ES2821734T3 - Bomba de transferencia de metal fundido de desbordamiento con introducción de gas y fundente - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para aplicar fundente o desgasificar un metal fundido que reside como un baño en un horno, teniendo dicho baño de metal fundido una altura de superficie del baño, el procedimiento comprende proporcionar un cuerpo refractario, que forma un tubo alargado generalmente cilíndrico para elevar al menos una porción del metal fundido por encima de dicha altura de la superficie del baño, por lo que en la porción superior del tubo se proporciona una cámara en forma de voluta para dirigir el vórtice de metal fundido creado por la rotación a un impulsor hacia afuera en un canal e introducir al menos uno de un agente fundente y un gas inerte a la porción elevada del metal fundido en la región de la cámara en forma de voluta y/o el canal.

Description

DESCRIPCIÓN

Bomba de transferencia de metal fundido de desbordamiento con introducción de gas y fundente

Antecedentes

La presente realización ejemplar se refiere a una bomba de metal fundido que tiene capacidades de introducción de gas y/o fundente. Encuentra una aplicación particular junto con un estilo de bomba de transferencia de desbordamiento, y se describirá con una referencia particular a la misma.

Las bombas para bombear el metal fundido se utilizan en hornos en la producción de artículos metálicos. Las funciones comunes de las bombas son la circulación del metal fundido en el horno o la transferencia del metal fundido a ubicaciones remotas. La presente descripción se centra en bombas de metal fundido para transferir el metal de un lugar a otro. Tiene especial relevancia para los sistemas en los que el metal fundido se eleva desde un baño de horno a un sistema de artesa.

Actualmente, muchas instalaciones de fundición en moldes de metal emplean un hogar principal que contiene la mayor parte del metal fundido. Periódicamente se pueden fundir barras sólidas de metal en el hogar principal. Se puede colocar una bomba de transferencia en un pozo adyacente al hogar principal. La bomba de transferencia extrae el metal fundido del pozo y lo transfiere a una cuchara de fundición o conducto, y desde allí, a los moldes que forman los artículos metálicos. La presente divulgación se refiere a las bombas utilizadas para transferir el metal fundido desde un horno a una máquina de fundición en moldes, lingotera o similares.

En las fundiciones de aluminio donde las piezas fundidas se fabrican ya sea utilizando técnicas de fundición a alta presión en moldes o de fundición en moldes por gravedad, las cucharas de fundición se utilizan a menudo para transportar cantidades premedidas del metal líquido desde un horno de retención a una máquina de fundición y luego verter el metal líquido en un receptáculo de la máquina de fundición. La cuchara de fundición se puede llenar usando una bomba de transferencia de metal fundido para mover el metal del horno a la cuchara de fundición. Una bomba de transferencia de metal fundido particular descrita en la presente memoria se denomina bomba de transferencia de desbordamiento. Por ejemplo, la bomba de transferencia de desbordamiento en la Publicación de Estados Unidos Núm. 2013/0101424, incorporada en la presente memoria como referencia, es adecuada. El documento EP 0095645 A1 divulga un procedimiento y un aparato correspondiente que comprende la fundición del metal en un recipiente de fusión. También se propone que se realicen procedimientos como la desgasificación o la adición de fundente en el recipiente de fusión. El documento EP 0 095 645 A1 enseña que el metal puede ser transferido desde el recipiente de fundición al molde mediante una bomba de tipo electromagnética o una bomba de tipo neumática y preferiblemente una bomba como se describe en la descripción y dibujos del documento GB-A-2107132.

El documento US 2010/0104415 A1 divulga una bomba de metal fundido que crea un vórtice de metal fundido dentro de un tubo vertical de la bomba para levantar el metal fundido para aplicaciones de elevación, transferencia, mezcla y/o fusión.

El documento US 2002/185790 A1 divulga una detección del nivel del metal con un sensor/controlador.

Los metales fundidos como el aluminio pueden incluir restos de óxido y/o nitruro que tienen un efecto negativo sobre la solidificación de la aleación particular. Un procedimiento de adición de fundente es una metodología utilizada para eliminar tales impurezas. La inyección de fundente es el procedimiento de introducir una mezcla de sal en polvo o granulada, como cloruro y/o fluoruro, en el aluminio fundido. Tradicionalmente, la adición de fundente de sal se ha introducido simplemente depositando el fundente en una cuchara de fundición antes o durante la adición del metal fundido y/o utilizando un aparato giratorio para la introducción del fundente en la cuchara de fundición o aguas abajo de la cuchara de fundición.

Un aparato giratorio ejemplar incluye un eje hueco central unido a un rotor insertado en una acumulación de aluminio fundido y girado de manera que el fundente de sal se desplaza hacia abajo del eje hueco y se dispersa dentro del aluminio fundido a través de las aberturas del rotor. Este estilo de dispositivo de inyección de fundente ha demostrado ser problemático, ya que el fallo para controlar el caudal del gas de purga utilizado para mantener el metal fundido fuera del eje durante la inserción en el baño puede provocar salpicaduras del metal fundido. De manera similar, el gas de procedimiento de alto flujo usado después de la inserción puede causar salpicaduras de metal fundido. A la inversa, una interrupción en la línea de alimentación de gas (por ejemplo, torcedura o doblez) tiene el efecto de cascada de permitir que el ensamblaje de eje/rotor de inyección de fundente se obstruya con el fundente y/o la entrada del metal fundido. Además, dado que el ensamblaje de eje/rotor del dispositivo tradicional está dispuesto debajo de la línea de metal fundido, una manipulación incorrecta puede dar como resultado el endurecimiento del metal en el mismo, haciendo que el dispositivo deje de funcionar.

