físicas adequadas, o invólucro deve ser feito a elevada precisão dimensional, o que significa que certos métodos de fabricação (por exemplo fundição por escorregamento, em que o material formando o invólucro é parcialmente endurecido e curado no molde antes de desfundição e aquecimento) são mais adequados que outros.

[0039] O furo no molde, em que o eixo oco do invólucro é recebido de maneira móvel, se estende entre a superfície superior do molde e a entrada da cavidade de fundição. Por “se estende entre”, será reconhecido que o furo pode se estender por toda a distância entre a superfície superior do molde e a

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10/31 entrada da cavidade de fundição, ou o furo pode se estender por apenas uma parte da distância.

[0040] O eixo do invólucro é recebido dentro do furo com apenas um pequeno interstício entre os mesmos. Em algumas modalidades, o eixo do invólucro se estende por todo o comprimento do furo. O encaixe justo do invólucro e tendo o eixo se estendendo substancialmente por todo o comprimento do furo permite o controle efetivo do fluxo do metal, eliminando a projeção e reduzindo a reoxidação. Qualquer ar presente no interstício entre o invólucro e o furo não está em contato direto com a corrente de metal, e, portanto, não há nenhum aprisionamento de ar. Esse entreferro estreito também permite a ventilação do sistema de condução quando o metal entra no molde.

[0041] Em algumas modalidades, o sistema de fundição compreende adicionalmente um filtro. O filtro pode estar situado entre o furo e a entrada da cavidade de fundição. O filtro funciona para remover qualquer inclusão do metal fundido. O filtro também atua como um modificador de fluxo e reduz a turbulência no metal fundido antes de ele fluir para dentro da cavidade de fundição. O filtro pode ser feito a partir de qualquer material adequado como seria conhecido por aqueles versados na técnica. Em algumas modalidades o filtro é feito a partir de zircônia.

[0042] Em algumas modalidades, o filtro situa-se dentro de um alojamento. O alojamento pode ser conectado ao furo (direta ou indiretamente). Em algumas modalidades, o alojamento recebe uma extremidade do eixo do invólucro (isto é, a extremidade oposta ao funil). Nessas modalidades, metal fundido flui através do invólucro, que é recebido dentro do furo), para dentro do alojamento e através do filtro antes de passar para dentro da cavidade de fundição.

[0043] O alojamento pode ser quadrado, retangular, triangular, hexagonal, octagonal ou circular em seção transversal. Assim, em algumas

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11/31 modalidades o alojamento tem três, quatro, seis, ou oito paredes laterais. Uma ou mais das paredes laterais pode ter uma saída no mesmo através da qual metal fundido flui para a cavidade de fundição. Um filtro pode estar situado adjacente a cada saída. O alojamento e configuração do filtro pode, portanto, ser selecionada de acordo com as exigências específicas da cavidade de fundição.

[0044] O alojamento pode ser fabricado a partir de qualquer material refratário adequado, incluindo silica fundida, concreto pré-moldado, areia refratária e quimicamente ligada. Em algumas modalidades o alojamento é feito a partir de silica fundida.

[0045] Em algumas modalidades o alojamento contém um amortecedor de impacto refratário. Isso previne a erosão do molde pelo metal fundido conforme ele flui para fora da extremidade do invólucro.

[0046] A extremidade do invólucro (oposta ao funil) pode ser completamente aberta. Altemativamente, a extremidade pode ser provida com uma base ou tampa de extremidade tendo uma abertura na mesma através da qual o metal fundido flui. Em uso, a base ou tampa de extremidade pode ser assentada sobre o amortecedor de impacto antes do içamento do invólucro.

[0047] O amortecedor de impacto pode ser fabricado a partir de qualquer material refratário adequado capaz de suportar o impacto físico e térmico de metal fundido, incluindo silica fundida, concreto pré-moldado, areia refratária e quimicamente ligada. Em algumas modalidades o amortecedor de impacto é feito a partir de silica fundida.

[0048] Em algumas modalidades, é provida pelo menos uma saída no eixo adjacente à extremidade do invólucro. Podem ser providas pelo menos duas, três ou quatro saídas. As saídas podem ser regularmente espaçadas em tomo do eixo do invólucro. Essas saídas “horizontais” proveem um trajeto de fluxo adicional para o metal fundido deixar o invólucro, além da abertura na extremidade do invólucro, e assim possibilitar uma maior vazão quando todas

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12/31 saídas são abertas.

[0049] Um meio de controle de fluxo pode ser provido para controlar o fluxo do metal através da(s) saída(s) no eixo. O invólucro pode ser rotativo entre uma posição em que cada saída é alinhada com e fechada pelo meio de controle de fluxo, prevenindo desse modo o fluxo do metal através das saídas, e uma posição em que cada saída é aberta (e não mais alinhada com o meio de controle de fluxo), permitindo desse modo que metal flua através da(s) saída(s). Será reconhecido que pode haver uma série (por exemplo um continuum) de posições entre as posições aberta e fechada em que a(s) saída(s) são parcialmente abertas. Em tais modalidades, a rotação do invólucro pode vantajosamente ser usada para controlar a vazão do metal para dentro da fundição.

[0050] Em algumas modalidades o meio de controle de fluxo é provido pelo amortecedor de impacto.

[0051] Em algumas modalidades o amortecedor de impacto pode compreender pelo menos um pilar ou parede tendo uma superfície que apoia o eixo do invólucro, a altura e largura de dita superfície sendo suficientes para cobrir completamente uma saída. Será reconhecido que a altura do(s) pilar(es) ou parede(s) deve ser selecionada de forma que a superfície cobre completamente a(s) saída(s) quando o eixo é içado pelo mecanismo de içamento.

