APARATO Y MÉTODO PARA MEZCLAR, AGITAR Y TRANSPORTAR MATERIALES COMPUESTOS METÁLICOS O DE MATRIZ DE METAL FUNDIDO
O SEMISÓLIDO
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo de la Invención La invención descrita en la presente se relaciona a un método y aparato para procesar y bombear una suspensión de metales fundidos o semi-sólidos o aleaciones o materiales compuestos de matriz de metal (MMC) , y al mezclado de aditivos para la preparación de MMCs, todos con referencia particular al vaciado en molde y a procesos similares. 2. Técnica Antecedente Muchos artículos de consumo y mucho equipo industrial contienen componentes manufacturados por alguna forma de vaciado, tal como vaciado en arena, vaciado en molde, llamado tixovaciado y los similares. Tales procesos involucran la solidificación en un molde u horma de un metal puro fundido o semi-fundido, aleación de metal o material compuesto que contiene metal. Se han tomado diversos procedimientos para proporcionar la agitación requerida para formar y mantener las suspensiones tixotrópicas . En el proceso "Thixomat" descrito en la patente norteamericana 5,040,589 (Bradley y colaboradores) , el esfuerzo cortante y la agitación de una suspensión por medio de rotación de una barrena de tornillo de rotación que se ajusta estrechamente en una caja o barril cilindrico. La barrena también transporta la suspensión a un extremo de boquilla del barril y finalmente obliga a la suspensión acumularse ahi en la horma o molde. Tanto el logro de las proporciones de esfuerzo cortante adecuadamente altas para romper las formaciones de partícula dendríticas como el uso de la barrena para expulsar la suspensión en la horma dictan cerrar el ajuste de la barrena en el barril. Por lo tanto, las máquinas Thixomat se someten a un desgaste sustancial de la barrena. El ataque por la suspensión (por ejemplo donde esta contiene aluminio) puede exacerbar el problema de desgaste. También ver las máquinas similares divulgadas en la publicación de PCT WO01/21343 (Fan) y las Patentes norteamericanas 5,501,266 (Wang y colaboradores) y 6, 065, 526 ( ono) . Aunque la agitación mecánica como un medio para someter a esfuerzo cortante la suspensión continua siendo desarrollada (ver por ejemplo Patentes norteamericanas 4,771,818 (Kenney) 5,186,236 (Gabathuler) , y 6,470,955 (Richard y colaboradores)), también se ha introducido la agitación mediante campos electromagnéticos móviles. La Patente norteamericana 4,321,958 (Delassus) divulga un inductor electromagnético que proporciona directamente un campo helicoidalmente móvil dentro de un molde.
La patente norteamericana 4,434,837 (Winter y colaboradores) divulga el uso de un estator similar a aquel de un motor de inducción para generar un campo de rotación que se utiliza para agitar la suspensión en un molde aproximadamente alrededor del eje que el campo rota. La patente norteamericana 4,877,079 (Long y colaboradores) divulga un arreglo de agitación electromagnética de "contraflujo" para moldes de vaciado continuos, que utilizan dos grupos de serpentines arreglados y excitados para producir dos patrones de campo separados. El resultado son los patrones de movimiento de metal inducido dentro del molde que son más complejos que por ejemplo aquellos producidos por los campos de rotación simples. Se reclaman movimientos de esfuerzo cortante y de mezclado mejorados. La patente norteamericana 5,219,018 (Meyer) divulga el uso de múltiples serpentines anulares arreglados a lo largo de la longitud del y coaxialmente con un molde. Cuando se conecta adecuadamente a la corriente alterna polifásica (AC) , se produce un campo móvil que tiende a mover el metal fundido y/o semi-fundido en el molde linealmente a lo largo de su longitud. En la práctica, se crea una circulación toroidal, centrada sobre el eje longitudinal del molde. La patente norteamericana 5,135,564 (Fujikawa y colaboradores) divulga un tanque cilindrico en el cual se enfría el metal fundido y se agita para producir una suspensión no dendrítica. La agitación se proporciona mediante la rotación bajo la influencia de un campo magnético de rotación (como en un estator para motor de inducción polifásica) . Se introduce un miembro de núcleo generalmente cilindrico, liso en el contenedor y es preferiblemente coaxial con él. La suspensión se contiene en el espacio anular entre la pared del contenedor interior y el núcleo. El núcleo elimina una "zona muerta" de agitación limitada en el centro del contenedor y aumenta la uniformidad de la agitación . La patente norteamericana 6,637,927 (Lu, Norville y colaboradores) divulga un arreglo de agitación en el cual un contenedor es circundado por una pila de serpentines que generan tanto un campo de rotación (como en un motor de inducción polifásico) como un campo móvil longitudinal. El resultado de estas influencias es que el metal en el contenedor y adyacente a su pared se mueve en una ruta helicoidal y se recircula a lo largo de una ruta aproximadamente lineal dentro de la hélice. El uso de la inducción electromagnética también es conocido en bombas para metales fundidos. Pero tales bombas se proponen proporcionar flujo suave, flujo no turbulento o de mezclado. La patente norteamericana 2,786,416 (Fenemore) divulga una bomba en la que se proporcionan