ES2934478T3 - Polvo para moldes y revestimiento de molde - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a un polvo para moldes para recubrir moldes fundidos para reducir los defectos superficiales, tales como poros, en productos de hierro fundido dúctil. El polvo de molde comprende del 10 al 99,5 % en peso de una aleación de ferrosilicio, del 0,5 al 50 % en peso de sulfuro de hierro y opcionalmente del 1 al 30 % en peso de CaSi y/o del 1 al 10 % en peso de CaF2. La invención se refiere además a un revestimiento de molde sobre una superficie interna de un molde de colada que comprende del 10 al 99,5 % en peso de una aleación de ferrosilicio, del 0,5 al 50 % en peso de sulfuro de hierro y, opcionalmente, del 1 al 30 % en peso de CaSi y/ o 1-10% en peso de CaF2. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Polvo para moldes y revestimiento de molde
Campo técnico:
La presente invención se refiere a un polvo para moldes para revestir la superficie interna de un molde utilizado en la colada de fundición dúctil y a un revestimiento de molde sobre una superficie interna de un molde de colada.
Antecedentes de la técnica:
Los tubos de hierro dúctil generalmente se producen mediante colada centrífuga. En la colada centrífuga, el metal colado se vierte en la cavidad de un molde de metal que gira rápidamente y el metal se mantiene contra la pared del molde por fuerza centrífuga y se solidifica en forma de tubos. La máquina de colada habitualmente comprende un molde cilíndrico de acero rodeado por una camisa de agua y el hierro dúctil líquido se introduce por un canal de vertido, dicha máquina de colada se conoce como máquina de colada de DeLavaud. El molde está revestido por un polvo para moldes en la superficie interna. Hay varios propósitos de usar polvo para moldes en la superficie interna del molde, algunas razones son:
- Crear una barrera térmica para aumentar la vida útil del molde,
- Para facilitar la extracción del producto colado del molde,
- Reducir la cantidad de carburos formados en el producto colado,
- Reducir los defectos superficiales.
El documento US 4.058.153 divulga un proceso para la producción de tubos de hierro dúctil mediante colada centrífuga en un molde rotatorio. La superficie interna del molde está revestida con una mezcla de sílice y bentonita en suspensión en agua y una fina capa de producto inoculante en polvo. Este proceso de producción se denomina comúnmente proceso de "pulverización en húmedo".
En el proceso de "pulverización en seco", los polvos para moldes pueden estar compuestos por una mezcla de varios componentes, incluyendo un inoculante, componentes que reducen la formación de defectos (especialmente poros) en la superficie colada y una carga mineral inerte. En el documento US 7.615.095 B2 se describe un polvo para moldes convencional que contiene ferrosilicio, CaSi, CaF2 y un metal altamente reductor tal como Mg o Ca. Sin embargo, con un exceso de Mg puro, se puede formar MgO (inclusión de escoria) en la superficie del molde y esto puede provocar efectos no deseados.
Uno de los principales defectos en los tubos de hierro dúctil son los defectos superficiales, tales como poros. Los poros suelen ser poros ubicados en la superficie externa de los tubos y, por lo general, no son deseables en los productos colados, ya que pueden comprometer la integridad estructural de los productos colados. En los tubos de fundición, los defectos por poros pueden generar fugas de agua cuando los tubos están conectadas con agua a presión. Los poros son más comunes en tubos que tienen diámetros pequeños, tales como diámetros de 80 mm a 300 mm. También, los poros son más frecuentes en los tubos de fundición dúctil producidos con el proceso de pulverización en seco, en comparación con el proceso de pulverización en húmedo. En ciertas condiciones, dada la composición química de la fundición, p. ej., alto equivalente de carbono y temperatura de vertido, es todo un reto prevenir la formación de poros.
Si hay una gran cantidad de poros en la superficie del producto de tubo colado, las fundiciones de tubo pueden aumentar la tasa de adición de polvo para moldes, dado que tal aumento de polvo para moldes en la superficie del molde podría reducir la formación de poros. Sin embargo, una alta tasa de adición del polvo para moldes genera un mayor coste y, además, puede conducir a problemas de escoria. También existe el riesgo de que haya ferrosilicio sin disolver en el tubo colado, lo que puede reducir las propiedades mecánicas. Si aumentar la cantidad de polvo para moldes en la superficie del molde no es suficiente para evitar la formación de poros, las fundiciones habitualmente tienen que reemplazar el molde de acero.
Por lo tanto, el objeto de la presente invención es proporcionar un polvo para moldes para revestir la superficie interna de moldes de colada para colada de fundición que alivie al menos algunas de las desventajas discutidas anteriormente.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un polvo para moldes que evite, o al menos reduzca significativamente, la formación de poros en tubos de hierro dúctil. Otro objeto es proporcionar un polvo para moldes que reduzca el número de poros en los tubos de fundición dúctil, sin las desventajas anteriores.
Sumario de la invención:
En un primer aspecto, la presente invención se refiere a un polvo para moldes para revestir la superficie interna de moldes de colada, que comprende
un 10-99,5 % en peso de una aleación de ferrosilicio,
un 3-50 % en peso de un sulfuro de hierro y, opcionalmente,
un 1-30 % en peso de aleación CaSi, y/o
un 1-10 % en peso de CaF2.
