ES2645699T3

ES2645699T3 - Método y aparato para colada centrífuga

Info

Publication number: ES2645699T3
Application number: ES14718290.1T
Authority: ES
Inventors: Kenneth J Watts; Terry M Wood
Original assignee: United States Pipe and Foundry Co LLC
Current assignee: United States Pipe and Foundry Co LLC
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: US8733424B1; US8960263B2; CA2902969A1; RU2660445C2; BR112015022302B1; CA2902969C; RU2015141227A; US20140262112A1; CN105121063A; BR112015022302A2; MX2015011501A; WO2014144742A1; EP2969310B1; SA515361167B1; CN105121063B; US20140262118A1; JP6506251B2; JP2016512175A; EP2969310A1; MX364068B

Abstract

Un método de colar centrífugamente un objeto a partir de un recipiente de metal líquido, teniendo dicho metal líquido una temperatura de liquidus y, cunado es vaciado, una temperatura de vaciado, que comprende: medir la temperatura de liquidus del metal líquido en el recipiente; vaciar el metal líquido en un canal para entregar el metal líquido a un molde rotativo; medir la temperatura de vaciado del metal líquido vaciado en el canal; calcular la fluidez del metal líquido basándose en la temperatura de liquidus y la temperatura de vaciado medidas; mover el molde con respecto al canal (30) para depositar metal líquido en el molde (20), en el que dicho movimiento se controla basándose en dicha fluidez calculada para entregar un volumen de metal líquido a dicho molde (20) para colar dicho objeto de acuerdo con especificaciones predeterminadas.

Description

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DESCRIPCION

Metodo y aparato para colada centnfuga Campo tecnico

La invencion se relaciona, en general, con el campo de colar centnfugamente objetos de metal y, mas espedficamente, al campo de colada centnfuga de tubos de hierro.

Antecedentes

El proceso de colada centnfuga de objetos de metal, y en particular de tubos de hierro, es bien conocido y ha sido practicado durante cerca de un siglo. El documento de patente de EE.UU. US2763041 divulga un metodo de colar centnfugamente un objeto a partir de un recipiente de metal lfquido, teniendo el metal lfquido una temperatura de liquidus y cuando es vaciado, una temperatura de vaciado. El metodo que comprende medir la temperatura de liquidus del metal lfquido en el recipiente mediante un pirometro y vaciar el metal lfquido en un canal para entregar el metal lfquido a un molde rotativo. El documento de patente de EE.UU. US2943369 divulga un mecanismo de control para una maquina de colada que permite que la maquina sea operada semiautomaticamente para reducir el criterio humano permitiendo inicio de movimiento, parada manual y enderezado de la cuchara automaticos.

Una maquina de colada centnfuga incluye un sistema de entrega, tal como un canal, y un molde rotativo. El hierro lfquido se vada desde una cuchara de la maquina en el canal. El canal se extiende en el interior del molde rotativo generalmente de manera axial. Un extremo del molde incluye usualmente un macho, tal como un macho de arena, para conformar exactamente lo que se denomina la campana del tubo. Al extremo opuesto del tubo se le denomina como la espiga y la seccion alargada entre ellos es la cana. El hierro lfquido fluye por el canal bajo la influencia de la gravedad. El molde y el canal son movidos uno con respecto al otro para llenar el molde con hierro, tfpicamente desde el extremo de la campana a lo largo de la cana hasta la espiga. Segun rota el molde, la fuerza centnfuga deposita el hierro circunferencialmente alrededor del molde de una manera relativamente uniforme. Tfpicamente, la maquina de colada es movida por via de medios mecanicos hidraulicos o de otro tipo, como se conoce en la tecnica, para depositar el hierro segun se desee.

Una variacion en la mezcla de carga (es decir, la fuente de materia prima para la fundicion, tal como hierro de chatarra), el coque y la operacion del cubilote da como resultado una variacion de la temperatura y la composicion qrnmica del hierro lfquido. Esto, a su vez, causa variaciones en las fuerzas de friccion, la tension superficial, la difusividad del calor y la fluidez del hierro lfquido a partir del cual se cuela cada tubo, dando como resultado una inconsistencia del caudal de hierro hacia el molde. Incluso con sistemas hidraulicos controlados mediante controladores logicos programables (PLCs), la uniformidad de los resultados y la adherencia a las especificaciones puede ser diffcil de conseguir. Por ejemplo, el espesor de pared del tubo puede no ser uniforme de un extremo al otro. El operador de la colada no puede detectar cambios en el hierro que afectan a la uniformidad del espesor de pared de manera temprana con el fin de ajustar los controles de la maquina de colada. La variacion en el contenido del hierro lfquido no puede ser eliminada de manera economica en una fabrica que usa material de fuentes recicladas o de chatarra.

La variacion en el contenido del hierro lfquido se manifiesta en la temperatura de liquidus y la fluidez del hierro lfquido. La temperatura de liquidus (LA) es la temperatura a la cual el metal lfquido cambia de fase a un estado solido. Aunque la temperatura de liquidus se puede calcular si se conoce la composicion qrnmica precisa del metal lfquido, esta composicion puede no ser conocida. Esto es cierto, por ejemplo, en fundiciones que usan chatarra u otras fuentes recicladas de metal, el cual contiene cantidades variables de los componentes qrnmicos clave carbono, silicio y fosforo, asf como cantidades de materiales desconocidos que pueden afectar a la fluidez de la aleacion.

Las variaciones en la temperatura de liquidus causan variaciones en la fluidez del metal lfquido a una temperatura dada. La fluidez es una caractenstica tecnologica del metal lfquido que indica lo bien que el metal lfquido fluye dentro del molde. La fluidez es impulsada por la presion metalostatica y dificultada por la tension superficial, la difusividad termica y la friccion. El termino fluidez, segun se usa en la industria de la fundicion y segun se usa en esta memoria, es diferente al uso por los ffsicos, quienes usan el termino como el inverso de la viscosidad. La fluidez se cuantifica en terminos de la distancia (pulgadas-centfmetros) que un metal lfquido tal como el hierro fluira a traves de un patron espiral de fluidez estandar hasta que la solidificacion bloquea el flujo.

La fluidez del hierro lfquido puede expresarse en terminos de un carbono equivalente o factor de composicion de acuerdo con ecuaciones conocidas.

Fluidez = 14,9 * CE + 0,05T -155 (1)

Donde CE es una cantidad conocida como carbono equivalente y T es la temperatura de vaciado. CE puede expresarse como sigue:

CE = %C + % %Si + / %P (2)

El carbono equivalente puede usarse para aproximar la temperatura de liquidus LA de acuerdo con la ecuacion

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No obstante, donde la composicion qmmica del hierro Kquido vana, tal como cuando el proceso de colada usa chatarra o materiales reciclados mas bien que arrabio de fundiciones para las masas fundidas, los efectos combinados de tal variacion tienen efectos sobre la temperatura de liquidus que no son tenidos en cuenta en la ecuacion anterior y ya no es exacta.

La fluidez tiene una influencia determinante en el volumen de hierro entregado durante el tiempo al molde. El volumen de hierro que entra en el molde por unidad de tiempo aumenta inicialmente segun se llena el canal con hierro a partir de la inclinacion inicial de la cuchara. La tasa de entrega volumetrica de hierro al molde alcanza, tipicamente, un estado estable durante la mitad del proceso de colada y, luego, cuando la cuchara es enderezada al final del vaciado, la entrega de hierro se reduce. La tasa de incremento, el estado volumetrico estable alcanzado y la tasa de decrecimiento son todas una funcion de la fluidez.

