ES2608934B2 - Procedimiento de obtención de fundición nodular - Google Patents

Abstract

Procedimiento de obtención de fundición nodular que parte de una instalación eficiente que difiere de las convencionales de fundición gris dado que requiere de una única tipología de horno, en concreto un horno de fusión eléctrico por inducción, y requiere de una cuchara de tratamiento y de una cuchara de colar con una configuración que evita el contacto del caldo con el oxígeno, y en el que se definen una serie de etapas necesarias en las que el producto se trata desde una carga metálica inicial procedente de material convencional de fundición como la chatarra, lingotes y las ferroaleaciones, en el que en etapas intermedias se añaden al caldo fundido un esferoidizante y tres inoculantes diferentes, y en el que finalmente se obtiene el producto nodular acabado.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento de obtencion de fundicion nodular.

OBJETO DE LA INVENCION

La presente memoria descriptiva detalla un procedimiento de obtencion de fundicion nodular, para lo cual se parte de una instalacion eficiente que difiere de las convencionales de fundicion gris dado que se requiere de una unica tipologla de horno fusor, y en el que en dicho procedimiento se definen una serie de etapas necesarias en las que el producto se trata desde una carga metalica inicial hasta obtener el producto nodular acabado, anadiendose en etapas intermedias un esferoidizante y tres inoculantes diferentes.

Teniendo en cuenta este aspecto, el campo de aplicacion de la presente invention es el del sector de la metalurgia, y en concreto todos aquellos procesos relacionados con la fundicion.

ANTECEDENTES

En el sector metalurgico esta en constante progreso y en el se combinan los procedimientos de fundicion tradicional con las nuevas tecnicas industriales. Entre los multiples trabajos que se encuentran dentro campo industrial de la fundicion se destacan los trabajos de obtencion de fundicion gris, fundicion maleable y de fundicion nodular. Por un lado, la fundicion gris es un tipo de aleacion con el que se obtiene uno de los materiales ferrosos mas empleados, el conocido como hierro colado, siendo una de las caracterlsticas distintivas de este producto que el carbono se encuentra en general como grafito, adoptando formas irregulares conocidas como hojuelas. Al contrario de la fundicion gris, la cual contiene dichas hojuelas de grafito, la fundicion nodular tiene una estructura de colada que contiene partlculas de grafito en forma de pequenos nodulos esferoidales en una matriz metalica ductil, de tal modo que con este producto se obtiene una resistencia mucho mayor que en la fundicion gris y un considerable grado de ductilidad. Por otro lado, la fundicion nodular se diferencia de la
fundicion maleable en que normalmente se obtiene directamente en bruto, ademas de que los nodulos presentan una forma mas esferica que los aglomerados de grafito, mas o menos irregulares, que aparecen en la fundicion maleable.

Teniendo en cuenta estos aspectos iniciales, se puede decir que la fundicion nodular es un producto que goza de unas excelentes caracterlsticas estructurales y mecanicas, siendo utilizados en aquellos usos requieren de resistencia y tenacidad en combination con una buena maquinabilidad y bajos costos, tiene una densidad menor que el acero, y dispone de un contenido de grafito que proporciona una enorme capacidad de lubrication en engranajes moviles debido a su bajo coeficiente de friction.

De esta manera se puede destacar que el proceso de production de fundicion nodular ha estado sujeto a una evolution tecnica que ha hecho que los diferentes productos finales hayan ido mejorando al igual que incluyendo diferentes elementos o aditivos que han mejorado las caracterlsticas finales del producto.

A modo de ejemplo se define el documento
EP1270747, que sin entrar en las diferentes etapas de su produccion, divulga una aleacion de fundicion nodular en la que se anaden a la carga metalica inicial elementos del grupo IIB de la tabla periodica con lo que se obtiene un producto con una mayor deformidad plastica.

Se destacan tambien otros documentos que definen procedimientos de fabrication, como por ejemplo el
EP1126037, en el que se describe el anadir un unico inoculante particularizado diferente al de la presente invencion como paso inicial; el documento FR2511044 que anade un inoculante con nombre comercial “spherix” con unas caracteristicas diferentes a las del presente invento; o el documento GB1527054 que define un procedimiento automatico en el que se utiliza un unico inoculante que se introduce a temperaturas muy elevadas del entorno de 1400°C y en un paso inexistente en la presente invencion.