los arrollamientos intercalados helicoidales múltiples alrededor de un conducto anular que contiene metal líquido y se conecta a un suministro de AC polifásico para proporcionar un campo móvil helicoidal. También ver la patente norteamericana 3,885,890 (Davidson), donde los serpentines se proporcionan en una caja en el centro de un conducto anular para proporcionar un campo helicoidal. Se pueden proporcionar paletas o deflectores de corrección de flujo en cada caso. La patente norteamericana 4,212,592 (Olich) divulga una bomba en la que se aplica un campo de rotación a un conducto anular coaxial con el eje de rotación del campo e induce el flujo de metal en el conducto. Se proporcionan las paletas de corrección de flujo en el conducto. La patente norteamericana 4,988,267 (Yamada) divulga una bomba para suministrar específicamente metal fundido a el manguito de inyección de una máquina de vaciado. Se proporciona un serpentín alrededor de un conducto en el cual el metal va a ser bombeado para impulsar el metal axialmente a lo largo del conducto. Todas estas bombas tienen un conducto anular para el metal fundido con un núcleo ferromagnético proporcionado en un encerramiento protector concéntricamente con el anillo. La especificación publicada como es otorgada de cada una de las patentes anteriores se incorpora en la presente en su totalidad por referencia. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo a la presente invención se proporciona en un aspecto un aparato para mezclar, agitar y transportar una suspensión de material que contiene metal fundido o semí-sólido o un material compuesto de matriz de metal
(colectivamente "suspensión") , que incluye; una caja para contener la suspensión; por lo menos un medio conductor eléctrico en comunicación magnética con la suspensión, el medio conductor eléctrico que crea un campo magnético móvil para inducir el flujo de la suspensión en la caja; y por lo menos un componente formado (preferiblemente rígido) asegurado y localizado dentro de la ca a que modifica el patrón de flujo de la suspensión inducido por el campo magnético móvil. La ca a puede ser o incluir un conducto que tiene una entrada y una salida, la suspensión que fluye desde la entrada a la salida. La ca a puede ser o incluir una caja o un contenedor dentro del cual la suspensión fluye bajo la influencia del campo magnético móvil. El por lo menos un medio conductor eléctrico comprende un conjunto de arrollamientos conectables a un suministro de corriente alterna. Opcionalmente, la caja por lo menos es circundada parcialmente por una chaqueta de refrigeración de fluido a través de la cual se puede circular un refrigerante fluido para transferir calor entre el metal de matriz de metal o el material compuesto de matriz de metal dentro de la caja y el refrigerante en la chaqueta. El componente preferiblemente es uno o más de aspas de tornillos helicoidales. La caja y las aspas de tornillo helicoidales definen por lo menos un conducto helicoidal para el flujo de la suspensión. Opcionalmente, el conducto helicoidal incluye por lo menos un segmento inclinado a una dirección del movimiento inducido de la suspensión contenida en el mismo. La caja y/o el componente se pueden formar por lo menos en parte de titanio o un material que incluye titanio. Se cree que el uso de titanio o de materiales que contienen titanio puede ser particularmente ventajoso. Por ejemplo el material puede ser un compuesto de matriz de titanio tal como CermeTi® desarrollado por Dynamet Technology Inc. of Burlington, Massachusetts, USA. Cerámica o materiales que contienen cerámica también pueden ser adecuados para el uso en partes o sobre las superficies de la caja y/o el (os) componente (s) están en contacto con la suspensión contenida en la caja. La invención proporciona en un aspecto adicional un sistema para vaciar una suspensión en una horma o molde. El aparato divulgado en lo anterior transporta la suspensión directamente en la horma o molde de una máquina de vaciado o tixoforjadora o directamente en el contenedor de una máquina de vaciado en molde. La invención proporciona en un aspecto adicional un método para transportar y controlar el estado de una suspensión, que incluye las etapas de: colocar la suspensión en una caja; aplicar a la suspensión un campo magnético móvil mediante por lo menos un medio conductor eléctrico para inducir el flujo de la suspensión en la caja; y proporcionar por lo menos un componente asegurado a y localizado dentro de la caja que modifica el flujo de la suspensión. Por ejemplo, se puede inducir el flujo y el patrón de flujo modificado para controlar, prevenir o limitar el crecimiento de partículas sólidas dendríticas dentro de la suspensión. La temperatura de la suspensión dentro de la caja se puede controlar al pasar un refrigerante fluido a través de una chaqueta de refrigeración que circunda la caja. La invención en todavía un aspecto adicional proporciona un método para incorporar un material aditivo en la suspensión para producir un compuesto de matriz de metal (MMC) . La invención divulgada en la presente así se relaciona a la manufactura de los componentes de metales (que incluyen aleaciones de metal) y MMCs en los cuales se utiliza una horma y el material que entra a la horma está en la forma de una suspensión tixotrópica. Tal suspensión también puede ser conocida como un metal semisólido (SSM) . Este término en la presente va a ser entendido ya que incluye un MMC. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIGURA 1 es un diagrama de flujo que compara los procesos de reovaciado y tixovaciado; la FIGURA 2 es un diagrama de flujo que muestra etapas alternativas en la práctica de estos procesos; la FIGURA 3 es una vista de sección transversal de un conducto que comprende un aparato de acuerdo a la invención, la sección se toma sobre un plano que incluye un eje longitudinal central del conducto; la FIGURA 4 es una vista de sección transversal del conducto mostrado en la FIGURA 3 tomada en la estación "4-4" en la FIGURA 3; la FIGURA 5 es una vista desarrollada de una porción en la superficie interior de una pared del conducto mostrada en las FIGURAS 3 y 4; la FIGURA 6 es una vista del mismo tipo como la FIGURA 5, que muestra una posible modificación; la FIGURA 7 es una vista de sección transversal longitudinal de un conducto que comprende una modalidad alterna de un aparato construido de acuerdo a la invención;
la FIGURA 8 es una sección transversal longitudinal de un recipiente cilindrico cerrado que comprende una modalidad alterna adicional de un aparato construido de acuerdo a la invención; la FIGURA 9 es un diagrama esquemático de una aplicación de un dispositivo hecho de acuerdo a la invención; la FIGURA 10 es un diagrama esquemático de una aplicación adicional de un dispositivo hecho de acuerdo a la invención; la FIGURA 11 es un diagrama esquemático de una aplicación alterna de un dispositivo hecho de acuerdo a la invención; la FIGURA 12 es un diagrama esquemático de una aplicación alterna adicional de un dispositivo hecho de acuerdo a la invención; la FIGURA 13 es un diagrama esquemático de todavía una aplicación alterna adicional de un dispositivo hecho de acuerdo a la invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA ( S ) MODALIDAD (ES) PREFERIDA(S) Las Figuras 1 y 2 son diagramas de flujo de proceso que ilustran aplicaciones potenciales para la invención divulgada en la presente. La Figura 1 muestra las etapas en los procesos conocidos como "tixovaciado" y "reovaciado", como son descritos y distinguidos entre sí en, por ejemplo, la patente norteamericana, 6,432,160, la cual se incorpora en la presente por referencia. En cada uno de estos procesos, primero se funde una aleación de metal en una manera conocida
(Etapa 1), frecuentemente bajo una atmósfera controlada. En este punto, el líquido de aleación está en una temperatura arriba de su temperatura líquida. En la etapa 2 ("condición y mantenimiento"), el material fundido se enfría abajo de su temperatura líquida y arriba de su temperatura sólida y se agita vigorosamente. Debido al enfriamiento, las partículas sólidas dendríticas comienzan a formarse en núcleo y a crecer. En la ausencia de agitación suficiente del material fundido, este se enlazará progresivamente, con la mezcla incrementando progresivamente en viscosidad y debido al curso de solidificación. El efecto de agitación es para modificar la microestructura de la aleación sólida, al causar que las partículas dendríticas sean modificadas en partículas dendríticas degeneradas discretas de forma aproximadamente esferoidales. La viscosidad se incrementa conforme la proporción de estas partículas se incrementa. Con agitación suficiente (es decir esfuerzo cortante) y control cuidadoso de la temperatura, la cual permanece entre las temperaturas sólidas y líquidas, se produce una suspensión semisólida. Tales formas no dendríticas de aleaciones de metal y su aplicación práctica para el vaciado, se describen en la patente norteamericana 3,902,544 (Flemings y colaboradores), la cual se incorpora en la presente por referencia. La Etapa 2 toma lugar típicamente en un contenedor separado del contenedor en el cual ocurre la fusión inicial. La suspensión se puede mantener durante algún tiempo en el contenedor, con su condición mantenida. La suspensión es tixotrópica en que esta permanece fluible mientras que la agitación y una temperatura adecuada se mantengan, pero pierde capacidad de flujo si la agitación se detiene o la temperatura cae abajo de una temperatura sólida. En la etapa 3 ("transferencia") la suspensión se expulsa del contenedor en el cual está así ha sido acondicionada. En el tixovaciado, la suspensión luego se solidifica en lingotes (mostrado como la etapa 4a). Estos después se vuelven a fundir (etapa 5a) en una forma de suspensión y vaciado (etapa 6a) . En el proceso de reovaciado, la suspensión no se solidifica, se vuelve a fundir y luego se vacía, pero simplemente se utiliza directamente para el vaciado . En el reovaciado, la suspensión expulsada en la etapa 3 se vacía casi inmediatamente. El proceso de vaciado puede tomar dos formar distinguidas en la Figura 1. En una forma, la transferencia/expulsión (etapa 3) es directamente en la horma, de modo que la etapa de vaciado (etapa 4b) equivale simplemente a que la suspensión entra y la solidificación en la horma. En la otra forma la transferencia (etapa 3) esta en un contenedor intermedio tal como el manguito de inyección (descarga) de una máquina de vaciado en molde de tipo de cámara fría. La etapa 