La adición de fundente mediante un simple depósito en la cuchara de fundición puede no lograr una dispersión homogénea del fundente por todo el metal fundido. Además, el uso de un aparato de adición de fundente giratorio en la cuchara de fundición o en una ubicación aguas abajo introduce un retardo de tiempo indeseable en el procedimiento de fundición.

La forma fundida o licuada del aluminio también atrae la formación y absorción de hidrógeno dentro del aluminio fundido. El hidrógeno se desarrolla como porosidad durante la solidificación de las aleaciones de aluminio y es perjudicial para las propiedades mecánicas de la aleación sólida. La desgasificación es una forma eficaz de reducir la porosidad causada por el hidrógeno. Un ejemplo de desgasificación implica la introducción de un gas inerte como argón o nitrógeno en el aluminio fundido para recoger el hidrógeno y las inclusiones no metálicas. El gas burbujea hacia la superficie con el hidrógeno y otras inclusiones. De forma similar a la adición de fundente, este procedimiento se ha realizado históricamente en la cuchara de fundición y/o en una estación de procesamiento aguas abajo. En consecuencia, se producen retrasos de tiempo indeseables.

La presente divulgación está dirigida a un sistema para introducir fundente y/o gas al metal fundido de una manera altamente eficiente. Además, se cree que el presente sistema proporciona resultados de introducción de fundente comparables mientras que se mejora la eficiencia y la seguridad. La presente divulgación está dirigida a una introducción mejorada y más eficaz de fundente y/o gas inerte en la bomba de transferencia del metal fundido, antes del llenado de la cuchara de fundición. Además, se ha descubierto que se puede lograr una mezcla más homogénea de fundente dentro del metal fundido con la introducción de pequeñas cantidades de fundente a lo largo del tiempo en una corriente en movimiento del metal. De manera similar, se ha descubierto que la calidad del metal se puede mejorar mediante la introducción de un gas inerte al comienzo del procedimiento de transferencia del metal desde el horno al aparato de fundición. Las ubicaciones ejemplares para la inyección de fundente/gas pueden incluir la columna de una bomba de transferencia de desbordamiento o la segunda cámara del aparato de transferencia de desbordamiento de cámara dividida o la artesa a la que se dirige el metal fundido.

Sumario de la invención

A continuación se resumen varios detalles de la presente divulgación para proporcionar una comprensión básica. Este sumario no es una descripción general extensa de la divulgación y no pretende identificar ciertos elementos de la divulgación ni delinear el ámbito de la misma. Más bien, el propósito principal de este sumario es presentar algunos conceptos de la divulgación en una forma simplificada antes de la descripción más detallada que se presenta a continuación.

De acuerdo con una primera realización, se proporciona un procedimiento para adicionar fundente o desgasificar un metal fundido que reside como un baño en un horno. El baño de metal fundido incluye una altura de la superficie del baño y el procedimiento proporciona al menos un impulsor giratorio en el baño de metal fundido para iniciar un flujo de dicho metal fundido. El flujo en el metal fundido da como resultado la elevación de una porción del metal fundido por encima de la altura de la superficie del baño donde se introduce al menos uno de un agente fundente y un gas inerte en la porción elevada del metal fundido.

De acuerdo con una segunda realización, se proporciona un aparato para introducir fundente en el metal fundido que reside como un baño en un horno. El baño de metal fundido incluye una altura de la superficie del baño. El aparato incluye al menos un impulsor giratorio en el baño de metal fundido para iniciar un flujo de metal fundido, y el flujo de metal fundido provoca la elevación de al menos una porción del metal fundido por encima de la altura de la superficie del baño. También se proporciona un dispositivo que introduce un agente fundente en la porción elevada del metal fundido.

De acuerdo con otra realización, se proporciona un aparato para introducir gas en el metal fundido que reside como un baño en un horno. El baño de metal fundido incluye una altura de la superficie del baño. El aparato incluye al menos un impulsor giratorio en el baño de metal fundido para iniciar un flujo de metal fundido, y el flujo de metal fundido provoca la elevación de al menos una porción del metal fundido por encima de la altura de la superficie del baño. También se proporciona un dispositivo que introduce un gas en la porción elevada del metal fundido.

Breve descripción de los dibujos

Debe entenderse que las figuras detalladas tienen el propósito de ilustrar las realizaciones ejemplares solamente y no pretenden ser limitantes. Además, se apreciará que los dibujos no están a escala y que algunas partes de ciertos elementos pueden estar exageradas con el propósito de lograr claridad y facilidad de ilustración.

