ES2288560T3 - Manguito, procedimiento para su fabricacion y mezcla para la produccion de dicho manguito. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para la producción por soplado y curado en caja fría de un manguito exotérmico para moldes de fundición, que comprende: (A) introducir, por soplado, en un molde de curado en caja fría en el espacio definido entre el molde y dos machos que están alineados y se tocan entre sí, una mezcla para la producción de un manguito exotérmico, obteniendo un manguito no curado, abierto por sus dos extremos, siendo de tal forma la longitud respectiva de los dos machos y la configuración de sus extremos tocándose entre sí, que la abertura de la boca del manguito no curado presenta doble chaflán interno, en tanto que la otra abertura es normalmente lisa, en el que dicha mezcla para la producción de manguitos exotérmicos comprende: a) una composición exenta de flúor para la producción de manguitos que comprende: a.1) un material aislante/refractario a.2) una mezcla exotérmica a base de un metal oxidable, un agente oxidante capaz de generar una reacción exotérmica y magnesio como elemento iniciador de la reacción. b) un aglomerante de curado en caja fría; (B) poner en contacto el manguito no curado preparado en (A) con un catalizador de curado en caja fría para curar dicho manguito no curado; (C) dejar que el manguito resultante de (B) sea curado; (D) retirar el manguito curado del molde; y (E) colocar un tapón en el orificio de la base del manguito curado opuesta a la boca del manguito.
Description
Manguito, procedimiento para su fabricación y
mezcla para la producción de dicho manguito.
Esta invención se refiere a manguitos
exotérmicos para la obtención de minimazarotas aplicables a la
obtención de piezas coladas, en especial de hierro dúctil, y al
procedimiento para su producción por soplado y curado.
La producción de piezas metálicas coladas
comprende el vertido del metal fundido en el interior de un molde,
la solidificación del metal por enfriamiento y el desmoldeo o
extracción de la pieza formada mediante la retirada o destrucción
del molde.
Los moldes pueden ser metálicos o pueden estar
formados por agregados de distintos materiales (cerámicos, grafito
y, sobre todo, arena). Estos moldes deben contar con unos bebederos
u orificios de comunicación entre la cavidad interna y el exterior,
a través de los cuales se vierte el metal fundido en fase de moldeo
o colada. Debido a la contracción del metal durante el enfriamiento
se deben prever en el molde unos rebosaderos que se llenan con
metal fundido de reserva al objeto de formar una mazarota destinada
a compensar las contracciones o rechupes del metal. La mazarota
tiene como fin alimentar la pieza cuando en ésta contrae el caldo,
por lo que el metal debe mantenerse en la mazarota en estado
líquido durante un periodo de tiempo más largo que la pieza. Por
este motivo, las mazarotas se suelen recubrir con unos manguitos,
compuestos por materiales aislantes y/o exotérmicos, que retardan
el enfriamiento del metal contenido en las mazarotas para garantizar
su fluidez cuando se produzcan los rechupes en el metal colado.
El empleo de manguitos exotérmicos alrededor de
las mazarotas permite reducir los problemas de contracción y
mejorar la calidad de las piezas coladas, lo que permite utilizar
mazarotas más pequeñas (minimazarotas) que mejoran la producción y
reducen la superficie de contacto de la mazarota con la pieza
colada, cuya eliminación cuesta dinero.
Se conocen manguitos exotérmicos a base de
fibras fabricados en vía húmeda a partir de un material refractario
fibroso combinado con una mezcla de materiales capaz de producir una
reacción exotérmica constituida por un metal oxidable, en el que el
aluminio es el más usado habitualmente, un agente oxidante y un
fundente o agente iniciador de la reacción exotérmica que,
habitualmente, es un compuesto fluorado. El metal oxidable, cuando
se mezcla con el agente oxidante y el fundente y se expone a un
calor extremo, se oxida liberando calor a medida que avanza la
reacción.
También se conocen manguitos exotérmicos a base
de arena, muy apreciados en las fundiciones de hierro dúctil. La
composición de estos manguitos a base de arena, de alta densidad,
contiene una mayor cantidad de aluminio muy elevada para que la
cantidad de calor generado sea muy alta. Este calor es necesario
para elevar la temperatura del manguito a base de arena antes de
influir favorablemente en la temperatura del metal en la
mazarota.