4c tiene dos etapas: la inyección de la suspensión en el manguito de descarga y luego en la horma o molde antes de la solidificación. Esencialmente los procesos de tixovaciado y reovaciado en cuanto a las aleaciones puramente de metal son aplicables a los MMCs, que incluyen basados sobre una aleación de aluminio y ceniza volante. Ver, por ejemplo, la patente norteamericana 4,888,054 (Pond Sr.), que se incorpora en la presente por referencia. La diferencia principal es que existe una etapa de mezclado que se incluye. La Figura 2 es similar a la Figura 1, excepto por la inclusión de una etapa de mezclado (mostrada como la etapa la) en la cual se mezcla un material aditivo (tal como ceniza volante) con la aleación fundida para producir un MMC. Las etapas restantes se numeran las mismas como las etapas correspondientes de la Figura 1. Con los materiales de MMC como con las aleaciones, son requeridos la agitación y el enfriamiento (inicial) a una temperatura entre las líquidas y sólidas para acondicionar el material a una suspensión semisólida de consistencia adecuada para la(s) etapa (s) de vaciado . Como se utiliza en la presente, el término "ceniza volante" indica un subproducto de combustión de carbón mineral. El material se compone principalmente de vidrio de aluminosilicato complejo, mulita, hematita, magnatita espinela y cuarzo. Una proporción de cuarzo (sílice cristalina) en la ceniza volante depende del contenido de cuarzo del carbón mineral como se utiliza en la presente, el término también incluye productos que se identifican como puzolana, ceniza volante, ceniza volante Clase F y ceniza volante Clase C. Convencionalmente, la ceniza volante se ha utilizado como material cementoso suplementario para el concreto y productos de concreto. Esta también se ha utilizado en la estabilización de suelo y como un rellenador fino en asfalto y otros productos. Continuando con referencia a la Figura 2, la presente invención tiene como un primer objetivo la provisión de un aparato capaz de llevar a cabo las etapas la y 2, y además la etapa 3, por lo menos (en el caso de al etapa 3) donde la transferencia es para un equipo de vaciado de lingote o para el manguito de descarga de una máquina de vaciado de cámara fría. Alternativamente, el equipo descrito se puede utilizar donde la eyección (etapa 3) es directamente a una horma o molde (es decir en una presión comparativamente alta) . Un objetivo adicional es proporcionar métodos mejoradas para la preparación, acondicionamiento y uso de metales, aleaciones de metal y MMCs como suspensiones tixotrópicas . Con referencia nuevamente a la Figura 1, la invención también puede ser útil en llevar a cabo las etapas 2 y 3 con el mismo comentario que se hace con relación a la etapa 3 como en el párrafo precedente. La Figura 3 es una vista de sección transversal de un conducto 1 y un aparato 2 de acuerdo a una modalidad de la invención. La sección es tomada sobre un plano que incluye un eje longitudinal central 3 del conducto 1. El conducto 1 preferiblemente tiene una sección transversal circular. La Figura es una vista de sección transversal del aparato 2 mostrada en la Figura 3 tomado sobre un plano normal el aje 3 en la estación "4-4" en la Figura 3. Se asegura dentro de y coaxial del conducto 1 un cuerpo central alargado . El cuerpo 4 y la pared 5 del conducto definen entre los mismos un espacio 6 que en la modalidad preferida es anular. Se arreglan en el espacio anular 6 múltiples, preferiblemente una o dos aspas de tornillo de Arquímedes intercaladas 7 y 8, separadas anularmente alrededor del eje 3 (en el caso de dos de tales aspas) por 180 grados. Las aspas 7 y 8 se fijan a y se extienden entre la pared 5 y el cuerpo central 4. Así no rotan dentro del conducto 1 y por lo tanto evitan problemas de desgaste en ciertos procedimientos de la técnica previa mencionada en lo anterior. Todavía redirigen el flujo axial e imparten un componente helicoidal al mismo conjuntamente con agitación turbulenta. Está circundando el conducto 1 una chaqueta de refrigeración de fluido 9 mediante la cual se puede proporcionar el enfriamiento de una suspensión fundida o suspensión en el conducto. El diseño de las chaquetas de refrigeración líquidas tales como la chaqueta 9 para el enfriamiento en aplicaciones de esta clase es por sí misma una técnica sofisticada. La chaqueta 9 puede contener componentes adicionales o ser de otra manera diferente de la chaqueta 9 mostrada. Están circundando el conducto y la chaqueta de agua múltiples, preferiblemente tres conjuntos de serpentines 10 de un tipo selenoidal, marcados (en la modalidad representada) como R, Y y B. En la manera conocida, se puede conectar un suministro de AC trifásico a los serpentines 10, con una fase conectada a cada uno de los conjuntos R, Y y B. cuando los serpentines se energizan, el efecto es crear un campo magnético móvil que mediante la inducción de corrientes de Foucault y los campos magnéticos asociados en el conducto 1, impulsa el metal fundido o la suspensión en el conducto 1 en una dirección longitudinal, como es representado por la flecha "X". Las aspas de tornillo 7 y 8 previenen en movimiento longitudinal no impedido de la suspensión en el espacio 6, en lugar de obligar la suspensión en moverse en rutas helicoidales