La Figura 1 es una vista en perspectiva que muestra un sistema de transferencia de metal fundido con introducción de fundente que incluye la bomba dispuesta en un compartimento del horno;

La Figura 2 es una vista en perspectiva parcialmente en sección transversal de la bomba de la Figura 1;

La Figura 3 es una vista en sección transversal lateral de la bomba mostrada en las Figuras 1 y 2;

La Figura 4 es una vista en perspectiva de la cámara de bombeo;

La Figura 5 es una vista desde arriba de la cámara de bombeo;

La Figura 6 es una vista a lo largo de la línea 6-6 de la Figura 5;

La Figura 7 es una vista en perspectiva de la sección superior del impulsor;

La Figura 8 es una vista en perspectiva del impulsor ensamblado;

La Figura 9 es una vista en perspectiva de un ensamblaje de inyección de fundente;

La Figura 10 es una vista lateral en sección transversal del ensamblaje de inyección de fundente;

La Figura 11 es una vista en perspectiva de un sistema alternativo de transferencia de metal fundido con introducción de fundente;

La Figura 12 es una vista ampliada del aparato de adición de fundente de la Figura 11;

La Figura 13 es una vista en sección transversal del aparato de la reivindicación 12; y

La Figura 14 es una vista en perspectiva de un aparato de introducción de gas.

Descripción detallada

La realización ejemplar se ha descrito con referencia a las realizaciones preferentes. Obviamente, serán evidentes modificaciones y alteraciones para los que lean y entiendan la presente descripción detallada. Se debe entender que la realización ejemplar se interpreta incluyendo todas las modificaciones y alteraciones que caen dentro del ámbito de las reivindicaciones adjuntas o los equivalentes de las mismas.

Con referencia a las Figuras 1-3, se representa una bomba de metal fundido 30 en asociación con un horno 28. La bomba 30 está suspendida a través de una estructura metálica 32 que se apoya en las paredes del compartimento del horno 34. El compartimento del horno 34 recibirá el metal fundido del horno principal 28. En un escenario típico, el metal fundido residirá en un nivel como el indicado por el nivel del baño (BL, ver Figura 3) en todo el horno 28 y el compartimento del horno 34. Como se usa en la presente memoria, la altura del nivel del baño se referirá a la superficie superior del metal fundido influenciada por la gravedad, ya que se encuentra dentro del horno principal 28 y en el compartimento del horno 34. El nivel del baño puede variar en función de la cantidad de aluminio fundido presente en el horno en cualquier momento en particular, pero normalmente estará por encima de la extensión más baja de la bomba 30 y por debajo de la extensión superior de las paredes que forman el compartimento del horno 34.

Un motor 35 (ver las Figuras 2 y 3) hace girar un eje 36 y el impulsor adjunto 38. El motor 35 se ha omitido de la Figura 1 para facilitar la ilustración de un aparato de introducción de fundente como se describe a continuación. Un cuerpo refractario 40 forma un tubo 41 o cámara de bombeo generalmente cilíndrico y alargado. El cuerpo refractario se puede formar, por ejemplo, a partir de sílice fundida, carburo de silicio o combinaciones de los mismos. El cuerpo 40 incluye una entrada 43 que recibe el impulsor 38. Preferiblemente, se proporcionan los anillos de cojinete 56 para facilitar el desgaste y la rotación uniformes del impulsor 38 en su interior. En funcionamiento, el metal fundido se introduce en el impulsor a través de la entrada (flechas) y se fuerza hacia arriba dentro del tubo 41 en la forma de un vórtice forzado ("equilibrio"). En la parte superior del tubo 41 se proporciona una cámara en forma de voluta 42 para dirigir el vórtice de metal fundido creado por la rotación del impulsor hacia afuera en el canal 44. El canal 44 se puede unir/acoplar con miembros de canales o tubos adicionales para dirigir el metal fundido a su ubicación deseada, tal como un aparato de fundición, una cuchara de fundición u otro mecanismo conocido por los expertos en la técnica. Un aparato para la introducción de fundente 45 (solo mostrado en las Figuras 1 y 5) se coloca en esta región. El aparato 45 puede ubicarse generalmente en cualquier lugar desde su ubicación representada hasta aguas abajo en el punto X.

Aunque se muestra como una cavidad en forma de voluta, se podría utilizar un mecanismo alternativo para desviar el vórtice de metal fundido giratorio hacia el canal. De hecho, una salida tangencial que se extienda incluso desde una cavidad cilíndrica logrará un flujo de metal fundido. Sin embargo, se puede preferir un desviador tal como una aleta que se extienda hacia el patrón de flujo u otro elemento que dirija el metal fundido al interior del canal. Esto no cambiaría la instalación del aparato de introducción de fundente en esta región.

Pasando ahora a las Figuras 4-6, el tubo 41 se muestra con mayor detalle. La Figura 4 muestra una vista en perspectiva del cuerpo refractario. La Figura 5 muestra una vista desde arriba del diseño de la voluta y la Figura 6 una vista en sección transversal de la cámara de bombeo generalmente cilíndrica y alargada. La Figura 5 proporciona una ilustración de la gama de ubicaciones para el aparato de adición de fundente 45. Estas vistas muestran los parámetros generales de diseño en los que el tubo 41 es por lo menos 1,1 veces mayor en cuanto al diámetro, preferiblemente por lo menos aproximadamente 1,5 veces y lo más preferiblemente, por lo menos aproximadamente 2,0 veces mayor que el diámetro del impulsor. Sin embargo, para metales de mayor densidad, como el zinc, puede ser deseable que el diámetro del impulsor en relación con el diámetro de la cámara de bombeo esté en el rango inferior de 1,1 a 1,3. Además, se puede ver que el tubo 41 tiene una longitud significativamente mayor que la altura del impulsor. Preferiblemente, la longitud (altura) del tubo es por lo menos tres veces, con mayor preferencia por lo menos 10 veces mayor que la altura del impulsor. Sin ser limitado por la teoría, se cree que estas dimensiones facilitan la formación de un vórtice forzado ("equilibrio") deseable de metal fundido como se muestra por la línea 47 en la Figura 6.