La fluidez esta afectada no solo por la temperatura de liquidus sino tambien por la temperatura de vaciado del metal lfquido. Multiples objetos pueden ser colados a partir de un unico recipiente de metal lfquido y el metal se enfna con el tiempo de tal forma que la fluidez del metal lfquido usado para la ultima colada puede ser significativamente menor que la fluidez del metal lfquido del mismo lote usado para el primer objeto. Asf, si el movimiento de la maquina de colada permanece el mismo desde el primer hasta el ultimo objeto, los dos objetos tendran probablemente propiedades ffsicas diferentes en bruto de colada, tal como diferencias en el espesor de pared.

La fluidez presenta, asf, un problema compuesto. La fluidez puede cambiar de lote a lote de hierro lfquido segun vana la composicion y la fluidez puede cambiar de vaciado en vaciado del mismo lote segun se enfna el hierro lfquido. Ademas, la fluidez real del hierro lfquido a ser usado en una colada no puede conocerse hasta que es vaciado en el canal.

La tecnologfa actual de maquinas de colada no tiene en cuenta estas variaciones en la fluidez y no proporciona ninguna manera de ajustar el movimiento de la maquina basandose en la fluidez real del hierro lfquido que desciende por el canal hacia el molde. Como resultado, los controles de la maquina de colada deben ser ajustados para tener en cuenta la fluidez en el casi peor caso para asegurar que todas las tubenas estan dentro de especificacion. Esto, sin embargo, puede dar como resultado una falta de uniformidad en el espesor de pared del tubo y requiere la aceptacion de tolerancias amplias con respecto a la especificacion. La colada de tubena de pared delgada es, por lo tanto, altamente desafiante usando la tecnologfa actual.

Asf, hay una necesidad de un aparato y un metodo que mida y tenga en cuenta los cambios en la fluidez de cada colada con el fin de colar centnfugamente objetos de metal con resultados uniformes y una adhesion cercana a especificaciones predeterminadas.

Resumen

Realizaciones de la presente invencion de acuerdo con las reivindicaciones satisfacen estas necesidades, pero debe entenderse que no todas las realizaciones satisfacen cada necesidad. Una realizacion comprende un metodo de colar centnfugamente un objeto a partir de un recipiente de metal lfquido que comprende medir la temperatura de liquidus del metal lfquido en el recipiente, vaciar el metal lfquido en un canal para entregar el metal lfquido a un molde rotativo, medir la temperatura de vaciado del metal lfquido vaciado en el canal, calcular la fluidez del metal lfquido basandose en la temperatura de liquidus medida y la temperatura de vaciado medida y mover el molde con respecto al canal para depositar metal lfquido en el molde, en el que el movimiento se controla basandose en la fluidez calculada para entregar un volumen de metal lfquido al molde para colar el objeto de acuerdo con especificaciones predeterminadas. En una realizacion, el movimiento se controla de acuerdo con una funcion de transferencia que relaciona la fluidez con los requerimientos volumetricos para un objeto de dichas especificaciones predeterminadas en dicho molde. El objeto puede ser, por ejemplo, tubo de hierro que tiene un espesor de pared especificado.

Otra realizacion comprende un metodo de desarrollar ecuaciones de control para relacionar la fluidez del metal lfquido con los requerimientos volumetricos de un molde rotativo para colar centnfugamente un objeto a partir de metal lfquido vaciado desde un recipiente. El metodo comprende registrar la temperatura de liquidus del metal lfquido en el recipiente; vaciar el metal lfquido en un canal para entregar el metal lfquido a un molde rotativo; registrar la temperatura de vaciado del metal lfquido vaciado en el canal; mover el molde rotativo con respecto al canal para depositar metal lfquido en el molde, en el que el movimiento se controla para entregar un volumen de metal lfquido a dicho molde para colar dicho objeto de acuerdo con especificaciones predeterminadas; registrar un conjunto predeterminado de parametros que caracterizan dicho movimiento y especificaciones reales de dicho objeto en bruto de colada; repetir los pasos que anteceden un numero estadfsticamente significativo de veces; y ejecutar un analisis de regresion sobre los parametros registrados, especificaciones registradas y fluideces calculadas a partir de las temperaturas de liquidus y temperaturas de vaciado para producir ecuaciones de control que relacionen dichos parametros, especificaciones y fluideces.

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Otra realizacion comprende un aparato para colar centnfugamente un objeto a partir de metal Ifquido, que comprende un molde rotativo; un canal para recibir metal Ifquido vaciado desde un recipiente y entregar metal Ifquido en dicho molde; un sistema de accionamiento para mover dichos canal o molde uno con respecto al otro; un controlador para controlar dicho sistema de accionamiento; una computadora para programar dicho controlador para controlar dicho sistema de accionamiento para proporcionar un movimiento prescrito de dicho molde y sistema de entrega uno con respecto al otro; una copa que comprende un termopar en comunicacion con dicha computadora para medir la temperatura de liquidus de dicho metal lfquido; y un pirometro para medir la temperatura de vaciado de dicho metal lfquido. La computadora calcula la fluidez de dicho hierro lfquido a partir de las temperaturas medidas de liquidus y vaciado. La computadora esta programada con una funcion de transferencia que relaciona la fluidez con los requerimientos volumetricos de metal lfquido para colar un objeto de especificaciones predeterminadas en el molde y el correspondiente movimiento relativo del canal y el molde para hacer la colada segun se especifica. La computadora, entonces, programa el controlador para controlar dicho sistema de accionamiento para causar el movimiento relativo para depositar metal lfquido en el molde de acuerdo con los requerimientos volumetricos.

Breve descripcion de los dibujos

La presente invencion se explicara, solamente a modo de ejemplo, con referencia a ciertas realizaciones y las figuras adjuntas, en las cuales:

la figura 1 es un ejemplo de realizacion de una maquina de colada, la cual forma parte de un aparato de la presente invencion;

la figura 2 es un diagrama de bloques de una realizacion del aparato de la presente invencion;

la figura 3A es un ejemplo de perfil de entrega de hierro lfquido vaciado desde una cuchara de la maquina que desciende por un canal hasta un molde;

la figura 3B es un ejemplo de funcion de transferencia que relaciona el movimiento de la maquina de colada con le entrega del perfil de la figura 3A para conseguir una entrega volumetrica uniforme;

la figura 3C es un perfil de entrega volumetrica uniforme conseguido mediante el movimiento de la maquina de colada de acuerdo con la funcion de transferencia de la figura 3B y el perfil de entrega de metal lfquido de la figura 3A;

la figura 4 es un diagrama de flujo de una realizacion del metodo de la presente invencion, concretamente, un proceso para determinar ecuaciones de control que constituyen una funcion de transferencia que relaciona la fluidez del metal lfquido con los requerimientos volumetricos de un molde para colar un objeto en una maquina de colada con especificaciones predeterminadas;

las figuras 5A-D son graficas de ejemplos de ecuaciones de control para tubos de hierro lfquido, las cuales se desarrollaron de acuerdo con la realizacion de la figura 4;

la figura 6 es un diagrama de flujo de otra realizacion del metodo de la presente invencion, concretamente, un proceso para colar centnfugamente objetos de metal;

las figuras 7A-B son ejemplos de graficas que muestran la uniformidad del espesor de pared de tubos de hierro, con la figura 7A que muestra tubo colado de acuerdo con realizaciones de la presente invencion y la figura 7B que muestra tubo colado de acuerdo con metodos de la tecnica anterior; y

la figura 8 es un ejemplo funcion de transferencia que relaciona el movimiento de la maquina de colada con la entrega de hierro, en la cual hay multiples tasas de entrega para secciones del tubo.