[0052] Em algumas modalidades o invólucro é rotativo entre uma posição em que o (ou cada) pilar é alinhado com a saída (ou sua respectiva saída) a fim de fechar a saída e prevenir o fluxo do metal através da mesma, e uma posição em que a (ou cada) saída é pelo menos parcialmente aberta. Preferivelmente o número de pilares corresponde ao número de saídas. Em algumas modalidades, o eixo compreende quatro saídas e o amortecedor de impacto compreende quatro pilares.

[0053] Em algumas modalidades, o amortecedor de impacto

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13/31 compreende uma parede que se estende em tomo do eixo do invólucro (isto é, formando um anel). A parede compreende um ou mais orifícios que são posicionados de forma que eles são pelo menos parcialmente alinháveis com a(s) saída(s) no eixo do invólucro. Em tais modalidades o invólucro é rotativo entre uma posição em que a(s) saída(s) é/são cobertas pela parede a fim de fechar a saída e prevenir o fluxo do metal através da mesma, e uma posição em que a (ou cada) saída é pelo menos parcialmente alinhada com o orifício (ou seu orifício respectivo) na parede e assim pelo menos parcialmente aberta, permitindo desse modo que metal flua para fora do invólucro através das saídas e dos orifícios.

[0054] Em algumas modalidades, uma superfície do amortecedor de impacto compreende uma região que tem o formato complementar à base do invólucro. A região pode ser conformada de forma que a associação entre a base do invólucro e a superfície é apenas possível em certas orientações do invólucro em relação ao amortecedor de impacto. Por exemplo, a associação entre a base e a superfície pode apenas ser possível quando a(s) saída(s) do eixo são alinhadas com o meio de controle de fluxo. Assim, a complementaridade entre a base e amortecedor de impacto provê um meio útil de determinar quando as saídas no eixo são fechadas.

[0055] Os pilares ou parede(s) podem se estender para cima a partir da superfície do amortecedor de impacto.

[0056] Em algumas modalidades, o sistema compreende adicionalmente um sistema de condução entre o alojamento e a entrada da cavidade de fundição.

[0057] Em algumas modalidades, o sistema compreende adicionalmente um alimentador em comunicação fluídica com a cavidade de fundição. O alimentador pode ser um alimentador de areia natural compreendendo uma cavidade formada no molde ou pode ser um alimentador assistido, normalmente referido como um alimentador ou tubo de distribuição.

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Tubos de distribuição são tipicamente formas refratárias ligadas quimicamente e podem ser isolantes e/ou exotérmicas. O alimentador pode se estender entre a cavidade de fundição e a superfície superior do molde. O alimentador ou tubo de distribuição pode ser aberto e exposto à atmosfera ou pode fechado, tendo um teto ou tampa. Em algumas modalidades o molde compreende mais de um alimentador.

[0058] Em algumas modalidades o sistema compreende um alimentador lateral. O alimentador lateral pode estar situado adjacente a cavidade de fundição. O alimentador lateral pode estar situado na parte inferior do molde, isto é, distai à superfície superior do molde. Uma extremidade do eixo do invólucro pode estar situada no alimentador lateral, em comunicação fluídica com a cavidade de fundição.

[0059] Em algumas modalidades, a cavidade de fundição é alimentada pelo fundo. Por “alimentada pelo fundo”, pode-se entender que a cavidade de fundição é enchida no sentido para cima pelo metal fundido entrando do sistema de condução para o fundo da cavidade de fundição.

[0060] Em algumas modalidades, o sistema de condução compreende um ou mais condutos ou canais de entrada no molde, cada conduto se estendendo entre uma saída do alojamento ou alimentador lateral e uma entrada da cavidade de fundição.

[0061] O sistema de fundição da invenção pode ser aplicável a qualquer panela de vazar pelo fundo encaixada em um bocal. Em algumas modalidades, o bocal da panela tem formato parcialmente esférico (convexo), ou de domo com topo achatado.

[0062] Além disso, um único diâmetro de bocal universal pode ser usado para toda e qualquer fundição.

[0063] A taxa ou volume de metal que pode ser vazado a partir de uma panela de vazar pelo fundo é restringida pelo diâmetro do bocal sendo usado. Quando um invólucro é encaixado, o fluxo do metal pode então ser

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15/31 restringido adicionalmente dependendo do diâmetro interno ou furo do eixo do invólucro.

[0064] Em aplicações convencionais onde o invólucro é fixo em relação à panela e então usado para moldar mais de um molde, a vazão de metal será a mesma para cada fundição. Se fundições de tamanhos significantemente diferentes forem moldadas a partir da mesma panela, é possível que a vazão possa ser inadequada para certos tamanhos fundição pequenos ou grandes, resultando no enchimento do molde não otimizado e aumento de defeitos ou rejeitos na fundição. Isso significa que para cada panela de metal, fundições de tamanho similar tem que ser feitas usando o mesmo tamanho de bocal exigido e único diâmetro de invólucro.

[0065] Com o sistema de fundição da presente invenção, um novo invólucro é usado para cada fundição, o que vantajosamente permite que uma variedade de tamanhos e dimensões diferentes de fundições sejam produzidos a partir de um único escoamento (panela). Isso se dá porque cada molde contém seu próprio invólucro, cujo tamanho e diâmetro de furo pode ser selecionado de acordo com o tamanho da fundição. O tipo de invólucro usado é, portanto, otimizado para a fundição individual, em vez de ser ditado pela panela ou tipo de bocal (diâmetro). Por exemplo, um invólucro tendo um diâmetro de furo de 80 mm e um tendo um diâmetro de furo de 40 mm podem ambos ter as mesmas dimensões de funil permitindo que eles se encaixem em um único bocal, consequentemente podem ser usados para moldar a partir da mesma panela encaixada em um bocal universal.

[0066] O sistema da invenção é, portanto, muito mais flexível e aplicável em operações de fundição curtas do que sistemas típicos que vem sendo usados no presente. Uma vantagem adicional é que um invólucro limpo é usado para cada fundição, reduzindo assim adicionalmente a presença de inclusões.

