ES2240307T3 - Dispositivo para el filtrado y la adicion de agentes de afinacion del grano a masas fundidas de metal. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para el filtrado y la adición de materiales de afinación del grano a masas fundidas de metal con un primer filtro (10) y con una alimentación para un material de afinación del grano, presentando el primer filtro un medio filtrante poroso, estando dispuesto la alimentación para el material de afinación del grano detrás del primer filtro (10) en el sentido de circulación, estando dispuesto detrás de la alimentación del material de afinación del grano, en el sentido de circulación, un segundo filtro (16), y presentando el segundo filtro (16) un medio filtrante poroso, caracterizado porque el segundo filtro (16) presenta un filtro de lecho profundo.

Description

Dispositivo para el filtrado y la adición de agentes de afinación del grano a masas fundidas de metal.

La invención se refiere a un dispositivo para el filtrado y la adición de materiales de afinación del grano a masas fundidas de metal con un primer filtro y un dispositivo de alimentación para un material de afinación del grano, presentando el primer filtro un medio filtrante poroso.

Por el estado de la técnica se conoce filtrar masas fundidas de metal, por ejemplo, masas fundidas de aleaciones de aluminio, durante la colada. A continuación, a título de ejemplo, en lo sucesivo se hará referencia a la colada de aleaciones de aluminio. El filtrado de masas fundidas de metal, sin embargo, se conoce también para las aleaciones de cobre y de acero. En la colada de aluminio, la masa fundida de metal circula desde el horno de colada, a través de un desgasificador en línea y un dispositivo para el filtrado y la adición de materiales de afinación del grano a la coquilla de colada. El desgasificador en línea elimina de una manera conocida de por sí, sustancialmente impurezas gaseiformes, disueltas, de la masa fundida de aluminio. Se trata, principalmente, de hidrógeno disuelto. Tras eliminar o reducir las impurezas disueltas, según el estado de la técnica, a la masa fundida de aluminio se añade un material de afinación del grano, por ejemplo, aleaciones previas de aluminio, titanio y boro. Después de añadir dicho material de afinación del grano que durante la colada siguiente conduce a tamaños de granos más finos en el material solidificado, según el estado de la técnica se filtra la masa fundida de aluminio para eliminar impurezas no disueltas, es decir, partículas sólidas, no disueltas en la masa fundida. Estas impurezas no disueltas son, por ejemplo, partículas de óxido de aluminio, carburos de aluminio, carbonitruros de aluminio, etc. Estas impurezas no disueltas presentan un tamaño de aprox. 1 a 100 \mum. Después del filtrado, la masa fundida de aluminio circula, como ya se ha mencionado, hasta la coquilla de colada donde se cuela formando, por ejemplo, barras.

Según el estado de la técnica, por ejemplo en el documento JP7207357, el filtrado de la masa fundida se realiza después de la adición de los materiales de afinación del grano, porque también los materiales de afinación del grano incorporan impurezas a la masa fundida. Así, por ejemplo, la aleación previa de aluminio, titanio y boro empleada como material de afinación del grano, contiene partículas gruesas, insolubles de diboruro de titanio, e inclusiones de óxido que resultan indeseables en el producto de colada posterior.

Para el filtrado de masas fundidas de aluminio se conocen los tipos de filtros más diversos, véase por ejemplo Schneider, W.; Kurg, H.P.; Keegan, N: "Untersuchung der Wirksamkeit verschiedener Filtertypen für die Filtration von Aluminiumschmelzen", Aluminium, 74, año 1998, páginas 40 a 44. Un filtrado especialmente económico y que requiere poco espacio se consigue usando los llamados filtros de espuma cerámica. Estos filtros de espuma cerámica se usan en forma de placas -grosor de aprox. 50 mm- y son atravesados por la masa fundida de aluminio perpendicularmente respecto al plano de las placas. Estos filtros de espuma cerámica se fabrican impregnando una espuma de poliuretano de poros abiertos con una escoria de alúmina y aglutinantes. A continuación, la espuma de poliuretano impregnada se seca y se cuece, durante lo cual se quema la espuma de poliuretano resultando una reproducción negativa de la estructura de espuma como espuma cerámica. La efectividad de filtrado de los filtros de espuma cerámica es entre mediana y buena, con el empleo conocido por el estado de la técnica.