Descripcion detallada

Realizaciones de la presente invencion proporcionan un metodo para controlar automaticamente el movimiento de la maquina de colada en el proceso de colada centnfuga de un objeto como una funcion de la fluidez del metal lfquido con el cual el objeto esta siendo colado, incluso donde la composicion qrnmica precisa del metal lfquido es desconocida, basandose en la temperatura de liquidus medida del metal lfquido y su temperatura de vaciado. Una realizacion preferida calcula la fluidez del hierro lfquido usado en cada colada teniendo en cuenta variaciones de un vaciado al siguiente y, en tiempo real, determina el movimiento preciso de la maquina de colada requerido para colar un objeto de las especificaciones deseadas a partir de metal de tal fluidez y programa un controlador logico programable para tal movimiento de la maquina de colada haciendo, asf, los necesarios ajustes para el movimiento de la maquina de colada dinamicamente despues de que el metal lfquido es vaciado a un sistema de transporte y antes de que llegue al molde. Realizaciones adicionales de la presente invencion proporcionan un metodo de determinar la funcion de transferencia de la fluidez del metal lfquido para el movimiento de la maquina de colada para la colada de un objeto particular de acuerdo con especificaciones predeterminadas en una maquina de colada dada. Otra realizacion de la presente invencion comprende un aparato para poner en practica los metodos que anteceden.

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Esta descripcion describira ciertas realizaciones de la invencion con respecto a un ejemplo de aplicacion de colada centnfuga de tubos de hierro de diametro uniforme con un espesor de pared constante. Realizaciones de la presente invencion pueden aplicarse facilmente a producir tubo de diametro variable (que se estrecha) o perfiles en seccion transversal (por ejemplo hexagonales) con espesor de pared variable a lo largo de la longitud del tubo. Debe entenderse, tambien, que realizaciones de la presente invencion pueden ponerse en practica con respecto a la colada centnfuga de cualquier objeto a partir de metal lfquido de otras aleaciones, usando relaciones metalurgicas conocidas para tales aleaciones en lugar de las relaciones que se describen en esta memoria con respecto al hierro. Ademas, una referencia al hierro debe entenderse como una referencia a una aleacion de hierro, que comprende tipicamente cantidades de carbono, silicio y fosforo, pero la cual tambien puede comprender cantidades de otros elementos o compuestos que pueden afectar a sus propiedades. Realizaciones del metodo y aparato de la presente invencion son adecuados, idealmente, para colar objetos dentro de una tolerancia deseada a partir de hierro u otro metal lfquido que tenga composicion variable o desconocida de lote a lote en el proceso de colada.

La figura 1 ilustra un ejemplo de realizacion 100 de un aparato de la presente invencion. Segun se muestra en la figura 1, una maquina de colada 5 es una maquina de colada centnfuga tfpica como se conoce en la tecnica, la cual comprende un sistema de transporte 10 para transportar una cantidad de hierro lfquido a un molde rotativo 20. En una realizacion preferida, el sistema de transporte 10 comprende una cuchara de la maquina u otro recipiente 25 que contiene el hierro lfquido y un canal 30 en forma de U. La cuchara 25 de maquina dispensa, preferiblemente, un volumen constante de hierro por grado de rotacion. (Debe notarse, no obstante, que el metodo de la presente invencion puede usarse con cualquier tipo de cuchara, en tanto en cuanto provea un perfil de vaciado consistente de un vaciado al siguiente). El canal 30 esta angulado ligeramente hacia abajo y se extiende axialmente hacia en interior del molde 20, terminando en una boca de descarga 35. Cuando la cuchara 25 de la maquina es inclinada, el hierro lfquido fluye desde el pico de la cuchara 25, bajando por el canal 30, saliendo por la boca de descarga 35 y entrando en el molde 20 bajo la influencia de la gravedad. El molde 20 esta montado sobre un sistema de accionamiento 40. El sistema de accionamiento 40 comprende actuadores 45 para mover el molde en vaiven dentro de un intervalo fijo de movimiento con respecto al extremo fijo (es decir, la boca de descarga 35) del sistema de transporte 10. Los actuadores 45 pueden ser cualquier tipo de actuador conocido en la tecnica para mover el molde 20, incluyendo hidraulicos, motores electricos, un acoplamiento mecanico accionado por cadena o correa a un motor electrico o termico, cualquier combinacion de los mismos u otros medios conocidos en la tecnica para mover un molde. En algunas realizaciones, el sistema de transporte 10 es movido longitudinalmente por un sistema de accionamiento 40 con respecto al molde 20, el cual permanece fijo en su posicion. En esta descripcion, los terminos velocidad de la maquina de colada o movimiento de la maquina de colada se refieren al movimiento (o la velocidad del mismo) del sistema de actuacion 40 con respecto al molde 20 y pueden describir un aparato en el cual cualquiera de los dos o ambos componentes se mueven con respecto al otro. Segun se muestra en la figura 2, en cada realizacion, el sistema de accionamiento 40 esta controlado, preferiblemente, mediante un controlador logico programable (PLC) 50 que recibe ordenes de un sistema de computadora 55. La maquina de colada comprende, ademas, un motor 60 que hace rotar el molde 20 durante el proceso de colada. Por tanto, se entrega hierro lfquido al molde rotativo 20 por via del sistema de transporte 10 y el molde 20 es movido con respecto al sistema de transporte 10 de tal manera que se deposita hierro lfquido a lo largo de la longitud del molde en un volumen previsto para proveer un objeto colado (segun se ilustra, un tubo) que tiene especificaciones predeterminadas que incluyen, por ejemplo, el espesor de pared.

La realizacion 100 comprende, ademas, instrumentos para medir la temperatura de liquidus y la temperatura de vaciado del hierro lfquido. Debido a que la composicion qrnmica del metal lfquido puede variar de carga a carga, la temperatura de liquidus no puede ser calculada directamente. Segun se enfna el metal lfquido, la temperatura de liquidus (asf como la informacion referente a su composicion qrnmica) puede determinarse a partir del perfil de su variacion de temperatura en el tiempo, es decir, su curva de enfriamiento, como se conoce en la tecnica. Esta determinacion se hace, tfpicamente, usando una copa desechable disponible comercialmente, que comprende un termopar, para analisis termico del metal lfquido. El metal lfquido es vaciado en la copa y la senal de salida del termopar se analiza para determinar las propiedades del metal lfquido. En una realizacion preferida, se usa una QuiK-Cup QC 4010 fabricada por la comparna Heraeus Electro-Nite para determinar la temperatura de liquidus del hierro lfquido. Segun se muestra en la figura 2, en una realizacion preferida, la senal de salida de la copa 65 es capturada por un sistema de computadora 55. El sistema de computadora 55 analiza la curva de enfriamiento del hierro lfquido en la copa 65 para determinar la temperatura de liquidus.

La temperatura de vaciado (T) del metal lfquido es la temperatura real del metal lfquido cuando es vaciado desde la cuchara 25 de la maquina al canal 30. Hay muchos instrumentos conocidos en la tecnica para medir la temperatura de vaciado de un metal lfquido y puede usarse cualquiera de tales instrumentos. En una realizacion preferida, se usa un pirometro 70 infrarrojo de color dual. El pirometro 70 permite una medida exacta de la temperatura de vaciado incluso en presencia de humo oclusivo y variaciones en la emisividad de la corriente de muestra. La senal de salida del pirometro 70 es introducida en el sistema de computadora 55, preferiblemente, acoplando el pirometro directamente a la adquisicion de datos u otro puerto de entrada del sistema de computadora 55.

