ES2310383T3 - Sistema y procedimiento de alimentacion de metal fundido por presion continua. - Google Patents
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Abstract
Un inyector (100) para un sistema de alimentación de metal fundido (90) que comprende: un alojamiento de inyector (102) configurado para contener metal fundido y en comunicación fluida con una fuente de alimentación de metal fundido (132); un pistón (104) accionable recíprocamente dentro del alojamiento (102), pistón (104) amovible a través de una carrera de retorno que permite que el metal fundido (134) sea recibido en el alojamiento (102) desde la fuente de alimentación de metal (132) y una carrera de desplazamiento para desplazar el metal fundido (134) desde el alojamiento (102) hasta un procedimiento corriente abajo, y el pistón (104) que tiene una cabeza de pistón (108) situada dentro del alojamiento para desplazar el metal fundido (134) desde el alojamiento (102); y una fuente de alimentación de gas (144) en comunicación fluida con el alojamiento (102) a través de una válvula de control de gas (146); en el que, durante la carrera de retorno del pistón (104) se forma un espacio (148) entre la cabeza de pistón (108) y el metal fundido (134) y la válvula de control de gas (146) es accionable para rellenar el espacio con gas desde la fuente de alimentación de gas (144), y en el que durante la carrera de desplazamiento del pistón (104) la válvula de control de gas (146) es accionable para evitar la ventilación de gas desde el espacio lleno de gas (148) de modo tal que el gas en el espacio lleno de gas (148) es comprimido entre la cabeza de pistón (108) y el metal fundido (134) recibido en el alojamiento (102) y desplaza el metal fundido (134) desde el alojamiento (102) por delante de la cabeza de pistón (108).
Description
Sistema y procedimiento de alimentación de metal
fundido por presión continua.
La presente invención se refiere a un sistema de
alimentación de metal fundido, y más particularmente, a un sistema
de alimentación de metal fundido por presión continua y un
procedimiento para formar artículos metálicos continuos de longitud
indefinida.
El procedimiento de trabajo del metal conocido
como extrusión implica prensar material metálico (lingote o tochos)
a través de una abertura de matriz que tiene una configuración
predeterminada para formar una forma que tiene una mayor longitud y
una sección transversal sustancialmente constante. Por ejemplo, en
la extrusión de aleaciones de aluminio, el material de aluminio es
precalentado a la temperatura de extrusión apropiada. El material
de aluminio se coloca entonces dentro de un cilindro calentado. El
cilindro utilizado en el procedimiento de extrusión tiene una
abertura de matriz en un extremo de la forma deseada y un pistón o
gato recíproco que tiene aproximadamente las mismas dimensiones de
sección transversal que el orificio del cilindro. Este pistón o
gato se desplaza contra el material de aluminio para comprimir el
material de aluminio. La abertura en la matriz es la trayectoria de
menos resistencia para el material de aluminio a presión. El
material de aluminio se deforma y fluye a través de la abertura de
matriz para producir un producto extruido que tiene la misma forma
de sección transversal que la abertura de matriz.
Con referencia a la figura 1, el procedimiento
de extrusión descrito anteriormente está identificado por el número
de referencia 10, y consiste típicamente en diversas operaciones
discretas y discontinuas que incluyen: fundir 20, hacer una colada
30, homogeneizar 40, opcionalmente cortar 50, recalentar 60 y
finalmente extruir 70. El material de aluminio es colado a una
temperatura elevada y enfriado típicamente a temperatura ambiente.
Debido a que el material de aluminio es colado, hay una cierta
cantidad de no-homogeneidad en la estructura y el
material de aluminio es calentado para homogeneizar el metal
fundido. Después de la etapa de homogeneización, el material de
aluminio es enfriado a temperatura ambiente. Después del
enfriamiento, el material de aluminio homogeneizado es recalentado
en un horno a una temperatura elevada denominada la temperatura de
precalentamiento. Los expertos en la técnica apreciarán que la
temperatura de precalentamiento es generalmente la misma para cada
tocho que ha de ser extruido en una serie de tochos y está basada en
la experiencia. Después de que el material de aluminio ha alcanzado
la temperatura de precalentamiento, está listo para ser colocado en
una prensa de extrusión y ser extruido.
Todas las etapas anteriores se refieren a las
prácticas que son bien conocidas por los expertos en la técnica de
la fundición y la extrusión. Cada una de las anteriores etapas se
refiere al control metalúrgico del metal a extruir. Estas etapas
conllevan mucho tiempo, incurriendo en costes energéticos cada vez
que el material metálico se recalienta desde la temperatura
ambiente. También hay costes de recuperación en curso asociados a
la necesidad de recortar el material metálico, costes de mano de
obra asociados al inventario del procedimiento, y costes de capital
y operativos para el equipo de extrusión.
Se han hecho intentos en la técnica anterior de
diseñar un aparato de extrusión que opere directamente con metal
fundido. La patente de los Estados Unidos Nº 3.328.994 de Lindemann
divulga un ejemplo de este tipo. La patente de Lindemann divulga un
aparato para extruir metal a través de una boquilla de extrusión
para formar una varilla sólida. El aparato incluye un recipiente
para contener una alimentación de metal fundido y una matriz de
extrusión (es decir, una boquilla de extrusión) situada en la salida
del recipiente. Un conducto conduce desde una abertura inferior del
recipiente hasta la boquilla de extrusión. Una cámara calentada está
situada en el conducto que conduce desde la abertura inferior del
recipiente hasta la boquilla de extrusión y se usa para calentar el
metal fundido que pasa a la boquilla de extrusión. Una cámara de
enfriamiento envuelve la boquilla de extrusión para enfriar y
solidificar el metal fundido cuando pasa a través de la misma. El
recipiente es presurizado para forzar el metal fundido contenido en
el recipiente a pasar través del conducto de salida, la cámara
calentada y finalmente la boquilla de extrusión.
La patente de los Estados Unidos Nº 4.075.881 de
Kreidler divulga un procedimiento y un dispositivo para hacer
varillas, tubos y artículos perfilados directamente a partir de
metal fundido por extrusión usando una matriz y una herramienta de
formación. El metal fundido se carga dentro de un compartimiento de
recepción del dispositivo en lotes sucesivos que se enfrían para de
este modo transformarlos en un estado termoplástico. Los lotes
sucesivos se acumulan capa a capa para formar una barra u otro
artículo similar.
Las patentes de los Estados Unidos números
4.774.997 y 4.718.476, ambas de Eibe, divulgan un aparato y un
procedimiento para la colada de extrusión continua de metal fundido.
En el aparato divulgado en las patentes de Eibe, el metal fundido
está contenido en un recipiente de presión que puede ser presurizado
con aire o un gas inerte tal como el argón. Cuando el recipiente de
presión está presurizado, el metal fundido contenido en su interior
es forzado a pasar a través de un conjunto de matriz de extrusión.
El conjunto de matriz de extrusión incluye un molde que está en
comunicación fluida con una matriz de calibrado corriente abajo.
Unas boquillas de pulverización están posicionadas para pulverizar
agua en el exterior del molde para enfriar y solidificar el metal
fundido que pasa a través del mismo. El metal enfriado y
solidificado es entonces forzado a pasar a través de la matriz de
calibrado. Al salir de la matriz de calibrado, el metal extruido en
forma de una banda de metal pasa entre un par de rodillos
extractores y a continuación se enfría adicionalmente antes de ser
enrollado sobre un bobinador.
La patente de los Estados Unidos número
5.092.499 de Sodderland se refiere a un sistema para suministrar
metal fundido a una cavidad de moldeo de una máquina de moldeo por
presión. El sistema incluye un inyector de metal líquido de moldeo
por presión con un pistón operativo que tiene una válvula de doble
efecto cilíndrica en el conjunto y que proporciona a una porción
terminal inferior del conjunto una comunicación directa con un
depósito de metal fundido. El pistón, durante su carrera de carga de
metal fundido, aleja la lanzadera del bloqueo del conducto de
entrada que comunica con el deposito de alimentación de metal, y la
cavidad interna definida por el conjunto se carga de metal líquido.
En la carrera de compresión del pistón, la lanzadera se desplaza en
primer lugar hacia delante para bloquear el canal de entrada de
flujo, asegurando que no hay fugas de metal fundido de vuelta al
depósito de alimentación y, al mismo tiempo, el metal dentro de la
cámara del pistón se comunica ahora con un orificio de salida de
flujo directamente a una bo-
quilla que inyecta metal líquido directamente en una cavidad de fundido. Se consigue una carga fija para la cavidad.
quilla que inyecta metal líquido directamente en una cavidad de fundido. Se consigue una carga fija para la cavidad.
La patente de los Estados Unidos número
5.443.187, de Metpumb AB se refiere a un aparato de bomba para
bombear metal fundido desde un horno a un lugar donde se vaya a
usar. El metal fundido se bombea desde el horno al lugar donde se
va a utilizar usando una bomba de émbolo accionada a gas que tiene
un recipiente que sostiene la cámara con una entrada para extraer
el metal fundido del horno hacia la cámara, y con una salida para
forzar el metal fuera de la cámara hacia el lugar de uso. La
entrada y salida se disponen en el fondo de la cámara. Un sistema
de succión y presión incluye un circuito cerrado que contiene un
tanque de vacío, un tanque de presión, una unidad de
compresor/bomba de vacío conectado entre ellos, y una primera
válvula. El circuito cerrado se conecta con la cámara a través de
un conducto. Un sistema de control conecta y desconecta
alternativamente el tanque de vacío y el tanque de presión, y abre
y cierra alternativamente de modo sustancialmente sincrónico la
entrada y salida, accionando válvulas asociadas con la entrada y
salida.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un sistema de alimentación de metal fundido que se
puede usar para alimentar metal fundido a procedimientos de
formación o trabajo de metal corriente abajo a presiones y caudales
de trabajo sustancialmente constantes. Otro objeto de la presente
invención es proporcionar un sistema de alimentación de metal
fundido y un procedimiento apto para formar artículos metálicos
continuos de longitudes indefinidas.
Los anteriores objetos son generalmente llevados
a cabo por un procedimiento para formar artículos metálicos
continuos de longitud indefinida como se describe aquí. El
procedimiento puede incluir generalmente las etapas de:
proporcionar una pluralidad de inyectores de metal fundido, cada uno
de los cuales tiene un alojamiento de inyector y un pistón
accionable recíprocamente dentro del alojamiento, con cada uno de
los inyectores en comunicación fluida con una fuente de
alimentación de metal fundido y un colector de salida, y con el
pistón de cada uno de los inyectores movible a lo largo de una
primera carrera, en la que el metal fundido se recibe en los
alojamientos respectivos desde la fuente de alimentación de metal
fundido, y una segunda carrera en la que cada uno de los inyectores
proporciona metal fundido al colector de salida bajo presión, y en
donde el colector de salida incluye una pluralidad de matrices de
salida para formar artículos metálicos continuos de longitud
indefinida, con las matrices de salida configuradas para enfriar y
solidificar el metal fundido para formar los artículos metálicos;
accionar en serie los inyectores para desplazar los pistones
respectivos a lo largo de su primera y segunda carrera en momentos
diferentes para proporcionar al colector de salida un caudal y
presión de metal fundido sustancialmente constantes; enfriar el
metal fundido en las matrices de salida para formar metal en estado
semisólido en las matrices de salida respectivas; solidificar el
metal en estado semisólido en las matrices de salida para formar
metal solidificado que posee una estructura en bruto de colada;
descargar el metal solidificado a través de las aberturas de matriz
de salida definidas por las matrices de salida respectivas para
formar los artículos metálicos.
El procedimiento puede incluir el paso de
trabajar el metal solidificado en las matrices de salida para
generar una estructura labrada en el metal solidificado antes de la
etapa de descargar el metal solidificado a través de las aberturas
de matriz. La etapa de trabajar el metal solidificado en las
matrices de salida se puede llevar a cabo en una cámara
divergente-convergente situada corriente arriba de
la abertura de matriz de cada una de las matrices de salida.
Las matrices de salida puede incluir cada una un
pasaje de matriz de salida que comunica con la abertura de matriz
para transportar el metal a la abertura de matriz. La abertura de
matriz puede definir un área de sección transversal inferior al
pasaje de matriz. La etapa de trabajar el metal solidificado puede
ser realizada descargando el metal solidificado a través de la
abertura de matriz de sección transversal más pequeña de cada una de
las matrices de salida. Al menos una de las matrices de salida
tiene un pasaje de matriz que define un área de sección transversal
inferior a la abertura de matriz correspondiente. La etapa de
trabajar el metal solidificado en al menos una matriz de salida se
puede realizar descargando el metal solidificado desde el pasaje de
matriz de sección transversal más pequeña al interior de la
correspondiente abertura de matriz de mayor sección transversal.
El procedimiento puede incluir la etapa de
descargar el metal solidificado de al menos uno de los artículos
metálicos a través de una segunda matriz de salida que define una
abertura de matriz. La segunda matriz de salida puede estar situada
corriente abajo de la primera matriz de salida. La segunda abertura
de matriz puede definir un área de sección transversal inferior a
la primera abertura de matriz. El procedimiento puede incluir
entonces la etapa de trabajar posteriormente el metal solidificado
de al menos un artículo metálico de este tipo para formar la
estructura labrada descargando el metal solidificado a través de la
segunda abertura de matriz.
El procedimiento puede incluir la etapa de
trabajar el metal solidificado formando al menos uno de los
artículos metálicos para general una estructura labrada en el al
menos un artículo metálico, produciéndose la etapa de trabajo
corriente abajo de las matrices de salida. La etapa de trabajo puede
ser realizada por una pluralidad de rodillos en contacto con el al
menos un artículo metálico. El al menos un artículo metálico puede
ser una placa continua o un lingote continuo.
La abertura de matriz de al menos una de las
matrices de salida puede tener una sección transversal simétrica
respecto de al menos un eje que pasa a través de la misma para
formar un artículo metálico que tiene una sección transversal
simétrica. Además, la abertura de matriz de al menos una de las
matrices de salida puede estar configurada para formar un artículo
metálico de sección transversal de forma circular. Además, la
abertura de matriz de al menos una de las matrices de salida puede
estar configurada para formar un artículo metálico de sección
transversal de forma poligonal. La abertura de matriz de al menos
una de las matrices de salida puede estar configurada para formar
un artículo metálico de sección transversal de forma anular. Además,
la abertura de matriz de al menos una de las matrices de salida
puede estar configurada para formar un artículo metálico que tiene
una sección transversal asimétrica.
La abertura de matriz de al menos una de las
matrices de salida puede tener una sección transversal simétrica
respecto de al menos un eje que pasa a través de la misma para
formar un artículo metálico que tiene una sección transversal
simétrica, y la abertura de matriz de al menos una de las matrices
de salida puede tener una sección transversal asimétrica para
formar un artículo metálico que tiene una sección transversal
asimétrica.