[0067] Assim, em algumas modalidades, o sistema compreende uma

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16/31 pluralidade de moldes. O invólucro em cada molde pode ter o mesmo comprimento e/ou diâmetro. Altemativamente, moldes diferentes podem conter invólucros de diferentes comprimentos e/ou diâmetros.

[0068] Será, portanto, reconhecido que o comprimento e diâmetro do invólucro serão selecionados de acordo com o tipo de fundição. Por exemplo, pequenas fundições podem ser fundidas usando um invólucro tendo um diâmetro interno de furo de 30 mm, embora uma fundição pesada pode exigir um invólucro tendo um diâmetro de furo de 70 mm. Diferentes invólucros de diferentes diâmetros de furo podem ser usados com um bocal universal.

[0069] Em algumas modalidades, o diâmetro de furo do invólucro é de 20 mm a 100 mm, de 30 mm a 80 mm ou de 40 a 70 mm.

[0070] Incluindo o invólucro dentro do molde em si, e selecionando o invólucro de acordo com a fundição individual, não há limitação no comprimento do invólucro usado. Em algumas modalidades, o comprimento do invólucro é de 1 a 3 metros, ou de 1,5 a 2 metros.

[0071] O molde pode ser um molde de areia convencional como é normalmente usado em fundição de metal. O sistema de fundição da invenção pode, portanto, ser preparado usando qualquer sistema de areia de moldagem de fundição adequado.

[0072] Areia de moldagem pode ser classificada em duas categorias principais; por aglutinação química (com base em aglutinantes orgânicos ou inorgânicos) ou aglutinação com argila. Aglutinantes de areia de moldagem quimicamente aglutinada são tipicamente sistemas autoendurecíveis onde um aglutinante e um endurecedor químico são misturados com a areia e o aglutinante e endurecedor começam a reagir imediatamente, mas devagar o suficiente para permitir que a areia seja conformada em torno de chapa modelo e então permitida endurecer o suficiente para remoção e fundição. Sistemas de moldagem de aglutinação com argila usam argila e água como o aglutinante e podem ser usados no estado “verde” ou estado não seco e são

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17/31 normalmente referidos como areia verde. Misturas de areia verde não fluem prontamente nem se movem facilmente somente sob forças de compressão e, portanto, para compactar a areia verde em torno do modelo e dar ao molde propriedades de resistência suficientes, uma variedade de combinações de pancadas, vibração, compressão e socagem são aplicadas para produzir moldes de resistência uniforme em elevada produtividade.

[0073] Areias de moldagem de aglutinação química são mais adequadas para a fabricação de fundições de aço e ferro de baixo volume e/ou de tamanho médio e ou grande, e tipicamente ter maiores resistências em comparação a sistemas de areia verde.

[0074] Práticas de moldagem são bem conhecidas e são descritas para exemplos nos capítulos 12 e 13 de Foseco Ferrous Foundryman’s Handbook (ISBN 075064284 X). Um processo típico conhecido como processo de cura a frio ou de pega a frio é misturar a areia com uma resina líquida ou aglutinante de silicato juntamente com um catalisador apropriado, geralmente em um misturador contínuo. A areia misturada é então compactada em torno do modelo por uma combinação de vibração e socagem e então permitida repousar, durante esse tempo o catalisador começa a reagir com o aglutinante resultando no endurecimento da mistura de areia. Quando o molde alcança uma resistência manuseável, ele é removido do modelo e continua a endurecer até que a reação química esteja completa. Se tubos de distribuição forem empregados, eles podem ser colocados sobre a chapa modelo e a areia misturada aplicada em tomo deles, ou eles podem ser inseridos dentro de cavidades no molde depois da remoção do modelo. Similarmente, alojamentos de filtro e filtros podem ser moldados no lugar ou inseridos posteriormente.

[0075] Moldes são tipicamente feitos em duas metades e então montados antes da fundição, apesar de que para fundições maiores e mais complexas, moldes podem compreender três ou mais partes montadas em

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18/31 conjunto. Moldes são tipicamente divididos horizontalmente, mas podem ser divididos verticalmente para algumas configurações de fundição.

[0076] Um molde de areia pode ser feito dentro de uma estrutura de metal. Isso provê suporte ao molde. A estrutura pode ser provida com manípulos. Os manípulos podem ser usados para içar as duas metades de molde, e montar e manipular o molde completo.

[0077] Embora o sistema de fundição da presente invenção seja particularmente adequado para a fabricação de fundições de aço, ele também pode ser usado para moldar outros metais tais como ferro cinza, bronze, cobre, zinco, magnésio, alumínio e ligas de alumínio.

[0078] Em algumas modalidades, o molde pode ser um molde ou matriz permanente. Um molde ou matriz permanente pode ser feito a partir de ferro fundido, aço ou qualquer outro material adequado que será conhecido pelo versado na técnica. Essas modalidades são adequadas para a fabricação de fundições de alumínio e liga de alumínio.

[0079] De acordo com um aspecto adicional da presente invenção é provido um método para moldar usando o sistema do primeiro aspecto.

[0080] O método pode compreender as etapas de:

prover o sistema do primeiro aspecto da invenção;

posicionar uma panela de vazar pelo fundo contendo metal fundido sobre o molde de forma que um bocal em uma base da panela é substancialmente situado verticalmente acima do funil do invólucro;

operar o mecanismo de içamento a fim de içar o funil do invólucro para longe da superfície superior do molde para trazer o invólucro para engate com o bocal;

abrir o bocal, permitindo desse modo que metal fundido flua da panela para dentro do invólucro;

fechar o bocal para interromper o fluxo do metal fundido; e operar o mecanismo de içamento a fim de abaixar o funil do

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19/31 invólucro em direção à superfície superior do molde para desengatar o invólucro do bocal.