La figura 3A ilustra un ejemplo de perfil del volumen de hierro entregado desde un sistema de transporte 10 a un molde 20 en el tiempo. Cuando el hierro lfquido es vaciado inicialmente sobre el pico de la cuchara 25 de maquina y desciende por el canal 30, el volumen de hierro aumenta como se muestra por el segmento 310 del perfil. Cuando el ciclo continua, el flujo de hierro alcanza un estado constante, como se muestra por el segmento 320. Cerca del final

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del ciclo de colada, cuando la cuchara 25 de la maquina es enderezada en el punto 330, el volumen de flujo se reduce, como se muestra por el segmento 340, y luego de detiene. La curva del flujo de entrega de hierro real para un vaciado dado de hierro lfquido, especialmente cuando su fuente es materiales reciclados, es muy difmil de predecir y vana de lote a lote de hierro lfquido. Como resultado, colar un objeto dentro de tolerancias estrechas de un conjunto de especificaciones dado puede ser diffcil.

En una realizacion, el objeto a ser colado es un tubo de espesor de pared uniforme, segun se muestra en la figura 3C. El espesor de pared es funcion de la entrega de hierro al molde y, por lo tanto, el volumen de hierro entregado por unidad de distancia debena ser constante sobre la longitud del molde para proporcionar tubena de espesor de pared uniforme, mostrada como lmea 380. El espesor de pared uniforme (u otra especificacion deseada) puede conseguirse mediante control del movimiento del sistema de transporte 10 con respecto al molde 20 de acuerdo con una funcion de transferencia que relacione de manera exacta la aceleracion, deceleracion y velocidad requeridas del movimiento relativo de la maquina de colada 5 con los requerimientos de entrega volumetrica del molde 20 para conseguir las especificaciones deseadas. Un ejemplo de tal funcion de transferencia, que muestra la velocidad de la maquina de colada hasta la posicion de la boca de descarga 35 y el canal 30, se muestra en la figura 3B. La maquina de colada acelera a traves de la seccion Si, que corresponde a la campana del tubo, como se muestra por la curva 350. La maquina alcanza una velocidad constante en la seccion S2, que corresponde a la cana del tubo, como se muestra por la lmea 360. La maquina, entonces, decelera en la seccion S3, que corresponde a la porcion de la cana cerca de la espiga y la espiga del tubo, como se muestra por la curva 370. En una realizacion, la posicion de la boca de descarga sobre estos segmentos puede caracterizarse mediante las ecuaciones siguientes:

51 = 0,5*at2

52 = vt

53 = 0,5*at2

donde a es la aceleracion de la maquina de colada, t es tiempo y v es velocidad. El PLC 50 esta programado, asf, por la computadora 55 para controlar la maquina de colada 5 de acuerdo con la senal de salida de tal funcion de transferencia para proveer el movimiento apropiado para colar el objeto con las especificaciones deseadas.

Otro ejemplo de funcion de transferencia se muestra en la figura 8 para la velocidad de la maquina de colada hasta la posicion de la boca de descarga 35 del canal 30. En esta funcion de transferencia, hay multiples curvas de aceleracion y deceleracion para diferentes porciones del tubo para proporcionar el perfil de entrega de hierro mostrado en la figura 3A y el espesor de tubo uniforme de la figura 3C. La maquina de colada acelera inicialmente a una primera tasa a traves de la seccion Si, que corresponde a al menos una porcion de la campana del tubo, como se muestra por la curva 850. La maquina, entonces, ralentiza la tasa de aceleracion en la seccion S2 cuando el volumen de hierro en el canal aumenta mas despacio, como se muestra por la curva 855. La maquina alcanza una velocidad constante en la seccion S3, que corresponde con la cana del tubo, como se muestra por la lmea 860. La maquina, entonces, decelera a una primera tasa en la seccion S4, que corresponde a la porcion de la cana cerca de la espiga del tubo, como se muestra por la curva 870. La maquina, a continuacion, incrementa la tasa de deceleracion mas en la seccion S5 cuando el volumen de hierro en el canal decrece, como se muestra por la curva 875. En una realizacion, la posicion de la boca de descarga sobre estos segmentos puede caracterizarse mediante las ecuaciones siguientes:

Si, S2 = 0,5*at2

S3 = vt

S4, S5 = 0,5*at2

con a, t, y v teniendo los mismos significados que arriba.

La fluidez es un determinante critico de la tasa de movimiento de metal lfquido asociado con la curva de flujo de entrega, tal como se muestra en la figura 3A. La fluidez del hierro lfquido puede calcularse a partir de la temperatura de liquidus y la temperatura de vaciado. Una funcion de transferencia puede desarrollarse para relacionar la fluidez calculada con el movimiento de la maquina de colada 5 para producir un objeto que tiene un conjunto de especificaciones predeterminado.

Primero, debe calcularse la fluidez. La ecuacion (1) es la ecuacion estandar para calcular la fluidez a partir de un carbono equivalente:

Fluidez = 14,9 * CE + 0,05T -155 (1)

Como se resalto, la presencia de compuestos desconocidos en el hierro lfquido de materiales reciclados impide la confianza en la formula estandar (ecuacion (2)) para calcular con exactitud el carbono equivalente. Sin embargo, puede determinarse una ecuacion para determinar un factor de composicion para el hierro lfquido, el cual puede ser sustituido por el valor del carbono equivalente en la ecuacion (1), mediante analisis de regresion multiple de las propiedades termicas del hierro lfquido en un entorno dado. Tal analisis de regresion se ejecuta por los fabricantes

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de copas desechables para analisis termico de hierro Kquido, tal como la copa 65. La comparua Heraeus Electro- Nite, la fabricante de la QuiK-Cup QC 4010, la cual se usa preferiblemente como copa 65, provee la ecuacion siguiente, desarrollada a partir de analisis de regresion multiple, para el calculo de un factor de composicion de hierro lfquido a partir de la temperatura de liquidus medida en la copa QC 4010:

CF = 14,45 - 0.,0089 * ((LA - 32) * 0,5556) (4)

donde LA es la temperatura de liquidus medida en grados Fahrenheit.

Sustituir la ecuacion (4) por el carbono equivalente en la ecuacion (1) proporciona una ecuacion a partir de la cual puede calcularse la fluidez basandose en la temperatura de vaciado (T) y la temperatura de liquidus (LA) medidas:

Fluidez = 14,9 * (14,45 - 0,0089 * ((LA - 32) * 0,5556)) + 0,05T - 155 (5)

donde la fluidez esta en pulgadas y todas las temperaturas en grados Fahrenheit. La Tabla 1 que va abajo muestra la fluidez, de acuerdo con la ecuacion (5), a diversas temperaturas de liquidus (LA) y vaciado (T), mientras que la Tabla 1A muestra los mismos datos donde la temperatura esta en °C y la fluidez esta en cm.