En una realización, el polvo para moldes comprende del 50 al 95 % en peso de aleación de ferrosilicio y del 5 al 50 % en peso de sulfuro de hierro.
En una realización, el polvo para moldes comprende del 70 al 90 % en peso de aleación de ferrosilicio y del 10 al 30 % en peso de sulfuro de hierro.
En una realización, el polvo para moldes comprende del 50 al 70 % en peso de aleación de ferrosilicio y del 30 al 50 % en peso de sulfuro de hierro.
En una realización, el polvo para moldes comprende
un 30-90 % en peso de una aleación de ferrosilicio;
un 3-30 % en peso de un sulfuro de hierro;
un 5-30 % en peso de aleación de CaSi; y
un 1-10 % en peso de CaF2.
En una realización, el sulfuro de hierro es FeS, FeS2 o una mezcla de los mismos.
En una realización, la aleación de ferrosilicio comprende entre un 40 % y un 80 % en peso de silicio; hasta un 6 % en peso de calcio; hasta un 11 % en peso de bario; hasta un 5 % en peso de uno o más de los elementos: aluminio, estroncio, manganeso, circonio, elementos de tierras raras, bismuto y antimonio; opcionalmente hasta un 3 % en peso de magnesio; opcionalmente hasta un 1 % en peso de titanio; opcionalmente hasta un 1 % en peso de plomo; y el resto hierro e impurezas secundarias en las cantidades ordinarias.
En una realización, la aleación de CaSi comprende un 28-32 % en peso de calcio, el resto silicio e impurezas secundarias en la cantidad ordinaria.
En una realización, el tamaño de partícula de la aleación de ferrosilicio está entre 60 pm y 0,5 mm.
En una realización, el tamaño de partícula del sulfuro de hierro está entre 20 pm y 0,5 mm.
En una realización, el polvo para moldes está en forma de una mezcla o combinación de las partículas de aleación de ferrosilicio y las partículas de sulfuro de hierro, y la aleación opcional de CaSi y CaF2, en forma de partículas.
En una realización, el polvo para moldes está en forma seca, en forma de suspensión húmeda, o de pulverización en seco o en húmedo.
En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un revestimiento de molde en una superficie interna de un molde de colada, que comprende
un 10-99,5 % en peso de una aleación de ferrosilicio,
un 3-50 % en peso de un sulfuro de hierro y, opcionalmente,
un 1-30 % en peso de aleación CaSi, y/o
un 1-10 % en peso de CaF2.
En una realización, el revestimiento de molde comprende del 50 al 95 % en peso de aleación de ferrosilicio y del 5 al 50 % en peso de sulfuro de hierro.
En una realización, el revestimiento de molde comprende del 70 al 90 % en peso de aleación de ferrosilicio y del 10 al 30 % en peso de sulfuro de hierro.
En una realización, el revestimiento de molde comprende del 50 al 70 % en peso de aleación de ferrosilicio y del 30 al 50 % en peso de sulfuro de hierro.
En una realización, el revestimiento de molde comprende
un 30-90 % en peso de una aleación de ferrosilicio;
un 3-30 % en peso de un sulfuro de hierro;
un 5-30 % en peso de aleación de CaSi; y
un 1-10 % en peso de CaF2.
En una realización del revestimiento de molde, el sulfuro de hierro es FeS, FeS2 o una mezcla de los mismos.
En una realización del revestimiento de molde, la aleación de ferrosilicio comprende entre un 40 % y un 80 % en peso de silicio; hasta un 6 % en peso de calcio; hasta un 11 % en peso de bario; hasta un 5 % en peso de uno o más de los elementos: aluminio, estroncio, manganeso, circonio, elementos de tierras raras, bismuto y antimonio; opcionalmente hasta un 3 % en peso de magnesio; opcionalmente hasta un 1 % en peso de titanio; opcionalmente hasta un 1 % en peso de plomo; y el resto hierro e impurezas secundarias en las cantidades ordinarias.
En una realización del revestimiento de molde, la aleación de CaSi comprende del 28 al 32 % en peso de calcio, el resto silicio e impurezas secundarias en la cantidad ordinaria.
En una realización del revestimiento de molde, el tamaño de partícula de la aleación de ferrosilicio está entre 60 pm y 0,5 mm.
En una realización del revestimiento de molde, el tamaño de partícula del sulfuro de hierro está entre 20 pm y 0,5 mm.
En una realización, el revestimiento de molde se aplica en una cantidad de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,5 % en peso, p. ej., de 0,2 a 0,4 % en peso, basado en el peso de la fundición introducida en el molde.
En un tercer aspecto no reivindicado, la presente invención se refiere al uso del polvo para moldes de acuerdo con el primer aspecto y las realizaciones del primer aspecto, como revestimiento sobre una superficie interna de un molde de colada en un proceso de colada de fundición dúctil. El uso del polvo para moldes de acuerdo con la presente invención como revestimiento en la superficie interna de un molde de colada en la colada de fundición dúctil, comprende aplicar el polvo para moldes sobre la superficie del molde en forma de pulverización en seco o en húmedo. El polvo para moldes de acuerdo con la presente invención se puede usar como revestimiento en la superficie interna de un molde de colada en la colada de un tubo de fundición dúctil, p. ej., mediante un proceso de colada centrífuga.