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Hay otros tipos de documentos que entran en las caracterlsticas propias de las instalaciones requeridas para llevar a cabo la fundicion, como la patente US2855336 que desarrolla un procedimiento basado en el uso de hornos de recocido; o la patente US4252559 que se centra unicamente en mejoras en un equipo fundidor para un proceso general y en el anadir agentes cementantes a los caldos que hacen que el nuevo equipo fundidor sea mas eficiente.

Y por ultimo cabe destacarse el documento EP2341154 que define un proceso de obtencion de fundicion nodular por medio de una instalacion convencional de fundicion gris. Este hecho de utilizar una instalacion de fundicion gris, algo que aparece en algunas de los anteriores registros tambien, hace que desde un punto de vista operativo pueda ser suficiente en una etapa de pruebas, pero es claramente ineficaz para la produccion de fundicion nodular de forma industrial, llevando al proceso a un camino no viable economicamente, requiriendo por ejemplo de diferentes hornos y trasvases entre ellos, y se puede decir del mismo modo que esta instalacion de fundicion gris serla inadecuada para la fundicion de otros elementos como pudieran ser el acero, oro, bronce o plomo. Volviendo al documento EP2341154, otro aspecto a destacar es que no es economicamente factible realizar de forma simultanea fundicion gris y nodular partiendo del mismo caldo, tal como se define en dicho registro, dado que la materia prima para la fabrication de fundicion nodular es de mayor calidad y notablemente mas cara, con lo que esto encarecerla todo el proceso de fundicion, y si se optara por utilizar materia prima adecuada para la fundicion gris entre otras cosas se harla necesario disponer de una estacion de desulfuration.

Teniendo en cuenta los antecedentes existentes en el sector relacionados con la presente invention, y sobre todo teniendo en cuenta el ultimo antecedente senalado, surge la necesidad de desarrollar un nuevo proceso para la obtencion de fundicion nodular que sea eficiente, para lo cual se requiere de modificaciones en las instalaciones convencionales de fundicion gris, y principalmente es necesario centrarse en desarrollar unas etapas nuevas en las que se anaden e incluyen una pluralidad de agentes particularizados para el correcto desarrollo del proceso.

Es por todo ello que se considera que la presente invencion constituye una solution innovadora que se diferencia de las metodologlas y procesos existentes en el estado de la tecnica.

DESCRIPCION DE LA INVECCION

En la presente memoria se detalla un procedimiento de obtencion de fundicion nodular, para lo cual se parte de una instalacion particular diferenciada de las instalaciones convencionales de fundicion gris.

La instalacion requerida requiere de una unica tipologla de horno fusor, por tanto no se requiere de hornos de mantenimiento ajenos al horno fusor y no se requiere de las cuchas y etapas de trasvase entre ambos, al igual que la nueva instalacion requiere de una cuchara de tratamiento y de una cuchara de colar con unas particularidades que se basan principalmente en evitar el contacto del caldo con el oxlgeno, dado que el convencional contacto del caldo con el oxlgeno deteriora rapidamente las caracterlsticas del caldo. Finalmente, las coquillas de colada tienen una particular geometrla, principalmente en la zona de mazarotas, dado que se requiere de un correcto comportamiento de la mezcla en la solidification.

Teniendo este aspecto inicial de la particularidad de las instalaciones necesarias, el procedimiento parte de la reception de materias convencionales para la fundicion y la alimentation del horno fusor de la carga de material convencional cuyo contenido de equivalente de carbono esta en el orden del 3.8 a 5.2, siendo el horno fusor un horno de fusion electrico por induction.

La carga convencional introducida en dicho horno es tratada en una cuchara de tratamiento, en la cual se anade esferoidizante y un inoculante de manera previa a la introduction del caldo fundido a tratar. El proceso concreto es que en el fondo de la cuchara de tratamiento se vierte el inoculante y el esferoidizante, y encima de ellos se vierte el caldo. El esferoidizante se anade en

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una relacion del 0,5 a 1,5% de la carga a tratar, mientras que el inoculante se anade en un relacion del 0,1 a 0,15% del peso de la carga.

El esferoidizante, cuya funcion es la de transferir su contenido de magnesio al hierro que dispone la carga fundida para facilitar en la fase de solidificacion la formation de carbono grafltico en forma esferoidal, es del tipo FeSiMg con una composition preferente dentro de unos rangos comprendidos entre, 42-46% de Si; 1,7-2,2% de Ca; 0,6-0,9% de Al; 5-8% de Mg; 0,5-1% de TR; y el % restante Fe, como en los siguientes componentes que se definiran posterioremente.

Por otro lado, el inoculante inicial, cuya funcion principal como inoculante es la de incrementar la cantidad de celdas eutecticas en las fases previas a la solidificacion, tiene una composicion del 60-67% de Si; 7-11% de Ba; 0,8-1,7% de Al; y 0,4-1,7% de Ca.

