ES2617429T3 - Método para influir en la dilatación máxima del hierro fundido - Google Patents
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Abstract
Método para influir en la elongación de hierro fundido mediante la adición de magnesio al proceso de fundición, caracterizado por que se mide el contenido de oxígeno en la masa fundida de hierro, mientras que al mismo tiempo se suministra magnesio a la masa fundida, hasta que el contenido de oxígeno en el hierro fundido aumente de 0,08 a 0,1 ppm a una temperatura de 1.420°C.
Description
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DESCRIPCION
Metodo para influir en la dilatacion maxima del hierro fundido
La invencion trata sobre un metodo para influir en las propiedades del hierro fundido mediante la adicion de magnesio durante el proceso de fundicion de hierro.
En general, el contenido de magnesio libre en una pieza de hierro fundido es considerado como un factor determinante en la formacion de grafito nodular o vermicular en el hierro fundido tratado con magnesio. La practica actual para la regulacion de la produccion de hierro ductil consiste en determinar el contenido total de magnesio, es decir, el magnesio libre y el magnesio unido, esto se logra mediante el analisis espectrografico de muestras. Sin embargo, este metodo da como resultado una imagen incompleta, ya que no se conoce el contenido de magnesio libre y la medicion no ofrece informacion sobre la actividad del oxlgeno. No obstante, la actividad del oxlgeno, la cual se encuentra en equilibrio con el magnesio libre, es un factor importante que determina la forma del grafito. El llamado hierro ductil es normalmente una fundicion gris, la cual se trata con un aditivo de formacion de esferas, de modo que la mayor parte del carbono grafltico se convierta en hierro fundido denominado grafito nodular (nodulos de grafito) o grafito esferoidal. El grafito nodular presente en el hierro fundido debe analizarse en cuanto a forma, tamano y numero de partlculas, ya que estos parametros afectan las propiedades mecanicas del hierro fundido. Por otro lado, se debe tener en cuenta que el analisis visual es una accion compleja o subjetiva, incluso en el caso de un analisis parcialmente automatizado. Metodos de evaluacion relacionados se describen, por ejemplo, en US
5.675.097. En DE 199 28 456A1, se describen los metodos de evaluacion para determinar la estructura espacial del grafito presente en el hierro fundido, los cuales se basan en la valoracion del oxlgeno y no presentan las desventajas de los metodos visuales. Esto aumenta la capacidad de respuesta, as! como la posibilidad de influir selectivamente en la produccion aumentando el rendimiento y reduciendo los desechos durante la fundicion. Asimismo, la calidad del hierro fundido se vuelve bastante regulable.
Otros ejemplos para medir el oxlgeno, en relacion con el control de la composition del hierro fundido tratado con Mg se describen en JP2006063396, US6.544.359 B1 y WO 99/45156.
El analisis del hierro fundido tratado con magnesio puede ser realizado, por ejemplo, a traves de pruebas metalograficas o espectrograficas de muestras solidificadas o tambien mediante analisis termicos.
Por lo general, se utiliza magnesio puro o una aleacion de magnesio para incentivar la forma esferica en el hierro fundido. Una parte del magnesio anadido extrae el oxlgeno y azufre, la parte restante es conocida como la parte de magnesio libre que regula la actividad del oxlgeno. El contenido de magnesio libre durante el proceso de fundicion es el factor determinante para la cantidad de partlculas del hierro fundido. La parte de magnesio libre en la fundicion se vuelve menor con el tiempo, mientras que aumenta la actividad de oxlgeno. Esto influye en la estructura y propiedades mecanicas del hierro fundido.
Los sensores para determinar la actividad de oxlgeno de un metal fundido se describen, por ejemplo, en DE 103 10 387 B3. Aqul se revela un tubo de electrolito solido, el cual presenta un recubrimiento consistente en una mezcla de circonato de calcio y un fluoruro en su superficie exterior, de modo que se puede llevar a cabo la medicion de la concentration de azufre, silicio o carbono durante el proceso de fundicion de hierro.