Otro sistema de filtrado conocido para masas fundidas de aluminio son los llamados filtros de lecho apilado. En un filtro de lecho apilado, el medio filtrante se compone de granulado o bolas de alúmina, que son atravesadas, en una caja de filtro como apilamiento estratificado en parte, por la masa de aluminio. En caso de emplear exclusivamente filtros de lecho apilado para el filtrado, se requieren cajas de filtro grandes que, sin embargo, en comparación con el uso de filtros de espuma cerámica, presentan una duración claramente mayor. La efectividad de filtrado de los filtros de lecho apilado puede calificarse en general como buena.

Los sistemas de filtrado sencillos, conocidos por el estado de la técnica, como por ejemplo los filtros de espuma cerámica, se caracterizan frente a los sistemas de filtrado más aparatosos como, por ejemplo, los filtros de lecho apilado, por menores gastos y por una menor necesidad de espacio. Por otra parte, los sistemas de filtrado aparatosos, conocidos por el estado de la técnica, ofrecen una mayor efectividad de filtrado y mayores duraciones.

Partiendo del estado de la técnica descrito anteriormente, la presente invención tiene el objetivo de proporcionar un dispositivo para el filtrado y la adición de materiales de afinación del grano a masas fundidas de metal, que permita conseguir una alta efectividad de filtrado, con sistemas de filtrado sencillos.

Según la invención, el objetivo descrito y expuesto anteriormente, se consigue por el hecho de que la alimentación para el material de afinación del grano está dispuesta en el sentido de circulación, detrás del primer filtro, estando dispuesto, en el sentido de circulación, detrás de la alimentación del material de afinación del grano, un segundo filtro. Sorprendentemente, se ha mostrado que las características de filtrado de un filtro para masas fundidas de metal, que presente un medio filtrante poroso, se ven influenciados por la adición previa de materiales de afinación del grano, provocando menores efectividades de filtrado, de tal forma que la mejor efectividad de filtrado del primer filtro puede justificar incluso una adición del material de afinación del grano con las impurezas contenidas en éste, después del primer filtro. Para eliminar también las impurezas no disueltas que se incorporan a la masa fundida a través del material de afinación del grano, detrás de la alimentación del medio de afinación del grano, en el sentido de circulación, está dispuesto un segundo filtro.

En experimentos, se ha mostrado que especialmente los filtros basados en el filtrado mediante formación de torta, reaccionan de manera sensible a la adición de materiales de afinación del grano, con vistas a su efectividad de filtrado. Si este tipo de filtros se emplean después de añadir el material de afinación del grano, se dificulta o incluso se imposibilita la formación de torta, por lo que estos filtros no alcanzan el pleno efecto de filtrado. Por la disposición según la invención del primer filtro basado en un filtrado de torta, antes de la alimentación del material de afinación del grano, mejora sensiblemente la efectividad de filtrado de dicho filtro.

En un filtro de espuma cerámica sin adición de material de afinación del grano delante del filtro, se forman puentes compuestos por una acumulación de impurezas no disueltas. Estos puentes causan una clara mejora de la efectividad de filtrado de los filtros de espuma cerámica. Esta forma de puente no se puede observar al añadir material de afinación del grano antes del filtro de espuma cerámica. Por consiguiente, el primer filtro del dispositivo según la invención presenta, preferentemente, una placa de espuma cerámica.

Se ha mostrado que los puentes de impurezas no disueltas, que mejoran la efectividad de filtrado, no se forman a lo largo de todo el grosor de 50 mm de las placas de espuma cerámica que se emplean habitualmente. Con vistas a la resistencia de circulación, la placa de espuma cerámica presenta, por tanto, en un dispositivo según la invención, un grosor de 5 a 30 mm - preferentemente de 10 a 15 mm.

De forma alternativa o adicional a una placa de espuma cerámica, el primer filtro presenta, de manera ventajosa, al menos un elemento de material sinterizado y/o un elemento de un material precipitado mediante CVD (Chemical Vapor Deposition).