En 1997 se introdujo una tecnología de manguitos
sin fibras, proporcionando una nueva alternativa a los manguitos
exotérmicos. La solicitud de patente
WO-A1-97/00172 describe un
procedimiento por soplado y curado en caja fría para fabricar
manguitos con exactitud dimensional, exotérmicos y/o aislantes, a
partir de una mezcla soplable en un molde, estando compuesta dicha
mezcla por microesferas de silicato de aluminio con un contenido en
alúmina inferior al 38% en peso, un aglomerante de curado en caja
fría y, opcionalmente, unas cargas no fibrosas. Una composición
típica para la producción de manguitos exotérmicos comprende
microesferas huecas con un contenido en alúmina inferior al 38% en
peso, aluminio en polvo, óxido de hierro y criolita como fundente
fluorado.
Actualmente existen en la industria de la
fundición manguitos para obtener las llamadas minimazarotas, cuya
función es también alimentar de metal líquido a la pieza mientras
esta se contrae durante la solidificación.
La diferencia fundamental con los manguitos
exotérmicos convencionales es que estos mantienen el metal líquido
durante más tiempo, con lo cual el volumen necesario de metal, esto
es, la minimazarota, para una misma función de alimentación es
menor.
Se llega a este resultado aumentando la carga
exotérmica del manguito, pero este aumento de exotermicidad da
lugar a problemas colaterales no deseados, como son:
- 1.
- El exceso de aluminio residual en la mazarota, que luego se vuelve a refundir, da lugar a problemas de poros en las piezas fundidas.
- El defecto conocido como "ojo de pez" es un defecto superficial en la pieza colada, originado por la acumulación de materiales procedentes de la recuperación de las arenas contaminadas, fundamentalmente por el aluminio que se encuentra en altas proporciones en los manguitos exotérmicos.
- Este defecto puede superarse mediante el empleo de, por ejemplo, microesferas huecas de silicato de aluminio con un bajo contenido de alúmina, tal y como se describe en el documento WO-A-97/00172.
- 2.
- Degradación de los nódulos en la zona de contacto del manguito con la pieza que da lugar al rechazo de piezas por no cumplir las especificaciones de nodulación exigidas por el cliente.
- Este segundo problema es originado por el exceso de flúor proveniente de los materiales fluorados que habitualmente se utilizan como carga iniciadora de la reacción exotérmica.
- Para evitar este problema, o bien el manguito no se pone en contacto con la pieza, lo cual hace necesario usar más metal, o bien se usa una galleta intermedia, exenta de flúor, adherida a la boca del manguito y dotada de un orificio central equivalente, que evita el contacto del manguito propiamente dicho con la pieza. Esta galleta, su producción y sujeción al manguito, representa un coste adicional nada despreciable.
La Patente
ES-A-2 155 001 describe un manguito
de colado exotérmico que tiene dos aperturas en ambos extremos,
teniendo ambas aperturas una forma cilíndrica. El manguito
comprende un material refractario aislante con forma de
microesferas huecas de silicato de aluminio, al menos una de Al, Mg,
Si como metal oxidable, una sal de un alcalino o alcalinotérreo
como agente oxidante, un aglomerante para curar y un catalizador de
curado.
La invención se enfrenta al reto de proporcionar
un manguito para la obtención de minimazarotas que no requiera el
uso de la "galleta" exenta de flúor, ni de ningún otro elemento
para evitar el contacto del manguito con la pieza y que, por otro
lado, produzca en la mazarota una entalla para facilitar su
posterior separación de la pieza colada y todo ello a partir de una
mezcla soplable, carente de flúor, capaz de producir una reacción
exotérmica para la aportación del calor requerido.
Como se define en la reivindicación 1 el
procedimiento para la producción por soplado y curado en caja fría
de un manguito exotérmico para moldes de fundición comprende las
siguientes etapas:
- (A)
- introducir, por soplado, en un molde de curado en caja fría en el espacio definido entre el molde y dos machos que están alineados y se tocan entre sí, una mezcla para la producción de un manguito exotérmico, obteniendo un manguito no curado, abierto por sus dos extremos, siendo de tal forma la longitud respectiva de los dos machos y la configuración de sus extremos tocándose entre sí, que la abertura de la boca del manguito no curado presenta doble chaflán interno, en tanto que la otra abertura es normalmente lisa,
- (B)
- poner en contacto el manguito no curado preparado en (A) con un catalizador de curado en caja fría para curar dicho manguito no curado;
- (C)
- dejar que el manguito resultante de (B) sea curado;
- (D)
- retirar el manguito curado del molde; y
- (E)
- colocar un tapón en el agujero opuesto a la boca del manguito.