a lo largo de los dos pasos 11 y 12 definidos por las aspas 7 y 8, la pared 5 y el cuerpo 4. Las flechas "Y" en la Figura 3 muestran la dirección general de este flujo helicoidal. Este flujo, bajo la influencia magnética tiene un componente axial y centrífugo (en combinación, un helicoidal) . Dentro de cada uno de los pasos 11 y 12, existe una diferencia entre la dirección axial en la cual el campo impreso tiende a impulsar el metal o la suspensión en las rutas generalmente helicoidales es obligada a fluir. Sin que sea limitada a cualquier teoría particular del comportamiento del aparato 2, el efecto de este se cree que es superimponer un flujo circulatorio generalmente transversal al flujo principal (flechas "Y") dentro de cada paso, suprimiendo de esta manera el crecimiento dendrítico mientras que aumenta el mezclado y la transferencia de calor entre la suspensión y las paredes del conducto. La flecha "Z" en la Figura 3 representa tal flujo superimpuesto en el paso 11. Como resultado, la suspensión se desplazado se bombea lejos del extremo de la entrada 13 del conducto 1 hacia el extremo de salida 14. Así, el aparato 2 mostrado en las Figuras 3 y 4 se puede utilizar para bombear una suspensión y para proporcionar: (a) el esfuerzo cortante del flujo y la agitación requerida para limitar la formación de partículas dendríticamente formadas en el material de modo que llegan a ser (o permanecen) partículas dendríticas degeneradas esferoidales y de modo que una suspensión tixotrópica se forma; y (b) donde es deseado, el mezclado de la suspensión con un aditivo de fase sólida (por ejemplo, ceniza volante), donde el requerimiento es una suspensión de un material de MMC. Por otra parte, la naturaleza no de rotación de las aspas de tornillo 7, 8 se cree que limita el desgaste que ellas se someten. También se nota para el aparato 2 que las rutas seguidas por el metal y la suspensión entre la entrada 13 y la salida 14 son en general más grandes que sería el caso con un arreglo de flujo puramente axial, de modo que la longitud de la ruta de flujo disponible para el mezclado y la agitación es mayor que en un conducto de flujo axial de la misma longitud, mientras que los serpentines 10 y la chaqueta de enfriamiento 9 puede ser comparativamente corta. Modalidades Alternas y Etapas de Proceso Son posibles un número de variaciones para aumentar y/o modificar estos efectos para adaptar las condiciones y aplicaciones particulares. Algunas se describen en los párrafos (a) al (j) enseguida. Como se divulga en las patentes mencionadas en lo anterior, y como se conocen en la técnica, se han desarrollado arreglos de serpentín diferentes que se pueden acoplar con esta invención. Por ejemplo, por lo menos las alternativas (a) a la (e) siguientes se pueden aplicar individualmente o en combinaciones adecuadas: (a) En lugar de un conjunto de serpentines selenoidales 10 como se muestra en las Figuras 3 y 4, se podría proporcionar un arreglo de corona del estator (no mostrado) , parecido a un motor de inducción polifásico, el conducto 1 que pasa a través de la corona del estator. El campo magnético de rotación así aplicado a la suspensión tiende a impulsar esta para rotar alrededor del eje del conducto 3. Sin embargo, el efecto de las aspas de tornillo 7 y 8 es que tal movimiento causa el movimiento axial también. Además, se cree que los flujos superimpuestos también serán causados en el aparato 2 mostrado en las Figuras 3 y . (b) Otro arreglo de serpentín que se puede utilizar (no mostrado) es uno que proporciona un campo que viaja helicoidalmente. Por ejemplo tal arreglo de serpentín se divulga en la patente norteamericana 2,786,416. Si el ángulo de hélice y la dirección de las aspas de tornillo 7 y 8 igualan aquel del campo magnético impreso de desplazamiento, el efecto es impulsar el metal o la suspensión junto con los pasos 11 y 12 de flujo entre el aspa, se cree, un nivel comparativamente bajo de flujo y mezclado circulatorio supepmpuesto . Sin embargo, si existe un desajuste entre el aspa de tornillo y los ángulos de hélice del campo, se cree que las proporciones relativas del primer lugar el flujo a lo largo de los pasos de flujo helicoidales 11 y 12 y en segunda los flujos superimpuestos dentro de estas rutas serán diferentes, y por lo tanto promoverán turbulencia. Se pueden elegir grados adecuados de desajuste . (c) Se pueden utilizar diferentes tipos de serpentines en combinación. Por ejemplo es posible utilizar una "pila" longitudinalmente arreglada de serpentines selenoidales (tales como los serpentines 10 en la Figura 3) en combinación con uno o más arreglos de corona del estator (no mostrados) como se discute en lo anterior en (a) . De esta manera, uno puede proporcionar un intervalo de grados y formas de mezclado, agitación y bombeo a lo largo de la longitud del aparato 2. (d) Los serpentines se excitan en varias manera. Por ejemplo, al variar la frecuencia de línea, se cree que tanto la velocidad del movimiento como la suspensión y el grado de penetración y el campo (rotación o selenoidal por ejemplo) en la suspensión se puede variar con cambios consecuentes en los patrones, y por consiguiente en el bombeo y el mezclado. Otra posibilidad es utilizar no una corriente AC permanente, sino una corriente DC pulsada.