Para el filtrado de las impurezas sólidas no disueltas, resultan apropiadas preferentemente unos medios filtrantes porosos. Por tanto, el dispositivo según la invención está realizado, preferentemente, de tal forma que también el segundo filtro presente un medio filtrante poroso.

Para el filtrado de las impurezas no disueltas, incorporadas a la masa fundida de metal, a través del material de afinación del grano, después del primer filtro, debido a la carga relativamente pequeña de impurezas no disueltas, como segundo filtro resulta apropiado un filtro de lecho profundo. Por la reducida carga de impurezas, este filtro de lecho profundo puede presentar unas dimensiones considerablemente más pequeñas de lo que es necesario habitualmente en caso de usar exclusivamente filtros de lecho profundo para el filtrado.

Un filtro de lecho profundo especialmente apropiado para el filtrado de masas fundidas de metal es el llamado filtro de lecho apilado. En un filtro de lecho apilado, el material poroso queda formado por un apilamiento de bolas filtrantes generalmente compactas y/o por un granulado filtrante.

Según otra forma de realización, el primer filtro y/o el segundo filtro del dispositivo según la invención se pueden calentar. Esto permite un uso múltiple del primero y/o segundo filtro en el caso de cargas sucesivas.

Además del dispositivo, la invención se refiere también a un procedimiento para el filtrado y la adición de materiales de afinación del grano a masas fundidas de metal, en el que la masa fundida se filtra con la ayuda de un primer filtro que presenta un medio filtrante poroso y a la masa fundida se alimenta un material de afinación del grano. Un procedimiento de este tipo, conocido por el estado de la técnica, se mejora según la invención, tomando como base el objetivo antes descrito, por el hecho de que el material de afinación del grano de la masa fundida se suministra después del primer filtro y que la masa fundida se filtra después del dispositivo de alimentación para el material de afinación del grano, en el sentido de circulación, con la ayuda de un lecho profundo.

Ahora, existe una multitud de posibilidades de configurar y perfeccionar el dispositivo según la invención o el procedimiento según la invención para el filtrado y la adición de materiales de afinación del grano a masas fundidas de metal. A este respecto, se remite, por ejemplo, por una parte, a las reivindicaciones subordinadas a la reivindicación 1 y, por otra parte, a la descripción de un ejemplo de realización en combinación con el dibujo.

En el dibujo, la única figura muestra esquemáticamente en sección un ejemplo de realización de un dispositivo según la invención para el filtrado y la adición de materiales de afinación del grano a masas fundidas de metal.

El ejemplo de realización de un dispositivo según la invención representado en la única figura muestra un cuadro exterior inferior 1 y un cuadro exterior superior 2. En el cuadro exterior inferior 1, las zonas a través de las que en el presente ejemplo de realización circula una masa fundida de aluminio, están definidas por un revestimiento inferior 3 termoestable, que actúa en conjunto con un revestimiento superior 4 termoestable del cuadro exterior superior 2.

En el ejemplo de realización representado en la única figura, la masa fundida de aluminio está representada en líneas discontinuas horizontales. El revestimiento inferior 3 y el revestimiento superior 4 definen en su acción conjunta una primera cámara de filtrado 5, una cámara de adición 6 para el material de afinación del grano y una segunda cámara de filtrado 7, así como una zona de entrada 8 y una zona de salida 9.

En la primera cámara de filtrado 5, como primer filtro está dispuesta una placa 11 de espuma cerámica. La placa 11 está dispuesta en un menor ángulo respecto a la horizontal para permitir la evacuación de inclusiones de gas.

Un alambre 12 compuesto por el material de afinación del grano es alimentado a la cámara de adición por un dispositivo de alimentación no representado en detalle, a través de un orificio de alimentación 13, a una velocidad definida. El alambre 12 se funde en la masa fundida de aluminio, por lo que el material de afinación del grano se disuelve en una concentración definida.