Una vez mezclado el caldo con estos dos agentes, se deja actuar la mezcla, obteniendose un material fundido con una composicion de 3,8-4,15% de C; 2,55-2,85% de Si; 0,001 a 0,2 % de Mn; 0,001 a 0,025% de S; y 0,001-0,1% de P.

El siguiente paso es que este material fundido se vierte de la cuchara de tratamiento directamente a una cuchara de colar, y en el momento del vertido se anade un segundo inoculante en vena, es decir, en el chorro de caldo que va de una cuchara a la otra, y que tambien se anade en un relacion del 0,1 a 0,15% del peso de la carga fundida. Este segundo inoculante, con funcion analoga al anterior, tiene una composicion del 68-75% de Si; 1,2-2% de Ca; 0,7-1,5% de Al; 0,30,8% de Bi; 0,1-0,6% de Ba; y 0,1-0,5% de TR o comunmente denominadas como tierras raras.

Previo al colado en los moldes, en el momento del trasvase de la cuchara de colar al molde se vierte en vena un tercer inoculante, tambien en una relacion del 0,1 al 0,15% del peso de la carga fundida. Este tercer y ultimo inoculante tiene una composicion del 62-69% de Si; 0,5-1,5% de Ca; y 3,2-4,5% de Al.

Durante la adicion de este ultimo inoculante, el caldo fundido resultante se cuela en los moldes, y como en cualquier tratamiento siderurgico, una vez solidifican dicho producto se separa del molde o desmoldea, posteriormente se procede a la rotura de mazarotas y el tratamiento en tromel, un desmazarotado manual, seguido de un tratamiento termico para alcanzar las caracterlsticas mecanicas de resistencia, dureza y tenacidad, tras el cual se obtienen las piezas en estado bruto, debiendo limpiarlas, eliminar posibles rebabas, clasificarlas y realizar las operaciones oportunas de acabado.

Para completar la description que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterlsticas del invento, se acompana como parte integrante de la misma un dibujo, en el que con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La Figura 1 es una representation que muestra esquematicamente las diferentes etapas necesarias en el procedimiento de obtencion de fundicion nodular que se define en la presente invencion.

Descripcion de una realizacion preferente

Cara a realizar la descripcion de una realizacion preferente del presente invento se tiene en cuenta la Figura 1 que muestra esquematicamente las diferentes etapas necesarias:

a) La etapa inicial consiste en la reception de los materias convencionales (1) para la fundicion, como puedan ser por ejemplo lingotes, ferroaleaciones, chatarras, retornos o piezas de hierros, y la alimentacion del horno fusor (2) con dicho material, en el que el contenido de equivalente de carbono esta en el orden del 3.8 a 5.2, obteniendose un caldo (3) de material fundido inicial; teniendo en cuenta que el horno fusor (2) es un horno de fusion electrico por induccion.

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b) Vertido del caldo (3) en una cuchara de tratamiento (4), en el que en el fondo de la cuchara se dispone previamente de un inoculante (41) y un esferoidizante (42), es decir, el caldo se vierte sobre estos dos agentes, en el que la relacion con respecto a la carga del caldo vertido de inoculante (41) es del 0,15% y de esferoidizante (42) del 1%. A su vez, el inoculante (41) tiene una composicion del 65% de Si; 9% de Ba; 1,5% de Al; y 1% de Ca; mientras que el esferoidizante (42) es del tipo FeSiMg con una composicion de 44% de Si; 2% de Ca; 0,75% de Al; 6,5% de Mg; 0,9% de TR.

Como resultado se obtiene un caldo tratado (31) con una composicion del entorno de 3,84,15% de C; 2,55-2,85% de Si; 0,001 a 0,2 % de Mn; 0,001 a 0,025% de S; y 0,001-0,1% de P.

c) Vertido del caldo tratado (31) de la cuchara de tratamiento (4) a una cuchara de colar (5), anadiendose un segundo inoculante (51) en vena, en una relacion del 0,15% del peso de la carga fundida; teniendo este segundo inoculante (51) tiene una composicion del 70% de Si; 2% de Ca; 1,25% de Al; 0,6% de Bi; 0,5% de Ba; y 0,4 de TR o comunmente denominadas como tierras raras, generandose tras esta mezcla un caldo intermedio (32) fundido;

d) Vertido del caldo intermedio (32) fundido al mole (6) anadiendose un tercer inoculante (61) en vena, en una relacion del 0,15% del peso de la carga fundida; teniendo este tercer inoculante (61) una composicion 66% de Si; 1% de Ca; y 4% de Al; y generandose tras esta mezcla un producto final (33) fundido;

e) una vez se solidifica dicho producto final (33), se separa del molde o desmoldea;

f) seguidamente se procede a la rotura de mazarotas (7) y el tratamiento en tromel (71);

g) un desmazarotado manual (8);

h) seguido de un tratamiento termico (9); y finalmente

i) se obtienen las piezas en estado bruto (34), debiendo limpiarlas, eliminar posibles rebabas, clasificarlas y realizar las operaciones oportunas para la obtencion del material fundido nodular acabado (35).