Las Figuras 7 y 8 representan el impulsor 38 que incluye una sección superior 46 que tiene las paletas 48 que suministran el flujo de metal fundido inducido y un buje 50 para acoplarse con el eje 36. En su condición ensamblada, el impulsor 38 se acopla mediante husillos, pernos o pasadores/cemento a una sección de guía de entrada 52 que tiene una porción central hueca 54 y los anillos de cojinete 56. El impulsor se puede construir de grafito u otro material refractario adecuado. Se prevé que cualquier diseño tradicional de impulsor de metal fundido sería funcional en el presente sistema de transferencia de vórtice de desbordamiento.

Con referencia a la Figura 9, se muestra en detalle un ejemplo de ensamblaje del inyector de fundente 45. El aparato de adición de fundente 45 es del tipo que se describe en la Publicación de Solicitud Internacional WO 2012/170604, incorporada en la presente memoria como referencia. El ensamblaje 45 está soportado por una base estructural 112 que mantiene el ensamblaje del inyector de fundente 110 en una posición vertical. Como se usa en la presente memoria, el término "fundente" se puede usar para referirse a un material particulado granulado. Un tamaño de grano ejemplar de un fundente fundido varía entre aproximadamente 1 mm y aproximadamente 6 mm. El presente aparato también es adecuado para su uso con composiciones mezcladas de fundente. Las composiciones de material fundente ejemplares pueden incluir cloruro de manganeso y potasio, fluoruros y mezclas de los mismos.

El ensamblaje del inyector de fundente 110 incluye un tanque presurizado 114 en comunicación con un mecanismo de aislamiento 118. En una realización, el mecanismo de aislamiento 118 está asegurado a la base estructural 112 y configurado para aislar el tanque 114 de un flujo de gas inerte directo e independiente a la lanza que se puede colocar en el metal fundido que fluye dentro de la cámara de voluta 43 o canal 44 (no mostrado). Además, el mecanismo 118 incluye una válvula neumática para controlar la presión dentro del tanque 114 y evitar que el reflujo de líquido fundido entre en el eje hueco.

El tanque presurizado es un recinto generalmente sellado con un cuerpo cilíndrico 120 que tiene una abertura 122 cerrada mediante un capuchón asegurado 124 en un primer extremo 126 y un segundo extremo 128 que está dispuesto de manera opuesta al primer extremo 126. En una realización, la abertura 122 está configurada para recibir el fundente e incluye un tamiz para evitar que el material extraño o grumos del fundente entren en el tanque 114. El tanque presurizado 114 se adapta para almacenar una cantidad de fundente bajo una presión controlada. En un recinto 132 se proporciona un controlador 130, tal como un ordenador de controlador lógico programable (PLC) en base a un panel de control eléctrico y del gas. En una realización, el controlador 130 está montado en la base estructural 112. Sin embargo, el controlador 130 se puede proporcionar en una ubicación alejada de la base estructural 112. El controlador 130 puede estar en comunicación con el motor que acciona la bomba de metal fundido 30 y con varios sensores para determinar los niveles del metal fundido y/o caudales o volúmenes dentro del tubo de bomba 41 y/o el canal 44. De manera similar, el controlador puede ubicarse alejado del ensamblaje de inyección de fundente 45. Además, el controlador puede estar asociado con la bomba y en comunicación con el ensamblaje de inyección de fundente.

El tanque presurizado 114 puede estar provisto de al menos una mirilla 134 en el cuerpo cilíndrico 120 para la verificación visual del funcionamiento interno del ensamblaje 110. Más en particular, la mirilla 134 permite al usuario inspeccionar el flujo de fundente en la misma e identificar los componentes que funcionan correctamente dentro del tanque 114. En una realización, el tanque presurizado 114 está diseñado para operar a una presión umbral de menos de quince (15) libras por pulgada cuadrada manométrica (psig). En otra realización, el tanque presurizado 114 se opera a una presión de trabajo entre dos (2) psig y diez (10) psig. El tanque presurizado 114 incluye las válvulas de alivio de presión redundantes 136 para evitar un nivel no deseado de presurización. También se proporciona un drenaje del tanque 138 para vaciar o limpiar el ensamblaje 110. En una realización, el tanque está construido con un material recubierto de polvo para evitar la corrosión y la obstrucción debido a la interacción del fundente y otros productos químicos.