La primera cámara de filtrado 5 y la cámara de adición 6 están provistas de una primera salida 14 común que permite el vaciado de la primera cámara de filtrado 5 y de la cámara de adición 6 después del filtrado de una carga. Habitualmente, según el estado de la técnica, la placa 11 de espuma cerámica se cambia después del filtrado de cada carga. Esto no es necesario obligatoriamente en caso de usar un filtro de espuma cerámica en un dispositivo según la invención. Por tanto, también es posible calentar la primera cámara de filtrado 5 junto con la cámara de adición 6 para permitir el empleo de la misma placa 11 de espuma cerámica para varias cargas. En este caso, se suprime el vaciado de la primera cámara de filtrado 5 y de la cámara de adición 6 después del filtrado de una carga. En la segunda cámara de filtrado 7, sobre una rejilla 15 está dispuesto un filtro de lecho apilado 16 compuesto por una multitud de bolas de alúmina. La segunda cámara de filtrado 7 se puede calentar mediante una calefacción 17, por lo que se suprime el vaciado de la segunda cámara de filtrado 7 entre dos cargas. Para permitir el recambio del filtro de lecho apilado 16, también la segunda cámara de filtrado 7 presenta una segunda salida 18. Alternativamente a la realización de la calefacción 17, representada en la única figura, ésta puede estar realizada, por ejemplo, también como calefacción de barras sumergida en la masa fundida, que ha de disponerse preferentemente por debajo del filtro de lecho apilado.

Durante el funcionamiento del dispositivo según la invención, representado en la única figura, para el filtrado y la adición de materiales de afinación del grano a masas fundidas de metal, especialmente a masas fundidas de aluminio, sólo en la primera cámara de filtrado 5 se realiza un primer filtrado de la masa fundida de aluminio con una efectividad comprendida entre 80 y 95%, que queda garantizada sustancialmente por la formación de puente, descrita anteriormente, en los poros del filtro de espuma cerámica. Esta formación de puente se ve estorbada en el estado de la técnica, porque el material de afinación del grano de la masa fundida de aluminio se alimenta antes del primer filtro. Se ha mostrado que en este caso no se produce ninguna formación de puente dentro de los poros del filtro de espuma cerámica. Después del primer filtrado, la masa fundida de aluminio llega a la cámara de adición 6 en la que se disuelve de forma definida un material de afinación del grano. A continuación, las impurezas no disueltas, indeseables, contenidas en el material de afinación del grano se eliminan en mayor medida en un filtro de lecho apilado 16 relativamente pequeño, en una segunda cámara de filtrado 7. Como resultado, en la zona de salida se encuentra una masa fundida de aluminio con una parte muy pequeña de impurezas no disueltas, que a continuación se cuela formando productos de colada de alta calidad como, por ejemplo, barras.

Claims (9)

1. Dispositivo para el filtrado y la adición de materiales de afinación del grano a masas fundidas de metal con un primer filtro (10) y con una alimentación para un material de afinación del grano, presentando el primer filtro un medio filtrante poroso, estando dispuesto la alimentación para el material de afinación del grano detrás del primer filtro (10) en el sentido de circulación, estando dispuesto detrás de la alimentación del material de afinación del grano, en el sentido de circulación, un segundo filtro (16), y presentando el segundo filtro (16) un medio filtrante poroso, caracterizado porque el segundo filtro (16) presenta un filtro de lecho profundo.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer filtro está configurado como filtro basado en un filtrado de torta.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque el primer filtro (10) presenta una placa (11) de espuma cerámica.

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque la placa (11) de espuma cerámica presenta un grosor de 5 a 30 mm - preferentemente de 10 a 15 mm.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el primer filtro (10) presenta al menos un elemento de un material sinterizado.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque el primer filtro (10) presenta al menos un elemento de un material precipitado mediante CVD.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque el filtro de lecho profundo está configurado como filtro de lecho apilado.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el primer filtro (10) y/o el segundo filtro (16) se pueden calentar.

9. Procedimiento para el filtrado y la adición de materiales de afinación del grano a masas fundidas de metal, en el que la masa fundida se filtra con la ayuda de un primer filtro que presenta un medio filtrante poroso, y a la masa fundida se alimenta un material de afinación del grano para la realización usando un dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 10, siendo alimentado el material de afinación del grano a la masa fundida detrás del primer filtro y siendo filtrada la masa fundida detrás de la alimentación del material de afinación del grano, en el sentido de circulación, con la ayuda de un filtro de lecho profundo.