Descripción breve del dibujo
La Figura 1 ilustra una sección transversal de una parte de un molde de acero, con una capa o cubierta de molde y una parte de un tubo de hierro dúctil.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se refiere a un polvo para moldes adecuado para revestir la superficie interna de moldes de colada para reducir los defectos superficiales, tales como poros, en productos de fundición dúctil, especialmente tubos de fundición dúctil colados por un proceso de colada centrífuga. Se hace referencia a la figura 1, que ilustra la sección transversal de una parte de un molde 1 que tiene una capa de polvo para moldes 2 revestida en su superficie interna, y el tubo de hierro dúctil 3 colado en el molde.
Los presentes inventores encontraron que cuando la fundición líquida reacciona con los óxidos en la superficie del molde, se puede formar gas y provocar la formación de poros. Se cree que el magnesio utilizado en el tratamiento de nodularización de la fundición dúctil disminuye el porcentaje de oxígeno y azufre contenido en la fundición, lo que conduce a un aumento de la tensión superficial de la fundición líquida. El gas producido en la reacción entre el metal líquido y los óxidos en la superficie del molde no puede difundirse desde el interior del metal líquido debido a la tensión superficial de la fundición líquida, como consecuencia, el gas queda atrapado debajo de la superficie del líquido y, por lo tanto, se forman pequeños poros. Los presentes inventores descubrieron que al añadir sulfuro de hierro en el polvo para moldes era posible modificar (es decir, disminuir) la tensión superficial de la fundición líquida, y mediante esta modificación de la tensión superficial, los gases atrapados pueden difundirse desde el metal líquido y, por lo tanto, se previene la formación de poros.
El polvo para moldes de acuerdo con la presente invención comprende generalmente un 10-99,5 % en peso de una aleación de ferrosilicio y un 0,5-50 % en peso de sulfuro de hierro. El sulfuro de hierro es FeS, FeS2 o una mezcla de los mismos. El polvo para moldes puede comprender opcionalmente un 1-30 % en peso de aleación de CaSi y/o un 1-10 % en peso de CaF2.
La aleación de ferrosilicio (FeSi) es una aleación de silicio y hierro que generalmente comprende entre un 40 % en peso y un 80 % en peso de silicio. El contenido de silicio puede ser incluso mayor, p. ej., de hasta el 95 % en peso, sin embargo, tales aleaciones de FeSi con alto contenido de silicio normalmente no se utilizan en las aplicaciones de fundición. Las aleaciones de FeSi con alto contenido de silicio también pueden denominarse aleaciones basadas en silicio. La aleación de ferrosilicio en el presente polvo para moldes tiene un efecto de inoculación para controlar la morfología del grafito en la fundición y reducir el nivel de enfriamiento (es decir, la formación de carburos de hierro) en el producto colado. Son ejemplos de adecuados de aleaciones de ferrosilicio de calidad convencional FeSi75, FeSi65 y/o FeSi45 (es decir, aleaciones de ferrosilicio con aproximadamente un 75 % en peso, un 65 % en peso o un 45 % en peso de silicio, respectivamente).
Las calidades convencionales de aleaciones de ferrosilicio generalmente contienen algo de calcio (Ca) y aluminio (Al), tal como hasta un 2 % en peso de cada uno. Sin embargo, la cantidad de calcio en la aleación de FeSi en el presente polvo para moldes puede ser mayor, tal como hasta un 6 % en peso, o menos, p. ej., aproximadamente un 1 % en peso, o aproximadamente un 0,5 % en peso. La cantidad de calcio en la aleación de FeSi también puede ser baja, como máx. un 0,1 % en peso. La cantidad de Zr en la aleación de base de FeSi puede ser de hasta aproximadamente el 5 % en peso. Habitualmente, la cantidad de aluminio en la aleación de FeSi debe estar entre el 0,3 y el 5 % en peso.
Como se sabe generalmente en la técnica, los inoculantes de aleación de ferrosilicio pueden incluir otros elementos, además de dichos Ca y Al, tales como Mg, Mn, Zr, Sr, Ba, Ti, Bi, Sb, Pb, Ce, La en cantidades variables según las condiciones metalúrgicas y los efectos sobre la fundición. Una aleación de ferrosilicio adecuada para el presente polvo para moldes puede comprender, además de dichos calcio y aluminio, hasta aproximadamente un 11 % en peso de Ba, hasta aproximadamente un 5 % en peso de uno o más de los siguientes elementos; estroncio (Sr), manganeso (Mn), circonio (Zr), elementos de tierras raras (RE), bismuto (Bi) y antimonio (Sb), y el resto hierro e impurezas secundarias en las cantidades ordinarias. Los elementos Ba, Sr, Mn, Zr, RE, Bi y Sb pueden no estar presentes en la aleación de FeSi como elementos de aleación, lo que significa que dichos elementos no se añaden deliberadamente a la aleación de FeSi, sin embargo, en algunas aleaciones de FeSi, dichos elementos aún pueden estar presentes en niveles de impureza, tal como aproximadamente un 0,01 % en peso. Uno o más de los elementos Ba, Sr, Mn, Zr, RE, Bi y Sb pueden estar presentes en una cantidad superior a aproximadamente el 0,3 % en peso en la aleación de FeSi. En algunos casos, la cantidad de Ba en la aleación de ferrosilicio es de hasta aproximadamente el 8 % en peso. En algunos casos, la aleación de ferrosilicio también puede contener hasta un 3 % en peso de magnesio, p. ej., hasta un 1 % en peso de Mg, y/o hasta un 1 % en peso de Ti y/o hasta un 1 % en peso de Pb.