Con referencia a la Figura 10, el tanque 114 incluye un mecanismo de alimentación 140 colocado dentro del tanque presurizado 114 en comunicación con un tanque de almacenamiento 150. El mecanismo de alimentación 140 opera para recibir el fundente desde el tanque de almacenamiento 150 en una entrada de alimentación 142 y descargar una cantidad predeterminada de fundente desde una salida de alimentación 144. La salida de alimentación 144 está separada por encima de un colector 146 situado junto al segundo extremo 128 del tanque presurizado 114 para recibir la cantidad predeterminada de fundente desde la salida de alimentación 144. El colector 146 está conectado a un conducto 148 de manera sellada para permitir la transferencia de fundente desde el tanque 114 al mecanismo de aislamiento 118 ubicado en la base estructural 112. El mecanismo de aislamiento 118 puede, a su vez, entregar la cantidad medida de fundente a una lanza 171 que dirige la adición de fundente a la cámara 43 y/o al canal 44. Pueden emplearse múltiples lanzas.

El tanque de almacenamiento 150 está posicionado dentro del tanque presurizado 114 adyacente a la abertura 122 en el primer extremo 126 del tanque presurizado 114 de manera que se pueda proporcionar fundente adicional a través de la abertura 122. El capuchón 124 se proporciona en la abertura 122 para proporcionar un ajuste sellado para evitar que la humedad se acumule dentro del tanque 114 y para evitar que el exceso de fundente y los humos asociados con el fundente se liberen desde el interior del tanque de almacenamiento 150. En una realización, el tanque de almacenamiento 150 incluye una base 152 de forma cónica que se apoya en una pared interior 154 del tanque 114. El tanque de almacenamiento 150 está definido por el área dentro de la pared interior 154 entre el primer extremo 126 y la base de forma cónica 152. La base de forma cónica 152 está configurada para permitir que el fundente se acumule en una abertura de la base 156 que está en comunicación con la entrada de alimentación 142 del mecanismo de alimentación 140. El tanque de almacenamiento 150 puede incluir un tubo de compensación 155 en comunicación de fluido con la porción inferior 157 del tanque presurizado 114 para permitir la compensación de presión mientras se evita la transferencia de fundente no deseada. En una realización, el tanque de almacenamiento 150 está adaptado para contener aproximadamente 100 libras (45,36 kilogramos) de fundente.

La al menos una mirilla 134 permite al usuario ver el mecanismo de alimentación 140 mientras opera dentro del tanque presurizado 114. Además, las mangueras 116a y 116b se adaptan para comunicarse entre el mecanismo de aislamiento 118 y un controlador neumático/de gas (no mostrado). La manguera 116a es una línea de derivación de gas para el flujo de gas inerte en el que la manguera 116b es una línea de suministro de control neumático para accionar una válvula en el mecanismo de aislamiento 118. El controlador 130 se configura para controlar el nivel de presión dentro del tanque 114 y para identificar y transmitir una señal de alarma o sonido audible para indicar una condición de exceso de presurización del tanque 114. La señal de alarma de exceso de presurización puede indicar la existencia de una obstrucción del eje dentro del sistema, aguas abajo del mecanismo de aislamiento 118, particularmente en el conducto 148.

El controlador 130 (tal como un ordenador) está adaptado para supervisar y operar el ensamblaje del inyector de fundente 110. El controlador 130 puede manipular el mecanismo de alimentación 140, el mecanismo de aislamiento 118 y ajustar el nivel de presión dentro del tanque presurizado 114. El controlador 130 manipula el mecanismo de alimentación 140 para proporcionar una cantidad predeterminada de fundente desde la entrada 142 a la salida 144 y se describirá con más detalle en la presente memoria. Se proporciona un primer sensor óptico 158 adyacente a la abertura de la base 156 para controlar el nivel del fundente en el tanque de almacenamiento 150. El sensor óptico 158 envía una señal al controlador 130 que indica el nivel del fundente dentro del tanque 150. Opcionalmente, se puede proporcionar un segundo sensor óptico 159 adyacente a la salida de alimentación 144 del mecanismo de alimentación 140 para comunicarse con el controlador 130 para reflejar que el fundente se transfiere a través de la salida de alimentación 144.

El controlador puede proporcionar dosis precisas de fundente durante diversas condiciones. Además, el controlador puede controlar simultáneamente la bomba y el dispositivo de adición de fundente. Además, el controlador conocerá el tamaño de la cuchara de fundición a llenar, los caudales de metal fundido y los requisitos del fundente del metal. El sistema de adición de fundente proporciona un flujo previsto al controlar la velocidad de rotación de la bomba del impulsor. Se utiliza un sistema de circuito de retroalimentación positiva para controlar la velocidad de la bomba de modo que el nivel y/o el caudal sea el programado. Si el nivel y/o el caudal cae por debajo del punto de ajuste, la velocidad del motor aumenta. Estos ajustes se pueden realizar varias veces por segundo y solo se detienen cuando el nivel está en el nivel deseado o si se supera una velocidad mínima o máxima previamente programada. Al poder controlar el flujo de salida y controlar la velocidad de introducción de fundente, se predice y controla el nivel de introducción de fundente necesario. Además, estas dos características están correlacionadas para lograr un nivel preciso de introducción de fundente durante aproximadamente todo el período de flujo del metal fundido para llenar la cuchara de fundición asociada.