Una pluralidad de rodillos pueden estar
asociados a cada una de las matrices de salida y en contacto con los
artículos metálicos formados corriente abajo de las respectivas
aberturas de matriz. El procedimiento puede entonces incluir
adicionalmente la etapa de proporcionar una contrapresión a la
pluralidad de inyectores a través del contacto de fricción entre
los rodillos y los artículos metálicos. Al menos una de las
aberturas de matriz está configurada preferiblemente para formar
una placa continua. El procedimiento puede incluir también la etapa
de trabajar adicionalmente el metal solidificado que forma la placa
continua con los rodillos para generar la estructura labrada.
Las matrices de salida pueden incluir cada una
un pasaje de matriz de salida que comunica con la abertura de
matriz para transportar el metal a la abertura de matriz. Al menos
una de las matrices de salida puede tener un pasaje de matriz que
define un área de sección transversal inferior a la abertura de
matriz correspondiente de manera que el procedimiento puede incluir
la etapa de trabajar el metal solidificado para generar la
estructura labrada descargando el metal solidificado desde el
pasaje de matriz de sección transversal más pequeña al interior de
la correspondiente abertura de matriz de mayor sección transversal
de la al menos una matriz de salida. La abertura de matriz de mayor
sección transversal puede estar configurada para formar un lingote
continuo. Una pluralidad de rodillos pueden estar en contacto con el
lingote corriente abajo de la al menos una matriz de salida, de
manera que el procedimiento puede incluir adicionalmente la etapa de
proporcionar contrapresión a la pluralidad de inyectores a través
del contacto de fricción entre los rodillos y el lingote. El
procedimiento puede incluir adicionalmente la etapa de trabajar el
metal solidificado que forma el lingote con los rodillos para
generar la estructura labrada.
Los artículos metálicos formados por el
procedimiento anteriormente descrito pueden adoptar cualquiera de
las siguientes formas, sin embargo, el presente procedimiento no se
limita a las siguientes formadas listadas; una varilla maciza que
tiene una sección transversal de forma poligonal o circular; un tubo
de sección transversal en forma poligonal o circular, una placa que
tiene una sección transversal de forma poligonal; y un lingote que
tiene una sección transversal de forma poligonal o circular.
Asimismo, la presente invención es un aparato
para formar artículos metálicos continuos de longitud indefinida.
El aparato incluye un colector de salida y una pluralidad de
matrices de salida. El colector de salida se configura para la
comunicación fluida con una fuente de metal fundido. La pluralidad
de matrices de salida están en comunicación fluida con el colector
de salida. Las matrices de salida se configuran para formar una
pluralidad de artículos metálicos continuos de longitud indefinida.
Cada una de las matrices de salida comprende, además, un
alojamiento de matriz unido al colector de salida. El alojamiento de
matriz define una abertura de matriz configurada para formar la
forma en sección transversal del artículo metálico continuo que
abandona la matriz de salida. El alojamiento de matriz define,
asimismo, un pasaje de matriz en comunicación fluida con el
colector de salida para transportar metal a la abertura de matriz de
salida. Adicionalmente, el alojamiento de matriz define una cámara
de enfriamiento que rodea al menos una porción del pasaje de matriz
para enfriar y solidificar el metal fundido recibido desde el
colector de salida y que pasa a través del pasaje de matriz hacia
la abertura de matriz.
El pasaje de matriz de al menos una de las
matrices de salida define una
divergente-convergente, situada corriente arriba de
la abertura de matriz correspondiente. El pasaje de matriz de al
menos una de las matrices de salida puede incluir un mandril
posicionado en su interior para formar un artículo metálico de
sección transversal de forma anular. Una pluralidad de rodillos
pueden estar asociados a cada una de las matrices de salida y estar
posicionados para entrar en contacto con los artículos metálicos
formados corriente abajo de las respectivas aberturas de matriz
para enganchar con fricción los artículos de metal y aplicar
contrapresión al metal fundido en el colector.
Al menos uno de los pasajes de matriz de las
matrices de salida puede definir un área de sección transversal
superior al área de sección transversal definida por la abertura de
matriz correspondiente. Al menos uno de los pasajes de matriz puede
definir un área de sección transversal inferior al área de sección
transversal definida por la abertura de matriz correspondiente.
El pasaje de matriz de al menos una de las
matrices de salida puede definir un área de sección transversal
superior al área de sección transversal definida por la abertura de
matriz correspondiente. Una segunda matriz de salida puede estar
situada corriente abajo de la al menos una matriz de salida. La
segunda matriz de salida puede definir una abertura de matriz que
tiene un área de sección transversal inferior a la correspondiente
abertura de matriz corriente arriba. La segunda matriz de salida
puede estar unida de modo fijo a la matriz de salida corriente
arriba.
El alojamiento de matriz de cada una de las
matrices de salida puede estar unido de modo fijo al colector de
salida. Además, el alojamiento de matriz de cada una de las salidas
puede estar formado solidariamente al colector de salida.
La abertura de matriz de al menos una de las
matrices de salida puede estar configurada para formar un artículo
metálico de sección transversal de forma circular. Además, la
abertura de matriz de al menos una de las matrices de salida puede
estar configurada para formar un artículo metálico de sección
transversal de forma poligonal. Además, la abertura de matriz de al
menos una de las matrices de salida puede estar configurada para
formar un artículo metálico de sección transversal de forma anular.
La abertura de matriz de al menos una de las matrices de salida
puede tener una sección transversal asimétrica para formar un
artículo metálico que tiene una sección transversal asimétrica.
Además, la abertura de matriz de al menos una de las matrices de
salida puede tener una sección transversal simétrica respecto de al
menos un eje que pasa a través de la misma para formar un artículo
metálico que tiene una sección transversal simétrica.
La abertura de matriz de al menos una de las
matrices de salida puede estar configurada para formar una placa
continua o un lingote continuo. El lingote continuo puede tener una
sección transversal de forma poligonal o de forma circular. La
placa continua puede también tener una sección transversal de forma
poligonal.
El aparato puede incluir, adicionalmente, una
única matriz de salida que tiene un alojamiento de matriz que
define una abertura de matriz y un pasaje de matriz en comunicación
fluida con el colector de salida. El alojamiento de matriz puede
definir, adicionalmente, una cámara refrigerante que rodea al menos
parcialmente el conducto de matriz. La abertura de matriz está
preferiblemente configurada para formar la forma de sección
transversal del artículo metálico continuo.
Otros detalles y ventajas de la presente
invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción
detallada junto con los dibujos, en los cuales las partes iguales
están designadas con números de referencia idénticos.
La figura 1 es una vista esquemática de un
procedimiento de extrusión de la técnica anterior;
La figura 2 es una vista en sección transversal
de un sistema de alimentación de metal fundido que incluye una
fuente de alimentación de metal fundido, una pluralidad de
inyectores de metal fundido, y un colector de salida según una
primera realización de la presente invención.
La figura 3 es una vista en sección transversal
de uno de los inyectores del sistema de alimentación de metal
fundido de la figura 2, que muestra el inyector al principio de una
carrera de desplazamiento.
La figura 4 es una vista de sección transversal
del inyector de la figura 3 que muestra el inyector al principio de
una carrera de retorno;
La figura 5 es un gráfico de la posición del
pistón a lo largo del tiempo para un ciclo de inyección del inyector
de las figuras 3 y 4;
La figura 6 es una disposición alternativa de
alimentación de gas y ventilación para el inyector de las figuras 3
y 4;
La figura 7 es un gráfico de la posición del
pistón a lo largo del tiempo para los múltiples inyectores del
sistema de alimentación de metal fundido de la figura 2;
La figura 8 es una vista en sección transversal
del sistema de alimentación de metal fundido que también incluye
una fuente de alimentación de metal fundido, una pluralidad de
inyectores de metal fundido, y un colector de salida según una
segunda realización de la presente invención;
La figura 9, es una vista en sección transversal
del colector de salida usado en los sistemas de alimentación de
metal fundido de las figuras 2 y 8 que muestra el colector de salida
que suministra metal fundido a un procedimiento ejemplar corriente
abajo;
La figura 10 es una vista en sección transversal
en planta de un aparato para formar una pluralidad de artículos
metálicos continuos de longitud indefinida según la presente
invención, que incorpora el colector de las figuras 8 y 9;
La figura 11a es una vista en sección
transversal de una matriz de salida para formar un artículo metálico
de sección transversal maciza;
La figura 11b es una vista en sección
transversal del artículo metálico de sección transversal maciza
formado por la matriz de salida de la figura 11a;
La figura 12a es una vista en sección
transversal de una matriz de salida para formar un artículo metálico
de sección transversal anular;
La figura 12b es una vista en sección
transversal del artículo metálico de sección transversal anular
formado por la matriz de salida de la figura 12a;
La figura 13 es una vista en sección transversal
de una tercera realización de las matrices de salida mostradas en
la figura 10;
La figura 14 es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de las líneas 14-14 en la figura
13;
La figura 15 es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de las líneas 15-15 en la figura
13;
La figura 16 es una vista frontal de la matriz
de salida de la figura 13;
La figura 17 es una vista en sección transversal
de una matriz de salida para su uso con el aparato de la figura 10
que tiene una segunda matriz de salida fijada al mismo para reducir
adicionalmente el área de sección transversal del artículo
metálico;
La figura 18 es una vista en sección transversal
de una matriz de salida configurada para formar una placa metálica
continua según la presente invención;
La figura 19 es una vista en sección transversal
de una matriz de salida configurada para formar un lingote metálico
continuo según la presente invención;
La figura 20 es una vista en perspectiva de la
placa metálica formada por la matriz de salida de la figura 18;
La figura 21a es una vista en perspectiva del
lingote metálico formado por la matriz de salida de la figura 19 y
que tiene una sección transversal de forma poligonal.
La figura 21b es una vista en perspectiva del
lingote metálico formado por la matriz de salida de la figura 19 y
que tiene una sección transversal de forma circular;
La figura 22 es una vista esquemática en sección
transversal de una abertura de matriz de salida configurada para
formar una viga metálica continua de doble T de longitud
indefinida;
La figura 23 es una vista esquemática en sección
transversal de una abertura de matriz de salida configurada para
formar una varilla perfilada continua de longitud indefinida;
La figura 24 es una vista esquemática en sección
transversal de una abertura de matriz de salida para formar un
artículo metálico continuo de forma circular que define una abertura
central de forma cuadrada; y
La figura 25 es una vista esquemática en sección
transversal de una abertura de matriz de salida configurada para
formar un artículo metálico de forma cuadrada que define una
abertura central de forma cuadrada.
\vskip1.000000\baselineskip
La presente invención está dirigida a un sistema
de alimentación de metal fundido que incorpora al menos dos (es
decir, una pluralidad de) inyectores de metal fundido. El sistema de
alimentación de metal fundido se puede usar para suministrar metal
fundido a un aparato o procedimiento de trabajo de metal o de
formado de metal corriente abajo. En particular, el sistema de
alimentación de metal fundido se usa para proporcionar metal
fundido a caudales y presiones sustancialmente constantes a
procedimientos de trabajo o formado de metal corriente abajo como
la extrusión, el forjado y el laminado. Otros procedimientos
equivalentes corriente abajo están dentro del alcance de la
presente invención.
Con referencia a las figuras
2-4, un sistema de alimentación de metal fundido 90
según la presente invención incluye una pluralidad de inyectores
100 de metal fundido identificados por separado con las
designaciones "a", "b" y "c" por motivos de
claridad. Los tres inyectores 100a, 100b y 100c mostrados en la
figura 2 son una ilustración ejemplar de la presente invención y el
mínimo número de inyectores 100 requeridos para el sistema de
alimentación de metal fundido 90 es de dos como se ha indicado
anteriormente. Los inyectores 100a, 100b y 100c son idénticos y sus
partes componentes están descritas a continuación en términos de un
único inyector "100" por razones de claridad.
El inyector 100 incluye un alojamiento 102 que
es usado para contener metal fundido antes de la inyección a un
aparato o procedimiento corriente abajo. Un pistón 104 se extiende
descendentemente dentro del alojamiento 102 y se puede utilizar de
manera recíproca dentro del alojamiento 102. El alojamiento 102 y el
pistón 104 son de forma preferiblemente cilíndrica. El pistón 104
incluye un vástago de pistón 106 y una cabeza de pistón 108
conectada al vástago de pistón 106. El vástago de pistón 106 tiene
un primer extremo 110 y un segundo extremo 112. La cabeza de pistón
108 está conectada al primer extremo 110 del vástago de pistón 106.
El segundo extremo 112 del vástago de pistón 106 está acoplado a un
accionador o gato hidráulico 114 para accionar el pistón 104 con su
movimiento recíproco. El segundo extremo 112 del vástago de pistón
106 está acoplado al accionador hidráulico 114 por un acoplamiento
de autoalineado 116. La cabeza de pistón 108 permanece
preferiblemente situada totalmente dentro del alojamiento 102 a lo
largo de todo el movimiento recíproco del pistón 104. La cabeza de
pistón 108 se puede formar integralmente con el vástago de pistón
106 o por separado del mismo.
\newpage
El primer extremo 110 del vástago de pistón 106
está conectado a la cabeza de pistón 108 por una barrera 118 de
aislamiento térmico, que puede estar hecha de zirconio o una materia
similar. Una junta de presión anular 120 está posicionada alrededor
del vástago de pistón 106 e incluye una porción 121 que se extiende
dentro del alojamiento 102. La junta de presión anular 120
proporciona una junta sustancialmente estanca entre el vástago de
pistón 106 y el alojamiento 102.
Debido a las altas temperaturas del metal
fundido con el cual se usa el inyector 100, el inyector 100 se
enfría preferiblemente con un medio de enfriamiento 100, tal como
agua. Por ejemplo, el vástago de pistón 106 puede definir un
taladro central 122. El taladro central 122 está en comunicación
fluida con una fuente de agua de enfriamiento (no mostrada) a
través de un conducto de entrada 124 y un conducto de salida 126 los
cuales pasan agua de enfriamiento por el interior del vástago de
pistón 106. Igualmente, la junta de presión anular 120 se puede
enfriar por una camisa 128 de agua de enfriamiento que se extiende
alrededor del alojamiento 102 y está situada sustancialmente
coincidente con la junta de presión 120. Los inyectores 100a, 100b,
100c pueden estar comúnmente conectados a una única fuente de agua
de enfriamiento.