El sulfuro de hierro en el polvo para moldes es FeS, FeS2 o una mezcla de los mismos. La cantidad de FeS es del 3­ 50 % en peso, basado en el peso total del polvo para moldes. Si el sulfuro de hierro es FeS2, la cantidad debe ser preferentemente de hasta el 30 % en peso, basado en el peso total del polvo para moldes. Para el polvo para moldes de acuerdo con la presente invención, el sulfuro de hierro es preferentemente FeS. Cabe señalar que el sulfuro de hierro en el presente polvo para moldes puede ser una mezcla de FeS y FeS2. El sulfuro de hierro reduce significativamente la formación de poros en la superficie de la fundición. La presencia de sulfuro de hierro en el revestimiento de molde reduce la tensión superficial del hierro líquido introducido en el molde. El efecto de la tensión superficial reducida es que las burbujas de gas atrapadas en la fundición líquida pueden difundirse, por lo tanto, se evita la formación de poros, o al menos se reduce significativamente. Si el contenido de sulfuro de hierro en el polvo para moldes es demasiado alto (más del 50 % en peso de FeS, o aproximadamente el 30 % en peso de FeS2), existe el riesgo de obtener grafito en escamas en lugar de grafito esferoidal en el producto de fundición. Por lo tanto, el límite superior de sulfuro de hierro es del 50 % en peso. Si la cantidad de sulfuro de hierro en el polvo para moldes es inferior al 0,5 % en peso, es posible que la tensión superficial no se reduzca lo suficiente para la difusión de burbujas de gas en la fundición líquida, por lo tanto, se pueden formar poros. Además, a bajas cantidades de sulfuro de hierro en el polvo para moldes, tal como entre el 0,5 y el 3 % en peso, puede ser más difícil obtener una mezcla homogénea del polvo para moldes. Por lo tanto, el contenido de sulfuro de hierro en el polvo para moldes es preferentemente de al menos un 3 % en peso.
La aleación de CaSi es un componente convencional que se usa actualmente en polvos para molde y tiene un efecto reductor de poros, así como un ligero efecto inoculante. La aleación de CaSi, que también puede denominarse siliciuro de calcio o disiliciuro de calcio (CaSi2) contiene aproximadamente un 30 % en peso de calcio, habitualmente un 28­ 32 % en peso, y el resto silicio e impurezas secundarias en la cantidad ordinaria. La aleación industrial de CaSi generalmente contiene Fe y Al como contaminantes primarios. El contenido de Fe en una aleación de CaSi de calidad convencional suele ser de hasta un 4 % en peso, y el de Al suele ser de hasta un 2 % en peso. La aleación de CaSi de calidad convencional habitualmente comprende aproximadamente del 55 al 63 % en peso de Si. Una gran cantidad de aleación de CaSi en el polvo para moldes puede obstruir la coquilla de moldeo centrífuga. Otra desventaja del uso de CaSi es que se pueden formar inclusiones de escoria y depositarse sobre la superficie del tubo de fundición, produciendo defectos en el tubo de fundición o defectos superficiales. Además, el calcio prácticamente no tiene solubilidad con el hierro líquido y puede generar óxidos/sulfuros. Estos inconvenientes pueden reducir la vida útil del molde y provocar defectos superficiales en los productos de fundición, especialmente poros como se ha explicado anteriormente. Por lo tanto, reemplazar, o al menos reducir la cantidad de aleación de CaSi convencional con sulfuro de hierro, tiene otras ventajas, ya que el sulfuro de hierro reduce, o no conduce a la obstrucción del molde de colada centrífuga. De acuerdo con la presente invención, el polvo para moldes puede comprender entre el 1 y el 30 % en peso de aleación de CaSi. La aleación de CaSi puede ser cualquier aleación comercial de CaSi que contenga aproximadamente un 30 % en peso de Ca, conocida en el campo. Los polvos para molde de acuerdo con la presente invención que incluyen aleación de CaSi son, p. ej., adecuados para la colada de productos de fundición que son menos propensos a la formación de poros, ya que tales procesos de colada requieren menos sulfuro de hierro en la composición del polvo para moldes. El polvo para moldes que comprende una aleación de CaSi y una cantidad menor de sulfuro de hierro también puede ser necesario cuando se funden composiciones de fundición que son más susceptibles de formar grafito en escamas en presencia de azufre.