En la presente memoria descriptiva la mezcla
para la producción del manguito exotérmico comprende:
a. una composición exenta de flúor para la
producción de manguitos que comprende:
- a.1)
- Un material aislante/refractario
- a.2)
- Una mezcla exotérmica basada en un metal oxidable, un agente oxidante capaz de producir una reacción exotérmica y magnesio como elemento iniciador de la reacción;
b. Un aglomerante para curado en caja fría.
Las microesferas huecas de silicato de aluminio
se usan básicamente como material aislante. También pueden
utilizarse mezclas de estas esferas de silicato de aluminio con
arena, cuando sea necesario mejorar las características mecánicas
del manguito, en detrimento de las características aislante.
Como metales oxidables pueden utilizarse
aluminio, silicio y otros. Preferentemente aluminio en una
combinación de polvo fino y grueso.
Como agentes oxidantes, pueden utilizarse
nitratos, cloratos, permanganatos y óxidos metálicos tales como
oxido de hierro y de magnesio y, por supuesto, combinaciones de
estos compuestos.
Como agente iniciador de la reacción exotérmica
se emplea magnesio.
Una vez soplada este mezcla en el molde,
extraído el manguito y curado, se cierra el orificio opuesto a la
boca con un tapón que puede ser de plástico, madera, serrín, arena,
etc. e incluso del mismo material del manguito.
El empleo de estos manguitos permite fabricar
piezas de elevada calidad, sin degradación de los nódulos de
grafito en la zona de contacto mazarota-pieza, a un
coste reducido, inferior comparativamente al de otros
procedimientos convencionales que rinden piezas de calidades
similares basados en el contacto entre la mazarota y la pieza a
través de una galleta intermedia.
La Figura 1 ilustra las etapas para la
producción de un manguito mediante un procedimiento convencional de
soplado y curado en caja fría perteneciente al estado de la técnica.
En este caso, la mezcla para la producción de manguitos se sopla en
un molde (3) con la colaboración de un macho (2) [Figura 1A]; a
continuación, se cura el manguito (1) y se desmoldea dejando el
hueco destinado a la mazarota (4) [Figura 1B]; y, finalmente, se
aplica una galleta (5) intermedia que presenta un agujero (6) para
el paso del caldo [Figura 1C].
La Figura 2 ilustra los pasos para la producción
de un manguito exotérmico según el procedimiento de soplado y
curado en caja fría proporcionado por la presente invención.
Como puede apreciarse en la Figura 2, a
diferencia de los procedimientos convencionales pertenecientes al
estado de la técnica (véase la Figura 1), en el procedimiento
proporcionado por esta invención, la mezcla exente de flúor para la
producción de manguitos exotérmicos se sopla dentro de un molde, en
el espacio definido entre el molde (3) y los machos (2, 2') [Figura
2A]. Los machos (2, 2') además de permitir la posterior extracción
del manguito, producen en la boca de éste un doble achaflanado
(8).Una vez curado el manguito (1), se desmoldea dejando el hueco
destinado a la mazarota (4) [Figura 2B]; y, finalmente, se coloca un
tapón (9) en un extremo abierto del manguito (1) con el fin de
impedir la entrada de arena o de cualquier otro elemento indeseable
en el interior de la cavidad destinada a mazarota durante la
operación de colada [Figura 2C].
El doble chaflán (8) del manguito, producirá en
la mazarota una huella o entalla formalmente equivalente que define
y facilita la línea de corte para la separación de la mazarota de la
pieza.
El material aislante/refractario (a.1) presente
en la composición exenta de flúor para la producción de manguitos
es un material que comprende básicamente microesferas huecas de
silicato de aluminio, aunque también podría contener una
determinada cantidad de arena, en el supuesto de que, sacrificando
capacidad aislante, quiera mejorarse las características mecánicas
del manguito.
En general, la cantidad de material
aislante/refractario (a.1) estará comprendida entre el 30% y el 70%
en peso respecto al total de la composición exenta de flúor.
El material exotérmico (a.2) presente en la
composición exenta de flúor para la producción de manguitos
comprende un metal oxidable y un agente oxidante capaz de generar
una reacción exotérmica, en donde dicho material exotérmico
comprende:
(i) magnesio como elemento iniciador de la
reacción exotérmica, junto con uno o más metales oxidables,
preferentemente una mezcla de aluminio en polvo y granulado.
(ii) un agente oxidante capaz de reaccionar con
el metal oxidable y generar una reacción exotérmica a la
temperatura de vertido del metal, seleccionándose dicho agente
oxidante del grupo formado por (a) sales de metales alcalinos o
alcalinotérreos, por ejemplo, nitratos, cloratos y permanganatos de
metales alcalinos o alcalinotérreos; (b) óxidos metálicos, por
ejemplo, óxidos de hierro y de manganeso, preferentemente óxido de
hierro; y (c) mezclas de (a) y (b). Dicho material exotérmico (a.2)
se encuentra en forma no fibrosa, para poder ser soplado.