De manera similar, el controlador está programado para comenzar la introducción del fundente. Además, el controlador puede determinar cuándo iniciar el aparato de adición de fundente en base al tiempo y la tasa de iniciación del impulsor de metal fundido y la velocidad. En particular, es deseable que la introducción de fundente comience sólo después (pero poco después) que el flujo de metal fundido haya alcanzado la ubicación del aparato de adición de fundente. Además, el controlador podrá determinar el tamaño de la cuchara de fundición y calcular el nivel deseado de introducción de fundente. El controlador puede determinar un caudal de metal fundido y estimar un tiempo de llenado a esa tasa para el flujo de metal fundido. La cantidad de fundente deseada se puede distribuir durante ese período para una introducción homogénea.

Con referencia ahora a las Figuras 11-13, se representa un aparato de alimentación de fundente alternativo 201. El aparato de alimentación de fundente 201 incluye una placa de soporte 203 asegurada a la estructura de montaje del motor 205 de la bomba de transferencia de desbordamiento 207. La bomba de transferencia de desbordamiento 207 es similar al tipo ilustrado anteriormente, que incluye un motor 209 acoplado a un eje de transmisión 211 que está asegurado a un impulsor (no mostrado) dispuesto en un extremo de base 213 del tubo de bomba alargado 215. La rotación del eje y el impulsor dentro del tubo de bomba 215 da como resultado la formación de un vórtice de metal fundido que se eleva hacia arriba dentro del tubo 215 donde es recibido en una cámara de voluta 217. Se crea un flujo rotacional de metal fundido dentro de la cámara de voluta 217 con el metal fundido que sale a través de la salida 219 hacia la artesa 221. El fundente se introduce en el metal fundido que fluye a través de la artesa 221 desde el aparato de alimentación de fundente 201.

Se indica en la presente memoria que el aparato de alimentación de fundente se puede ubicar alternativamente de manera que el fundente se introduzca en la salida 219 o dentro de la cámara de voluta 217 o en la parte superior del tubo 215.

El aparato de alimentación de fundente 201 incluye una cámara de tolva 223 cubierta por una tapa 225. La cámara de tolva 223 puede incluir una sección piramidal truncada invertida 231 que ayuda a canalizar el fundente de partículas a una sección de alimentación 233. El fundente se impulsa desde la sección de alimentación 233 mediante un husillo de impulsión (o varios husillos de impulsión) en una conexión de codo 235 en comunicación con un tubo de alimentación por gravedad 237. El fundente sale del tubo de alimentación por gravedad 237 y se deposita sobre el metal fundido que fluye dentro de la artesa 221.

En ciertas realizaciones, puede ser beneficioso que el tubo de alimentación por gravedad 237 termine en un nivel por encima de la superficie del metal fundido dentro de la artesa 221 de manera que no se requiera una alimentación de gas y se eviten las deficiencias de la técnica anterior de los dispositivos de introducción subsuperficiales, tales como obstrucciones y/o congelación del metal fundido en su interior.

Con referencia específica a las Figuras 12 y 13, el mecanismo de alimentación 201 incluye una carcasa del motor 241 dentro de la cual está dispuesto un motor de impulsión (no mostrado). El motor de impulsión puede ser, por ejemplo, un motor de engranajes Bison de 1/20 caballos de fuerza con una reducción de engranajes de 12,9:1. El eje de salida del motor de impulsión 248 está asegurado mediante un acoplamiento de impulsión 243 a un primer conector de impulsión 245. Se proporcionan los husillos de fijación 244 para facilitar la fijación del acoplamiento de impulsión 243 al eje de salida del motor 248. Los husillos de fijación 246 se proporcionan de manera similar entre el acoplamiento de transmisión 243 y el primer conector de transmisión 245.

La carcasa del motor 241 está asegurada al resto del aparato de alimentación de fundente 201 mediante un par de brazos de soporte 247. Los brazos de soporte 247 se extienden desde la carcasa del motor 241, a través de una caja de engranajes 253, a través de la sección de alimentación de la tolva 233, y están asegurados en un segundo extremo mediante las tuercas 271.

Un primer husillo transportador 249 se encuentra dentro de un pasaje de husillo 250 que opcionalmente puede terminar en una salida para que la adición de fundente gotee hacia la ubicación deseada del metal fundido que fluye o se asegure al codo 235 y al tubo de alimentación por gravedad 237, como se muestra en la Figura 11.

El primer conector de impulsión 245, impulsado por el acoplamiento de impulsión 243, se encuentra dentro de la caja de engranajes 253. Los engranajes 255 se proporcionan para unir el primer conector de impulsión 245 con un segundo conector de impulsión 257 (sólo el extremo del mismo es visible cuando sobresale de la caja de engranajes 253 en la Figura 12). Cada uno de los conectores de impulsión 245 y 257 se acoplan mediante roscas a husillos transportadores, solo el husillo 249 es visible. Sin embargo, se observa que los husillos transportadores gemelos pueden tener una relación de acoplamiento entre sus respectivas paletas. Los husillos transportadores cooperan para empujar el fundente desde donde se recibe en la sección de alimentación 233 de la tolva de fundente 223 hacia los pasajes de los husillos gemelos cooperativos 250 y 252. Los husillos gemelos pueden ser beneficiosos como mecanismo para mantener el aparato de alimentación relativamente libre de acumulaciones. Los componentes del aparato de alimentación de fundente 201 se pueden ensamblar libremente mediante el uso de abrazaderas liberables tales como la abrazadera estilo Destako 256 que une la sección de la tolva 231 a la sección de alimentación 233 y una abrazadera similar 258 que une la sección de la tolva 231 a un soporte 259 que asegura el sensor 263. Ventajosamente, esto facilita la limpieza y el mantenimiento del ensamblaje de tolva.