Los inyectores 100a, 100b, 100c, según la
presente invención, son preferiblemente apropiados para su uso con
metales fundidos que tienen un punto de fusión bajo tal como
aluminio, magnesio, cobre, bronce, aleaciones que incluyen los
metales anteriores y otros metales similares. La presente invención
prevé, además, que los inyectores 100a, 100b, 100c se pueden usar
con metales que contienen hierro, solos o en combinación con los
metales anteriormente mencionados. Por consiguiente, el alojamiento
102, el vástago de pistón 106 y la cabeza de pistón 108 para cada
uno de los inyectores 100a, 100b, 100c están hechos con aleaciones
metálicas resistentes a altas temperaturas que son apropiadas para
su uso con aluminio fundido y aleaciones de aluminio fundido, y con
los otros metales y aleaciones metálicas identificadas
anteriormente. La cabeza de pistón 108 puede también estar hecha de
material refractario o grafito. El alojamiento 102 tiene un
revestimiento 130 sobre su superficie interior. El revestimiento
130 puede estar hecho de material refractario, grafito u otros
materiales apropiados para su uso con aluminio fundido, aleaciones
de aluminio fundido o cualquiera de los otros metales o aleaciones
metálicas identificadas anteriormente.
El pistón 104 se puede desplazar generalmente
por una carrera de retorno en la cual el metal fundido es recibido
dentro del alojamiento 102 y una carrera de desplazamiento para
desplazar el metal fundido desde el alojamiento. La figura 3
muestra el pistón 104 en un punto justo antes de que empiece una
carrera de desplazamiento (o al final de una carrera de retorno)
para desplazar metal fundido desde el alojamiento 102. La figura 4,
inversamente, muestra el pistón 104 al final de una carrera de
desplazamiento (o al principio de una carrera de retorno).
El sistema de alimentación de metal fundido 90
incluye, además, una fuente de suministro de metal fundido 132 para
mantener una alimentación estable de metal fundido 134 hacia el
alojamiento 102 de cada uno de los inyectores 100a, 100b, 100c. La
fuente de suministro de metal fundido 132 puede contener cualquiera
de los metales o aleaciones metálicas anteriormente
mencionadas.
El inyector 100 incluye, además, una primera
válvula 136. El inyector 100 está en comunicación fluida con la
fuente de suministro de metal fundido 132 a través de la primera
válvula 136. En particular, el alojamiento 102 del inyector 100
está en comunicación fluida con la fuente de suministro de metal
fundido 132 a través de la primera válvula 136, que es
preferiblemente una válvula de control para prevenir el reflujo de
metal fundido 134 hacia la fuente de suministro de metal fundido
132 durante la carrera de desplazamiento del pistón 104. De este
modo, la primera válvula de control 136 permite la entrada de metal
fundido 134 al alojamiento 102 durante la carrera de retorno del
pistón 104.
El inyector 100 incluye, además, un puerto 138
de admisión/inyección. La primera válvula de control 136 está
preferiblemente situada en el puerto de admisión/inyección (de aquí
en adelante "puerto 138") que está conectado al extremo
inferior del alojamiento 102. El puerto 138 puede estar conectado
fijamente al extremo inferior del alojamiento 102 por cualquier
medio habitual en la técnica, o formado solidariamente al
alojamiento.
El sistema de alimentación de metal fundido 90
incluye, además, un colector de salida 140 para suministrar metal
fundido 134 a un aparato o procedimiento corriente abajo. Los
inyectores 100a, 100b, 100c están cada uno en comunicación fluida
con el colector de salida 140. En particular, el puerto 138 de cada
uno de los inyectores 100a, 100b, 100c se usa como la entrada o la
admisión dentro de cada uno de los inyectores 100a, 100b, 100c, y
se usa además, para distribuir (es decir, inyectar) el metal fundido
134 desplazado desde el alojamiento 102 de cada uno de los
inyectores 100a, 100b, 100c al colector de salida 140.
El inyector 100 incluye, además, una segunda
válvula de control 142, que está preferiblemente situada en el
puerto 138. La segunda válvula de control 142 es similar a la
primera válvula de control 136 pero ahora está configurada para
proporcionar un conducto de salida para el metal fundido 134
recibido dentro del alojamiento 102 del inyector 100 a desplazar
desde el alojamiento 102 y dentro del colector de salida 140 y el
último procedimiento corriente abajo.
El sistema de alimentación de metal fundido 90
incluye, además, una fuente de alimentación de gas 144 presurizada
en comunicación fluida con cada uno de los inyectores 100a, 100b,
100c. La fuente de alimentación de gas 144 puede ser una fuente de
gas inerte, tal como helio, nitrógeno o argón, una fuente de aire
comprimido, o dióxido de carbono. En particular, el alojamiento 102
de cada uno de los inyectores 100a, 100b, 100c está en comunicación
fluida con la fuente de alimentación de gas 144 a través de las
válvulas de control de gas 146a, 146b, 146c respectivas.
La fuente de alimentación de gas 144 es
preferiblemente una fuente común que está conectada al alojamiento
102 de cada uno de los inyectores 100a, 100b, 100c. La fuente de
alimentación de gas 144 está prevista para presurizar un espacio
que está formado entre la cabeza de pistón 108 y el metal fundido
134 que fluye dentro del alojamiento 102 durante la carrera de
retorno del pistón 104 de cada uno de los inyectores 100a, 100b,
100c, como se indica más en detalle más adelante. El espacio entre
la cabeza de pistón 108 y el metal fundido 134 se forma durante el
movimiento recíproco del pistón 104 dentro del alojamiento 102, y
está identificado en la figura 3 con el número de referencia 148
para el inyector 100 ejemplar mostrado en la figura 3.
Con el fin de que el gas de la fuente de
alimentación de gas 144 fluya hacia el espacio 148 formado entre la
cabeza de pistón 108 y el metal fundido 134, la cabeza de pistón 108
tiene un diámetro exterior ligeramente inferior al diámetro
interior del alojamiento 102. Por consiguiente, hay muy poco sin
revestir entre la cabeza de pistón 108 y el alojamiento durante el
funcionamiento de los inyectores 100a, 100b, 100c. Las válvulas de
control 146a, 146b, 146c están configuradas para presurizar el
espacio 148 formado entre la cabeza de pistón 108 y el metal
fundido 134 así como ventilar el espacio 148 a presión atmosférica
al final de cada carrera de desplazamiento del pistón 104. Por
ejemplo, las válvulas de control de gas 146a, 146b, 146c tienen cada
una un cuerpo de válvula singular con dos puertos controlados
separadamente, uno para "ventilar" el espacio 148 y el segundo
para "presurizar" el espacio 148 como se ha mencionado en la
presente descripción. Los puertos separados de ventilación y
presurización pueden ser accionados por un único dispositivo
multiposición, que es controlado a distancia. Alternativamente, las
válvulas de control de gas 146a, 146b, 146c pueden ser sustituidas
en cada caso por dos válvulas controladas separadamente, tales como
una válvula de ventilación y una válvula de alimentación de gas,
como se menciona en la presente descripción en conexión con la
figura 6. Cualquiera de las configuraciones es preferida.
El sistema de alimentación de metal fundido 90
incluye opcionalmente, además, transductores 149a, 149b, 149c
conectados al alojamiento 102 de cada uno de los inyectores 100a,
100b, 100c y se usan para vigilar la presión en el espacio 149
durante el funcionamiento de los inyectores 100a, 100b, 100c.
El inyector 100 incluye, opcionalmente, además,
una barrera flotante de aislamiento térmico 150 situada en el
espacio 148 para separar la cabeza de pistón 108 del contacto
directo con el metal fundido 134 recibido en el alojamiento 102
durante el movimiento recíproco del pistón 104. La barrera aislante
150 flota dentro del alojamiento 102 durante el funcionamiento del
inyector 100, pero generalmente permanece en contacto con el metal
fundido 134 recibido dentro del alojamiento 102. La barrera aislante
150 puede estar hecha, por ejemplo, de grafito o un material
equivalente apropiado para su uso con aluminio fundido o aleaciones
de aluminio.
El sistema de alimentación de metal fundido 90
incluye, además, una unidad de control 160, tal como un ordenador
programable (PC) o un controlador lógico programable (PLC) para
controlar individualmente los inyectores 100a, 100b, 100c. La
unidad de control 160 está prevista para controlar el funcionamiento
de los inyectores 100a, 100b, 100c, y en particular, para controlar
el movimiento del pistón 104 de cada uno de los inyectores 100a,
100b, 100c, así como el funcionamiento de las válvulas de control de
gas 146a, 146b, 146c, si se da el caso en una forma de válvula
única o de múltiples válvulas. Por consiguiente, los ciclos de
inyección individual de los inyectores 100a, 100b, 100c pueden ser
controlados dentro del sistema de alimentación de metal fundido 90,
tal como se menciona a continuación en la descripción.
La unidad de control 160 "central" está
conectada al accionador hidráulico 114 de cada uno de los inyectores
100a, 100b, 100c y a las válvulas de control de gas 146a, 146b,
146c para controlar la secuenciación y el funcionamiento del
accionador hidráulico 114 de cada uno de los inyectores 100a, 100b,
100c y el funcionamiento de las válvulas de control de gas 146a,
146b, 146c. Los transductores de presión 149a, 149b, 149c conectados
al alojamiento 102 de cada uno de los inyectores 100a, 100b, 100c
se usan para proporcionar señales de entrada respectivas a la
unidad de control 160. En general, la unidad de control 160 se
utiliza para activar el accionador hidráulico 114 que controla el
movimiento del pistón 104 de cada uno de los inyectores 100a, 100b,
100c y el funcionamiento de las respectivas válvulas de control de
gas 146a, 146b, 146c para los inyectores 100a, 100b, 100c, de tal
manera que el pistón 104 de al menos uno de los inyectores 100a,
100b, 100c está siempre moviéndose a través de su carrera de
desplazamiento para suministrar continuamente metal fundido 134 al
colector de salida 140 a un caudal y una presión sustancialmente
constantes. Los pistones 104 de los inyectores 100a, 100b, 100c
restantes pueden estar en un modo de recuperación en el cual los
pistones 104 se mueven a través de sus carreras de retorno, o
terminan sus carreras de desplazamiento. De este modo, según lo
anterior, al menos uno de los inyectores 100a, 100b, 100c está
siempre en "funcionamiento", proporcionando metal fundido 134
al colector de salida 140, mientras que los pistones 104 del resto
de los inyectores 100a, 100b, 100c
están recuperándose y moviéndose a través de sus carreras de retorno (o terminando sus carreras de desplazamiento).
están recuperándose y moviéndose a través de sus carreras de retorno (o terminando sus carreras de desplazamiento).
Con referencia a las figuras
3-5, el funcionamiento de uno de los inyectores
100a, 100b, 100c incorporados en el sistema de alimentación de
metal fundido 190 de la figura 2 será explicado ahora. En
particular, el funcionamiento de uno de los inyectores 100 a través
de un ciclo de inyección completo (es decir, carrera de retorno y
carrera de desplazamiento) será explicado ahora. La figura 3 muestra
el inyector 100 en un punto justo antes de que el pistón 104
empiece una carrera de desplazamiento (es decir, hacia abajo) en el
alojamiento 102, que acaba de terminar su carrera de retorno. El
espacio 148 entre la cabeza de pistón 108 y el metal fundido 134
está sustancialmente lleno de gas de la fuente de alimentación de
gas 144, que se suministró a través de la válvula de control de gas
146. La válvula de control de gas 146 se puede utilizar para
suministrar gas de la fuente de alimentación de gas 144 al espacio
148 (es decir, presurizar), ventilar el espacio 148 a presión
atmosférica, y cerrar el espacio lleno de gas 148 cuando sea
necesario durante el movimiento recíproco del pistón 104 en el
alojamiento 102.
Como se ha expuesto anteriormente, en la figura
3 el pistón 104 ha completado su carrera de retorno dentro del
alojamiento 102 y está listo para empezar una carrera de
desplazamiento. La válvula de control de gas 146 está en una
posición cerrada, que previene que el gas dentro del espacio 149
lleno de gas sea descargado a presión atmosférica. La ubicación de
pistón 104 dentro del alojamiento 102 en la figura 3 está
representada por el punto D en la figura 5. La unidad 160 de
control envía una señal al accionador hidráulico 114 para empezar a
mover el pistón 104 hacia abajo a través de su carrera de
desplazamiento. A medida que el pistón 104 se mueve hacia abajo en
el alojamiento, el gas del espacio lleno de gas 148 se comprime
in situ entre la cabeza de pistón 108 y el metal fundido 134
recibido en el alojamiento 102, reduciendo sustancialmente su
volumen e incrementando la presión en el espacio lleno de gas 148.
El transductor de presión 149 vigila la presión en el espacio lleno
de gas 148 y proporciona esta información en forma de entrada de
valor de procedimiento a la unidad de control 160.
Cuando la presión en el espacio lleno de gas 148
alcanza un nivel "crítico", el metal fundido 134 en el
alojamiento 102 empieza a fluir dentro del puerto 138 y fuera del
alojamiento 102 a través de la segunda válvula de control 142. El
nivel de presión crítica será dependiente del procedimiento
corriente abajo al cual el metal fundido 134 está siendo
suministrado a través del colector de salida 140 (mostrado en la
figura 2). Por ejemplo, el colector de salida 140 puede estar
conectado a un procedimiento de extrusión de metal o un
procedimiento de laminado de metales. Estos procedimientos
proporcionarán diferentes cantidades de retorno o
"contrapresión" al inyector 100. El inyector 100 debe vencer
esta contrapresión antes de que el metal fundido 134 empiece a
salirse del alojamiento 102. La cantidad de contrapresión
experimentada en el inyector 100 también variará, por ejemplo de un
procedimiento de extrusión corriente abajo a otro. De este modo, la
presión crítica a la cual el metal fundido 134 empezará a fluir
desde el alojamiento 102 depende del procedimiento y su
determinación se encuentra dentro del conocimiento de los expertos
en la técnica. La presión en el espacio lleno de gas 148 está
continuamente vigilada por el transductor de presión 149 que se usa
para identificar la presión crítica a la cual el metal fundido 134
empieza a fluir desde el alojamiento 102. El transductor de presión
149 proporcionará su información en forma de señal de entrada (es
decir, entrada de valor de procedimiento) a la unidad de
control.