Una característica de la composición para la
producción de los manguitos exotérmicos según la presente invención
radica en que dicha composición carece de los fundentes fluorados
inorgánicos habitualmente utilizados como iniciadores de la
reacción exotérmica. En su lugar, se utiliza magnesio el cual
reacciona a una temperatura inferior con lo que la reacción
exotérmica generada entre el metal oxidable y el agente oxidante
comienza antes.
La reacción entre el metal oxidable y el agente
oxidante es una reacción exotérmica que genera calor potenciando de
ese modo las propiedades térmicas de los manguitos exotérmicos. De
esta manera, se reduce la pérdida de temperatura del material
fundido en el bebedero, que se mantienen más caliente y líquido
durante más tiempo.
Dependiendo del grado de propiedades exotérmicas
que se desea alcanzar en el manguito, la cantidad de metal oxidable
presente en el material exotérmico (a.2) estará comprendida entre el
20% y el 30% en peso respecto al total de la composición exenta de
flúor para la producción del manguito.
El procedimiento desvelado por esta invención
permite obtener manguitos exotérmicos con el balance de propiedades
aislantes y exotérmicas deseado sin más que utilizando las
cantidades de material aislante (a.1) y de material exotérmico
(a.2) presentes en el componente A en las relaciones ponderales
apropiadas.
Los aglomerantes de curado en caja fría que
pueden utilizarse en la mezcla para la producción de manguitos
según el procedimiento de fabricación de manguitos proporcionado por
esta invención son conocidos. En principio, cualquier aglomerante
de curado en caja fría que sea capaz de mantener la composición
exenta de flúor para la producción de manguitos en la forma de un
manguito y polimerizar en presencia de un catalizador de curado
puede utilizarse. A modo ilustrativo, pueden utilizarse resinas
fenólicas, resinas de fenol-uretano, resinas
epoxi-acrílicas, resinas fenólicas alcalinas,
resinas de silicatos, etc. activadas por un catalizador apropiado
en fase gaseosa. En una realización particular, dicho aglomerante de
curado en caja fría se selecciona entre las resinas
epoxi-acrílicas activadas por SO_{2} (gas) y las
resinas de fenol-uretano activadas por amina (gas)
conocidas como aglomerantes de curado en caja fría EXACTCAST®
(Ashland).
La cantidad necesaria de aglomerante de curado
en caja fría es la cantidad efectiva para mantener la forma del
manguito y permitir su curado efectivo, es decir, una cantidad tal
que permita producir un manguito que pueda ser manejado tras el
curado. A modo ilustrativo, la cantidad de aglomerante de curado en
caja fría estará comprendida entre el 1% y el 10% respecto al total
de la composición para la producción del manguito.
El catalizador para el curado en caja fría se
aplica en forma de gas haciéndolo pasar a través del manguito,
hasta que éste alcanza una consistencia manejable. El catalizador en
fase gaseosa puede ser una amina, dióxido de carbono, formiato de
metilo, dióxido de azufre, etc. dependiendo del aglomerante de
curado en caja fría utilizado.
Operando adecuadamente y seleccionando los
componentes de la composición para la producción de manguitos se
pueden obtener manguitos exotérmicos con exactitud dimensional,
tanto interna como externa, que se pueden acoplar fácilmente al
conjunto de moldeo en fundición después de ser fabricados sin
necesidad de realizar manipulaciones adicionales.
El manguito exotérmico obtenible según el
procedimiento proporcionado por esta invención constituye un aspecto
adicional de la presente invención.
Como puede apreciarse en la Figura 2, el
manguito (1) proporcionado por esta invención comprende:
- (i)
- un cuerpo que rodea el hueco destinado a contener la mazarota (4) y contiene un doble chaflán (8) en su boca, y
- (ii)
- un tapón (9) en la base opuesta a la boca.
El doble chaflán (8) presente en el manguito
proporcionado por esta invención es debido a la acción combinada de
2 machos (2, 2') durante el soplado de la mezcla. El doble chaflán
(8) definirá en la mazarota una huella o entalla que facilita la
separación de la misma de la pieza colada.