El CaF2 es también un componente convencional en polvos para molde. El CaF2 reduce la temperatura del punto de fusión de la escoria, dando más escoria liquida, lo que mejora la superficie de los tubos colados. El CaF2 también tiene un efecto reductor de poros, sin embargo, el efecto reductor de poros de CaF2 no es suficiente para evitar la formación de poros en los tubos de fundición dúctil. De acuerdo con la presente invención, el polvo para moldes puede comprender entre el 1 y el 10 % en peso de CaF2. Los polvos para moldes de acuerdo con la presente invención que incluyen CaF2, posiblemente además de la aleación de CaSi, son adecuados, p. ej., para la colada de productos de fundición que son menos propensos a la formación de poros, ya que tales procesos de colada requieren menos sulfuro de hierro en la composición del polvo para moldes.
Como se ha indicado anteriormente, el sulfuro de hierro puede reemplazar total o parcialmente la aleación de CaSi, que tradicionalmente se ha utilizado como componente reductor de poros en polvos para molde, reduciendo, e incluso eliminando, cualquier desventaja asociada con la presencia de CaSi en tal polvo para moldes, mientras que da como resultado significativamente menos defectos por poros en la superficie del tubo. Un polvo para moldes de acuerdo con la presente invención que comprende únicamente la aleación de FeSi y sulfuro de hierro tiene adecuadamente una composición del 5 al 50 % en peso de sulfuro de hierro y del 50 al 95 % en peso de aleación de FeSi. Son ejemplos de intervalos adecuados, p. ej., 10-40 % en peso de sulfuro de hierro y 60-90 % en peso de aleación de FeSi; 10-30 % en peso de sulfuro de hierro y 70-90 % en peso de aleación de FeSi; 30-50 % en peso de sulfuro de hierro y 50-70 % en peso de aleación de FeSi. El FeS es la forma preferida de sulfuro de hierro, sin embargo, si el sulfuro de hierro es FeS2 o una mezcla de los dos, la cantidad relativa de sulfuro de hierro en el polvo para moldes debe ser menor en comparación con la forma de sulfuro de hierro FeS. Si el sulfuro de hierro es solo FeS2 una cantidad adecuada es hasta aproximadamente el 30 % en peso.
El polvo para moldes de acuerdo con la presente invención puede comprender adicionalmente aleación de CaSi y/o CaF2. Las composiciones de polvo para moldes adecuadas que comprenden aleación de CaSi y/o CaF2 además de la aleación de FeSi y el sulfuro de hierro son
del 3 al 30 % en peso de sulfuro de hierro;
del 30 al 90 % en peso de aleación de FeSi;
del 5 al 30 % en peso de aleación de CaSi; y
del 1 al 10 % en peso CaF2.
Son ejemplos de composiciones de polvo para moldes los siguientes, todas las proporciones basadas en % en peso, sin embargo, debe tenerse en cuenta que estos ejemplos no deben considerarse como limitantes de la presente invención, ya que la composición del polvo para moldes puede variar dentro de los intervalos definidos en la sección anterior de Sumario de la invención:
10 % FeS 90 % FeSi75
20 % FeS 10 % CaSi 10 % CaF2 60 % FeSi75
30 % FeS 10 % CaSi 60 % FeSi75
25 % FeS 5 % CaF2 70 % FeSi65
15 % FeS2 10 % CaSi 75 % FeSi45
Cabe señalar que los indicados FeSi75, FeSi65 y FeSi45 en las composiciones de polvo para moldes ejemplificadas, pueden sustituirse entre sí, o ser una mezcla de aleaciones de FeSi75, FeSi65 y FeSi45.
La cantidad de sulfuro de hierro incluida en el polvo para moldes de acuerdo con la presente invención, y/o la cantidad de aleación de ferrosilicio, p. ej., FeSi45, FeSi65 o FeSi75, para uso en tubo de hierro dúctil puede variar dependiendo de diferentes factores. Los factores que influyen en la formación de poros son, p. ej.,:
El proceso de producción:
Actualmente es común usar aleación de CaSi puro solo en los procesos de pulverización en húmedo. En el proceso de pulverización en húmedo, la mezcla "agua bentonita SO2" (llamada pulverización en húmedo) se aplica sobre la superficie de acero del molde y se usa polvo de aleación de CaSi encima de la capa de pulverización en húmedo. El polvo para moldes de acuerdo con la presente invención se puede añadir en el revestimiento húmedo, o con el polvo introducido en la parte superior de dicho revestimiento húmedo. Para el proceso de DeLavaud, es decir, un proceso de colada donde el molde de metal centrífugo está rodeado por una camisa de agua, es común utilizar un producto que comprende un inoculante, CaF2, MgF2, y aleación de CaSi como cubierta del molde. El presente polvo para moldes que comprende sulfuro de hierro se puede utilizar tanto en procesos de DeLavaud (pulverización en seco) como en procesos de pulverización en húmedo, procesos que pueden requerir diferentes niveles de sulfuro de hierro, influenciado por factores tales como:
Espesor del tubo:
Con un espesor de pared de tubo pequeño, tal como 3-4 mm, existe un alto riesgo de que haya poros presentes. Con 4-20 mm, hay un riesgo medio, y por encima de 20 mm, normalmente hay un riesgo bajo de que haya poros presentes.
Cantidad de Mg residual en fundición de hierro:
Después del tratamiento con Mg (nodularización), hay Mg residual en el hierro. A un alto nivel de Mg en la fundición de hierro, normal en la producción de fundición dúctil, el riesgo de formación de un defecto por poros es mayor.