En este punto aproximadamente en el movimiento
de desplazamiento del pistón 104 (es decir, cuando el metal fundido
134empieza a fluir desde el alojamiento 102), la unidad de control
160, basándose en la señal de entrada recibida del transductor de
presión 149, regula el movimiento hacia abajo del accionado
hidráulico 114, que controla el movimiento hacia abajo (es decir,
la velocidad) del pistón 104, y finalmente, el caudal al cual el
metal fundido 134 se desplaza desde el alojamiento 102 a través del
puerto 138 y hacia el colector de salida 140. Por ejemplo, la
unidad de control 160 puede acelerar o ralentizar el movimiento
hacia abajo del accionador hidráulico 114 dependiendo del caudal
del metal fundido deseado en el colector de salida 140 y el último
procedimiento corriente abajo. De este modo el control del
accionador hidráulico 114 proporciona la capacidad de controlar el
caudal de metal fundido hacia el colector de salida 140. La barrera
aislante 150 y el espacio lleno de gas 148 comprimido separan el
extremo de la cabeza de pistón 108 del contacto directo con el metal
fundido 134 a lo largo de toda la carrera de desplazamiento del
pistón 104. En particular, el metal fundido 134 se desplaza desde
el alojamiento 102 por delante de la barrera aislante flotante 150,
el espacio lleno de gas 148 comprimido, y la cabeza de pistón 108.
Eventualmente, el pistón 104 alcanza el final de la carrera hacia
abajo o carrera de desplazamiento, que está representada por el
punto E en la figura 55. Al final de la carrera de desplazamiento
del pistón 104, el espacio lleno de gas 148 comprimido se comprime
de modo estanco y puede generar presiones extremadamente altas del
orden de más de 1378.95 bares.
Después de que el pistón 104 alcance el final de
la carrera de desplazamiento (punto E en la figura 5), el pistón
104 se mueve opcionalmente hacia arriba en el alojamiento 102 a
través de una pequeña carrera de "reestablecimiento" o carrera
de retorno. Para mover el pistón 104 a través de la carrera de
restablecimiento, la unidad de control 160acciona el accionador
hidráulico 114 para desplazar el pistón 104 hacia arriba en el
alojamiento 102. El pistón 104 se mueve hacia arriba durante una
corta distancia de "restablecimiento" en el alojamiento 102
hacia una posición representada por el punto A en la figura 5. La
carrera corta de restablecimiento o de retorno opcional del pistón
104 se muestra como una línea interrumpida en la figura 5.
Moviéndose hacia arriba una corta distancia de restablecimiento
dentro del alojamiento 102, se incrementa el volumen del espacio 148
lleno de aire comprimido, con lo cual se reduce la presión de gas
en el espacio lleno de gas 148. Como se ha indicado anteriormente,
el inyector 100 puede generar presiones elevadas en el espacio lleno
de gas 148, del orden de más de 1378.95 bares. Por consiguiente, la
pequeña carrera de restablecimiento de pistón 104 en el alojamiento
102 puede ser utilizada como una característica de seguridad para
aliviar parcialmente la presión en el espacio lleno de gas 148
antes de ventilar el espacio lleno de gas 148 a presión atmosférica
a través de la válvula de control de gas 146. Esta característica
protege el alojamiento 102, la junta de presión anular 120 y la
válvula de control de gas 146 de dañarse cuando el espacio lleno de
gas 148 es ventilado. Además, como lo apreciarán los expertos en la
técnica, el volumen de gas comprimido en el espacio lleno de gas 148
es relativamente pequeño, de manera que aunque se generen presiones
relativamente altas en el espacio lleno de gas 148, la cantidad de
energía almacenada presente en el espacio lleno de gas 148
comprimido es baja.
En el punto A, la válvula de control de gas 146
es accionada por la unidad de control 160 en una posición abierta o
de ventilación para permitir que el gas en el espacio 140 lleno de
gas se ventile a presión atmosférica, o en un sistema de reciclado
de gas (no mostrado). Como se muestra en la figura 5, el pistón 104
sólo se retrae un una corta carrera de restablecimiento en el
alojamiento 102 antes de que la válvula de control de gas 146 sea
accionada (por la unidad de control 160 a través del accionador
hidráulico 114) para moverse hacia abajo para alcanzar de nuevo la
posición de carrera de desplazamiento anterior dentro del
alojamiento 102, que se identifica por el punto B en la figura 5.
Si la carrera de restablecimiento no es seguida, el espacio lleno
de gas 148 es ventilado a presión atmosférica (o el sistema de
reciclado de gas) en el punto E y el pistón 104 puede empezar la
carrera de retorno dentro del alojamiento 102, que también empezará
en el punto B en la figura 5.
En el punto B, la válvula de control de gas 146
es accionada por la unidad de control 160 desde la posición de
ventilación hacia una posición cerrada y el pistón 104 empieza la
carrera de retorno o carrera ascendente en el alojamiento 102. El
pistón 104 es movido lo largo de la carrera de retorno por el
accionador hidráulico 114, que está señalado por la unidad de
control 160 para empezar a mover el pistón 104 hacia arriba en el
alojamiento 102. Durante la carrera de retorno del pistón 104, el
metal fundido 134 de la fuente de suministro de metal fundido 132
fluye dentro del alojamiento. En particular, a medida que el pistón
104 empieza a moverse por la carrera de retorno, la cabeza de
pistón 108 empieza a formar el espacio 148 que está ahora
sustancialmente a presión subatmosférica (es decir, vacío). Esto
hace que el metal fundido 134 de la fuente de suministro de metal
fundido 132 entre en el alojamiento 102 a través de la primera
válvula de control 136. A medida que el pistón 104 sigue moviéndose
hacia arriba en el alojamiento 102, el metal fundido 134 sigue
fluyendo dentro del alojamiento 102. En un cierto punto durante la
carrera de retorno del pistón 104, que está representado por el
punto C en la figura 5, el alojamiento 102 está preferiblemente
totalmente relleno de metal fundido 134. El punto C también puede
ser un punto preseleccionado donde es recibida una cantidad
preseleccionada del metal fundido 134 dentro del alojamiento. Sin
embargo, se prefiere que el punto C corresponda al punto en el que
durante la carrera de retorno del pistón 104, el alojamiento 102
está sustancialmente lleno de metal fundido 134. En el punto C, la
válvula de control de gas 146 es accionada por la unidad de control
160 a una posición que coloca el alojamiento 102 en comunicación
fluida con la fuente de alimentación de gas 144, que presuriza el
espacio "vacío" 148 con gas, tal como argón o nitrógeno,
formando un nuevo espacio lleno de gas 148 (es decir, un "espacio
de gas"). El pistón 104 sigue moviéndose hacia arriba en el
alojamiento 102 a medida que el espacio lleno de gas 148 se
presuriza.
En el punto D (es decir, el final de la carrera
de retorno del pistón 104) mientras que la válvula de control de
gas 146 es accionada por la unidad de control 160 a una posición
cerrada, lo cual previene cargar adicionalmente con gas el espacio
lleno de gas 148 formado entre la cabeza de pistón 108 y el metal
fundido 134, así como previene la descarga de gas a presión
atmosférica. La unidad de control 160 señala, además, el accionador
hidráulico 114 para que detenga el movimiento hacia arriba del
pistón 104 en el alojamiento 102. Como se ha expuesto, el final de
la carrera de retorno del pistón 104 está representada por el punto
D en la figura 5, y puede coincidir con la posición total de
carrera de retorno del pistón 104 (es decir, el máximo movimiento
hacia arriba posible del pistón 104) dentro del alojamiento 102,
pero no necesariamente. Cuando el pistón 104 alcanza el final de la
carrera de retorno (es decir, la posición del pistón 104 mostrada en
la figura 3), el pistón 104 puede moverse hacia abajo a lo largo de
otra carrera de desplazamiento y el ciclo de inyección ilustrado en
la figura 5 empieza de nuevo.
Como lo apreciarán los expertos en la técnica,
la válvula de control de gas 146 utilizada en el ciclo de inyección
descrito anteriormente requerirá una actuación secuencial y separada
apropiada de las funciones de alimentación de gas (es decir,
presurización) y de ventilación (es decir puertos) de la válvula 146
de control del inyector 100. La realización de la presente
invención, en la cual las funciones de alimentación de gas (es decir
presurización) y de ventilación son realizadas por dos válvulas
individuales también requeriría activación secuencial de las
válvulas. La realización del sistema 90 de alimentación fundida en
la cual la válvula de control de gas 146 es sustituida por dos
válvulas separadas en el inyector 100 se muestra en la figura 6. En
la figura 6, las funciones de alimentación de gas y de ventilación
son llevadas a cabo por dos válvulas 62, 164 individuales que
funcionan, respectivamente como válvulas de alimentación de gas y de
ventilación.
Con el funcionamiento de uno de los inyectores
100a, 100b, 100c a través de un ciclo completo de inyección ahora
descrito, el funcionamiento del sistema de alimentación de metal
fundido 90 se describirá ahora con referencia a las figuras
2-5 y 8. El sistema de alimentación de metal fundido
90 está generalmente configurado para hacer funcionar
secuencialmente o en serie los inyectores 100a, 100b, 100c de manera
que uno de los inyectores 100a, 100b, 100c es puesto en marcha para
alimentar metal fundido 134 al colector de salida 140. En
particular, el sistema de alimentación de metal fundido 90 está
configurado para hacer funcionar los inyectores 100a, 100b, 100c de
tal manera que el pistón 104 de al menos uno de los inyectores 100a,
100b, 100c se mueve a lo largo de una carrera de desplazamiento,
mientras que los pistones 104 de los restantes inyectores 100a,
100b, 100c se recuperan y se mueven a través de sus carreras de
retorno o terminan sus carreras de desplazamiento.
Como se muestra en la figura 7, los inyectores
100a, 100b, 100c siguen secuencialmente cada uno el mismo movimiento
descrito anteriormente en conexión con la figura 5, pero empiezan
sus ciclos de inyección en momentos diferentes (es decir,
"escalonados") de manera que la media aritmética de sus
carreras de distribución dan como resultado un caudal y una presión
de metal fundido constantes proporcionados al colector de salida 140
y el último procedimiento corriente abajo. La media aritmética de
los ciclos de inyección de los inyectores 100a, 100b, 100c está
representada por la línea discontinua K en la figura 7. La unidad
de control 160 descrita anteriormente se usa para secuenciar el
funcionamiento de los inyectores 100a, 100b, 100c y las válvulas de
control de gas 146a, 146b, 146c para automatizar el procedimiento
descrito mas adelante.
En la figura 7, el primer inyector 100a empieza
su movimiento descendente en el punto Da, el cual corresponde a un
tiempo igual a cero (es decir, t=0). El pistón 104 del primer
inyector 100a permite su carrera de desplazamiento de la manera
descrita en conexión con la figura 5. Durante la carrera de
desplazamiento del pistón 104 del primer inyector 100a, el inyector
100a alimenta metal fundido 134 al colector de salida 140 a través
de su puerto 138. A medida que el pistón 104 del primer inyector
100a se acerca al final de su carrera de desplazamiento en el punto
Na, el pistón 104 del segundo inyector 100b empieza su carrera de
desplazamiento en el punto Db. El pistón 104 del segundo inyector
100b sigue su carrera de desplazamiento de la manera descrita en
conexión con la figura 5 y asume sustancialmente el suministro del
metal fundido 134 al colector de salida 140. Como se puede ver en
la figura 7, las carreras de desplazamiento de los pistones 104 del
primer y del segundo inyector 100a, 100b se solapan durante un
corto periodo de tiempo hasta que el pistón 104 del primer inyector
100a alcanza el final de su carrera de desplazamiento, representado
por el punto Ea.
Después de que el pistón 104 del primer inyector
100a alcance el punto Ea (es decir, el final de la carrera de
desplazamiento), el primer inyector 100a se puede secuenciar a
través de la carrera de restablecimiento corta y el procedimiento
de ventilación mencionado anteriormente en conexión con la figura 5.
El pistón 104 retorna entonces al final de la carrera de
desplazamiento en el punto Ba antes de empezar su carrera de
retorno. Alternativamente, el primer inyector 100a puede ser
secuenciado para ventilar el espacio lleno de gas 148 en el punto
Ea y su pistón 104 puede empezar una carrera de retorno en el punto
Ba de la manera descrita anteriormente en conexión con la figura
5.
A medida que el pistón 104 del primer inyector
100a se mueve a través de su carrera de retorno, el pistón 104 del
segundo inyector 100 se mueve cerca del final de su carrera de
desplazamiento en el punto Nb. Sustancialmente de manera simultánea
al segundo inyector 100b que alcanza el punto Nb, el pistón 104 del
tercer inyector 100c empieza a moverse a través de su carrera de
desplazamiento en el punto Dc. El primer inyector 100a continúa
simultáneamente su movimiento ascendente y se rellena
preferiblemente por completo con el metal fundido 134 en el punto
Ca. El pistón 104 del tercer inyector 100c sigue su carrera de
desplazamiento de la manera descrita anteriormente en conexión con
la figura 5, y el tercer inyector 100c asume sustancialmente el
suministro del metal fundido 134 al colector de salida 140 desde el
primer y el segundo inyector 100a, 100b. Sin embargo, como se puede
ver en la figura 7 las carreras de desplazamiento de los pistones
104 del segundo y del tercer inyector 100b, 100c se solapan
parcialmente durante un corto periodo de tiempo hasta que el pistón
104 del segundo inyector 100b alcanza el final de su carrera de
desplazamiento en el punto Eb.
Después de que el pistón 104 del segundo
inyector 100b alcance el punto Eb (es decir el final de la carrera
de desplazamiento), el segundo inyector 100b se puede secuenciar a
través de la carrera corta de restablecimiento y el procedimiento
de ventilación mencionado anteriormente en conexión con la figura 5.
El pistón 104 vuelve entonces al final de la carrera de
desplazamiento en el punto Bb antes de empezar su carrera de
retorno. Alternativamente, el segundo inyector 100b puede
secuenciarse para ventilar el espacio lleno de gas 148 en el punto
Eb y su pistón 104 puede empezar una carrera de retorno en el punto
Bb de la manera descrita anteriormente en conexión con la figura 5.
En aproximadamente el punto Ab del pistón 104 del segundo inyector
100b, el primer inyector 100a está sustancialmente totalmente
recuperado y listo para otra carrera de desplazamiento. De este
modo, el primer inyector 100 está equilibrado para asumir el
suministro del metal fundido 134 al colector de salida 140 cuando
el tercer inyector 100c alcanza el final de su carrera de
desplazamiento.
El primer inyector 100a se mantiene en el punto
Da durante un periodo muerto Sa hasta que el pistón 104 del tercer
inyector 100c se acerque al final de su carrera de desplazamiento en
el punto Nc. El pistón 104 del segundo inyector 100b se mueve
simultáneamente por su carrera de retorno y el segundo inyector 100b
se recupera. Después del periodo muerto Sa, el pistón 104 del
primer inyector 100a empieza otra carrera de desplazamiento para
proporcionar un flujo constante de metal fundido al colector de
salida 140. Eventualmente, el pistón 104 del tercer inyector 100c
alcanza el final de su carrera de desplazamiento en el punto Ec.