LA

(°F)

: 2.040 2.060 2.080 2.100 2.120 2.140 2.160 2.180 2.200 2.220 2.240

2.250: 24,86 23,39 21,91 20,44 18,97 17,49 16,02 14,54 13,07 11,60 10,12

2.275: 26,11 24,64 23,16 21,69 20,22 18,74 17,27 15,79 14,32 12,85 11,37

2.300: 27,36 25,89 24,41 22,94 21,47 19,99 18,52 17,04 15,57 14,10 12,62

2.325: 28,61 27,14 25,66 24,19 22,72 21,24 19,77 18,29 16,82 15,35 13,87

2.350: 29,86 28,39 26,91 25,44 23,97 22,49 21,02 19,54 18,07 16,60 15,12

2.375: 31,11 29,64 28,16 26,69 25,22 23,74 22,27 20,79 19,32 17,85 16,37

2.400: 32,36 30,89 29,41 27,94 26,47 24,99 23,52 22,04 20,57 19,10 17,62

2.425: 33,61 32,14 30,66 29,19 27,72 26,24 24,77 23,29 21,82 20,35 18,87

2.450: 34,86 33,39 31,91 30,44 28,97 27,49 26,02 24,54 23,07 21,60 20,12





: Tabla 1





: LA





: (°C)

: 1.115 1.126 1.137 1.148 1.160 1.171 1.182 1.193 1.204 1.215 1.226

1.232: 63,14 59,41 55,65 51,92 48,18 44,42 40,69 36,93 33,20 29,46 25,70

1.246: 66,32 62,59 58,53 55,09 51,36 42,60 43,87 40,11 36,37 32,64 28,88

1.260: 69,49 65,76 62,00 58,27 54,53 50,77 47,04 43,28 39,55 35,81 32,05

1.273: 72,67 68,94 65,18 61,44 57,71 53,95 50,22 46,46 42,72 38,99 35,23

1.287: 75,84 72,11 68,35 64,62 60,88 57,12 55,39 49,63 45,90 42,16 38,40

1.301: 79,02 75,29 71,53 67,79 64,06 60,30 56,57 52,81 48,07 45,34 41,58

1.315: 82,19 78,46 74,70 70,97 67,23 63,47 59,74 55,98 52,25 48,51 44,75

1.329: 85,37 81,64 77,88 74,14 70,41 66,65 62,92 59,16 55,42 51,69 47,93

1.343: 88,54 84,81 81,05 77,32 73,58 69,82 66,09 62,33 58,60 54,86 51,10

Tabla 1A

Habiendo establecido un metodo para calcular la fluidez, pueden desarrollarse ecuaciones para proporcionar una funcion de transferencia para relacionar la fluidez con el movimiento de la maquina de colada para colar un objeto de acuerdo con especificaciones predeterminadas a partir de un analisis de regresion de una muestra estadfsticamente

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significativa de datos para colar el objeto. Preferiblemente, se desarrolla una funcion de transferencia para cada objeto con un conjunto de especificaciones dado para cada maquina de colada en la cual cada uno de tales objetos sera colado. Por ejemplo, con respecto al tubo, se desarrolla una funcion de transferencia - repitiendo el proceso descrito en los parrafos siguientes - para cada diametro y clase de tubo (tal como tubo de hierro ductil clase 52 de 8” (20,3 cm)) y para cada maquina de colada individual en la cual sera colada cada una de tales categonas de tubena.

La figura 4 ilustra una realizacion de un proceso para determinar ecuaciones de control que proporcionen la funcion de transferencia para relacionar la fluidez del metal lfquido con los requerimientos volumetricos de un molde rotativo para la colada centnfuga de un objeto particular de acuerdo con especificaciones predeterminadas en una maquina de colada dada, mediante el movimiento controlado de la maquina de colada. Un aparato tal como el mostrado en las figuras 1-2 puede utilizarse para poner en practica este metodo. Como una cuestion preliminar, toda la instrumentacion debe estar calibrada y en buen orden de funcionamiento. Segun se muestra en el paso 405, se mide y se registra la temperatura de liquidus del metal lfquido, preferiblemente, transfiriendo una muestra de metal lfquido desde el recipiente que contiene el metal a la copa 65 lo que permite a la computadora 55 capturar la temperatura de liquidus real del metal lfquido que se usara en la colada. Debe notarse que en un establecimiento de fundicion tfpico, cada lote de hierro lfquido se hace en un recipiente al que se hace referencia denomina como una cuchara de tratamiento (la cual contiene un volumen suficiente de hierro para colar multiples objetos) y, luego, un volumen de hierro para colar una unidad se transporta hasta la cuchara 25 de la maquina. Por lo tanto, en una instalacion de este tipo, la temperatura de liquidus puede medirse para una carga individual de metal lfquido de la cuchara de tratamiento mejor que de la cuchara 25 de la maquina. A continuacion, segun muestra el paso 410, se vada metal lfquido en el canal 30 para entregar el hierro lfquido al molde rotativo 20. Cuando se vada el metal, se mide y se registra la temperatura de vaciado en el paso 415 usando el pirometro 70 u otro instrumento adecuado, preferiblemente en comunicacion con la computadora 55. A continuacion, en el paso 420, el objeto es colado, en un ejemplo de realizacion un tubo, moviendo la maquina de colada (es decir, el molde 20 con respecto al sistema de transporte 10 o viceversa) preferiblemente con el sistema de accionamiento 40 controlado por la computadora 55 y el PLC 50 para entregar un volumen deseado de metal lfquido al molde para tratar de colar el objeto de acuerdo con las especificaciones requeridas, mediante practica industrial tfpica.

Las especificaciones pueden incluir un espesor de pared en puntos o intervalos definidos sobre el objeto. Segun se muestra en el paso 425, todos los parametros relevantes del proceso de colada se registran y se calcula la fluidez del hierro lfquido de acuerdo con la ecuacion (5) basandose en las temperaturas de liquidus y vaciado medidas y registradas durante la colada del objeto. Los parametros relevantes incluyen el tiempo transcurrido y el movimiento de la maquina de colada (por ejemplo, posicion, velocidad y aceleracion) durante cada porcion del ciclo de entrega representado en la figura 3A. El registro de esos parametros se ejecuta, preferiblemente, por el PLC 50 en conjunto con la computadora 55, aunque puede usarse otra instrumentacion.

Sin limitacion, los parametros incluyen lo siguiente. El retardo inicial correspondiente al tiempo transcurrido desde cuando el metal lfquido sale de la boca de descarga del canal hasta que un volumen predeterminado de metal lfquido es depositado en el molde se registra con el correspondiente movimiento de la maquina. En el ejemplo de colar tubo, esto corresponde al tiempo desde cuando el hierro lfquido sale de la boca de descarga hasta que la campana del molde de tubo se llena, lo cual se conoce como el tiempo de de retardo de inicio, durante el cual la maquina de colada esta estacionaria con el canal cerca del final de la cana del tubo depositando hierro lfquido en la campana. La aceleracion y posicionamiento de la maquina y el tiempo transcurrido cuando el volumen de hierro se incrementa durante la siguiente fase del ciclo de entrega se registran. En el ejemplo de un tubo, esto corresponde tipicamente al llenado de una porcion de la cana cerca del extremo de la campana del molde 20. De la misma manera, el tiempo transcurrido y la velocidad de la maquina mientras el movimiento de la canal con respecto al molde es a velocidad constante se registran. En el ejemplo de un tubo, esto corresponde al llenado del molde a lo largo de mucha de la longitud de la cana. La deceleracion de la maquina y el tiempo transcurrido cuando el volumen de hierro decrece despues de que la cuchara de la maquina para de vaciar hierro lfquido en el canal se registran. En el ejemplo de un tubo, esto corresponde al llenado de una porcion de la cana cerca del extremo de la espiga del tubo. Finalmente, un tiempo de retardo correspondiente al tiempo transcurrido desde el momento en el cual la maquina de colada se detiene en el extremo del molde 20 hasta que el metal lfquido cesa de vaciar desde la boca de descarga 35 del canal 30 en el molde 20. En el ejemplo de un tubo, esto corresponde al tiempo en el cual la maquina de colada esta estacionaria en el extremo del extremo de la espiga del molde y se hace referencia a el como el tiempo de parada en la espiga o tiempo de reposo.