La tolva de fundente 223 puede estar provista de una ventana 261 y un sensor 263 colocado junto a la ventana 261, para facilitar el monitoreo de los niveles de fundente dentro de la tolva de fundente 223. El sensor representado es un sensor de capacitancia. Sin embargo, es igualmente aplicable un sensor óptico, un sensor láser o cualquier otro tipo de sensor conocido por el experto en la técnica. Además, es factible que un individuo pueda monitorear una ventana de visualización simple.

Cada uno del sensor 263 y la carcasa del motor 241 puede incluir un pasaje 275 y 277 respectivamente, adecuado para recibir una línea de energía y/o una conexión entre ellos con el controlador (ver 130 en la Figura 10 como ejemplo). Más particularmente, tal interconexión puede facilitar el funcionamiento cooperativo de la velocidad de alimentación de fundente con el caudal del metal fundido. De manera similar, tal interconexión puede facilitar el arranque del motor de engranajes de alimentación de fundente en un tiempo predeterminado después del inicio de la bomba de metal fundido, de modo que el fundente se introduce sólo cuando se produce un caudal apropiado de metal fundido. De manera similar, el motor de engranajes puede detenerse antes del cese correspondiente del funcionamiento del motor de la bomba de metal fundido, de modo que la alimentación de fundente no continúa después de que se ha terminado el flujo de metal fundido. Además, la introducción prematura o retrasada de fundente puede ser un desperdicio y dañar el equipo asociado.

Se prevé además que el ensamblaje de inyección de fundente puede ser un dispositivo alternativo, tal como una rueda giratoria u otro aparato que facilite la introducción de una cantidad fija de fundente durante un período de tiempo predeterminado. En resumen, la mecánica específica del aparato de adición de fundente puede no ser crítica para el éxito del procedimiento. A este respecto, se puede utilizar un aparato de suministro de fundente de alimentación por gravedad simple (en oposición a la inyección de gas) que puede dispensar una cantidad medida de fundente.

Además, como se muestra en la Figura 14, se prevé que la desgasificación se pueda realizar en el tubo alargado 340, la cámara de voluta 342 y/o el canal 344. Por ejemplo, se puede introducir gas inerte mediante una o una pluralidad de lanzas 301. Con respecto a la introducción en el tubo alargado 340, puede ser deseable que la introducción de gas esté a un nivel por encima del nivel del baño de metal fundido BL (ver la Figura 3). Las lanzas 301 están en comunicación fluida con una fuente de introducción de gas controlada 303 del tipo que se usa a menudo en los aparatos de procesamiento de metal fundido. Alternativamente, o además, el gas inerte puede introducirse por el eje 336 para su introducción a través del impulsor 338. Por ejemplo, un eje hueco y un dispositivo de introducción de gas del tipo divulgado en el documento US 8,178,036, incorporado en la presente memoria como referencia, podría aplicarse al sistema impulsor de eje de la presente bomba de metal fundido 330. Sin embargo, se prevé que la fuente de gas 303 y/o el aparato de control de gas asociado con la alimentación de gas a un ensamblaje de eje/impulsor estarían en comunicación con al menos uno de un aparato adición de fundente y/o un controlador de motor de bomba de modo que el nivel de introducción de gas se puede ajustar en base a los caudales y/o volúmenes de metal fundido.

También se prevé que la fuente de gas 303 (o una fuente de gas alternativa) podría emplearse para suministrar un gas inerte a la cámara 342 y opcionalmente al canal 344 para proporcionar un gas protector de la cubierta flotante. Además, el gas inerte de la cubierta flotante puede proporcionar una barrera para evitar oxidaciones indeseables.

Otra bomba de transferencia alternativa se describe en la Solicitud Publicada en Estados Unidos 2008/0314548, incorporada en la presente memoria como referencia. El sistema comprende al menos (1) un recipiente para retener el metal fundido, (2) una pared divisoria (o pared de desbordamiento) dentro del recipiente, la pared divisoria que tiene una altura H1 y divide el recipiente en al menos una primera cámara y una segunda cámara, y (3) una bomba de metal fundido en el recipiente, preferiblemente en la primera cámara. La segunda cámara tiene una pared o abertura con una altura H2 que es menor que la altura H1 y la segunda cámara está yuxtapuesta a otra estructura, tal como una cuchara de fundición o artesa, a la que se desea transferir el metal fundido desde el recipiente. La bomba (ya sea una bomba de transferencia, circulación o de liberación de gas) se sumerge en la primera cámara (preferiblemente) y bombea el metal fundido desde la primera cámara más allá de la pared divisoria hacia la segunda cámara, lo que provoca que el nivel de metal fundido en la segunda cámara suba (como se usa en la presente memoria, esta segunda cámara a veces se denomina cámara de elevación). Cuando el nivel de metal fundido en la segunda cámara excede la altura H2, el metal fundido fluye fuera de la segunda cámara hacia otra estructura, como una artesa. El uso de un aparato de adición de fundente y/o un aparato de introducción de gas inerte del tipo descrito anteriormente, para introducir fundente y/o gas en el canal de transferencia (por ejemplo, la artesa) del dispositivo puede proporcionar ventajas en el tratamiento del metal fundido. De manera similar, se prevé que el gas y/o la adición de fundente puedan introducirse en la segunda cámara del aparato. El equipo descrito anteriormente sería adecuado para tal fin.