Después de que el pistón 104 del tercer inyector
100c alcance el punto Ec (es decir, el final de la carrera de
desplazamiento), el tercer inyector 100c se puede secuenciar a
través de la carrera corta de restablecimiento y el procedimiento
de ventilación mencionados anteriormente en conexión con la figura
5. El pistón 104 vuelve entonces al final de la carrera de
desplazamiento en el punto B antes de empezar su carrera de retorno.
Alternativamente, el tercer inyector 100c puede ser secuenciado
para ventilar el espacio lleno de gas 148 en el punto Ec, y su
pistón 104 puede empezar una carrera de retorno en el punto Bc de la
manera descrita anteriormente en conexión con la figura 5. En el
punto Ac el segundo inyector 100b está sustancialmente totalmente
recuperado y equilibrado para asumir el suministro del metal
fundido 134 al colector de salida 140. Sin embargo, el segundo
inyector 100b se mantiene durante un periodo muerto Sb hasta que el
pistón 104 del tercer inyector 100c empieza su carrera de retorno.
Durante el periodo muerto Sb, el primer inyector 100a suministra el
metal fundido 134 al colector de salida 140. El tercer inyector
100c es mantenido durante un periodo muerto Sc similar cuando el
pistón 104 del primer inyector 100a se acerca de nuevo al final de
su carrera de desplazamiento (punto Na).
En resumen, el procedimiento descrito
anteriormente es continuo y controlado por la unidad de control 160,
como se ha mencionado anteriormente. Los inyectores 100a, 100b,
100c son respectivamente accionados por la unidad de control 160
para desplazarlos secuencialmente y en serie a través de sus ciclos
de inyección de tal manera que al menos uno de los inyectores 100a,
100b, 100c suministra metal fundido 134 al colector de salida 140.
De este modo, al menos uno de los pistones 104 de los inyectores
100a, 100b, 100c se mueve a lo largo de su carrera de
desplazamiento, mientras que los restantes pistones 104 de los
inyectores 100a, 100b, 100c se mueven por sus carreras de retorno o
terminan sus carreras de desplazamiento.
La figura 8 muestra una segunda realización del
sistema de alimentación de metal de la presente invención y está
designado por el número de referencia 190. El sistema de
alimentación de metal fundido 190 mostrado en la figura 8 es
similar al sistema de alimentación de metal fundido 90 anteriormente
mencionado, con el sistema de alimentación de metal fundido 190
ahora configurado para funcionar con un medio líquido en lugar de
un medio gaseoso. El sistema de alimentación de metal fundido 190
incluye una pluralidad de inyectores de metal fundido 200, que
están identificados por separado con las designaciones "a",
"b", y "c" por motivos de claridad. Los tres inyectores
200a, 200b y 200c son similares a los inyectores 100a, 100b, 100c
mencionados anteriormente, pero ahora están específicamente
adaptados para funcionar con una fuente de líquido viscoso y un
medio de presurización. Los inyectores 200a, 200b y 200c y sus
partes de componentes están descritas a continuación en términos de
un único inyector "200".
El inyector 200 incluye un alojamiento de
inyector 202 y un pistón posicionado para extenderse hacia abajo
dentro del alojamiento 202 y funcionar de manera recíproca dentro
del alojamiento 202. El pistón 204 incluye un vástago de pistón 206
y una cabeza 208. La cabeza de pistón 208 puede estar formada
separadamente de y fijada al vástago de pistón 206 por medios
habituales en la técnica, o formada solidariamente al vástago de
pistón 206. El vástago de pistón 206 incluye un primer extremo 210 y
un segundo extremo 212. La cabeza de pistón 208 está conectada al
primer extremo 210 del vástago de pistón 206. El segundo extremo 212
del vástago de pistón 206 está acoplado a un accionador o gato
hidráulico 214 para accionar el pistón 204 con su movimiento
recíproco dentro del alojamiento 202. El vástago de pistón 206 está
conectado al accionador hidráulico 214 por un acoplamiento 216 de
autoalineado. El inyector 200 es también preferiblemente apropiado
para su uso con aluminio fundido y aleaciones de aluminio, y los
otros metales anteriormente mencionados en conexión con el inyector
100. Por consiguiente, el alojamiento 202, el vástago de pistón 206
y la cabeza de pistón 208 puede estar hechos de cualquiera de los
materiales mencionados anteriormente en conexión con el alojamiento
102, el vástago de pistón 106 y la cabeza de pistón 108 del inyector
100. La cabeza de pistón 208 puede también estar hecha de material
refractario o grafito.
Como se ha establecido anteriormente, el
inyector 200 difiere del inyector 100 descrito anteriormente en
conexión con las figuras 3-5 en que el inyector 200
está específicamente adaptado para usar un medio líquido como una
fuente de líquido viscoso y medio de presurización. Para este fin,
el sistema de alimentación de metal fundido 190 incluye, además,
una cámara de líquido 224 posicionada en la parte superior de y en
comunicación fluida con el alojamiento 202 de cada uno de los
inyectores 200a, 200b, 200c. La cámara de líquido 224 está llena de
un medio líquido 226. El medio líquido 226 es preferiblemente un
líquido altamente viscoso, tal como una sal fundida. Un líquido
viscoso apropiado para el medio líquido es óxido de boro.
Como con el inyector 100 descrito anteriormente,
el pistón 204 del inyector 200 está configurado para funcionar de
manera recíproca dentro del alojamiento 202 y moverse por una
carrera de retorno en la cual el metal fundido es recibido dentro
del alojamiento 202, y una carrera de desplazamiento para desplazar
el metal recibido en el alojamiento 202 desde el alojamiento 202
hasta un procedimiento corriente abajo. Sin embargo, el pistón 204
está configurado, además, para retirarse hacia arriba dentro de la
cámara de líquido 224. Un revestimiento 230 está previsto sobre la
superficie interior del alojamiento 202 del inyector 200, y puede
estar hecho de cualquiera de los materiales anteriormente
mencionados en conexión con el revestimiento 130.
El sistema de alimentación de metal fundido 190
incluye, además una fuente de alimentación de metal fundido 232. La
fuente de alimentación de metal fundido 232 está prevista para
mantener una alimentación estable de metal fundido 234 al
alojamiento 202 de cada uno de los inyectores 200a, 200b, 200c. La
fuente de alimentación de metal fundido 232 puede contener
cualquiera de los metales o aleaciones metálicas mencionadas
anteriormente en conexión con el sistema de alimentación de metal
fundido 90.
El inyector 200 incluye, además, una primera
válvula 236. El inyector 200 está en comunicación fluida con la
fuente de alimentación de metal fundido 232 a través de la primera
válvula 236. En particular, el alojamiento 202 del inyector 200
está en comunicación fluida con la fuente de alimentación de metal
fundido 232 a través de la primera válvula 236, que es
preferiblemente una válvula de control para prevenir el reflujo de
metal fundido 234 hacia la fuente de alimentación de metal fundido
232 durante la carrera de desplazamiento del pistón 204. De este
modo, la primera válvula de control 236 permite la entrada de metal
fundido 234 al alojamiento 202 durante la carrera de retorno del
pistón 204.
El inyector 200 incluye, además, un puerto de
admisión/inyección 238. La primera válvula de control 236 está
preferiblemente situada en el puerto de admisión/inyección (de aquí
en adelante "puerto 238") que está conectado al extremo
inferior del alojamiento 202. El puerto 238 puede estar conectado
fijamente al extremo inferior del alojamiento 202 por cualquier
medio habitual en la técnica, o formado solidariamente al
alojamiento 202.
El sistema de alimentación de metal fundido 190
incluye, además, un colector de salida 240 para suministrar metal
fundido 234 a un procedimiento corriente abajo. Los inyectores 200a,
200b, 200c están cada uno en comunicación fluida con el colector de
salida 240. En particular, el puerto 238 de cada uno de los
inyectores 200a, 200b, 200c se usa como la entrada o la admisión
dentro de cada uno de los inyectores 200a, 200b, 200c, y se usa,
además, para distribuir (es decir, inyectar) el metal fundido 234
desplazado desde el alojamiento 202 de cada uno de los inyectores
200a, 200b, 200c al colector de salida 240.
El inyector 200 incluye, además, una segunda
válvula de control 242, que está preferiblemente situada en el
puerto 238. La segunda válvula de control 242 es similar a la
primera válvula de control 236 pero ahora está configurada para
proporcionar un conducto de salida para el metal fundido 234
recibido dentro del alojamiento 202 del inyector 200 a desplazar
desde el alojamiento 202 y dentro del colector de salida 240.
La cabeza de pistón 208 del inyector 200 puede
ser de forma cilíndrica y estar recibida en un alojamiento 202 de
forma cilíndrica. La cabeza de pistón 208 define, además, una
cavidad 208 que se extiende circunferencialmente. La cavidad 248
está situada de tal manera que el pistón 204 está retraído hacia
arriba dentro de la cámara de líquido 224 durante su carrera de
retorno, el medio líquido 226 de la cámara de líquido 224 llena la
cavidad 248. La cavidad 248 permanece llena del medio líquido 226 a
lo largo de todas carreras de retorno y desplazamiento del pistón
204. Sin embargo, con cada carrera de retorno del pistón 204 hacia
arriba dentro de la cámara de líquido 224, una alimentación
"fresca" del medio líquido 226 llena la cavidad 248. Con el fin
de que el medio líquido 226 de la cámara de líquido 224 permanezca
dentro de la cavidad 248, la cabeza de pistón 208 tiene un diámetro
exterior ligeramente inferior al diámetro interior del alojamiento
202. Por consiguiente, hay muy poco sin revestir entre la cabeza de
pistón 208 y el alojamiento durante el funcionamiento de los
inyectores 200, y el medio líquido 226 altamente viscoso previene
que el metal fundido 234 recibido dentro del alojamiento 202 fluya
hacia arriba dentro de la cámara de líquido 224.
La porción de extremo de la cabeza de pistón 208
que define la cavidad 248 puede ser dispensada enteramente, de tal
manera que durante las carreras de retorno y desplazamiento del
pistón 204, una capa o columna del medio líquido 226 está presente
entre la cabeza de pistón 208 y el metal fundido 234 recibido dentro
del alojamiento 202 y se usa para forzar el metal fundido 234 desde
el alojamiento 202 delante del pistón 204 del inyector 200-. Esto
es análogo al "espacio lleno de gas" del inyector 100
mencionado anteriormente.
Debido al gran volumen del medio líquido 226
contenido en la cámara de líquido 224, el inyector 200 generalmente
no requiere enfriamiento interno como era el caso del inyector 100
mencionado anteriormente. Además, debido a que el inyector 200
funciona con medio liquido, la disposición de estanqueidad al gas
(es decir, junta de presión anular 120) encontrada en el inyector
100 no es requerida. De este modo, la camisa de agua de enfriamiento
128 mencionada anteriormente en conexión con el inyector 100
tampoco es requerida. Como se ha establecido anteriormente, un
líquido apropiado para la cámara de líquido 224 es una sal fundida,
tal como óxido de boro, particularmente cuando el metal fundido 234
contenido en la fuente de alimentación de metal fundido 232 es una
aleación basada en aluminio. El medio líquido 226 contenido en la
cámara de líquido 224 puede ser cualquier líquido que sea
químicamente inerte o resistivo (es decir, sustancialmente no
reactivo) al metal fundido 234 contenido en la fuente de
alimentación de metal fundido 232.
El sistema de alimentación de metal fundido 190
mostrado en la figura 8 funciona de una manera análoga al sistema
de alimentación de metal fundido 90 mencionado anteriormente con
variaciones menores. Por ejemplo, debido a que los inyectores 200a,
200b, 200c funcionan con un medio líquido en lugar de un medio
gaseoso, las válvulas de control de gas 146a 146b, 146c no son
requeridas y los inyectores 200a, 200b, 200c no se mueven en
secuencia a lo largo de la carrera de "restablecimiento" y el
procedimiento de ventilación mencionado en conexión con la figura
5. Por el contrario, la cámara de líquido 224 proporciona una
alimentación estable del medio líquido 224 a los inyectores 200a,
200b, 200c que actúa presurizando los inyectores 200a, 200b, 200c.
El medio líquido 224 puede también proporcionar algunos beneficios a
los inyectores 200a, 200b, 200c.
El funcionamiento del sistema de alimentación de
metal fundido 190 será ahora explicado con referencia continuada a
la figura 8. Todo el procedimiento descrito a continuación está
controlado por una unidad de control 260 (PC/PLC), que controla el
funcionamiento y el movimiento del accionador hidráulico 214
conectado al pistón 204 de cada uno de los inyectores 200a, 200b,
200c, y de este modo, el movimiento de los pistones 204 respectivos.
Como era el caso del sistema de alimentación de metal fundido 90
mencionado anteriormente, la unidad de control 160 acciona
secuencialmente o en serie los inyectores 200a, 200b, 200c para
proporcionar continuamente flujo de metal fundido al colector de
salida 240 a presiones operativas sustancialmente constantes. Tal
accionamiento secuencial o en serie se lleva a cabo por el control
apropiado del accionador hidráulico 214 conectado al pistón 204 de
cada uno de los inyectores 200a, 200b, 200c, como será apreciado por
los expertos en la técnica.
En la figura 8, el pistón 204 del primer
inyector 200a es mostrado al final de su carera de desplazamiento,
acabando de terminar de inyectar metal fundido 234 dentro de
colector de salida 240. El pistón 204 del segundo inyector 200b se
mueve lo largo de su carrera de desplazamiento y ha asumido la
alimentación del metal fundido 234 al colector de salida 240. El
tercer inyector 200c ha completado su carrera de retorno y está
totalmente "cargado" de una nueva alimentación del metal
fundido 234. El pistón 204 del tercer inyector 200c se retira
preferiblemente parcialmente hacia arriba dentro de la cámara de
líquido 224 durante su carrera de retorno (como se muestra en la
figura 8) de manera que la cavidad 248 formada en la cabeza de
pistón 208 está en comunicación fluida con el medio líquido 226 en
la cámara de líquido 224. El medio líquido 226 llena la cavidad 248
con una alimentación "fresca" del medio líquido 226.
Alternativamente, el pistón 204 puede ser retirado totalmente hacia
arriba dentro de la cámara de líquido 224 de manera que una capa o
columna del medio líquido 226 separa el extremo del pistón 204 del
contacto con el metal fundido 234 recibido dentro del alojamiento
202. Esta situación es análoga al "espacio lleno de gas" de
los inyectores 100a, 100b, 100c, como se ha establecido
anteriormente. Los pistones 204 de los restantes inyectores 200a,
200b seguirán movimientos similares durante sus careras de
retorno.