La cantidad de polvo para moldes para cubrir la coquilla de moldeo centrífuga, depende de la cantidad de fundición líquida introducida en el molde.
El estado de limpieza de la coquilla de moldeo centrífuga (cantidad de depósito de cal dentro de la coquilla de moldeo centrífuga). Con los depósitos de incrustaciones existe el riesgo de que se produzca una reacción con el elemento fijado en la superficie y, en tales casos, es posible que se requiera más polvo para moldes y/o mayores cantidades de sulfuro de hierro.
Todos los componentes del polvo para moldes de acuerdo con la invención están en forma de partículas en el intervalo de micrómetros. El tamaño de partícula de las partículas de aleación de ferrosilicio está habitualmente entre 60 pm y 0,5 mm. Tamaño de partícula típico del sulfuro de hierro, tanto FeS como FeS2, está entre 20 pm y 0,5 mm. El tamaño de partícula de la aleación de CaSi y CaF2 debe estar dentro del tamaño convencional, que está en el intervalo indicado anteriormente de 20 pm a 0,5 mm. La distribución del tamaño del polvo para moldes es 0,063-0,5 mm con partículas por debajo de 0,063 mm = 0-50 % y partículas por encima de 0,5 mm = 0-20 %.
El polvo para moldes de acuerdo con la invención se utiliza como cubierta del molde en moldes de colada, tal como moldes permanentes, y en accesorios para moldes y/o elementos centrales, utilizado en la colada de fundición dúctil, para evitar la formación de poros y otros defectos superficiales. El presente polvo para moldes es especialmente adecuado para revestir moldes y accesorios para moldes utilizados en la colada de tubo de fundición dúctil, mediante un proceso de colada centrífuga. El polvo para moldes debe estar en forma de mezcla mecánica o combinación de la aleación de ferrosilicio y el sulfuro de hierro, y CaSi y/o CaF2, si están presentes. El polvo para moldes se puede aplicar a la superficie interna del molde y a la superficie de cualquier accesorio para molde, en forma seca o en forma húmeda como una suspensión húmeda. El polvo para moldes se puede aplicar sobre la superficie del molde y la superficie de cualquier accesorio para molde, de acuerdo con métodos conocidos, siendo la pulverización el método convencional. La tasa de adición del presente polvo para moldes corresponde a las tasas de adición normales, habitualmente de aproximadamente el 0,1 al 0,5 % en peso, p. ej., del 0,2 al 0,4 % en peso o del 0,25 al 0,35 % en peso, basado en el peso de la fundición introducida en el molde.
La presente invención también se refiere a un revestimiento de molde en una superficie interna de un molde de colada y en cualquier accesorio para molde, que comprende un 10-99,5 % en peso de una aleación de ferrosilicio, un 0,5­ 50 % en peso de un sulfuro de hierro y, opcionalmente, un 1-30 % en peso de aleación de CaSi y/o un 1-10 % en peso de CaF2. Los constituyentes y las cantidades de los constituyentes en el revestimiento de molde son los mismos que los descritos anteriormente en relación con el polvo para moldes, de acuerdo con la presente invención. El revestimiento de molde en la superficie interna de un molde de colada de fundición, puede aplicarse en una cantidad de aproximadamente el 0,1 al 0,5 % en peso, p. ej., del 0,2 al 0,4 % en peso o del 0,25 al 0,35 % en peso, basado en el peso de la fundición introducida en el molde.
El método para producir el presente polvo para moldes comprende proporcionar una aleación de ferrosilicio y sulfuro de hierro en forma de partículas y, si están presentes, proporcionando partículas de aleación de CaSi y/o CaF2, en la proporción deseada como se ha indicado anteriormente. Puede usarse cualquier mezclador adecuado para mezclar mecánicamente/combinar materiales en partículas y/o en polvo. Si es necesario, los materiales se pueden triturar o moler hasta obtener un tamaño de partícula adecuado, de acuerdo con métodos conocidos.
El polvo para moldes de acuerdo con la presente invención se usa como revestimiento en la(s) superficie(s) interna(s) de los moldes para reducir los defectos superficiales, especialmente poros, al colar una fundición dúctil. El polvo para moldes es particularmente adecuado para la aplicación en la superficie interna del molde, de moldes de colada centrífuga, para la producción de tubos de fundición dúctil. El polvo para moldes de acuerdo con la presente invención se puede aplicar sobre la superficie interna del molde en forma de pulverización en seco o en húmedo, sin embargo, para revestir la superficie del molde se pueden usar otros métodos de aplicación, como los que se conocen generalmente en el campo.
La presente invención se ilustrará mediante los siguientes ejemplos. Los ejemplos no deben considerarse como limitativos de la presente invención, ya que pretenden ilustrar diferentes realizaciones de la invención y los efectos de la invención.
Ejemplo 1
En este ejemplo, se comparó un polvo para moldes convencional con un polvo para moldes de acuerdo con la invención. En los ensayos se utilizó la misma máquina de colada, la misma calidad de tubo de hierro dúctil, el polvo para moldes se introdujo de la misma manera y con la misma velocidad de adición. El hierro dúctil tenía la misma composición química y temperatura de vertido.