Un estilo adicional de bomba adecuado para su uso en asociación con la presente divulgación es una bomba electromagnética. Particularmente, la repulsión magnética se usa para propulsar un conductor como el aluminio en el que el aluminio actúa como el rotor mientras que una bobina actúa como un estator. El fundente magnético inducido impulsa el aluminio a través de un tubo de bomba en la dirección dictada por la pluralidad de la tensión. Al cambiar la tensión aplicada, la velocidad del flujo de aluminio puede aumentar o disminuir. Respecto a esto, se puede utilizar una bomba electromagnética del tipo disponible en Pyrotek's EMP Technologies de Burton-on-Trent, Staffordshire, Reino Unido para proporcionar un metal fundido elevado que se puede tratar en asociación con la presente divulgación. La Patente de Estados Unidos 5,350,440, incorporada en la presente memoria como referencia, proporciona una descripción de la utilización de una bomba electromagnética en asociación con un horno que contiene aluminio fundido.

Otro mecanismo adecuado para su uso en asociación con la presente divulgación es un equipo que desplaza metal fundido, como aluminio, dentro de un recipiente dosificador utilizando un gas comprimido. Por ejemplo, el dispositivo divulgado en la Solicitud Internacional Núm. WO 99/59752, cuya divulgación se incorpora en la presente memoria como referencia, proporciona un aparato adecuado para su uso en asociación con la presente divulgación. Se observa además que los aparatos de gas presurizado adecuados para su uso con la presente divulgación están disponibles en STRIKOWESTOFEN de Nueva Zelanda, Michigan. Más particularmente, se prevé que estos dispositivos de desplazamiento de gas sean adecuados para elevar un metal fundido para el posterior tratamiento del fundente y/o gas inerte.

Ejemplo

El aparato representado en las Figuras 11-13 se evaluó en un ambiente típico de una nave de fundición. Primero, se determinó que 1.200 libras de aluminio fundido transferido a una cuchara de fundición utilizando una bomba de transferencia de desbordamiento sin ningún tipo de tratamiento produjo alrededor de 10 libras de escoria con un contenido de metal de aproximadamente el 90 %. En segundo lugar, en una prueba que utiliza el presente aparato de adición de fundente, aproximadamente 0,75 libras de Pyroflux 115 se añadieron y la escoria se redujo a aproximadamente 3 libras en total con un contenido de metal estimado de solo un 20-30 %.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para aplicar fundente o desgasificar un metal fundido que reside como un baño en un horno, teniendo dicho baño de metal fundido una altura de superficie del baño, el procedimiento comprende proporcionar un cuerpo refractario, que forma un tubo alargado generalmente cilíndrico para elevar al menos una porción del metal fundido por encima de dicha altura de la superficie del baño, por lo que en la porción superior del tubo se proporciona una cámara en forma de voluta para dirigir el vórtice de metal fundido creado por la rotación a un impulsor hacia afuera en un canal e introducir al menos uno de un agente fundente y un gas inerte a la porción elevada del metal fundido en la región de la cámara en forma de voluta y/o el canal.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicho procedimiento comprende la introducción de un agente fundente.

3. Un aparato para introducir fundente o gas en el metal fundido que reside como un baño en un horno, teniendo dicho baño de metal fundido una altura de superficie del baño, comprendiendo el aparato

- al menos un cuerpo refractario, que forma un tubo alargado generalmente cilíndrico, por lo que el cuerpo incluye una entrada que contiene un impulsor giratorio en el baño de metal fundido para iniciar un flujo de dicho metal fundido,

por lo que en la parte superior del tubo se proporciona una cámara en forma de voluta, por lo que el metal fundido que se eleva por la rotación de un impulsor se dirige hacia afuera en un canal,

- y un dispositivo que introduce un agente fundente o un gas en la porción elevada del metal fundido en la región de la parte superior del tubo y/o el canal.

4. El aparato de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicho dispositivo de introducción de fundente comprende una tolva, al menos un mecanismo de alimentación y al menos un conducto de suministro.

5. El aparato de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicho mecanismo de alimentación comprende una rueda y un transportador de husillo.

6. El aparato de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende además un sensor de nivel del fundente.

7. El aparato de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende además un controlador.

8. El aparato de acuerdo con la reivindicación 7, en el que dicho controlador supervisa por lo menos uno del flujo de metal fundido, el nivel del fundente, la tasa de alimentación del fundente y la velocidad de la bomba de metal fundido.

9. El aparato de acuerdo con la reivindicación 8, en el que dicho controlador está programado para interrumpir la introducción de fundente sustancialmente de forma simultánea o antes del cese de la rotación del impulsor de metal fundido.

10. El aparato de acuerdo con la reivindicación 8, en el que dicho controlador está programado para iniciar la introducción de fundente después del inicio de la rotación del impulsor de metal fundido.

11. El aparato de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicho dispositivo que introduce el fundente incluye un miembro de soporte asegurado a un soporte del motor, soportando dicho soporte del motor un motor que proporciona la rotación del impulsor.