Una vez que el segundo inyector 200b termina su
carrera de desplazamiento, la unidad de control 260 acciona el
accionador hidráulico 214 fijado al pistón 204 del tercer inyector
200c para desplazar el pistón a través de su carrera de
desplazamiento de manera que el tercer inyector 200c asuma el
suministro del metal fundido 234 al colector de salida 240. A
continuación, cuando el pistón del tercer inyector 200c termina su
carrera de desplazamiento, la unidad de control 260 acciona de
nuevo el accionador hidráulico 214 fijado al pistón 204 del primer
inyector 200a para mover el pistón 204 a lo largo de su carrera de
desplazamiento para que de este modo el primer inyector 200a asuma
la alimentación del metal fundido 234 al colector de salida 240. De
este modo, la unidad de control 260 hace funcionar secuencialmente o
en serie los inyectores 200a, 200b, 200c para automatizar el
procedimiento anteriormente mencionado (es decir, ciclos de
inyección escalonados de los inyectores 200a, 200b, 200c), lo que
proporciona un flujo continuo de metal fundido 234 al colector de
salida 240 a una presión sustancialmente constante.
Los inyectores 200a, 200b, 200c funcionan cada
uno de la misma manera durante sus ciclos de inyección (es decir
carreras de retorno y desplazamiento). Durante la carrera de retorno
del pistón 204 de cada uno de los inyectores 200a, 200b, 200c se
genera presión subatmosférica (es decir, vacío) dentro del
alojamiento 202, lo cual hace que el metal fundido 234 de la fuente
de alimentación de metal fundido 232 entre en el alojamiento 202 a
través de la primera válvula de control 236. A medida que el pistón
240 sigue moviéndose hacia arriba, el metal fundido 234 de la
fuente de alimentación de metal fundido 232 fluye por detrás de la
cabeza de pistón 208 para llenar el alojamiento 202 Sin embargo, la
naturaleza altamente viscosa del medio líquido 226 presente en la
cavidad 248 y por encima del alojamiento 202 previene que el metal
fundido 234 fluya hacia arriba dentro de la cámara de líquido 224.
El medio líquido 226 presente en la cavidad 248 y por encima del
alojamiento 202 proporciona un efecto de "estanqueidad
viscosa" que previene el flujo hacia arriba del metal fundido 234
y permite, además, que el pistón 204 desarrolle altas presiones en
el alojamiento 202 durante la carrera de desplazamiento del pistón
204 de cada uno de los inyectores 200a, 200b, 200c. El medio líquido
viscoso 226 como lo apreciarán los expertos en la técnica, está
presente alrededor de la cabeza de pistón 208 y el vástago de
pistón 206, así como llena la cavidad 248. De este modo, el medio
líquido 226 contenido dentro del alojamiento 202 (es decir,
alrededor de la cabeza de pistón 208 y el vástago de pistón 206)
separa el metal fundido 234 que fluye dentro del alojamiento 202 de
la cámara de líquido 224, proporcionando un efecto de
"estanqueidad viscosa" dentro del alojamiento 202.
Durante la carrera de desplazamiento del pistón
204 de cada uno de los inyectores 200a, 200b, 200c, la primera
válvula de control 236 previene el reflujo del metal fundido 234
hacia la fuente de alimentación de metal fundido 232 de una manera
similar a la primera válvula de control 236 de los inyectores 100a
100b, 100c. El medio líquido 226 presente en la cavidad 248,
alrededor de la cabeza de pistón 208 y el vástago de pistón 206, y
más arriba en el alojamiento 202 el efecto de estanqueidad viscosa
entre el metal fundido 234 que se desplaza desde el alojamiento 202
y el medio líquido 226 presente en la cámara de líquido 224. Además,
el medio líquido 226 presente en la cavidad 248, alrededor de la
cabeza de pistón 208 y el vástago de pistón 206 y más arriba en el
alojamiento 202 es comprimido durante la carrera descendente del
pistón 204 que genera altas presiones dentro del alojamiento 202
que fuerzan el metal fundido 234 recibido dentro del alojamiento
202 desde el alojamiento 202. Debido a que el medio líquido 226 es
sustancialmente incompresible, el inyector 200 alcanza la presión
"crítica" mencionada anteriormente en conexión con el inyector
100 muy rápidamente. A medida que el metal fundido 234 empieza a
fluir desde el alojamiento 202, el accionador hidráulico 214 se
puede usar para controlar el caudal de metal fundido al cual el
metal fundido 234 es distribuido al procedimiento corriente abajo
para cada inyector 200a, 200b, 200c respectivo.
En resumen, la unidad de control 260 acciona
secuencialmente los inyectores 200a, 200b, 200c para proporcionar
continuamente el metal fundido 234 al colector de salida 240. Esto
se lleva acabo escalonando los movimientos de los pistones 204 de
los inyectores 200a, 200b, 200c de manera que al menos uno de los
pistones está siempre en movimiento por una carrera de
desplazamiento. Por consiguiente, el metal fundido 234 es
suministrado continuamente y a una presión operativa o de trabajo
sustancialmente constante al colector de salida 240.
Finalmente, con referencia a las figuras 8 y 9,
el sistema 200 de alimentación de metal fundido se muestra
conectado al colector de salida 240, como se ha mencionado
anteriormente. El colector de salida 240 es mostrado, además,
suministrando metal fundido 234 a un procedimiento corriente abajo
ejemplar. El procedimiento corriente abajo ejemplar es un aparato
de extrusión continua 300. El aparato de extrusión 300 está adaptado
para formar varillas circulares macizas de sección transversal
uniforme. El aparato de extrusión300 incluye una pluralidad de
conductos de extrusión 302, cada uno de los cuales está adaptado
para formar una única varilla circular. Los conductos de extrusión
302 incluyen cada uno un intercambiador de calor 304 y una matriz de
salida 306. Cada uno de los intercambiadores de calor 304 está en
comunicación fluida (separadamente a través de los conductos de
extrusión 302 respectivos) con el colector de salida 240 para
recibir metal fundido 234 del colector de salida 240 bajo la
influencia de los inyectores 200a, 200b, 200c de metal fundido. Los
inyectores 200a, 200b, 200c proporcionan la fuerza motriz necesaria
para inyectar el metal fundido 234 dentro del colector de salida
240 y distribuir, además, el metal fundido 234 a los conductos de
extrusión 302 respectivos bajo presión constante. Los
intercambiadores de calor 304 están previstos para enfriar y
solidificar parcialmente el metal fundido 234 que pasa a través de
los mismos a la matriz de salida 306 durante el funcionamiento del
sistema de alimentación de metal fundido 190. La matriz de salida
306 está dimensionada y conformada para formar la varilla maciza de
sección transversal sustancialmente uniforme. Una pluralidad de
pulverizadores de agua 308 se puede prever corriente abajo de la
matriz 306 para cada uno de los conductos de extrusión 302 para
solidificar totalmente las varillas formadas. El aparato 300 de
extrusión descrito generalmente anteriormente es sólo un ejemplo
del tipo de aparato o procedimiento corriente abajo con el cual los
sistemas de alimentación de metal fundido 90, 190 de la presente
invención se pueden utilizar. Como se ha indicado, el sistema de
alimentación de metal fundido 90 accionado por gas también puede
estar en conexión con el aparato de extrusión 300.
Con referencia ahora a las figuras
10-25 se muestran procedimientos específicos de
formación de metal corriente abajo que utilizan los sistemas de
alimentación de metal fundido 90, 190. Los procedimientos de
formación de metal corriente abajo son explicados a continuación
con referencia al sistema de alimentación de metal fundido 90 de la
figura 2 como el sistema que proporciona el metal fundido al
procedimiento. Sin embargo, será evidente que el sistema de
alimentación de metal fundido 190 de la figura 8 puede también ser
utilizado en esta función.
La figura 10 muestra generalmente un aparato 400
para formar una pluralidad de artículos metálicos 402artículos
metálicos continuos de longitud indefinida 402. El aparato incluye
el colector 140 mencionado anteriormente, el cual es denominado de
ahora en adelante como "colector de salida 140". El colector de
salida 140 recibe metal fundido 132 a caudal y presión
sustancialmente constantes del sistema de alimentación de metal
fundido 90 de la manera anteriormente explicada. El metal fundido
132 se mantiene bajo presión en el colector de salida 140. El
aparato 400 incluye, además, una pluralidad de matrices de salida
404 fijadas al colector de salida 140. Las matrices de salida 404
puede estas fijadas firmemente al colector de salida 140 como se
muestra en la figura 10 o formadas solidariamente al cuerpo del
colector de salida 140. Las matrices de salida 404 se muestran
fijadas al colector de salida 140 con dispositivos de sujeción
convencionales 406 (es decir, pernos). Las matrices de salida 404
se muestran, además, en la figura 10 como siendo de un material
diferente del colector de salida 140, pero pueden ser del mismo
material que el colector de salida 140 y formadas solidariamente al
mismo.
Con referencia a las figuras
10-12, las matrices de salida 404 incluyen cada una
un alojamiento de matriz 408, el cual está fijado al colector de
salida 140 de la manera anteriormente explicada. El alojamiento de
matriz 408 de cada una de las matrices de salida 404 define un
conducto 410 central de matriz en comunicación fluida con el
colector de salida 140. El alojamiento de matriz 408 define una
abertura de matriz 412 para descargar los respectivos artículos
metálicos 402 de las matrices de salida 404. El pasaje de matriz 410
proporciona un conducto para el transporte de metal fundido desde
el colector de salida 140 a la abertura de matriz 412 que se usa
para conformar el artículo metálico 402 dentro de su forma de
sección transversal deseada. Las matrices de salida 404 se pueden
usar para producir el mismo tipo de artículo metálico 402 continuo o
diferentes tipos de artículos metálicos 402, como se explica más
adelante. En la figura 10, dos de las matrices de salida 404 están
configuradas para formar artículos metálicos 402 como tubos de
sección transversal de forma circular que tienen una sección
transversal anular o hueca como se muestra en 12b, y dos de las
matrices de salida 404 están configuradas para formar artículos
metálicos 402 como varillas o barras macizas que también tienen una
sección transversal de forma circular como se muestra en la
figura
11b.
11b.
El alojamiento de matriz 408 de cada una de las
matrices 404 define, además, una cavidad o cámara de enfriamiento
414 que, rodea, al menos parcialmente el pasaje de matriz 410 para
enfriar el metal fundido 132 que fluye a través del pasaje de
matriz 410 hasta la abertura de matriz 412. La cavidad o cámara de
enfriamiento 414 también puede adoptar la forma de conductos de
enfriamiento como se muestra en las figuras 18 y 19 explicadas más
adelante. La cámara de enfriamiento 414 está prevista para enfriar y
solidificar el metal fundido 132 en el pasaje de matriz 410 de tal
manera que el metal fundido 132 se solidifica totalmente antes de
alcanzar la abertura de matriz 412.
Una pluralidad de rodillos 416 está
opcionalmente asociada a cada una de las matrices de salida 404. Los
rodillos 416 están posicionados para entrar en contacto con los
artículos metálicos 402 formados corriente abajo de las aberturas
de matiz 412 respectivas y más particularmente, enganchar con
fricción los artículos metálicos 402 para proporcionar
contrapresión al metal fundido 132 en el colector de salida 140. Los
rodillos 416 sirven también como mecanismo de frenado usados para
ralentizar la descarga de los artículos metálicos 402 a partir de
las matrices de salida 404. Debido a las altas presiones generadas
por el sistema de alimentación de metal fundido 90 y presentes en
el colector de salida 140, un sistema de frenado es beneficioso para
ralentizar la descarga de los artículos metálicos 402 a partir de
las matrices de salida 404. Esto garantiza que los artículos
metálicos 402 están totalmente solidificados y enfriados antes de
salir de las matrices de salida 404. Una pluralidad de
pulverizadores de enfriamiento 418 pueden estar situados corriente
abajo de las matrices de salida 404 para enfriar adicionalmente los
artículos metálicos 402 que se descargan de las matrices de salida
404.
Como se ha mencionado anteriormente, la figura
10 muestra el aparato 400 con dos matrices de salida 404
configuradas para formar artículos metálicos 402 de sección
transversal anular que tienen una forma circular (es decir tubos),
y con dos de las matrices de salida 404 configuradas para formar
artículos metálicos 402 de sección transversal maciza que tienen
una forma circular (es decir, varillas). De este modo, el aparato
400 puede formar simultáneamente diferentes tipos de artículos
metálicos 402. La configuración particular en la figura 10 en la
cual el aparato 400 incluye cuatro matrices de salida 404, dos para
producir artículos metálicos 402 de sección transversal anular y
dos para producir artículos metálicos 402 de sección transversal
maciza, es meramente ejemplar para explicar el aparato 400 y la
presente invención no se limita a esta disposición particular. Las
cuatro matrices de salida 404 de la figura 10 pueden usarse para
producir cuatro tipos de artículos metálicos 402. Además, el uso de
cuatro matrices de salida 404 es meramente ejemplar y el aparato
400 puede tener cualquier número de matrices de salida 404 según la
presente invención. Únicamente una matriz de salida 404 es
necesaria en el aparato 400.
La matriz de salida 404 usada para formar
varillas metálicas de sección transversal maciza será ahora
explicada con referencia a las figuras 10 y 11. La matriz de salida
404 de las figuras 10 y 11 incluye, además, una cámara 420 en forma
de lágrima corriente arriba de la abertura de matriz 412. La cámara
420 define una forma divergente-convergente y será
denominada de aquí en adelante como cámara
divergente-convergente 420. La cámara
divergente-convergente 420 se sitúa juste por
delante de la cámara de enfriamiento anular 414. La cámara
divergente-convergente 420 se usa para enfriar el
metal solidificado de trabajo en el pasaje de matriz 410, que se
solidifica cuando el metal fundido 132 pasa por el área del pasaje
de matriz 410 que linda con la cámara de enfriamiento 414, antes de
descargar el metal solidificado a través de la abertura de matriz
412. En particular, el metal fundido 132 fluye desde el colector de
salida 140 y dentro de la matriz de salida 404 a través del pasaje
de matriz 410. La presión proporcionada por el sistema de
alimentación de metal fundido 90 hace que el metal fundido 132
fluya dentro de la matriz de salida 404. El metal fundido 132
permanece en este estado fundido hasta que el metal fundido 132
pasa a través del área del pasaje de matriz 410 que linda
generalmente con la cámara de enfriamiento 414. El metal fundido
132 se convierte en semisolidificado en esta área, y
preferiblemente, se solidifica completamente antes de alcanzar la
cámara divergente-convergente 420. El área de metal
semisolidificado y de metal totalmente solidificado están
designadas por separado con los números de referencia 422 y 423 a
continuación.
El metal solidificado 424 en la cámara
divergente-convergente 420 exhibe una estructura de
colada, que no es ventajosa. La forma
divergente-convergente de la cámara
divergente-convergente 420 trabaja el metal
solidificado 424, que forma una microestructura labrada o
trabajada. La microestructura labrada mejora la resistencia del
artículo metálico 402 formado, en este caso una varilla de sección
transversal maciza que tiene una forma circular. Este procedimiento
es generalmente semejante a trabajar en frío el metal para mejorar
su resistencia y otras propiedades, como es conocido en la técnica.