[0081] Em algumas modalidades, operar o mecanismo de içamento a fim de içar o funil do invólucro também efetua a rotação do invólucro em relação ao molde.

[0082] Em modalidades alternativas, operar o mecanismo de içamento iça o funil do invólucro sem girar o invólucro em relação ao molde. Em tais modalidades, o método pode compreender adicionalmente a etapa de, depois de abrir o bocal, girar o invólucro.

[0083] Em algumas modalidades, o método compreende adicionalmente purgar o molde com um gás inerte, tal como argônio. Para reter o gás inerte o molde deve ser fechado para prevenir ventilação antes do vazamento. Por exemplo, em algumas modalidades, pode ser necessário fechar qualquer alimentador ou canal de subida aberto simplesmente colocando uma lâmina ou papel ou cartão sobre o canal de subida. Argônio é mais pesado que o ar, então uma vez que um molde foi fechado o argônio não tende a escapar antes do vazamento.

[0084] Será reconhecido que qualquer uma das modalidades descritas aqui pode ser combinada com qualquer outra modalidade conforme apropriado, salvo indicação em contrário.

[0085] Modalidades da invenção serão agora descritas com referência aos desenhos anexos em que:

a figura 1 é uma vista em perspectiva de um sistema de fundição de acordo com o primeiro aspecto da invenção, em que o funil do invólucro não está engatado com o bocal da panela;

a figura 2 é uma vista em perspectiva explodida do alojamento da figura 1 mostrando os componentes individuais;

a figura 3a e figura 3b são vistas em perspectiva dos dois componentes compreendendo o mecanismo de içamento da figura 1;

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20/31 a figura 4 é uma vista em perspectiva do sistema de fundição da figura 1, em que o funil do invólucro é engatado com o bocal da panela;

a figura 5a e a figura 5b são vistas em seção transversal mostrando a conexão entre o bocal da panela e o invólucro da figura 1 em uma situação onde há deslocamento entre o molde e a panela;

a figura 6 é uma vista em perspectiva de um terceiro componente de um mecanismo de içamento de três partes em uma modalidade alternativa da invenção;

a figura 7a é uma vista em seção transversal de um mecanismo de içamento de três partes e um funil de um invólucro suportado desse modo em uma modalidade alternativa da invenção;

a figura 7b e a figura 7c são vistas em perspectiva do mecanismo de içamento da figura 7a em diferentes estágios de rotação. A figura 7b mostra o mecanismo antes da rotação, enquanto a figura 7c mostra o mecanismo depois da rotação;

a figura 8a é uma vista em perspectiva de uma extremidade de um invólucro de acordo com uma modalidade da invenção;

a figura 8b é uma vista em perspectiva de um amortecedor de impacto para uso com o invólucro da figura 8a; e a figura 8c e a figura 8d são vistas em perspectiva do invólucro da figura 8a montado com um alojamento e o amortecedor de impacto da figura 8b, mostrando a transição entre as posições parcialmente aberta (figura 8c) e totalmente aberta (figura 8d).

[0086] Com referência a figura 1, uma modalidade de um sistema de fundição 10 de acordo com a invenção compreende um molde 12 no qual é formada uma cavidade de fundição 14. O molde é compreendido por uma parte superior 12a e uma parte inferior 12b unidas horizontalmente em uma linha de divisão 13. A cavidade de fundição 14 é alimentada pelo fundo através de duas entradas 16. Metal fundido é fornecido para a cavidade de

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21/31 fundição 14 através de um invólucro 20, que previne reoxidação do metal protegendo-o da atmosfera. O invólucro 20 compreende um funil 22 dentro do qual metal fundido é vazado, e um eixo oco alongado 24 que alimenta o metal para dentro da cavidade de fundição 14. O funil 22 situa-se fora do molde 12, de forma que ele pode engatar com um bocal 26 de uma panela (não mostrado) quando em uso. O eixo 24 do invólucro 20 é recebido dentro de um furo 30 formado em uma superfície superior 32 do molde 12, e substancialmente se estende perpendicularmente ao mesmo. O furo 30 é dimensionado para receber o invólucro 20 de forma que substancialmente não há nenhum interstício entre os mesmos embora permitindo ainda a movimentação linear do invólucro 20. Em comunicação fluídica com a cavidade de fundição 14 está um tubo de distribuição aberta 15, que se estende entre a cavidade de fundição 14 e a superfície superior 32 do molde

12.

[0087] O furo 30 se estende entre a superfície superior 32 e um alojamento 34, situado dentro do molde 12. O alojamento 34 tem o formato cuboide, compreendendo quatro seções no formato de prismas fixadas em conjunto e tendo uma parede superior 36, uma parede inferior 38 e quatro paredes laterais 40. O alojamento 34 pode ser feito a partir de um material refratário adequado, tal como silica fundida. O eixo 24 do invólucro 20 passa através de uma abertura 42 na parede superior 36, de forma que uma extremidade 44 do invólucro 20, oposta ao funil 22, é recebida dentro do alojamento 34. Duas das quatro paredes laterais 40 têm uma saída 46 na mesma. Um filtro (não mostrado) pode estar situado adjacente a cada uma das saídas 46, de forma que metal fundido passa através dos filtros quando ele deixa o alojamento 34.

[0088] Um sistema de condução 48 compreendendo um par de condutos 50 se estende para o lado a partir do alojamento de filtro 34, com um conduto 50 conduzindo a partir de cada uma das saídas 46. Os condutos 50 se

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22/31 flexionam para cima para unir as entradas 16 da cavidade de fundição 14, cada conduto 50 alimentando dentro de uma separada dentre as entradas 16. Assim, um trajeto de fluxo para o metal fundido é provido no sentido para baixo através do funil 22 e do eixo 24 do invólucro 20, para dentro do alojamento de filtro 34, através dos filtros e para fora do alojamento de filtro 34 através das saídas 46, através dos condutos 50 e para cima para dentro da cavidade de fundição 14.