(e) Puede ser posible en algunos arreglos proporcionar serpentines (no mostrados) dentro del cuerpo central 4 del aparato mostrado en las Figuras 3 y 4, ya sea el lugar de o además de los serpentines externos tales como los serpentines 7 y 8. Por ejemplo, la patente norteamericana 3,885,890 divulga un arreglo de serpentines que pueden proporcionar un campo helicoidal de desplazamiento y que se pueden montar en un cuerpo dentro de un espacio de flujo anular. Mediante la combinación de diferentes tipos de serpentines, por ejemplo helicoidales en el cuerpo central y selenoidales en el exterior, uno puede producir una amplia gama de intensidades de esfuerzo cortante y rutas de flujo inducidas y así afectar el proceso de mezclado. (f) En las Figuras 3 y 4 el aparato 2 tiene dos aspas de tornillo 7 y 8 únicamente, de paso fijo y de un ángulo de hélice particular. Sin embargo, se pueden hacer las variaciones al diseño de las aspas. Por ejemplo, el número y ángulo de hélice de las aspas se pueden variar y el espacio se puede cambiar a lo largo de la longitud del conducto. Esto afectará por ejemplo, las características de turbulencia que se pueden desarrollar. También puede ser deseable desajustar deliberadamente el espacio de las aspas de tornillo y el espaciamiento longitudinal de los serpentines para promover la variación de flujo y el mezclado a lo largo de la longitud del conducto. (Esto no se muestra en la Figura 3, donde existe un número integral de serpentines por longitud de espacio de aspa) . También es posible proporcionar interrupciones a las aspas de tornillo. Una modalidad se muestra en la Figura 5 y 6. La Figura 5, proporcionada por referencia, es una vista desarrollada de la superficie interior 15 de la pared 5 donde se asegura a las aspas de tornillo 7 y 8. Para entender la Figura 5, la pared imaginaria 5 que se corta longitudinalmente en la posición circunferencial indicada como "Q" en la Figura 4, luego se enrolla plana. En la Figura 5 las aspas de tornillo 7 y 8 se muestran donde se aseguran a la superficie 15. Los bordes guías 16 y 17 de las aspas de tornillo 7 y 8 son marcadas en las Figuras 3 y 5. La Figura 6 se construye de la misma manera como la Figura 5 y se propone que sea directamente comparable. El arreglo del aspa de la Figura 6, existen cuatro aspas de tornillo 18, 19 20 y 21. Las aspas 18 y 19 son idénticas a las aspas 7 y 8 de las Figuras 3, 4 y 5 excepto que son más cortas, que se extienden longitudinalmente solo en la sección 22 del conducto 1. Después de una cavidad longitudinal corta 23, las aspas 20 y 21 comienzan y se extienden a lo largo de la sección 24 del conducto 1. Su ángulo de hélice "T" se muestra como igual en magnitud que aquel de las aspas 18 y 19 pero las aspas 20 y 21 son de mano opuesta a las aspas 18 y 19 y sus bordes guías 25 y 26 se desplazan circunferencialmente de los bordes traseros 27 y 28 de las aspas 18 y 19. El efecto de este arreglo, cuando se utiliza en un conjunto de serpentines de tipo selenoidales (similar al conjunto de serpentines 10) arreglados para impulsar el metal o la suspensión contenida en la dirección axial del conducto (mostrada por la flecha "P" en la Figura 6) es aquella dentro de los grupos de aspas 18/19 y 20/21 existe un componente de fuerza en la dirección axial. El metal o la suspensión se vuelve a lo largo del conducto 1, pero existe o debe ser sustancialmente mejorada la agitación y mezclado de esfuerzo cortante, especialmente en la región entre en primer lugar las aspas 18 y 19 y en segundo lugar las aspas 20 y 21. Será reconocido que se pueden concebir otros arreglos de aspas para aumentar el mezclado y el esfuerzo cortante/agitación del metal o suspensión contenido. Por ejemplo, un conducto podría tener un gran número de conjuntos axialmente arreglados de aspas que los dos conjuntos (18/19 y 20/21) mostrados en la Figura 6. (g) En las Figuras 3 y 4, las aspas 7 y 8 se muestran extendiéndose completamente entre la pared del conducto y el cuerpo central. Sin embargo, una posibilidad adicional es proporcionar aspas (no mostradas) que cualquiera se asegura al cuerpo central y se extiende únicamente en una ruta parcial hacia la pared, dejando una cavidad, o se aseguran a la pared y se extienden hacia dentro de la ruta parcial al cuerpo central. En cada caso, la cavidad se espera que aumente el esfuerzo cortante/agitación del metal o suspensión contenido. Más generalmente, las aberturas (agujeros, ranuras o los similares) o bordes libres formados de aspas (donde el aspa en cuestión no se asegura a un cuerpo central o pared) se pueden proporcionar para aumentar el mezclado y el esfuerzo cortante/agitación de la suspensión contenida . Notar que debido al movimiento de metal o la suspensión en el conducto se acciona por un campo magnético móvil externamente aplicado, las cavidades entre las aspas y los límites del conducto (o cuerpo