El metal 424 solidificado, trabajado es descargado bajo presión a
través de la abertura 412 de matriz para formar el artículo metálico
continuo 402. Este caso, como se ha establecido, el artículo
metálico 402 es una varilla 402 metálica de sección transversal
maciza.
Como lo apreciarán los expertos en la técnica,
el procedimiento para formar el artículo metálico 402 (es decir, la
varilla circular maciza) descrito anteriormente tiene numerosas
ventajas mecánicas. El sistema de alimentación de metal fundido 90
suministra metal fundido 132 al aparato 400 a presión y caudal
constantes y de este modo es un sistema "estable" Por
consiguiente, no hay teóricamente ningún límite a la longitud del
artículo metálico 402 formado, Hay un mejor control de la dimensión
de la sección transversal del artículo metálico 402 porque no hay
"presión de matriz" ni "temperatura de matriz"
transitorias. También hay un mejor control de la dimensión a través
de la longitud del artículo metálico 402 (es decir, no transitorios)
Además, la relación de extrusión puede estar basada en el
rendimiento de producto y no sobre requisitos de procedimiento. La
relación de extrusión se puede reducir, lo cual da como resultado
una mayor vida útil de la matriz para la abertura de matriz 412.
Además, hay menos distorsión de matriz debido a la baja presión de
matriz (es decir, alta temperatura, baja velocidad),
Como será apreciado por los expertos en la
técnica, el procedimiento para formar el artículo metálico 402 (es
decir, la varilla circular maciza) descrito anteriormente tiene
numerosas ventajas metalúrgicas para el artículo metálico 402
resultante. Estas ventajas incluyen generalmente: (a) eliminación de
la licuación de superficie y la porosidad de contracción; (b)
reducción de la macrosegregación; (c) eliminación de la necesidad
de etapas de tratamiento de homogeneización y recalentamiento
requeridos en la técnica anterior; (d) mayor potencial de obtención
de microestructura no recristalizadas (es decir, baja deformación
Z); (e) mejores soldaduras de costura en estructuras tubulares
(como se explica más adelante); y (f) la eliminación de variaciones
de estructura a través de la longitud del artículo metálico 402 a
causa de la naturaleza estable del procedimiento de formación.
Desde un punto de vista económico, el anterior
procedimiento elimina el inventario en curso e integra las fases de
fusión, precalentamiento, recalentamiento y extrusión, que están
presentes en el procedimiento de la técnica anterior explicado
anteriormente en conexión con la figura 1, en una fase. Además, no
hay metal desechado en el procedimiento descrito tal como el
generado en el procedimiento de la técnica anterior previamente
explicado. A menudo, en el proceso de extrusión de la técnica
anterior, el producto extruido debe ser recortado y/o escalpado, lo
cual no se requiere en el presente procedimiento. Todas las ventajas
anteriores se aplican a cada uno de los artículos metálicos 402
diferentes formados en el aparato 400 que se mencionan a
continuación.
Con referencia ahora a las figuras 10 y 12, el
aparato 400 se puede usar para formar artículos metálicos 402 que
tienen una sección transversal hueca o anular, tal como el tubo
hueco mostrado en la figura 12b. El aparato 400 para esta
aplicación incluye, además, un mandril 426 posicionado en el pasaje
de matriz 410. El mandril 426 se extiende preferiblemente dentro
del colector de salida 140, como se muestra en la figura 10. El
mandril 426 se enfría preferiblemente internamente haciendo
circular un refrigerante en el interior del mandril 426. El
refrigerante puede ser suministrado al mandril 426 por un conducto
428 que se extiende dentro en el centro del mandril 426. La cámara
divergente-convergente 420 se usa de nuevo para
trabajar el metal solidificado 424 antes de forzar o descargar el
metal solidificado 424 a través de la abertura de matriz 412, que
forma el artículo metálico 402 de sección transversal anular (es
decir, el tubo de forma circular). El artículo metálico 402 de
sección transversal anular resultante es "sin costuras" lo cual
significa que no se requiere soldadura para formar la estructura
circular, como es práctica común en la fabricación de conductos o
tubos. Además, debido a que el metal fundido 132 se solidifica en
forma de una estructura anular, la pared del tubo hueco resultante
puede adelgazarse duran el proceso de solidificación sin
procesamiento posterior, lo cual podría debilitar las propiedades
del metal.
Como se utiliza en esta descripción, el término
"circular" está destinado a definir no solamente círculos
auténticos, sino también formas "redondeadas" tales como ovales
(es decir, forman que no son círculos perfectos). Las matrices de
salida 404 mencionadas anteriormente en conexión con las figuras 11
y 12 están generalmente configuradas para formar artículos
metálicos 402 que tienen generalmente secciones transversales
circulares simétricas. El término "sección transversal
simétrica" tal como se usa en esta descripción está destinado a
significar que una sección transversal vertical a través del
artículo metálico 402 es simétrica respecto de al menos un eje que
pasa a través de la sección transversal. Por ejemplo, la sección
transversal circular de la figura 11b es simétrica respecto del
diámetro del círculo.
Las figuras 13-16 muestran una
realización de la matriz de salida 404 usada para formar un artículo
metálico 402 de forma poligonal. Como se muestra en las figuras
14-16, el artículo metálico 402 formado tendrá una
sección transversal en forma de L. En particular, será evidente a
partir de las figuras 14-16 que la forma de L (es
decir, sección transversal en forma poligonal) no es simétrica
respecto de ningún eje que pasa a través de la misma. Por lo tanto,
el aparato 400 de la presente invención se puede usar para formar
artículos metálicos 402 de forma asimétrica, tal como las barras en
forma de L formadas por la matriz de salida 404 de las figuras
13-16.
La matriz de salida 404 de las figuras
13-16 es sustancialmente similar a las matrices de
salida 404 mencionadas anteriormente, pero no incluye una cámara
divergente-convergente 420. Alternativamente, el
pasaje de matriz 410 tiene una sección transversal constante que
tiene la forma del artículo metálico 402 concebido, como lo ilustra
la vista en sección transversal de la figura 14. El metal fundido
132 pasa a través del pasaje de matriz 410 de la manera mencionada
anteriormente, y se solidifica en el área que linda con la cámara de
enfriamiento 414. La estructura labrada deseada para el metal
solidificado 424 se forma trabajando el metal solidificado 424 en
la abertura de matriz 412. En particular, como el metal solidificado
424 es forzado a partir del área de mayor sección transversal
definida por el pasaje de matriz 410 dentro del área de menor
sección transversal definida por la abertura de matriz 412, el
metal solidificado 424 se trabaja para formar la estructura labrada
deseada. El pasaje de matriz 410 no se limita a tener generalmente
la misma forma de sección transversal que el artículo metálico 402
formado. El pasaje de matriz 410 puede tener una forma circular, tal
como aquélla que podría potencialmente usarse para el pasaje de
matriz 410 de las matrices de salida 404 de las figuras 11 y 12. El
pasaje de matriz 410 para la matriz de salida de las figuras
13-16 puede, además, incluir la cámara
divergente-convergente 420. La figura 13 ilustra que
la estructura labrada deseada para el metal solidificado 424 puede
ser realizada forzando el metal solidificado 424 a través de una
abertura de matriz 412 de área de sección transversal reducida
respecto del área de sección transversal definida por el pasaje de
matriz 410 corriente arriba. El pasaje de matriz 410 puede tener la
misma forma general de la abertura de matriz 412, pero la presente
invención no se limita a esta configuración.
Con referencia brevemente a las figuras
22-25, son posibles otras formas de sección
transversal para los artículos metálicos continuos 402 formados por
el aparato 400 de la presente invención. Las figuras 22 y 23
muestran artículos metálicos 402 de sección transversal de forma
poligonal, simétrica que se pueden hacer según la presente
invención. La figura 22 muestra una viga de doble T de forma
poligonal hecha por una matriz de salida 404 que tiene una abertura
de matriz 412 en forma de I. La figura 23 muestra una varilla de
forma poligonal maciza hecha por una matriz de salida 404 que tiene
una abertura de matriz 412 de forma hexagonal. La varilla metálica
402 de sección transversal hexagonal formada por la matriz de salida
404 de la figura 23 puede denominarse como una varilla perfilada.
La figura 24 ilustra un artículo metálico 402 anular en el cual la
abertura en el artículo metálico 402 tiene una forma diferente de
la forma global del artículo metálico 402. En la figura 24, la
abertura o corona en el artículo metálico 402 es de forma cuadrada
mientras que la forma global del artículo metálico 402 es circular.
Esto se puede conseguir usando un mandril 426 de forma cuadrada en
la matriz de salida 404 de la figura 12. Además, la figura 25
ilustra un artículo metálico 402 de sección transversal anular que
tiene una forma poligonal global (es decir, forma cuadrada). La
abertura de matriz 412 en la matriz de salida 404 de la figura 25
es de forma cuadrada y se usa un mandril 426 de forma cuadrada para
formar la abertura o corona de forma cuadrada en el artículo
metálico 402. El artículo metálico 402 de la figura 25 puede
denominarse como tubo perfilado.
Con referencia a la figura 17, la presente
invención considera que las matrices de salida adicionales o
secundarias se pueden usar para reducir, además, el área de sección
transversal de los artículos metálicos 402 y trabajar
adicionalmente el metal solidificado 424 que forma los artículos
metálicos 402 para mejorar adicionalmente la estructura labrada
deseada. La figura 17 muestra una segunda matriz de salida 430 o
corriente abajo, fijada a la primera matriz de salida 404 o
corriente abajo. La segunda matriz de salida 430 puede estar fijada
a la matriz de salida 404 con dispositivos de fijación 423
mecánicos (es decir, pernos) como se muestra, o se puede formar
solidariamente a la matriz de salida 404. La realización de la
matriz de salida 404 como se muestra en la figura 17 tiene una
configuración similar a la matriz de salida 404 de la figura 13 pero
también puede tener la configuración de la matriz de salida 404 de
la figura 11 (es decir, una cámara
divergente-convergente 420, etc.). La segunda
matriz de salida 430 incluye un alojamiento 434 que define un pasaje
de matriz 436 y una abertura de matriz 438, de modo similar a las
matrices de salida 404 mencionadas anteriormente. El segundo pasaje
de matriz 436 define un área de sección transversal más pequeña que
la abertura de matriz 412 de la matriz de salida 404 corriente
arriba. La segunda abertura de matriz 438 define un área de sección
transversal reducida respecto del segundo pasaje de matriz 436. Un
trabajo en frío adicional se realiza a medida que el metal
solidificado 424 es forzado a través de la segunda abertura 438 de
matriz desde el segundo pasaje de matriz 436, mejorando
adicionalmente la estructura labrada del metal solidificado 424 que
forma el artículo metálico 402 e incrementando la resistencia del
artículo metálico 402. La segunda matriz de salida 430 puede estar
situada inmediatamente adyacente a la matriz de salida 404 corriente
arriba, como se ilustra, o más allá corriente abajo de la matriz de
salida 404. La segunda matriz de salida 430 proporciona asimismo un
área adicional de enfriamiento para el metal solidificado 424 para
enfriarlo antes de salir del aparato 400, lo cual mejora las
propiedades del metal solidificado 424 que forma el artículo
metálico 402.
Con referencia a las figuras 18 y 20, el aparato
400 puede estar adaptado para formar una placa metálica continua en
forma del artículo metálico 402. La matriz de salida 404 de la
figura 18 tiene un pasaje de matriz 410 que generalmente se ahúsa
hacia la abertura de matriz 412. La abertura de matriz 412 está
generalmente formada para formar la sección transversal rectangular
del artículo de placa continua 402 mostrado en la figura 20. La
cámara de enfriamiento 420 es sustituida por un par de conductos de
enfriamiento 440, 442, los cuales generalmente lindan con la
longitud del pasaje de matriz 410, como se ilustra en la figura 18.
El metal fundido 132 es enfriado en el pasaje de matriz 410 para
formar el metal en estado semisólido 422, y finalmente el metal
solidificado 424 en el pasaje de matriz 410. El metal solidificado
424 se trabaja inicialmente para formar la estructura labrada
deseada forzando el metal solidificado 424 a través del área de
sección transversal más pequeña definida por la abertura de matriz
412.
Adicionalmente, los rodillos 416 inmediatamente
adyacentes a la abertura de matriz 412 se usan para reducir
adicionalmente la altura H de la placa continua 402, lo que trabaja
adicionalmente la placa continua 402 y genera la estructura
labrada. La placa continua 402 puede tener cualquier longitud,
porque el metal fundido 132 es proporcionado al aparato 400 de
manera estable. De este modo, el aparato 400 de la presente
invención puede proporcionar hojas de metal laminadas además de las
varillas o las barras mencionadas anteriormente. Operaciones de
laminado adicionales convencionales pueden ser llevadas a cabo
corriente abajo de los rodillos 416.
Con referencia a las figuras 19 y 21, el aparato
400 puede estar adaptado para formar un lingote metálico continuo
en forma del artículo metálico 402. La matriz de salida 404 de la
figura 19 tiene un pasaje de matriz 410 que está generalmente
divido en dos porciones. Una primera porción 450 del pasaje de
matriz 410 tiene generalmente una sección transversal constante.
Una segunda porción 452 del pasaje de matriz 410 diverge
generalmente para formar la abertura de matriz 412. La abertura de
matriz 412 está generalmente conformada para formar la forma de
sección transversal de lingote 402 mostrado en la figura 21. La
forma de sección transversal puede ser poligonal como se muestra en
la figura 21 o circular como se muestra en la figura 21b. La cámara
de enfriamiento 420 es sustituida por un par de conductos de
enfriamiento 454, 456, que generalmente lindan con la longitud de
la primera porción 450 del pasaje de matriz 410, como se ilustra en
la figura 19. El metal fundido 132 es enfriado en el pasaje de
matriz 410 para formar el metal en estado semisólido 422 y
finalmente el metal solidificado 424 en la primera porción 450 del
pasaje de matriz 410. El metal semisólido 422 se enfría
preferiblemente por completo formando el metal solidificado 424, a
medida que el metal solidificado 424 alcanza la segunda porción de
mayor sección transversal 452 del pasaje de matriz 410. El metal
solidificado 424 se trabaja inicialmente para formar la estructura
labrada deseada a medida que el metal solidificado 424 diverge hacia
fuera desde el área de menor sección transversal definida por la
primera porción 450 del pasaje de matriz 410 en el área de mayor
sección transversal definida por la segunda porción 452 del pasaje
de matriz 410. Además, los rodillos 416 inmediatamente adyacentes a
la abertura de matriz 412 se usan para reducir adicionalmente el
ancho W del lingote continuo 402, lo que trabaja adicionalmente el
lingote 402 y genera la estructura labrada deseada. El lingote
continuo 402 puede tener cualquier longitud debido a que el metal
fundido 132 es proporcionado al aparato 400 de una manera estable.