Descrita suficientemente en lo que precede la naturaleza del invento, los terminos que se han redactado en esta memoria descriptiva deben ser tomados en sentido amplio y no limitativo, asl como la description del modo de llevarlo a la practica, y se debe tener en cuenta que la esencia del referido invento es lo que a continuation se especifica en las siguientes reivindicaciones.

Claims (5)

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   ES 2 608 934 A1

   REIVINDICACIONES

   1. - Procedimiento de obtencion de fundicion nodular, en el que se requiere de una instalacion con un horno fusor (2) del tipo electrico por induction, con una cuchara de tratamiento (4) y con una cuchara de colar (5) con una configuration que evita el contacto del caldo con el oxlgeno; y en el que partiendo de materias primas convencionales de fundicion el procedimiento se caracteriza porque se compone de las siguientes etapas:

   a) reception de los materias convencionales (1) para la fundicion y alimentation del horno fusor (2) con dichos materiales, obteniendose un caldo (3) de material fundido inicial;

   b) vertido del caldo (3) inicial en una cuchara de tratamiento (4), en el que en el fondo de la cuchara se dispone previamente de un inoculante inicial (41) y un esferoidizante (42), con una relation respecto a la carga del caldo vertido de inoculante (41) de 0,1 a 0,15% y de esferoidizante (42) de 0,5 a 1,5%; obteniendose un caldo (31) tratado con una composition de 3,8-4,15% de C; 2,55-2,85% de Si; 0,001 a 0,2 % de Mn; 0,001 a 0,025% de S; y 0,0010,1% de P;

   c) vertido del caldo (31) de la cuchara de tratamiento (4) a una cuchara de colar (5) anadiendose un segundo inoculante (51) en vena, en una relacion del 0,1 a 0,15% del peso de la carga fundida; generandose tras esta mezcla un caldo intermedio (32) fundido;

   d) Vertido del caldo intermedio (32) fundido al mole (6) anadiendose un tercer inoculante (61) en vena, en una relacion del 0,1 a 0,15% del peso de la carga fundida; generandose tras esta mezcla un producto final (33) fundido;

   e) desmoldeo de dicho producto final (33) una vez se solidifica;

   f) rotura de mazarotas (7) y un tratamiento en tromel (71);

   g) desmazarotado manual (8);

   h) seguido de un tratamiento termico (9); y finalmente

   i) se obtienen las piezas en estado bruto (34), debiendo limpiarlas eliminando posibles rebabas

   y realizando las operaciones de obtencion del material fundido nodular acabado (35).
2. 
   2. - Procedimiento de obtencion de fundicion nodular, segun las caracterlsticas de la

   reivindicacion 1, que se caracteriza porque el inoculante inicial (41) tiene una composicion del 6067% de Si; 7-11% de Ba; 0,8-1,7% de Al; y 0,4-1,7% de Ca.
3. 
   3. - Procedimiento de obtencion de fundicion nodular, segun las caracterlsticas de la

   reivindicacion 1, que se caracteriza porque el esferoidizante (42) es del tipo FeSiMg con una composicion de 42-46% de Si; 1,7-2,2% de Ca; 0,6-0,9% de Al; 5-8% de Mg; y 0,5-1% de TR.
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   4. - Procedimiento de obtencion de fundicion nodular, segun las caracterlsticas de la

   reivindicacion 1, que se caracteriza porque el segundo inoculante (51) tiene una composicion del 68-75% de Si; 1,2-2% de Ca; 0,7-1,5% de Al; 0,3-0,8% de Bi; 0,1-0,6% de Ba; y 0,1-0,5% de TR.
5. 
   5. - Procedimiento de obtencion de fundicion nodular, segun las caracterlsticas de la

   reivindicacion 1, que se caracteriza porque el tercer inoculante (51) tiene una composicion del 6269% de Si; 0,5-1,5% de Ca; y 3,2-4,5% de Al.