[0089] Como mencionado acima, o invólucro 20 é linearmente móvel dentro do furo 30 de forma que ele pode ser içado para cima para engate com o bocal da panela 26. O invólucro 20 é içado por um mecanismo de içamento 52 que se situa sobre a superfície superior 32 do molde 12.

[0090] A figura 2 mostra os quatro segmentos individuais 35 a, 35b que se encaixam uns nos outros para formar o alojamento 34. Dois dos segmentos 35a têm uma saída 46 na parede lateral 40, embora os outros dois 35b não tenham nenhuma saída. Cada um dos segmentos 35a, 35b tem uma base triangular 39, uma parede lateral 40 e um teto em formato triangular 37, o teto tendo um recorte 43 de quarto de círculo (isto é, 90°). Quando as peças são encaixadas umas nas outras, os quatro segmentos de teto criam a parede superior 36 do alojamento e os recortes 43 criam a abertura circular 42 através da qual o eixo 24 do invólucro 20 passa. Similarmente, as quatro bases triangulares 39 se encaixam umas nas outras para criar a parede inferior 38 do alojamento. Dois dos segmentos de alojamento 35a integraram em uma superfície interna 40a da parede lateral 40 uma estrutura perfilada içada 45 que mantém no lugar um filtro de espuma de cerâmica 47, de forma que o centro do filtro 47 é posicionado sobre a saída 46 na parede lateral 40. Em uso, os segmentos 35a, 3b são fixados em conjunto prendendo e apertando uma fita de metal (não mostrada) em tomo das quatro paredes laterais 40 do alojamento 34.

[0091] Com referência adicional às figuras 3a e 3b, o mecanismo de

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23/31 içamento 52 compreende um colar interno 54 que se assenta concentricamente dentro de um colar externo 56. O colar interno 54 compreende uma sede anelar 58 circundada por um aro circular 60. Em uso, o funil 22 do invólucro 20 é suportado sobre o assento anelar 58, com o eixo 24 do invólucro 20 passando através de um furo central 62 na sede 58. Em uma superfície exterior 63 do aro circular 60 duas cavilhas 64 são providas e, espaçado das cavilhas 64, um manipulo 66.

[0092] O colar externo 56 compreende uma parede cilíndrica 68 circundada por uma base anelar 70. A base 70 é montada sobre a superfície superior do molde 12, em uso. Durante preparação do molde 12 o colar externo 56 é posicionado e é mantido no lugar quando a areia de moldagem cura e endurece. Porções de uma extremidade superior 69 da parede cilíndrica 68 são cortadas a fim de prover três superfícies em rampa ou espirais 72. Na modalidade mostrada, cada superfície espiral 72 se estende em tomo de aproximadamente 120° da circunferência da parede cilíndrica 68.

[0093] Quando o mecanismo de içamento 52 é montado, as cavilhas 64 e o manipulo 66 do colar interno 54 repousam sobre as superfícies espirais 72 do colar externo 56. Pode ser visto que conforme o colar interno 54 é girado usando o manipulo 66, as cavilhas 64 e o manipulo 66 se deslocam ao longo das superfícies espirais 72, fazendo com que o colar interno 54, e assim o invólucro 20 suportado pelo colar interno 54, sejam içados para cima. Os colares interno e externo 54, 56 funcionam assim como um carne cilíndrico, com as cavilhas 64 e o manipulo 66 constituindo seguidores.

[0094] Na figura 1, o colar interno 54 do mecanismo de içamento 52 está em uma primeira posição, com as cavilhas e manipulo em um ponto mais baixo nas superfícies espirais 72. Nessa posição, o invólucro 20 é abaixado de forma que o eixo 24 se estende quase que até o fundo do alojamento 34, e o funil 22 não está engatado com o bocal da panela 26. Pode ser visto que a rotação do colar interno 54 no sentido anti-horário em um ângulo de

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24/31 aproximadamente 90° faz com que as cavilhas e manipulo se desloquem para cima ao longo das superfícies espirais 72 do colar externo 56, movendo desse modo o mecanismo de içamento 52 para uma segunda posição conforme mostrado na figura 4. Na segunda posição, o colar interno 54 e o funil 22 assentado no mesmo são içados para cima, para longe da superfície superior 32 do molde 12, e o funil 22 é trazido para engate com o bocal da panela 26. A extremidade 44 do invólucro 20, oposta ao funil 22, é içada para longe da parede inferior 38 do alojamento 34, mas permanece dentro do alojamento 34. Será, portanto, reconhecido que o ângulo no qual o colar interno 54 deve ser girado dependerá da extensão de vertical movimento do colar interno 54 e do invólucro 20 que é necessária para trazer o funil 22 para engate com o bocal 26, que pode variar de acordo com a altura do molde 12 e o posicionamento da panela. O mecanismo de içamento 52 pode ser retido na segunda posição manualmente durante vazamento por um operador segurando o manipulo 66 para prevenir que ele se desloque para baixo ao longo da superfície espiral 72. No entanto, será reconhecido que em algumas modalidades uma trava pode ser provida para manter o mecanismo de içamento 52 na segunda posição.

[0095] Com referência às figuras 5a e 5b, o alinhamento perfeito entre a panela e o molde 12 pode não ser sempre alcançado de forma que há deslocamento vertical. Na modalidade mostrada na figura 5a, o eixo geométrico longitudinal LI do bocal da panela 26 é deslocado do eixo geométrico longitudinal (L₂) do invólucro 20 em 5^o. Conforme mostrado mais claramente na figura 5b, uma ponta 74 do bocal da panela 26 tem formato parcialmente esférico, ou de domo com topo achatado. O funil 22 do invólucro 20 tem uma superfície interior 76 que tem também formato parcialmente esférico, com um fundo achatado 78 e um lado curvado 80. A superfície interior 76 do funil 22 é alinhada com uma gaxeta 82. O formato parcialmente esférico do bocal 26, funil 22 e gaxeta 82 assegura que a conexão é hermeticamente vedada até mesmo se ocorrer deslocamento entre a

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25/31 panela e o molde 12.