De este modo, el aparato 400 de la presente invención puede
proporcionar lingotes de cualquier longitud además de la placa
continua, varillas y barras anteriormente mencionadas.
El procedimiento continuo descrito anteriormente
se puede usar para formar artículos metálicos continuos de
virtualmente cualquier longitud y cualquier forma de sección
transversal. La explicación anterior detallaba la formación de
varillas, barras, lingotes y placa de metal continuo. El
procedimiento descrito anteriormente se puede usar para formar
tanto formas de sección transversal macizas como anulares. Tales
formas anulares forman verdaderos conductos sin costura, tales como
tubos o conductos huecos. El procedimiento descrito anteriormente
también puede formar artículos metálicos que tienen secciones
transversales tanto simétricas como asimétricas. En resumen, el
procedimiento de formación metálica continuo descrito anteriormente
puede (pero no se limita a): (a) proporcionar un gran volumen de
formas de material de relación de extrusión baja, (b) proporcionar
artículos metálicos sin costuras de pared delgada, de calidad
superior, tales como tubos huecos y conductos; (c) proporcionar
artículos metálicos de sección transversal asimétrica; y (d)
proporcionar artículos metálicos de temple F, libres de
distorsiones, tratables sin calor que no requieren enfriamiento
rápido o envejecimiento y que no tiene distorsiones por
enfriamiento rápido y con tensiones residuales muy bajas.
Aunque en lo anterior se describieron
realizaciones preferidas de la invención, se pueden realizar
diversas modificaciones y alteraciones de la presente invención sin
apartarse del espíritu y alcance de la presente invención. El
alcance de la presente invención se define en las reivindicaciones
adjuntas y en equivalentes de las mismas.
Claims (30)
1. Un inyector (100) para un sistema de
alimentación de metal fundido (90) que comprende:
- un alojamiento de inyector (102) configurado para contener metal fundido y en comunicación fluida con una fuente de alimentación de metal fundido (132);
- un pistón (104) accionable recíprocamente dentro del alojamiento (102), pistón (104) amovible a través de una carrera de retorno que permite que el metal fundido (134) sea recibido en el alojamiento (102) desde la fuente de alimentación de metal (132) y una carrera de desplazamiento para desplazar el metal fundido (134) desde el alojamiento (102) hasta un procedimiento corriente abajo, y el pistón (104) que tiene una cabeza de pistón (108) situada dentro del alojamiento para desplazar el metal fundido (134) desde el alojamiento (102); y
- una fuente de alimentación de gas (144) en comunicación fluida con el alojamiento (102) a través de una válvula de control de gas (146);
- en el que, durante la carrera de retorno del pistón (104) se forma un espacio (148) entre la cabeza de pistón (108) y el metal fundido (134) y la válvula de control de gas (146) es accionable para rellenar el espacio con gas desde la fuente de alimentación de gas (144), y en el que durante la carrera de desplazamiento del pistón (104) la válvula de control de gas (146) es accionable para evitar la ventilación de gas desde el espacio lleno de gas (148) de modo tal que el gas en el espacio lleno de gas (148) es comprimido entre la cabeza de pistón (108) y el metal fundido (134) recibido en el alojamiento (102) y desplaza el metal fundido (134) desde el alojamiento (102) por delante de la cabeza de pistón (108).
\vskip1.000000\baselineskip
2. El inyector de la reivindicación 1, en el que
el pistón (104) incluye un vástago del pistón (106) que tiene un
primer extremo (110) y un segundo extremo (112), y en el que el
primer extremo (110) está conectado con la cabeza de pistón (108) y
el segundo extremo (112) está conectado a un accionador (114) para
accionar el pistón a través de la carrera de retorno y la carrera
de desplazamiento.
3. El inyector de la reivindicación 2, en el que
el segundo extremo (112) del vástago del pistón (106) está conectado
al accionador (114) mediante un acoplamiento autoalineado
(116).
4. El inyector de la reivindicación 2, que
incluye, además, una junta de presión anular (120) situada alrededor
del vástago de pistón (106) para proporcionar una junta
sustancialmente estanca entre el vástago de pistón (106) y el
alojamiento (102).
5. El inyector de la reivindicación 4, que
incluye, además, una camisa de agua de enfriamiento (128), situada
alrededor del alojamiento (102) coincidiendo substancialmente con la
junta de presión (120) para refrigerar la junta de presión
(120).
6. El inyector de la reivindicación 2, en el que
el primer extremo (110) del vástago del pistón (106) está conectado
a la cabeza de pistón (108) mediante una barrera de aislamiento
térmico (118).
7. El inyector de la reivindicación 2, en el que
el vástago de pistón (106) define un taladro central (122), y en el
que el taladro central (122) se encuentra en comunicación fluida con
una entrada y una salida de agua de refrigeración para suministrar
agua de refrigeración al taladro central (122) en el vástago de
pistón (106).
8. El inyector de la reivindicación 1, en el que
el alojamiento (102) incluye un revestimiento (130) hecho en un
material seleccionado de un grupo que consiste en un material
refractario y grafito.
9. El inyector de la reivindicación 1, en el que
el inyector (100) incluye un puerto de inyección (138) conectado al
alojamiento (102) para inyectar el metal fundido (134) desplazado
desde el alojamiento (102) hacia el procedimiento corriente
abajo.
\vskip1.000000\baselineskip
10. Un procedimiento para accionar un inyector
(100) de un sistema de alimentación de metal fundido de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, procedimiento que
comprende las etapas de:
- recibir metal fundido (134) desde la fuente de alimentación de metal fundido (132) dentro del alojamiento (102) durante la carrera de retorno del pistón (104), definiendo la cabeza de pistón (108) un espacio (148) con el metal fundido (134) que fluye dentro del alojamiento (102);
- llenar el espacio (148) con gas de la fuente de alimentación de gas (144) durante la carrera de retorno del pistón (104); y
- comprimir el gas en el espacio lleno de gas (148) entre la cabeza de pistón (108) y el metal fundido (134) recibido dentro del alojamiento (102) durante la carrera de desplazamiento del pistón (104) para desplazar el metal fundido (134) desde el alojamiento (102) hacia un procedimiento corriente abajo por delante del gas comprimido.
11. El procedimiento de la reivindicación 10,
que comprende además el paso de ventilar el gas comprimido en el
espacio lleno de gas (148) hasta presión atmosférica aproximadamente
cuando el pistón (104) alcanza un extremo de la carrera de
desplazamiento.
12. El procedimiento de la reivindicación 10,
que comprende además el paso de desplazar el pistón (104) a través
de una carrera de retorno parcial en el alojamiento (102) tras el
paso de comprimir el gas en el espacio lleno de gas (148) para
aliviar parcialmente la presión en el espacio lleno de gas
(148).
13. El procedimiento de la reivindicación 12,
que comprende además el paso de ventilar el gas en el espacio lleno
de gas (148) hasta presión atmosférica con el pistón (104) situado
aproximadamente en un extremo de la carrera de retorno parcial en
el alojamiento (102).
14. Un sistema de alimentación de metal fundido,
que comprende:
- una fuente de alimentación de metal fundido (132);
- una pluralidad de inyectores de metal fundido (100), cada uno de los cuales comprende:
- un alojamiento (102) de inyector configurado para contener metal fundido (134) y en comunicación fluida con la fuente de alimentación de metal fundido (132); y
- un pistón accionable recíprocamente dentro del alojamiento (102), pistón (104) amovible a través de una carrera de retorno lo que permite que el metal fundido (134) sea recibido en el alojamiento (102) desde la fuente de alimentación de metal fundido (132) y una carrera de desplazamiento para desplazar el metal fundido (134) desde el alojamiento (102) hacia un procedimiento corriente abajo, pistón (104) que tiene una cabeza de pistón (108) para desplazar el metal fundido (134) del alojamiento (102); y
- una fuente de alimentación de gas (144) en comunicación fluida con el alojamiento (102) de cada uno de los inyectores (100) a través de válvulas de control de gas (146) respectivas;
- en el que durante la carrera de retorno del pistón (104) para cada uno de los inyectores (100) se forma un espacio entre la cabeza de pistón (108) y el metal fundido (134) y la válvula de control de gas (146) correspondiente es accionable para llenar el espacio (148) con gas desde la fuente de alimentación de gas (144) y en el que durante la carrera de desplazamiento del pistón (104) para cada uno de los inyectores (100) la válvula de control de gas (146) correspondiente es accionable para evitar la ventilación de gas desde el espacio lleno de gas (148), de tal modo que el gas en el espacio lleno de gas (148) es comprimido entre la cabeza de pistón (108) y el metal fundido (134) recibido en el alojamiento (102) y desplaza el metal fundido (134) desde el alojamiento (102) por delante de la cabeza de pistón (108).
15. El sistema de la reivindicación 14, que
incluye además una unidad de control (160) conectada a cada uno de
los inyectores (100) y configurada para accionar individualmente los
inyectores (100) para proporcionar un caudal y presión de metal
fundido sustancialmente constante al procedimiento corriente
abajo.
16. El sistema de la reivindicación 15, en el
que la unidad de control (160) se configura para controlar los
inyectores (100) de tal modo que al menos uno de los pistones (104)
se desplaza a través de su carrera de desplazamiento mientras que
el resto de los pistones (104) se desplazan a través de sus carreras
de retorno para proporcionar la presión y caudal de metal fundido
sustancialmente constante al procedimiento corriente abajo.
17. El sistema de la reivindicación 15, en el
que el pistón (104) de cada uno de los inyectores (100) está
conectado a accionadores (114) respectivos para accionar los
pistones (104) a través de las carreras de retorno y desplazamiento,
y la unidad de control (160) se conecta a los accionadores (114) y
a las válvulas de control de gas (146) respectivos de los
inyectores (100) para controlar el funcionamiento de los
accionadores (114) y de las válvulas de control de gas (146).
18. El sistema de la reivindicación 14, en el
que el pistón (104) de cada uno de los inyectores (100) incluye un
vástago de pistón (106) que tiene un primer extremo (110) y un
segundo extremo (112), y en el que el primer extremo (110) está
conectado con la cabeza de pistón (108) y el segundo extremo (112)
está conectado a un accionador (114) para accionar el pistón (104)
a través de las carreras de retorno desplazamiento.
19. El sistema de la reivindicación 18, que
incluye además una junta de presión anular (120) situada alrededor
del vástago del pistón (106) de cada uno de los inyectores (100) y
que proporciona una junta sustancialmente estanca entre el vástago
de pistón (106) y el alojamiento (102) para cada uno de los
inyectores (100).
20. El sistema de la reivindicación 19, que
incluye además una camisa de agua de enfriamiento (128) situada
alrededor del alojamiento (102) de cada uno de los inyectores (100)
y situada sustancialmente en coincidencia con la junta de presión
(120) para enfriar la junta de presión (120).
21. El sistema de la reivindicación 18, en el
que el primer extremo (110) del vástago de pistón (106) de cada uno
de los inyectores (100) está conectado a la cabeza de pistón (108)
mediante una barrera al aislamiento térmico (118).
22. El sistema de la reivindicación 18, en el
que el vástago de pistón (106) de cada uno de los inyectores (100)
define un taladro central (122), y en el que el taladro central
(122) está en comunicación fluida con una entrada y salida de agua
de refrigeración para suministrar agua de refrigeración al taladro
central (122).
23. El sistema de la reivindicación 14, en el
que la fuente de alimentación de metal fundido (132) contiene un
metal seleccionado del grupo consistente en aluminio, magnesio,
cobre, bronce, hierro y aleaciones de los mismos.
24. El sistema de la reivindicación 14, en el
que la fuente de alimentación de gas (144) es un gas seleccionado
del grupo consistente en el helio, nitrógeno, argón, aire comprimido
y dióxido de carbono.
25. El sistema de la reivindicación 14, en el
que cada uno de los inyectores (100) incluye además un puerto de
inyección (138) conectado al alojamiento (102) para inyectar el
metal fundido (134) desplazado desde el alojamiento (102) hacia el
procedimiento corriente abajo.
26. Un procedimiento para el funcionamiento de
un sistema de alimentación de metal fundido de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 14 a 25 para suministrar metal
fundido a un procedimiento corriente abajo a presiones y caudales
de metal fundido sustancialmente constantes, procedimiento que
comprende las etapas de:
- accionar los inyectores (100) para desplazar los pistones (104) a través de sus carreras de retorno y desplazamiento para proporcionar presión y caudal de metal fundido sustancialmente constantes a un procedimiento corriente abajo;
- formar un espacio entre la cabeza de pistón (108) y el metal fundido (134) recibido en el alojamiento (102) durante cada carrera de retorno respectiva de los pistones (104);
- llenar el espacio con gas de la fuente de alimentación de gas (144) durante cada carrera de retorno respectiva de los pistones (104); y
- comprimir el gas en el espacio lleno de gas (148) formado entre la cabeza de pistón (108) y el metal fundido (134) recibido en el alojamiento (102) de cada uno de los inyectores (200) durante cada carrera descendente respectiva de los pistones (104) para desplazar el metal fundido (134) desde los alojamientos (102) de los inyectores (100) por delante del gas comprimido en espacio lleno de gas (148).
27. El procedimiento de la reivindicación 26 en
el que al menos uno de los pistones (104) se desplaza a través de
su carrera de desplazamiento mientras que el resto de los pistones
(104) se desplazan a través de sus carreras de retorno para
proporcionar la presión y caudal de metal fundido sustancialmente
constantes al procedimiento corriente abajo.
28. El procedimiento de la reivindicación 26,
que comprende además la etapa de ventilar el gas comprimido en el
espacio lleno de gas (148) hasta presión atmosférica aproximadamente
cuando los pistones (104) alcanzan respectivamente un extremo de
sus carreras de desplazamiento.
29. El procedimiento de la reivindicación 28 que
comprende además la etapa de desplazar respectivamente los pistones
(104) a través de una carrera de retorno parcial en sus respectivos
alojamientos (102) tras la etapa de comprimir el gas en el espacio
lleno de gas (148) para aliviar parcialmente la presión en el
espacio lleno de gas comprimido (148).
30. El procedimiento de la reivindicación 29,
que comprende además la etapa de ventilar respectivamente el gas en
el espacio lleno de gas (148) hasta presión atmosférica cuando los
pistones (104) se sitúan respectivamente en un extremo de la
carrera de retorno parcial en los alojamientos (102).
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