central) no necesitan ser mantenidos tan reducidos como en el caso donde las aspas se rotan mecánicamente para proporcionar tales movimientos. Esto se cree que se puede reducir el desgaste. Es posible también modificar la caja y/o la forma de aspa para cambiar la forma de sección transversal de los conductos de flujo. (h) En las modalidades alternas, uno puede asegurar en cualquiera de los conductos a través de los cuales el flujo del material contenido, medio para la turbulencia, tal como cuerpos o estructuras diferentes a las aspas, los cuales por sí mismas introducen turbulencia o esfuerzo cortante u otra alteración al flujo a lo largo de ella para aumentar el mezclado y/o la agitación. (i) Opcionalmente, el cuerpo central 4 podría ser hecho de diámetro diferente, o su diámetro podría variar una dimensión longitudinal. Este podría contener un material ferromagnético (u otro) o componente adecuado para modificar el patrón de flujo magnético en el espacio anular 6 entre cuerpo central 4 y la pared del conducto 5. El medio podría ser proporcionado en el cuerpo central 4 para enfriar (o calentar) su superficie externa. El cuerpo central 4 podría aún ser omitido completamente como se muestra en la Figura 7. La Figura 7 muestra en una vista de sección transversal longitudinal, un conducto 30 que tiene aspas helicoidales 31 que se extienden hacia adentro desde una superficie exterior 32 de la pared del conducto pero que deja un espacio central 33. Sino hay flujo en el conducto 30 (por ejemplo si este es un conducto que conduce la suspensión a una máquina de vaciado y la máquina está entre las descargas) la agitación y la circulación de la suspensión en el conducto 30 se pueden mantener mediante el movimiento a través de las aspas 31 con la recirculación a través del espacio 33, como se muestra por las flechas 34. El esfuerzo cortante/agitación y mezclado toman lugar entre las aspas y sobre la superficie cilindrica que divide el espacio 33 de los bordes de las aspas 35. Los serpentines necesarios para imprimir un campo magnético se omiten de la Figura 7. ( ) La química especifica de la suspensión o el metal contenido en el conducto no es esencial a la invención, con la condición de que esta incluye un material que sea susceptible a la influencia magnética. Preferiblemente, sin embargo, el metal o el material basado en metal que forma por lo menos una parte de la suspensión incluye aluminio o magnesio o aleaciones de los mismos. La Figura 8 muestra un recipiente cerrado 40 en el cual se proporcionan las aspas de tornillo 41 sobre una pared 42 para promover un flujo de circulación como se muestra por las flechas 43, y la agitación. El flujo se cree que es similar a aquel inducido por medios diferentes en la patente norteamericana 6,637,927. Para claridad, se han omitido los serpentines para imprimir un campo magnético de la Figura 8. Otras Modalidades y Métodos La Figura 9 muestra en una manera esquemática simplificada una manera ilustrativa que el aparato de la invención se puede utilizar. Desde un depósito 50 que contiene una suspensión tixotrópica 51 (o simplemente un metal completamente fundido o aleación de metal) un conducto 52 formado por lo menos en parte de un dispositivo 53 de acuerdo a la invención (como se muestra en las Figuras 3 y 4 por ejemplo) conduce a una salida 54. La salida 54 dirige el metal o la suspensión en el manguito de descarga 55 de una máquina de vaciado 56, a partir de la cual en una manera conocida esta se puede inyectar mediante un embolo 57 en una horma 58. Aquí, el dispositivo 53 está actuando como una bomba, y se acciona cuando es requerido, una vez por ciclo de vaciado, para suministrar el metal o la suspensión 51 a la máquina de vaciado 56. Ningunas válvulas de control de flujo, chaquetas de calentamiento, u otro equipo se muestran en la Figura 9, pero va a ser entendido que estos y otros componentes serían proporcionados como es requerido en una manera conocida. Una aplicación similar (no mostrada) es utilizar un dispositivo similar al dispositivo 53 para bombear SSM a una posición entre las mitades de la horma de una máquina de tixoforjado . La Figura 10 muestra en manera esquemática simplificada un uso posible adicional de un dispositivo 60 de acuerdo a la invención. Desde un depósito 61 que contiene una suspensión tixotrópica (o simplemente un metal completamente fundido) 62 un conducto 63 formado por lo menos en parte al dispositivo 60 conduce a una boquilla 64. La suspensión 62 pasa desde la boquilla 64 directamente en una horma 65. Por en contraste con la aplicación mostrada en la Figura 9, en este caso la presión que se desarrolla por el dispositivo es requerida que sea más alta y esta sería reflejada en variaciones a su diseño. Como antes, otros componentes que se pueden requerir de acuerdo a los detalles de la aplicación no se muestran en este diagrama simplificado.