Referencia:
El polvo para moldes convencional tenía la siguiente composición, en % en peso:
25 % CaSi;
10 % CaF2;
65 % FeSi.
La composición del FeSi era Si: 62,6-67,2 % en peso; Sr: 0,6-1 % en peso; Al: máx. 0,5 % en peso; Ca: máx. 0,1 % en peso; resto Fe e impurezas secundarias.
Invención:
El polvo para moldes de acuerdo con la presente invención tenía la siguiente composición, en % en peso:
20 % FeS;
80 % FeSi.
La composición del FeSi era Si: 65-71 % en peso; Sr: 0,3-0,5 % en peso; Al: máx. 1 % en peso; Ca: máx. 1 % en peso; Ba: 0,1-0,4 % en peso; Zr: 1,5-2,5 % en peso; Mn: 1,4-2,3 % en peso; resto Fe e impurezas secundarias.
El tamaño de partícula del polvo para moldes de acuerdo con la presente invención estaba en el intervalo de 0,063 mm-0,3 mm. El polvo para moldes era una mezcla mecánica de la aleación de FeSi y el polvo de sulfuro de hierro, y el polvo para moldes se aplicó por pulverización en seco sobre la superficie interna del molde.
Los ensayos se realizaron en condiciones industriales en una máquina de colada centrífuga teniendo como objetivo comparar los dos tipos de polvo para moldes; denotados Referencia e Invención. Para cada polvo para moldes se produjeron 540 tubos. El número de poros en la superficie externa de los tubos producidos con el polvo para moldes de acuerdo con la presente invención fue la mitad en comparación con la referencia. El número de poros en la superficie externa de los tubos producidos en los ensayos se contó mediante inspección visual.
Ejemplo 2
En este ejemplo, se comparó un polvo para moldes convencional (Referencia) con un polvo para moldes de acuerdo con la invención (Invención). En los ensayos se utilizó la misma máquina de colada, la misma calidad de tubo de hierro dúctil, el polvo para moldes se introdujo de la misma manera y con la misma tasa de adición del 0,25 %. El hierro dúctil tenía la misma composición química y temperatura de vertido.
Referencia:
El polvo para moldes convencional tenía la siguiente composición, en % en peso:
12 % CaF2.
88 % FeSi.
La composición del FeSi era Si: 62-69 % en peso; Al: 0,55-1,3 % en peso; Ca: 0,6-1,9 % en peso; Ba: 0,3-0,7 % en peso; Zr: 3-5 % en peso; Mn: 2,8-4,5 % en peso; resto Fe e impurezas secundarias.
Invención:
El polvo para moldes de acuerdo con la presente invención tenía la siguiente composición, en % en peso:
20 % FeS;
80 % FeSi.
La composición del FeSi era Si: 62-69 % en peso; Al: 0,55-1,3 % en peso; Ca: 0,6-1,9 % en peso; Ba: 0,3-0,7 % en peso; Zr: 3-5 % en peso; Mn: 2,8-4,5 % en peso; resto Fe e impurezas secundarias.
El tamaño de partícula del polvo para moldes de acuerdo con la presente invención estaba en el intervalo de 0,063 mm-0,3 mm. El polvo para moldes era una mezcla mecánica de la aleación de FeSi y el polvo de sulfuro de hierro, y el polvo para moldes se aplicó por pulverización en seco sobre la superficie interna del molde.
Los ensayos se realizaron en condiciones industriales en una máquina de colada centrífuga teniendo como objetivo comparar los dos tipos de polvo para moldes; denotados Referencia e Invención. La Tabla 1 muestra los resultados de los ensayos de las piezas coladas de tubo utilizando el polvo para moldes convencional identificado anteriormente y los resultados de los ensayos de las piezas coladas de tubo utilizando el polvo para moldes de acuerdo con la invención con la composición identificada anteriormente.
Tabla 1. Resultados de ensayo que comparan diferentes composiciones de polvos para moldes en una máquina de l nríf r n l E m l 2.
Figure imgf000009_0001
El número de poros en la superficie externa de los tubos producidos en los ensayos se contó mediante inspección visual. En los tubos producidos a partir de los ensayos utilizando el polvo para moldes de acuerdo con la presente invención, se observaron significativamente menos poros en las superficies de los tubos inspeccionados.
Así pues, se ha demostrado claramente que el defecto por poros se ha reducido significativamente, con un polvo para moldes de acuerdo con la presente invención que contiene sulfuro de hierro.
Habiendo descrito las realizaciones preferidas de la invención, será evidente para los expertos en la materia que se pueden usar otras realizaciones que incorporen los conceptos. Estos y otros ejemplos de la invención ilustrados anteriormente y en el dibujo adjunto se han concebido únicamente a modo de ejemplo y el alcance real de la invención se determinará a partir de las siguientes reivindicaciones.

Claims (23)

REIVINDICACIONES
1. Un polvo para moldes para revestir la superficie interna de moldes de colada, que comprende
un 10-99,5 % en peso de una aleación de ferrosilicio,
un 3-50 % en peso de un sulfuro de hierro y, opcionalmente,
un 1-30 % en peso de aleación CaSi, y/o
un 1-10 % en peso de CaF2.