[0096] Nas modalidades da invenção descritas acima, a rotação do colar interno 54 do mecanismo de içamento 52 em relação ao colar externo 56 (que permanece fixa em relação ao molde 12) efetua içamento do invólucro 20 para engate com o bocal da panela 26, com a rotação simultânea do invólucro 20. No entanto, em modalidades alternativas, o invólucro pode ser içado por rotação do colar externo de forma que o colar interno e o invólucro não são girados durante içamento. Para facilitar isso, um terceiro componente pode ser provido para fornecer um mecanismo de içamento de três partes. A figura 6 mostra um terceiro componente ou anel de montagem 90 que compreende uma base anelar 92 circundada por um aro circular 94. Na modalidade mostrada, uma superfície superior 96 do aro circular 94 tem uma série de orifícios 98 no mesmo que se estendem para baixo através de toda a altura do aro 94. Os orifícios 98 recebem pregos ou pinos de metal 99 para fixar o anel de montagem 90 a uma superfície 112 do molde. Em uso, os colares interno e externo do mecanismo de içamento encaixam concentricamente dentro e no topo do anel de montagem 90.

[0097] Com referência a figura 7a, um mecanismo de içamento de três componentes 152 compreende um colar interno 154 que se assenta concentricamente dentro de um colar externo 156. Por sua vez, o colar externo se assenta concentricamente dentro do aro circular 194 de um anel de montagem 190 que é fixo em relação à superfície superior de um molde (não mostrado). Assim, diferente da modalidade da figura 3, o colar externo 156 não é fixo em relação à superfície superior do molde, mas é rotativo em relação a ela e também em relação ao anel de montagem 190.

[0098] A figura 7b mostra o mecanismo de içamento 152 antes da rotação. A rotação no sentido horário do colar externo 156 resulta em movimento vertical do colar interno 154 sem a rotação do colar interno 154, para a posição mostrada na figura 7c. Assim, um invólucro suportado pelo

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26/31 colar interno 154 é simplesmente içado, sem a rotação do invólucro. Rotação subsequente de ambos os colares interno 154 e externo 156 em conjunto efetuaria então a rotação do invólucro. Será também reconhecido que o mecanismo de içamento de três partes pode ser operado da mesma forma que o mecanismo de içamento de duas partes da figura 3, isto é, rotação no sentido anti-horário do colar interno 154 com içamento simultâneo do colar interno 154 e do invólucro suportado no mesmo.

[0099] A figura 8a mostra uma extremidade inferior 144 (isto é, oposta ao bocal) de um invólucro 120 que pode ser usado em conjunto com o mecanismo de içamento 152 da figura 7. O furo do invólucro 120 é fechado pela base 122 tendo uma abertura central 126 no mesmo. Quatro saídas horizontais 128 são providas no eixo 124 do invólucro 120, adjacente à base 122. A base 122 é conformada, tendo entalhes em formato de pétala 130 que radiam da abertura central 126 para a periferia onde a base 122 encontra o eixo 124.

[00100] A figura 8b mostra um amortecedor de impacto 132 para uso com o invólucro 120 da figura 8a. O amortecedor de impacto 132 compreende um bloco substancialmente quadrado 134 tendo uma superfície superior 136. A superfície superior 136 tem uma região central 138 que tem formato complementar ao formato da base 122 do invólucro 120. Quatro pilares 140 se estendem verticalmente para cima a partir da superfície superior 136, um pilar 140 em cada quina do amortecedor de impacto 132. Os pilares 140 são substancialmente triangulares em seção transversal, o ápice de cada triângulo sendo aproximadamente alinhado com as quinas do bloco quadrado 134. Uma superfície voltada para dentro 142 de cada pilar é ligeiramente curva, o grau de curvatura sendo selecionado para corresponder àquele do eixo 124 do invólucro 120. A altura e o espaçamento dos pilares 140 e a largura de suas superfícies voltadas para dentro 142 são selecionados de forma que os pilares 140 possam cobrir completamente as saídas horizontais 128 do invólucro 120

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27/31 no sistema montado. A conformação da base 122 do invólucro 120 e da região central 138 da superfície superior 136 do amortecedor de impacto 132 facilita o alinhamento correto entre as saídas horizontais 128 e os pilares 140. Será reconhecido que o encaixe entre o invólucro 120 e o amortecedor de impacto 132 deve ser de forma que os pilares 140 sejam capazes de prevenir o fluxo do metal através das saídas horizontais 128 quando os pilares 140 e as saídas 128 são alinhados (tanto quando o invólucro é abaixado quanto levantado), mas que o invólucro 120 pode ainda ser girado em relação ao amortecedor de impacto 132.

[00101] A figura 8c e a figura 8d mostram a extremidade inferior do invólucro 120 montado com o amortecedor de impacto 132 e dois segmentos do alojamento de filtro 146 (a título de simplicidade os outros dois segmentos não são mostrados). Um segmento é mostrado com um filtro 147 em posição; o outro é mostrado sem um filtro de forma que a saída do alojamento 148 pode ser vista, apesar de que será reconhecido que um filtro pode estar presente em uso. E representada a transição de uma posição intermediária parcialmente aberta (figura 8c) para uma posição totalmente aberta (figura 8d) mediante operação do mecanismo de içamento (não mostrado).