El objetivo de la presente invencion consiste en proporcionar un metodo para controlar el proceso, y de esta manera mejorar la tecnica existente, donde se pueda influir especlficamente sobre las propiedades mecanicas del hierro fundido ya en la fase llquida.
El objetivo se alcanza mediante las caracterlsticas que se describen en la reivindicacion independiente. En la reivindicacion dependiente se revelan configuraciones ventajosas. En particular, el metodo de la invencion se caracteriza porque se mide el contenido de oxlgeno en la masa fundida de hierro, mientras que al mismo tiempo se suministra magnesio a la masa fundida, hasta que el contenido de oxlgeno en el hierro fundido aumente de 0,08 a 0,1 ppm a una temperatura de 1420°C como temperatura de referencia. Debido a que la medicion del oxlgeno es mas precisa que la medicion de magnesio que hasta ahora era posible (el magnesio se encuentra en la fundicion como magnesio libre y magnesio unido, de modo que no es posible detectarlo de manera precisa), la determination de las propiedades mecanicas de la fundicion es mas precisa. Un especialista puede determinar y utilizar una correlation entre la existencia de unas pocas partlculas de grafito grandes en un bajo contenido de oxlgeno y de muchas partlculas de grafito pequenas en un mayor contenido de oxlgeno.
Por lo tanto, es posible hacer una correlacion con las propiedades mecanicas, tal y como se describe en US
5.675.097, por ejemplo, con respecto a la resistencia a la rotura, la dilatacion y la resistencia a la deformation. En el caso del hierro fundido, sorprendentemente se ha demostrado que presenta una dilatacion maxima cuando se realiza la adicion del magnesio hasta que el contenido de oxlgeno sea inferior a 0,1 ppm, de acuerdo con la invencion entre 0,08 a 0,1 ppm. Si el contenido de oxlgeno es menor o mayor, disminuye la dilatacion del hierro fundido. La mejor option es anadir alrededor de 200 a 750 ppm de magnesio a la fundicion de hierro para lograr el contenido de oxlgeno deseado.
El sensor para medir el contenido de oxlgeno en la masa fundida de hierro es un sensor de analisis electroqulmico
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que tiene un tubo de electrolito solido que se caracteriza porque la superficie exterior del tubo de electrolito solido se ha recubierto con una capa de dioxido de circonio. En particular, la capa de dioxido de circonio se puede estabilizar con oxido de calcio, oxido de itrio y/u oxido de magnesio. Es ventajoso que se estabilice la capa hasta con 30% en peso de oxido de calcio, hasta 25% en peso de oxido de magnesio y/o hasta 52% en peso de oxido de itrio. Ademas, es especialmente ventajoso que la capa se estabilice con aproximadamente 4 a 6% en peso de oxido de calcio y que la capa del sensor sea pulverizada por plasma. De preferencia, con un espesor de aproximadamente 30 a 50 pm, en particular aproximadamente 40 pm. El tubo de electrolito solido donde esta dispuesta la capa es de preferencia un tubo de dioxido de circonio, el cual se puede estabilizar con aproximadamente 2% en peso de oxido de magnesio.
A continuacion, se describe un ejemplo de la ejecucion de la invencion por medio de una grafica. Las graficas muestran lo siguiente:
Figura 1: Relacion entre el numero de partlculas de grafito y el contenido de oxlgeno (actividad de oxlgeno aO). Figura 2: Relacion entre la dilatacion relativa y el contenido de oxlgeno.
Figura 3: Corte transversal a traves del cabezal del sensor.
Figura 4: Corte parcial a traves de otra forma de ejecucion del sensor.
En la Figura 1 se puede observar que la cantidad de partlculas de grafito aumenta junto con el aumento en el contenido de oxlgeno (actividad de oxlgeno aO). Al controlar el contenido de oxlgeno mediante la adicion de magnesio, tambien se puede ajustar la cantidad de partlculas de grafito. Debido a esto, las propiedades del hierro fundido se ven influenciadas especlficamente desde la fundicion. La cantidad de partlculas maxima se produce en una actividad de oxlgeno a aproximadamente 0,10 y 0,12 ppm (valido para 1.420°C). Si la actividad de oxlgeno esta por debajo de 0,10 ppm, entonces se reduce la cantidad de partlculas.