Ademas, para registrar parametros que relacionan el tiempo transcurrido y el correspondiente movimiento de la maquina de colada durante cada fase del ciclo de entrega de metal, se miden las especificaciones reales del objeto en bruto de colada, segun se muestra en el paso 430. El conjunto de especificaciones medidas corresponde al conjunto de especificaciones deseadas o predeterminadas para el objeto que el proceso de colada estaba destinado a conseguir, incluyendo, por ejemplo, el espesor de pared. Para el ejemplo de un tubo, tipicamente se toman multiples medidas del espesor de pared a intervalos regulares a lo largo de la longitud del tubo, tipicamente dos medidas en ubicaciones diametralmente opuestas (es decir, separadas 180 grados) a intervalos de un pie (30,5 cm) desde la campana hasta la espiga del tubo. Estas especificaciones al ser medidas realmente indican la uniformidad del objeto sobre su longitud, la conformidad con las especificaciones predeterminadas, y la extension a la cual se ajusta el movimiento de la maquina de colada al perfil de entrega de metal lfquido para proveer el volumen requerido de metal a lo largo de la longitud del molde.

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Segun se muestra en el paso 435, el proceso que antecede se repite para un numero de objetos estad^sticamente significativo, para lo cual se usan multiples lotes de hierro lfquido. Preferiblemente, la composicion del metal Ifquido cambia algo de un lote al siguiente, y las temperatura de vaciado se vanan deliberadamente para modelizar condiciones que pueden encontrarse en produccion usando materiales de fuentes recicladas, de forma que se haran coladas con hierro lfquido de diversas fluideces. El movimiento de la maquina de colada puede ajustarse segun se analizan los datos registrados para colar objetos que esten mas cerca de las especificaciones deseadas. Despues de que estan colados un numero estadfsticamente significativo de objetos, en el paso 440, se selecciona un subconjunto de los objetos que son conformes lo mas cercanamente a las especificaciones predeterminadas y los cuales se hicieron tambien a partir de metal lfquido de diversas fluideces. En el paso 445, se ejecuta un analisis de regresion sobre los datos reunidos para el subconjunto de objetos seleccionado, incluyendo los parametros de proceso registrados, las especificaciones de los objetos en bruto de colada y la fluidez calculada a partir de las temperaturas de liquidus y vaciado medidas. El analisis de regresion proporciona ecuaciones de control para cada fase del proceso de colada, incluyendo el tiempo de retardo inicial, el penodo de aceleracion, el penodo de entrega constante (si es necesario) y el penodo de deceleracion y el segundo tiempo de retardo. Dependiendo de la forma y el tamano del objeto a ser colado y del correspondiente molde, podna haber otros penodos para acomodar la forma del molde, por ejemplo, una fase de deceleracion para proporcionar un espesor de pared aumentado en una zona particular o para llenar una seccion de molde de volumen mas elevado. En el ejemplo de un tubo, se desarrollan ecuaciones de control para el tiempo de retardo de inicio, la aceleracion en la campana, la deceleracion en la espiga y el tiempo de parada en la espiga. En otra realizacion, puede haber mas de una ecuacion de control para la aceleracion en la campana y la deceleracion en la espiga, consistente con la figura 8.

En un ejemplo del proceso que antecede, se colaron 100 tubos (clase 52, diametro de 8” (20,3 cm)) a partir de lotes de hierro lfquido de fluidez variable en una unica maquina de colada. La temperatura de liquidus, la temperatura de vaciado y los parametros de proceso para cada tubo se registraron, asf como el espesor de pared de cada tubo en ubicaciones diametralmente opuestas a intervalos de un pie (30,5 cm) en toda la longitud del tubo. Se calcularon y se registraron las fluideces para cada tubo basandose en la ecuacion (5) y la temperatura de liquidus y la temperatura de vaciado. Se selecciono un subconjunto de los diez tubos que teman el espesor de pared mas uniforme. Se ejecuta un analisis de regresion sobre los datos recogidos en estos tubos. Se desarrollaron la ecuaciones de control siguientes para el tiempo de retardo de inicio, la aceleracion en la campana, la deceleracion en la espiga y el retardo de parada en la espiga, las cuales se muestran en las figuras 5A-D:

Tiempo de retardo de inicio = - 0,129(Fluidez) + 4,2654 R2 = 0,9837

Aceleracion en la campana = 0,3814(Fluidez) + 12,34 R2 = 0,9952

Deceleracion en la espiga = 0,058(Fluidez)2 - 0,6828(Fluidez) + 1,5036 R2 = 0,9993

Tiempo de parada en la espiga = 0,0082 (Fluidez)2 - 0,3994(Fluidez) + 5,1153 R2 = 0,9831

donde R2 es el factor de correlacion que indica cuanto cercanamente se correlaciona la ecuacion con los datos. Debe entenderse que las ecuaciones de control mostradas en las figuras 5A-D se ilustran solamente para un unico diametro y clase de tubo en una maquina de colada individual.

Juntas, las ecuaciones de control proporcionan una funcion de transferencia que relaciona el movimiento de la maquina de colada con el perfil de entrega de metal lfquido, segun se determinan mediante la fluidez calculada para cada vaciado, para colar el objeto que tiene especificaciones predeterminadas. Las ecuaciones de control se cargan, preferiblemente, en la computadora 55 para controlar el PLC 50, el cual a su vez controla el movimiento del sistema de transporte 10 con respecto al molde 20 de acuerdo con la funcion de transferencia.

Con las ecuaciones de control cargadas en la computadora 55, el proceso para colar un objeto de acuerdo con una realizacion de la presente invencion se muestra en la figura 6. Un recipiente, tal como una cuchara de tratamiento o cuchara 25 de maquina se llena con metal lfquido. Tfpicamente, un lote de hierro lfquido de la cuchara de tratamiento contiene suficiente metal lfquido como para colar multiples objetos. Como se describe en otra parte de esta descripcion, cada lote de metal lfquido puede variar en composicion, especialmente cuando viene de una fuente de chatarra o materiales reciclados. En el paso 605, se mide la temperatura de liquidus del metal lfquido, preferiblemente transfiriendo una muestra del metal desde el recipiente (cuchara de tratamiento o cuchara 25 de maquina) a la copa 65 lo cual permite que la computadora 55 capture la temperatura de liquidus real del metal lfquido que se usara en la colada. A continuacion, como muestra el paso 610, se vacfa metal lfquido en el canal 30 para entregar el hierro lfquido al molde rotativo 20. Cuando se vacfa el metal, la temperatura de vaciado se mide en el paso 615 usando el pirometro 70 u otro instrumento adecuado, preferiblemente en comunicacion con la computadora 55. Con las temperaturas de liquidus y de vaciado que han sido medidas, se calcula la fluidez del hierro lfquido en el paso 620. Preferiblemente, las temperaturas de liquidus y de vaciado fueron capturadas por la computadora 55 la cual, automatica y rapidamente, calcula la fluidez. En una realizacion preferida que usa un QuiK- Cup QC 4010 de Heraeus Electro-Nite, la fluidez se calcula de acuerdo con la ecuacion (5).

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Usando las ecuaciones de control y la fluidez calculada, puede determinarse el movimiento apropiado de la maquina de colada, preferiblemente con la computadora 55, y los controles de la maquina de colada (el PLC 50) pueden programarse dinamicamente, en el paso 625, antes de que salga el metal lfquido de la boca de descarga del canal. Asf, los controles de la maquina de colada y el movimiento consiguiente, se ajustan en tiempo real para compensar cualquier cambio en la fluidez a partir del enfriamiento, no obstante ligero, del metal lfquido de un vaciado al siguiente, o a partir de un cambio en la composicion del metal lfquido en la cuchara 25 de la maquina, de un lote al siguiente.