[00102] Com referência às figuras 7 e 8, em uso, antes do içamento do invólucro 120 pelo mecanismo de içamento 152, a base 122 do invólucro 120 se associa com a região central complementar 138 da superfície superior 136 do amortecedor de impacto 132, de forma que a abertura central 126 na base 122 é fechada. As saídas horizontais 128 no eixo 124 são também alinhadas com, e fechadas por, os pilares 140, assegurando desse modo que o fluxo do metal do invólucro 120 seja prevenido.

[00103] Mediante rotação do colar externo 156 do mecanismo de içamento 152, o colar interno 154 e o invólucro 120 suportado no mesmo são içados para cima. Consequentemente, a base 122 do invólucro 120 não está mais em contato com a superfície superior 136 do amortecedor de impacto

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132, possibilitando desse modo o fluxo do metal através da abertura central 126. No entanto, visto que nenhuma rotação do invólucro 120 ocorreu, as saídas horizontais 128 permanecem fechadas pelos pilares 140. Na fundição, o tampão na panela de vazar pelo fundo é aberto e metal flui através do bocal, para dentro do invólucro 120. O metal deixa o invólucro 120 através da saída central 126 na base 122, flui através do interstício entre o invólucro 120 e o amortecedor de impacto 132, escorva os filtros (não mostrado) presentes no alojamento de filtro e então começa a fluir para dentro de um sistema de condução (não mostrado).

[00104] Os colares interno 154 e externo 156 são então girados em conjunto em relação ao anel de montagem 190 e o molde. Isso gira o invólucro 120 sem alterar sua posição vertical em relação ao molde (ou o bocal da panela). Antes da rotação o invólucro 120 está em uma posição fechada em que as saídas horizontais 128 são bloqueadas pelos pilares 140 do amortecedor de impacto. Mediante rotação do invólucro 120, as saídas horizontais 128 são movidas para fora de alinhamento com os pilares 140 e abertas parcialmente (figura 8c) e então totalmente (figura 8d), aumentando desse modo constantemente o fluxo do metal para dentro do alojamento de filtro 146, do sistema de condução e da cavidade de fundição dentro do molde.

[00105] O uso de um mecanismo de içamento em que a rotação do invólucro pode ser efetuada independentemente de içamento, juntamente com a provisão de saídas horizontais no invólucro que pode ser aberto e fechado por rotação do invólucro em relação ao amortecedor de impacto, fornece a vantagem de maior controle de fluxo do metal. Inicialmente, quando a cavidade do molde está vazia e não há contrapressão, uma vazão baixa pode ser usada apenas abrindo a saída central na base do invólucro. A vazão pode então ser aumentada conforme o nível do metal na cavidade do molde aumenta abrindo as saídas horizontais. Isso retém e controla a pressão do

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29/31 metal dentro de todo o sistema por todo o vazamento. Além disso, o controle do fluxo quando o metal entra primeiro no alojamento de filtro reduz o impacto e pressão do metal sobre os filtros e consequentemente reduz o potencial de rupturas do filtro e turbulência atrás dos filtros. A presente invenção possibilita que essas vantagens sejam alcançadas enquanto mantémse o invólucro pressurizado, o que é tipicamente feito mantendo o bocal da panela totalmente aberto.

Exemplos [00106] Testagem foi conduzida em uma fundição de aço europeia que faz grandes fundições de aço para construção de veículos industriais.

Exemplo Comparativo 1 [00107] Convencionalmente fundições de aço vazado tendo um peso de fundição de 750kg foram alimentadas pelo fundo através de três canais de alimentação tangenciais igualmente dimensionados, igualmente espaçados em tomo da circunferência da cavidade de fundição e conectados por três canais de entrada a uma base do canal de vazamento. Três alimentadores exotérmicos abertos foram posicionados acima e em comunicação fluídica direta com o topo da cavidade de fundição. Os moldes divididos horizontalmente foram feitos a partir de areia de cromita recuperada de aglutinação com resina furânica endurecida ácida, e purgados com argônio antes da fundição. As fundições foram vazadas a partir de uma panela de vazar pelo fundo convencional colocada acima do molde de forma que o bocal estava a menos que 300 mm acima da superfície do molde, posicionado acima do copo de vazamento e do canal de vazamento do molde. Metal líquido foi vazado a partir da panela de vazar pelo fundo a uma temperatura de vazamento de 1555°C

Exemplo 1 [00108] O sistema de condução do Exemplo Comparativo 1 foi modificado para acomodar um invólucro de silica fundida tendo dimensões de

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30/31 comprimento de 1250 mm, diâmetro externo de 80mm e diâmetro (de furo) interno de 40mm. O funil do invólucro foi colocado dentro de um mecanismo de içamento de acordo com figura 3, encaixado no topo do molde. Na base do canal de vazamento um alojamento de silica fundida em formato de prisma triangular foi situado, tendo três paredes laterais. Cada uma dessas paredes tinha uma saída com um filtro de espuma à base de zircônia de lOppi, 100mm x 100mm x 25mm, fabricado e vendido por Foseco sob a marca STELEX Zr, situado adjacente à saída. As saídas foram conectadas ao fundo da cavidade de fundição de maneira similar aos canais de alimentação do Exemplo Comparativo 1. O molde foi purgado com argônio e o invólucro levantado usando o mecanismo de içamento de forma que o funil do invólucro engatado com um bocal de grafite e argila igualmente prensados, vendido por Foseco sob o nome comercial VAPEX, afixado à base da panela de vazar pelo fundo. O funil do invólucro e a extremidade do bocal foram vedados por uma gaxeta grafitada. Metal líquido foi vazado da panela de vazar pelo fundo em uma temperatura de vazamento de 1555°C. O tempo de vazamento foi de 28 segundos a partir da abertura do tampão na panela até o fechamento.