Esto se ajusta a la experiencia ya conocida de la practica de la fundicion, la cual dice que un alto contenido de magnesio tiene efectos negativos en la cantidad de partlculas.
La Figura 2 muestra la relacion entre la dilatacion relativa del hierro fundido y el contenido de oxlgeno. La dilatacion maxima (elongacion) se puede ver a aproximadamente 0,08 ppm. En una actividad de oxlgeno mas baja, la dilatacion es un poco menor, probablemente debido a la menor cantidad de partlculas. Si la actividad del oxlgeno supera el valor optimo, entonces se produce una disminucion constante de la dilatacion. El grafico muestra que es posible influir en la dilatacion relativa del hierro fundido al ajustar el contenido de oxlgeno durante la fundicion de hierro, lo cual se puede realizar por medio de la adicion de magnesio.
En la figura 3 se muestra un sensor. Los cables electricos 2 (Cu/CuNi/conductor) estan dispuestos en el relleno de arena 3 dentro de un tubo de metal 1. Sobre la pieza de union 4, los cables electricos estan conectados a una estructura u otro soporte, los cuales tambien estan conectados a una unidad de medicion. El otro extremo de los cables 2 esta conectado con un termopar 5 y el sensor de analisis electroqulmico 6. El sensor de analisis electroqulmico 6 tiene un tubo de electrolito solido (sonda ZrO2) con un escudo de choque de acero como carcasa externa. La sonda de ZrO2 posee una capa de dioxido de circonio en su superficie exterior, la cual esta estabilizada con 5% en peso de oxido de calcio. Esta capa tiene un espesor de aproximadamente 40 pm. Esto no se presenta en detalle en la grafica, puesto que los tubos de electrolito solido se muestran a un nivel basico.
El termopar 5 se fija en un cemento de sellado para termopar 7. Asimismo, el sensor de analisis 6 tambien se fija en un cemento 8, la cual se cierra con un tapon hermetico 9 en el extremo dispuesto en el interior del sensor, a traves del cual se realizan los contactos electricos. Ambos elementos sensores 5 y 6 estan interconectados por medio de una pinza de plastico 10. Los cables pasan por el interior del tubo de metal 1 por medio de la pieza con aislamiento termico 11. Durante la inmersion del sensor, un cuerpo de arena 12 esta dispuesto en el exterior del tubo metalico 1 con el fin de protegerlo.
La Figura 4 muestra una disposicion similar, en la que se muestra el empalme del sensor en el tubo de soporte 13. El tubo de soporte 13 esta hecho de carton y, en su zona frontal, el lado del cuerpo de arena 12 esta rodeado por un tubo de soporte contra salpicaduras 14, el cual esta hecho de arena de fundicion o cemento.
Los elementos sensores 5 y 6 se deben proteger durante el transporte. Asimismo, durante la inmersion en la masa fundida se deben cubrir con una tapa metalica 15, la cual se funde durante o despues de la inmersion del sensor en el metal fundido liberando los elementos sensores 5 y 6.
Los elementos sensores 5 y 6 se deben proteger durante el transporte. Asimismo, durante la inmersion en la masa fundida se deben cubrir con una tapa metalica 15, la cual se funde durante o despues de la inmersion del sensor en el metal fundido liberando los elementos sensores 5 y 6.
Claims (2)
- REIVINDICACIONES1. Metodo para influir en la elongacion de hierro fundido mediante la adicion de magnesio al proceso de fundicion, caracterizado por que se mide el contenido de oxigeno en la masa fundida de hierro, mientras que al mismo tiempo se suministra magnesio a la masa fundida, hasta que el contenido de oxigeno en el hierro fundido5 aumente de 0,08 a 0,1 ppm a una temperatura de 1.420°C.
- 2. Metodo segun la Reivindicacion 1, caracterizado por que se anade alrededor de 200 a 750 ppm de magnesio.
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