A continuacion, en el paso 630, el objeto es colado moviendo el molde con respecto al canal para depositar metal lfquido en el molde, donde el movimiento se controla basandose en la fluidez calculada para entregar un volumen de metal lfquido al molde para colar el objeto de acuerdo con las especificaciones predeterminadas. En una realizacion preferida, este movimiento se lleva a cabo con el sistema de accionamiento 40 controlado por la computadora 55 y el PLC 50, programado dinamicamente como se describio en conformidad con la funcion de transferencia que relaciona la fluidez con los requerimientos volumetricos del objeto que esta siendo colado, para sus especificaciones predeterminadas, y para la maquina de colada particular que esta siendo usada. La posicion y el movimiento de la maquina de colada se controlan para ajustar el perfil de entrega de metal al volumen requerido de metal lfquido para cada porcion del molde. Tfpicamente, esta entrega se lleva a cabo en conformidad con las ecuaciones de control que incluyen el tiempo de retardo inicial, la fase de aceleracion, la fase de deceleracion y el tiempo de retardo final, descritos arriba. Despues de que ha transcurrido el tiempo de retardo final, se deja que el molde rotativo deje de girar, como muestra el paso 635, se deja que el objeto colado se enfne y el objeto es extrafdo del molde para procesado y acabado posterior segun se necesite.

Donde se pueden colar multiples objetos a partir del volumen de metal lfquido contenido por un recipiente tal como una cuchara de tratamiento o por la cuchara 25 de maquina, la temperatura de liquidus puede medirse solo una vez para el colado de todos los objetos a partir de ese lote de metal lfquido. La temperatura de vaciado, sin embargo, debe medirse para cada colada, pues el metal lfquido de la cuchara 25 de maquina se enfna con el tiempo y la temperatura de vaciado, por lo tanto, tfpicamente, decrece. Como resultado, la fluidez del metal lfquido puede cambiar para cada objeto colado a partir de la misma carga de metal lfquido. Debido a que la composicion del metal lfquido puede variar de lote a lote, la temperatura de liquidus debe medirse para cada lote.

Como los objetos se cuelan en un ambiente de produccion, los parametros de proceso relevantes, especificaciones del objeto y las fluideces pueden ser registradas para cada colada. Analisis de regresion adicionales pueden ejecutarse sobre este conjunto de datos creciente para refinar mas las ecuaciones de control y la funcion de transferencia para cada clase de objeto y maquina de colada.

El proceso que antecede puede usarse para colar centnfugamente tubos de hierro. En una realizacion, el tubo tiene una campana, una espiga y una cana entre la campana y la espiga, con el molde 20 teniendo las secciones correspondientes. Especificaciones del tubo pueden incluir una seccion transversal redonda que tenga una cana de diametro constante con espesor de pared que es uniforme dentro de tolerancias predefinidas. En otras realizaciones, el tubo puede ser hexagonal o de otra forma, tener un diametro o dimensiones en seccion trasversal no uniforme o que disminuye uniformemente y tener espesor de pared uniforme o no uniforme, segun pueda requerir la aplicacion particular. Por ejemplo, puede desearse tener paredes mas gruesas en una base mas ancha de un baculo de instalaciones de hierro colado hexagonal que se estrecha hasta una seccion transversal mas pequena hacia su parte superior o extremo de punta. En cualquier realizacion, pueden desarrollarse ecuaciones de control para el objeto de especificaciones deseadas, segun se describe en este documento.

Volviendo a la realizacion de un tubo de diametro constante que tiene una campana, una espiga y una cana con espesor de pared uniforme, al menos una ecuacion de control para cada uno de el tiempo de retardo de inicio, la aceleracion en la campana, la deceleracion en la espiga y el tiempo de parada en la espiga se cargan en la computadora 55. La temperatura de liquidus de un lote de hierro lfquido a ser usado en la colada se mide, preferiblemente mediante una copa 65 la cual proporciona una senal indicativa del perfil de enfriamiento de la temperatura del hierro a la computadora 55. Se vacfa hierro lfquido desde la cuchara 25 de maquina al canal 30 y se mide la temperatura de vaciado, preferiblemente mediante un pirometro 70 en comunicacion con la computadora 55. La computadora 55 calcula la fluidez basandose en las temperaturas de liquidus y de vaciado medidas, calcula los resultados de las ecuaciones de control y proporciona las ordenes correspondientes al PLC 50. El PLC 50 mueve, entonces, el canal 30 con respecto al molde rotativo 20 en conformidad con las ecuaciones de control anteriores y la fluidez calculada para colar un tubo con las especificaciones deseadas.

Se ha encontrado que realizaciones del aparato y metodos de la presente invencion producen tubo con espesor de pared de uniformidad mayor, y con tolerancias mas ajustadas, que los metodos de la tecnica anterior. La figura 7A ilustra el espesor de pared de un tubo de 20 pies (610 cm) colado de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. La figura 7B ilustra el espesor de pared de un tubo de 20 pies (610 cm) de las mismas especificaciones, colado en la misma maquina de colada, de acuerdo con metodos de la tecnica anterior tal como se describen en el documento de patente de EE.UU. US4370719. Se tomaron medidas del espesor de pared en ubicaciones diametralmente opuestas a intervalos de un pie (30,5 cm) a lo largo de la longitud de cada tubo. Las figuras trazan los espesores de pared en cada lado del tubo como lmeas separadas. Como puede verse facilmente, el espesor de pared del tubo de la figura 7A, colado de acuerdo con una realizacion de la presente invencion, es mucho mas uniforme sobre su longitud y circunferencia que el tubo mostrado en la figura 7B colado de acuerdo con metodos de

la tecnica anterior.

La precision aumentada y el control ofrecidos por realizaciones de la presente invencion permiten que se haga tubo con paredes mas delgadas de lo que era posible previamente. Esto ahorra coste de material significativo en metal lfquido y reduce el peso del producto terminado. Ademas, con tubo de paredes mas gruesas, se asegura la 5 conformidad con especificaciones y estandares y se gasta menos material haciendo paredes de tubo mas gruesas de lo requerido para una clase dada. A continuacion de la colada, el tubo de hierro se transporta hasta un horno de recocido, donde el tubo es recocido a alta temperatura. Debido a que el tubo colado de acuerdo con realizaciones de la presente invencion se adhiere estrechamente a la especificacion y usa menos material que las tecnicas de la tecnica anterior, hay menos hierro para recocer, ahorrando costes de energfa en el tiempo.

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Claims

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10

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20

25

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35

40

45

REIVINDICACIONES

1. Un metodo de colar centnfugamente un objeto a partir de un recipiente de metal Kquido, teniendo dicho metal Kquido una temperatura de liquidus y, cunado es vaciado, una temperatura de vaciado, que comprende:

medir la temperatura de liquidus del metal lfquido en el recipiente;

vaciar el metal lfquido en un canal para entregar el metal lfquido a un molde rotativo;

medir la temperatura de vaciado del metal lfquido vaciado en el canal;

calcular la fluidez del metal lfquido basandose en la temperatura de liquidus y la temperatura de vaciado medidas;

mover el molde con respecto al canal (30) para depositar metal lfquido en el molde (20), en el que dicho movimiento se controla basandose en dicha fluidez calculada para entregar un volumen de metal lfquido a dicho molde (20) para colar dicho objeto de acuerdo con especificaciones predeterminadas.
2. El metodo de la reivindicacion 1, en el que dicho movimiento es controlado de acuerdo con una funcion de transferencia que relaciona la fluidez con los requerimientos volumetricos para un objeto de dichas especificaciones predeterminadas en dicho molde.
3. El metodo de la reivindicacion 2, en el que dicha funcion de transferencia se obtiene empmcamente.
4. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 2 y 3, en el que dicho paso de vaciado comprende un penodo de tiempo predeterminado y en el que dicha funcion de transferencia comprende una pluralidad de ecuaciones, correspondiendo cada una de dichas ecuaciones a un segmento identificado de dicho penodo de tiempo.
5. El metodo de la reivindicacion 4, en el que dichas ecuaciones se seleccionan del grupo que consta de:

(a) una primera ecuacion de retardo correspondiente al segmento de tiempo desde cuando el metal lfquido sale del extremo del canal hasta que se deposita en el molde un volumen predeterminado de metal lfquido;

(b) una primera ecuacion de aceleracion correspondiente a un segmento de tiempo en el cual el caudal de dicho metal lfquido en dicho canal aumenta despues de que dicho volumen predeterminado de metal lfquido llegue a dicho molde; y

(c) una primera ecuacion de deceleracion correspondiente a un segmento de tiempo en el cual el caudal de dicho metal lfquido en dicho canal se reduce despues de que el recipiente para de vaciar metal lfquido en el canal.
6. El metodo de la reivindicacion 5, en el que dicha funcion de transferencia comprende al menos una de:

(a) una segunda ecuacion de aceleracion correspondiente a un segmento de tiempo en el cual el caudal de dicho metal lfquido en dicho canal aumenta menos que durante el segmento de tiempo correspondiente a dicha primera ecuacion de aceleracion;

(b) una segunda ecuacion de deceleracion correspondiente a un segmento de tiempo en el cual el caudal de dicho metal lfquido en dicho canal se reduce mas con respecto al segmento de tiempo correspondiente a dicha primera ecuacion de deceleracion; o

(c) una segunda ecuacion de retardo correspondiente a un segmento de tiempo desde el final de dicho penodo de tiempo hasta que el metal lfquido para de ser depositado en dicho molde desde dicho canal.
7. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 4-6, en el que dicho molde tiene una pluralidad de secciones, teniendo cada seccion dicha un requerimiento volumetrico, un segmento identificado de dicho penodo de tiempo corresponde a cada seccion dicha.
8. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que multiples cargas de recipiente de metal lfquido son coladas en objetos, teniendo cada carga de recipiente de metal lfquido una composicion qmmica, en el que la composicion qmmica de dicho metal lfquido es variable de una primera carga de recipiente a una segunda carga de recipiente.
9. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que una cuchara de tratamiento contiene un volumen suficiente de metal lfquido para colar multiples objetos y un primer volumen de dicho metal lfquido para colar un objeto individual es transferido a dicho recipiente y la temperatura de vaciado de dicho metal lfquido en dicho recipiente se mide cada vez que el metal lfquido es vaciado para colar cada objeto dicho.

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10. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que la temperatura de liquidus de dicha cuchara de tratamiento de hierro Uquido se mide solo una vez para tal colada de multiples objetos.
11. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que dicho objeto es tubo y dicho metal lfquido es una aleacion de hierro.
12. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en el que dicho molde comprende una pluralidad de secciones, comprendiendo dichas porciones una campana, una espiga y una cana entre dicha campana y dicha espiga.
13. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en el que dicho movimiento se controla de acuerdo en concordancia con una funcion de transferencia que relaciona la fluidez con los requerimientos volumetricos para un tubo que tiene una campana, una espiga y una cana con especificaciones predeterminadas.
14. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en el que dichas especificaciones predeterminadas comprenden el espesor de pared de dicho tubo.
15. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-14, en el que dichas especificaciones predeterminadas comprenden el espesor de pared de dicho tobo a intervalos predeterminados a lo largo de la longitud de dicha tubena.
16. El metodo de la reivindicacion 15, en el que el espesor de pared a dichos intervalos predeterminados se selecciona de entre el grupo que consta de: espesor constante dentro de una tolerancia definida; espesor variable dentro de una tolerancia predefinida.
17. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-16, en el que dichas especificaciones predeterminadas comprenden un tubo que tiene una seccion transversal que cambia de dimensiones a traves de al menos una porcion de la longitud del tubo.
18. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 2-17, en el que dicha funcion de transferencia comprende una pluralidad de ecuaciones, al menos una ecuacion correspondiendo a cada seccion de dicho molde.
19. El metodo de la reivindicacion 18, en el que dichas ecuaciones comprenden:

(a) una ecuacion de tiempo de retardo de inicio;

(b) una ecuacion de aceleracion en la campana; y

(c) una ecuacion de deceleracion en la espiga.
20. El metodo de la reivindicacion 19, que comprende, ademas, al menos una de:

(a) una segunda ecuacion de aceleracion en la campana;

(b) una segunda ecuacion de deceleracion en la espiga; o

(c) una ecuacion de parada en la espiga.
21. Un aparato para colar centnfugamente un objeto a partir de metal lfquido, teniendo dicho metal lfquido una temperatura de liquidus y, cuando es vaciado, una temperatura de vaciado, que comprende:

un molde rotativo (20);

un canal (30) para recibir metal lfquido vaciado desde un recipiente y entregar metal lfquido en dicho molde (20); un sistema de accionamiento (40) para mover dichos canal o molde con respecto al otro; un controlador (50) para controlar dicho sistema de accionamiento;

una computadora (55) para programar dicho controlador para controlar dicho sistema de accionamiento para proporcionar el movimiento prescrito de dicho molde y dicho canal uno con respecto al otro;

una primera sonda de temperatura para medir la temperatura de liquidus de dicho metal lfquido; y

una segunda sonda de temperatura para medir la temperatura de vaciado de dicho metal lfquido;

en el que dicha computadora calcula la fluidez de dicho metal lfquido a partir de dichas temperaturas de liquidus y vaciado medidas, dicha computadora programada con una funcion de transferencia que relaciona la fluidez con los requerimientos volumetricos de metal lfquido para colar un objeto de especificaciones predeterminadas en dicho molde y el correspondiente movimiento relativo de dicho canal (30) y dicho molde (20), y dicha computadora (55) programando dicho controlador (50) para controlar dicho sistema de accionamiento (40) para causar dicho

movimiento relativo para depositar metal Kquido en el molde en concordancia con dichos requerimientos volumetricos.
22. El aparato de la reivindicacion 21, en el que el sistema de accionamiento (40) comprende actuadores (45) para mover dicho molde (20) o dicho canal (30) en vaiven dentro de un intervalo fijo de movimiento.

5 23. El aparato de la reivindicacion 22, en el que dichos actuadores (45) comprenden hidraulicos, motores electricos,

un acoplamiento por cadena o correa a un motor termico.
24. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 21-23, en el que ambos, dicho canal (30) y dicho molde (20), son movidos uno con respecto al otro.
25. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 21-24, en el que dicha primera sonda de temperatura es un 10 termopar.
26. El aparato de la reivindicacion 25, en el que dicho termopar comprende una copa (65) desechable.
27. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 21-26, en el que dicha segunda sonda de temperatura es un pirometro (70) infrarrojo de color dual.
28. El aparato de la reivindicacion 26 o 27, en el que al menos uno de dichas primera sonda de temperatura y 15 segunda sonda de temperatura esta en comunicacion con dicha computadora.
29. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 21-28, en el que dicho controlador (50) es un controlador logico programable que recibe ordenes de dicha computadora (55).
30. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 21-29, en el que dicho canal (30) esta angulado hacia abajo hacia dicho molde y se extiende axialmente en el interior del molde (20).

20 31. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 21-30, en el que dicho recipiente es una cuchara (25) de

maquina.