Debido al procedimiento de fabricación del
manguito proporcionado por esta invención, que comprende la acción
combinada de 2 machos, se generan 2 extremos abiertos. Uno de dichos
extremos contiene un doble chaflán (8) mientras que el otro de los
extremos abierto se cierra con un tapón (9) con el fin de evitar el
paso de arena o de cualquier otro elemento indeseable hacia el
interior del manguito durante la colocación del mismo en el molde
y, por supuesto, durante la operación de colada. Por tanto, dicho
tapón (9) no tiene ninguna misión estructural ni interviene en la
formación o actuación de la mazarota, y, debido a ello, el material
utilizado en la fabricación del tapón puede ser prácticamente
cualquier material, ventajosamente, un material barato, tal como
plástico, madera, serrín, papel, arena, etc., o, incluso, el propio
material constituyente del manguito.
A título comparativo se ilustra a continuación
una tabla de mezclas soplables para la obtención de mangui-
tos exotérmicos con fundente fluorado y exenta de flúor, según la invención, para la misma capacidad de exo-
termia.
tos exotérmicos con fundente fluorado y exenta de flúor, según la invención, para la misma capacidad de exo-
termia.
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(Tabla pasa a página
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Claims (11)
1. Un procedimiento para la producción por
soplado y curado en caja fría de un manguito exotérmico para moldes
de fundición, que comprende:
(A) introducir, por soplado, en un molde de
curado en caja fría en el espacio definido entre el molde y dos
machos que están alineados y se tocan entre sí, una mezcla para la
producción de un manguito exotérmico, obteniendo un manguito no
curado, abierto por sus dos extremos, siendo de tal forma la
longitud respectiva de los dos machos y la configuración de sus
extremos tocándose entre sí, que la abertura de la boca del manguito
no curado presenta doble chaflán interno, en tanto que la otra
abertura es normalmente lisa, en el que dicha mezcla para la
producción de manguitos exotérmicos comprende:
- a)
- una composición exenta de flúor para la producción de manguitos que comprende:
- a.1)
- un material aislante/refractario
- a.2)
- una mezcla exotérmica a base de un metal oxidable, un agente oxidante capaz de generar una reacción exotérmica y magnesio como elemento iniciador de la reacción.
- b)
- un aglomerante de curado en caja fría;
(B) poner en contacto el manguito no curado
preparado en (A) con un catalizador de curado en caja fría para
curar dicho manguito no curado;
(C) dejar que el manguito resultante de (B) sea
curado;
(D) retirar el manguito curado del molde; y
(E) colocar un tapón en el orificio de la base
del manguito curado opuesta a la boca del manguito.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicho material aislante con propiedades refractarias (a.1)
es silicato de aluminio en forma de microesferas huecas.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicho metal oxidable es aluminio, preferentemente una mezcla
en polvo fino y grueso de este metal.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicho agente oxidante se selecciona del grupo formado por
sales de metales alcalinos o alcalinotérreos, óxidos metálicos, y
sus mezclas.
5. Procedimiento según la reivindicación 1 y 4,
en el que dicho agente oxidante se selecciona del grupo formado por
nitratos, cloratos y permanganatos de metales alcalinos o
alcalinotérreos, óxido de hierro, óxido de manganeso, y sus
mezclas.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicho material exotérmico (a.2) se encuentra en forma no
fibrosa, es decir, en forma soplable.
7. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicho aglomerante de curado en caja fría se selecciona del
grupo formado por resinas fenólicas, resinas de
fenol-uretano, resinas
epoxi-acrílicas, resinas fenólicas alcalinas y
resinas de silicatos.
8. Procedimiento según la reivindicación 12, en
el que dicho aglomerante de curado en caja fría se selecciona del
grupo formado por resinas epoxi-acrílicas activadas
por SO_{2} (gas) y resinas de fenol-uretano
activadas por amina (gas).
9. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que, en la etapa (B), el manguito no curado preparado en la
etapa (A) se pone en contacto con un catalizador en fase gaseosa
adecuado para curar dicho manguito.
10. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicho catalizador para curar el manguito no curado es un
catalizador en fase gaseosa seleccionado entre una amina gaseosa
para activar resinas de fenol-uretano; SO_{2}
(gas) para activar resinas epoxi-acrílicas; CO_{2}
(gas) o formiato de metilo (gas) para activar resinas fenólicas
alcalinas; y CO_{2} (gas) para activar resinas de silicato
sódico.
11. Manguito hecho según el procedimiento de la
reivindicación 1, caracterizado porque una vez moldeado,
desmoldeado y curado, presenta una boca para la entrada del caldo
que ha de conformar la mazarota dotada de un doble chaflán
perimetral interno, que producirá en la mazarota una huella o
entalla de geometría equivalente, en tanto que el orificio opuesto
a la boca se cierra con un tapón de plástico, madera, serrín, arena
o incluso del propio material que constituye el manguito.
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