[00109] Fundições produzidas pelo sistema do Exemplo 1 aparentaram ser consideravelmente mais limpas que aquelas produzidas pelo sistema do Exemplo Comparativo 1, de forma que foi possível conduzir a primeira inspeção magnética logo depois de jateamento com granalhas e antes de qualquer tratamento à quente e esmerilhamento. Inspeção de partículas magnéticas (MPI) da superfície de fundição do Exemplo 1 mostrou que é significantemente mais limpa que o Exemplo Comparativo mesmo depois de qualquer tratamento à quente e esmerilhamento. Além disso, fundições de aço tem que passar por uma série de ciclos de soldagem para remover qualquer inclusão e defeito de superfície detectado por inspeção magnética antes de serem enviadas ao cliente usuário final. Para a fundição Comparativa produzida por vazamento convencional, tipicamente a fundição teve que ser

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31/31 submetida a pelo menos 5 ciclos de soldagem. Em contraste, a fundição produzida pelo sistema de fundição da invenção (Exemplo 1) exigiu apenas um único ciclo de soldagem de poucos defeitos pontuais antes de resfriamento brusco e controle magnético de CC antes de estar pronta para envio, essa equiparação a uma redução no tempo de soldagem de mais de 30 horas (por fundição) fornecendo à fundição economias de custo consideráveis e tempo de entrega significantemente reduzido para o cliente usuário final.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema para moldar metais fundidos, caracterizado pelo fato de que compreende:

um molde compreendendo uma cavidade de fundição tendo uma entrada, e um furo entre uma superfície superior do molde e a entrada;

um invólucro compreendendo um funil e um eixo oco, em que o funil situa-se fora do molde, adjacente à superfície superior, e o eixo oco é recebido dentro do furo e é móvel no mesmo; e um mecanismo de içamento situado sobre a superfície superior do molde, o mecanismo de içamento sendo operável para içar o funil do invólucro para longe da superfície superior para trazer o invólucro para engate com um bocal da panela.
2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um mecanismo de rotação para girar o invólucro em relação ao molde.
3. Sistema de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de içamento é adicionalmente operável para girar o invólucro em relação ao molde.
4. Sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de içamento possibilita a rotação do invólucro ser efetuada independentemente de içamento do invólucro.
5. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de içamento compreende uma primeira parte que é montada sobre a superfície do molde, e uma segunda parte que suporta o funil do invólucro, em que a segunda parte é móvel em relação à primeira parte.
6. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a posição da primeira parte é fixa em relação ao molde e em que a segunda parte é móvel entre uma primeira posição, em que o eixo é

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2/4 substancialmente recebido dentro do furo do molde, e uma segunda posição, em que uma porção do eixo é içada para fora do furo.
7. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a posição da primeira parte é móvel em relação ao molde, a primeira parte sendo móvel entre uma primeira posição, em que o eixo é substancialmente recebido dentro do furo do molde, e uma segunda posição, em que uma porção do eixo é içada para fora do furo.
8. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a movimentação da primeira parte entre as primeira e segunda posições efetua içamento do eixo sem girar o eixo.
9. Sistema de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de içamento compreende uma terceira parte disposta entre a primeira parte e a superfície do molde.
10. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de içamento compreende um motor ou um atuador mecânico, hidráulico ou pneumático.
11. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de içamento compreende um carne cilíndrico.
12. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de içamento compreende colares interno e externo concêntricos, e em que um dos colares interno e externo suporta o funil do invólucro e tem um seguidor que repousa sobre uma superfície em rampa dos outros dos colares interno e externo que é montada sobre a superfície superior do molde, de forma que a rotação relativa dos colares interno e externo causa movimento linear do invólucro.
13. Sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que múltiplas superfícies em rampa são providas, cada superfície em rampa se estendendo por uma porção do colar interno ou externo em uma

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3/4 direção circunferencial
14. Sistema de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que o invólucro é assentado no colar interno, o colar interno tendo um seguidor que repousa sobre uma superfície em rampa do colar externo.
15. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de içamento compreende adicionalmente um manipulo para efetuar a rotação relativa dos colares interno e externo, opcionalmente em que o manipulo é afixado a ou constitui o seguidor.
16. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende uma gaxeta situada no funil do invólucro.
17. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende um ou mais filtros situados entre o furo e a entrada da cavidade de fundição.
18. Sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que os um ou mais filtros são situados dentro de um alojamento que é conectado ao furo e que recebe uma extremidade do invólucro.
19. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende um sistema de condução entre o alojamento e a entrada da cavidade de fundição.
20. Sistema de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizado pelo fato de que o alojamento contém um amortecedor de impacto.
21. Sistema de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma saída é provida no eixo adjacente à extremidade do invólucro, e em que o amortecedor de impacto compreende pelo menos um pilar tendo uma superfície que apoia o eixo, de forma que o

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4/4 invólucro é rotativo entre uma posição em que o pilar é alinhado com a saída a fim de fechar a saída e prevenir o fluxo do metal através da mesma, e uma posição em que a saída é pelo menos parcialmente aberta.
22. Método para moldar metais fundidos, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

prover um sistema como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 21;

posicionar uma panela de vazar pelo fundo contendo metal fundido sobre o molde de forma que um bocal em uma base da panela é substancialmente situado verticalmente acima do funil do invólucro;

operar o mecanismo de içamento a fim de içar o funil do invólucro para longe da superfície superior do molde para trazer o invólucro para engate com o bocal;

abrir o bocal, permitindo desse modo que metal fundido flua da panela para dentro do invólucro;

fechar o bocal para interromper o fluxo do metal fundido; e operar o mecanismo de içamento a fim de abaixar o funil do invólucro em direção à superfície superior do molde para desengatar o invólucro do bocal.
23. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que operar o mecanismo de içamento a fim de içar o funil do invólucro também efetua a rotação do invólucro em relação ao molde.
24. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que operar o mecanismo de içamento iça o funil do invólucro sem girar o invólucro em relação ao molde, e em que o método compreende adicionalmente a etapa de, depois de abrir o bocal, girar o invólucro.