2. Polvo para moldes de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el polvo para moldes comprende del 50 al 95 % en peso de aleación de ferrosilicio y del 5 al 50 % en peso de sulfuro de hierro.
3. Polvo para moldes de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el polvo para moldes comprende del 70 al 90 % en peso de aleación de ferrosilicio y del 10 al 30 % en peso de sulfuro de hierro.
4. Polvo para moldes de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el polvo para moldes comprende del 50 al 70 % en peso de aleación de ferrosilicio y del 30 al 50 % en peso de sulfuro de hierro.
5. Polvo para moldes de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el polvo para moldes comprende
un 30-90 % en peso de una aleación de ferrosilicio;
un 3-30 % en peso de un sulfuro de hierro;
un 5-30 % en peso de aleación de CaSi; y
un 1-10 % en peso de CaF2.
6. Polvo para moldes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5 anteriores, en donde el sulfuro de hierro es FeS, FeS2 o una mezcla de los mismos.
7. Polvo para moldes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación de ferrosilicio comprende entre un 40 % y un 80 % en peso de silicio; hasta un 6 % en peso de calcio; hasta un 11 % en peso de bario; hasta un 5 % en peso de uno o más de los elementos: aluminio, estroncio, manganeso, circonio, elementos de tierras raras, bismuto y antimonio; opcionalmente hasta un 3 % en peso de magnesio; opcionalmente hasta un 1 % en peso de titanio; opcionalmente hasta un 1 % en peso de plomo; y el resto hierro e impurezas secundarias.
8. Polvo para moldes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación de CaSi comprende un 28-32 % en peso de calcio, el resto silicio e impurezas secundarias.
9. Polvo para moldes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el tamaño de partícula de la aleación de ferrosilicio está entre 60 pm y 0,5 mm.
10. Polvo para moldes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el tamaño de partícula del sulfuro de hierro está entre 20 pm y 0,5 mm.
11. Polvo para moldes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el polvo para moldes está en forma de una mezcla mecánica o combinación de las partículas de la aleación de ferrosilicio y las partículas de sulfuro de hierro, y la aleación opcional de CaSi y CaF2, en forma de partículas.
12. Polvo para moldes de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el polvo para moldes está en forma seca, en forma de suspensión húmeda, o de pulverización en seco o en húmedo.
13. Un revestimiento de molde en una superficie interna de un molde de colada, comprendiendo dicho revestimiento de molde
un 10-99,5 % en peso de una aleación de ferrosilicio,
un 3-50 % en peso de un sulfuro de hierro y, opcionalmente,
un 1-30 % en peso de aleación CaSi, y/o
un 1-10 % en peso de CaF2.
14. Un revestimiento de molde de acuerdo con la reivindicación 12, en donde el revestimiento de molde comprende del 50 al 95 % en peso de aleación de ferrosilicio y del 5 al 50 % en peso de sulfuro de hierro.
15. Un revestimiento de molde de acuerdo con la reivindicación 14, en donde el revestimiento de molde comprende del 70 al 90 % en peso de aleación de ferrosilicio y del 10 al 30 % en peso de sulfuro de hierro.
16. Un revestimiento de molde de acuerdo con la reivindicación 14, en donde el revestimiento de molde comprende del 50 al 70 % en peso de aleación de ferrosilicio y del 30 al 50 % en peso de sulfuro de hierro.
17. Un revestimiento de molde de acuerdo con la reivindicación 13, en donde el revestimiento de molde comprende un 30-90 % en peso de una aleación de ferrosilicio;
un 3-30 % en peso de un sulfuro de hierro;
un 5-30 % en peso de aleación de CaSi; y
un 1-10 % en peso de CaF2.
18. Un revestimiento de molde de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13-17 anteriores, en donde el sulfuro de hierro es FeS, FeS2 o una mezcla de los mismos.
19. Un revestimiento de molde de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13-18 anteriores, en donde la aleación de ferrosilicio comprende entre un 40 % y un 80 % en peso de silicio; hasta un 6 % en peso de calcio; hasta un 11 % en peso de bario; hasta un 5 % en peso de uno o más de los elementos: aluminio, estroncio, manganeso, circonio, elementos de tierras raras, bismuto y antimonio; opcionalmente hasta un 3 % en peso de magnesio; opcionalmente hasta un 1 % en peso de titanio; opcionalmente hasta un 1 % en peso de plomo; y el resto hierro e impurezas secundarias.
20. Un revestimiento de molde de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13-19 anteriores, en donde la aleación de CaSi comprende un 28-32 % en peso de calcio, el resto silicio e impurezas secundarias.
21. Un revestimiento de molde de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13-20 anteriores, en donde el tamaño de partícula de la aleación de ferrosilicio está entre 60 pm y 0,5 mm.
22. Un revestimiento de molde de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13-21 anteriores, en donde el tamaño de partícula del sulfuro de hierro está entre 20 pm y 0,5 mm.
23. Un revestimiento de molde de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13-22 anteriores, en donde el revestimiento de molde se aplica en una cantidad de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,5 % en peso, basado en el peso de la fundición introducida en el molde.
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