En una aplicación similar (no mostrada) para aquella mostrada en la Figura 10, la suspensión podría ser dirigida a un lado de la corriente arriba en una horma de extrusión, el dispositivo que proporciona la presión necesaria y el flujo de volumen continuo o semi-continuo para extruír el material. Una aplicación adicional de los dispositivos de acuerdo a la invención es mezclar los metales fundidos con aditivos particulados u para acondicionar la mezcla para formar una suspensión y mantenerla en una condición adecuada para el vaciado subsecuente. Por ejemplo, la Figura 11 muestra esquemáticamente un aparato 69 que tiene un conducto 70 que incluye varios dispositivos de acuerdo a la invención 71, 72 y 73 (en cualquiera de las formas adecuadas divulgadas en lo anterior) y un extremo de entrada 74 que se comunica con un contenedor 75 del metal fundido 76 y un contenedor 77 de un aditivo particulado 78. El metal fundido 76 y el aditivo 78 pueden ser (por ejemplo) una aleación basada en aluminio o magnesio y ceniza volante (u otro material aditivo respectivamente, que son constituyentes de un material de MMC. En esta aplicación, los dispositivos 72 - 73 llevan a cabo tres funciones, específicamente: la combinación del metal 76 y el aditivo 78; proporcionar la agitación durante el enfriamiento de la mezcla como es requerido para la formación de una suspensión tixotrópica no dendrítica; y la transportación de la mezcla a un extremo de salida del conducto 70 a partir del cual la suspensión se puede dirigir a una estación de procesamiento adicional como es requerido (por ejemplo una máquina de vaciado o de tixoforjado) . Se muestran tres dispositivos 71 - 73 para enfatizar el hecho de que se pueden encontrar características de operación diferentes deseables en puntos diferentes a lo largo de la longitud del conducto. Sin embargo, esto no se propone implicar que se requieran tres o que cada uno lleve a cabo una función definida - cada uno puede contribuir en un grado diferente varias de las funciones de transportación, mezclado y agitación. La aplicación individual determinará el número y todos los parámetros de los dispositivos en cuestión. El aparato 69 es un aparato "de paso único", en el que el metal y el aditivo pasan a través una vez y una suspensión de propiedades específicas emerge desde la salida, lista para el uso "cuando se necesite" o para el procesamiento adicional. El aparato 69 podría ser un sustituto por ejemplo para las barrenas y barriles de las máquinas de los tipos mostrados en las patentes norteamericanas 5,501,266 y 6,065,526. Aunque no mostrado, sería posible como variación a los dispositivos tales como 53, 60 y 69 proporcionar la fusión de inducción electromagnética del metal o la aleación por sí misma en una manera conocida. Esto eleva la posibilidad adicional del aparato en el cual se adiciona el metal sólido a una entrada, se adiciona un aditivo para mezclarse con el metal a otra entrada (si un MMC va a ser producido) y una suspensión tixotrópica se transfiere desde una salida continuamente o semi-continuamente . La Figura 12 muestra esquemáticamente un aparato 100 que incluye un recipiente de contención 101 y un aparato 102 para transportar y agitar un metal fundido o semi-fundido, aleación de metal o un material compuesto de matriz de metal. El aparato 102 podría por ejemplo ser del tipo mostrado en la Figura 3. El aparato 102 y el recipiente 101 se conectan por los conductos 103 y 104, de modo que los contenidos del recipiente 101 se pueden circular (como se muestra por las flechas "A") a través del aparato 102. Así la condición de los contenidos del recipiente 101 se pueden mantener a través del tiempo (o si se requiere modificados) por el aparato 102. El recipiente 101 podría tener salidas y entradas separadas para sus contenidos (no mostrados). La Figura 13 muestra un posible aparato 105 para la producción de un material compuesto de matriz de metal y para mantenerlo subsecuentemente y mantenerlo en una condición adecuada para el uso en un proceso de vaciado (por ejemplo vaciado en molde) . Se proporciona un recipiente de contención 106 y un aparato 107 para mezclar, transportar y agitar el material que pasa a través de el. El aparato 107 podría ser por ejemplo del tipo mostrado en la Figura 3, posiblemente con una modificación tal como aquella mostrada en la Figura 6 para aumentar el mezclado. El aparato 107 se conecta al recipiente 106 por los conductos 109 y 110, de modo que los contenidos del recipiente 106 se pueden transportar cíclicamente a través del aparato 107, como se indica por las flechas "B". El medio 108 se proporciona para introducir un material aditivo (por ejemplo ceniza volante) en el metal o aleación de metal que pasa desde el recipiente 106 a través del conducto 106 en el aparato 107. El aparato 107 transporta, mezcla y agita el material que pasa a través del el. El recipiente 106 se puede agitar con su propio medio de calentamiento y enfriamiento dependientemente del aparato 107. Durante un período adecuado, un material de MMC así se puede producir, llevado a una condición adecuada para el uso subsecuente y mantenido en la condición como es requerido. Serán evidentes muchas posibles variaciones de la invención divulgadas en la presente para las personas expertas en la técnica, que no se extienden más allá del espíritu y alcance de la invención. Mientras que las modalidades de la invención han sido ilustradas y descritas, no se propone que estas modalidades ilustren y describan todas las formas posibles de la invención. Más bien, las palabras utilizadas en la especificación son palabras de descripción antes que de limitación, y se entiende que se pueden hacer varios cambios sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.