MXPA05002612A - Manguito, procedimiento para su fabricacion y mezcla para la produccion de dicho manguito. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricacion de manguitos para minimazarotas, en el cual una mezcla exenta de fluor, compuesta por microesferas de silicato de aluminio, un metal oxidable, tal como aluminio en polvo, un agente oxidable, magnesio como elemento iniciador de la reaccion exotermica, se introducen por soplado en un molde dotado de dos machos para generar un manguito dotado de dos aberturas, una de las cuales se cierra con un tapon antes de su utilizacion.

Description

MANGUITO, PROCEDIMIENTO PARA SU FABRICACION Y MEZCLA PARA LA PRODUCCION DE DICHO MANGUITO CAMPO DE LA INVENCION Esta invención se refiere a unos manguitos exotérmicos para la obtención de minimazarotas aplicables a la obtención de piezas coladas, en especial de hierro dúctil, al procedimiento para su producción por soplado y curado en caja fría y a la mezcla que constituye dicho manguito.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION La producción de piezas metálicas coladas comprende el vertido del metal fundido en el interior de un molde, la solidificación del metal por enfriamiento y el desmoldeo o extracción de la pieza formada mediante la retirada o destrucción del molde. Los moldes pueden ser metálicos o pueden estar formados por agregados de distintos materiales (cerámicos, grafito y, sobre todo, arena). Estos moldes deben contar con unos bebederos u orificios de comunicación entre la cavidad interna y el exterior, a través de los cuales se vierte el metal fundido en fase de moldeo o colada. Debido a la contracción del metal durante el enfriamiento se deben prever en el molde unos rebosaderos que se llenan con metal fundido de reserva al objeto de formar una mazarota destinada a compensar las contracciones o rechupes del metal. La mazarota tiene como fin alimentar la pieza cuando en ésta contrae el caldo, por lo que el metal debe mantenerse en la mazarota en estado líquido durante un periodo de tiempo más largo que la pieza. Por este motivo, las mazarotas se suelen recubrir con unos manguitos, compuestos por materiales aislantes y/o exotérmicos, que retardan el enfriamiento del metal contenido en las mazarotas para garantizar su fluidez cuando se produzcan los rechupes en el metal colado. El empleo de manguitos exotérmicos alrededor de las mazarotas permite reducir los problemas de contracción y mejorar la calidad de las piezas coladas, lo que permite utilizar mazarotas más pequeñas (minimazarotas) que mejoran la producción y reducen la superficie de contacto de la mazarota con la pieza colada, cuya eliminación cuesta dinero. Se conocen manguitos exotérmicos a base de fibras fabricados en vía húmeda a partir de un material refractario fibroso combinado con una mezcla de materiales capaz de producir una reacción exotérmica constituida por un metal oxidable, en el que el aluminio es el más usado habitualmente, un agente oxidante y un fundente o agente iniciador de la reacción exotérmica que, habitualmente, es un compuesto fluorado. El metal oxidable, cuando se mezcla con el agente oxidante y el fundente y se expone a un calor extremo, se oxida liberando calor a medida que avanza la reacción. También se conocen manguitos exotérmicos a base de arena, muy apreciados en las fundiciones de hierro dúctil. La composición de estos manguitos a base de arena, de alta densidad, contienen un mayor cantidad de aluminio muy elevada para que la cantidad de calor generado sea muy alta. Este calor es necesario para elevar la temperatura del manguito a base de arena antes de influir favorablemente en la temperatura del metal en la maza rota. En 1997 se introdujo una tecnología de manguitos sin fibras, proporcionando una nueva alternativa a los manguitos exotérmicos. La solicitud de patente WO 97/00172 describe un procedimiento por soplado y curado en caja fría para fabricar manguitos con exactitud dimensional, exotérmicos y/o aislantes, a partir de una mezcla soplable en un molde compuesta por microesferas de silicato de aluminio con un contenido en alúmina inferior al 38% en peso, un aglomerante de curado en caja fría y, opcionalmente, unas cargas no fibrosas. Una composición típica para la producción de manguitos exotérmicos comprende microesferas huecas con un contenido en alúmina inferior al 38% en peso, aluminio en polvo, óxido de hierro y criolita como fundente fluorado. Actualmente existen en la industria de la fundición manguitos para obtener las llamadas minimazarotas, cuya función es también alimentar de metal líquido a la pieza mientras esta se contrae durante la solidificación. La diferencia fundamental con los manguitos exotérmicos convencionales es que estos mantienen el metal líquido durante más tiempo, con lo cual el volumen necesario de metal, esto es, la minimazarota, para una misma función de alimentación es menor.

Se llega a este resultado aumentando la carga exotérmica del manguito, pero este aumento de exotermicidad da lugar a problemas colaterales no deseados, como son: 1. El exceso de aluminio residual en la mazarota, que luego se vuelve a refundir, da lugar a problemas de poros en las piezas fundidas. El defecto conocido como "ojo de pez" es un defecto superficial en la pieza colada, originado por la acumulación de materiales procedentes de la recuperación de las arenas contaminadas, fundamentalmente por el aluminio que se encuentra en altas proporciones en los manguitos exotérmicos. Este defecto puede superarse mediante el empleo de, por ejemplo, microesferas huecas de silicato de aluminio con un bajo contenido de alúmina, tal y como se describe en la WO 97/00172. 2. Degradación de los nodulos en la zona de contacto del manguito con la pieza que da lugar al rechazo de piezas por no cumplir las especificaciones de nodulación exigidas por el cliente. Este segundo problema es originado por el exceso de flúor proveniente de los materiales fluorados que habitualmente se utilizan como carga iniciadora de la reacción exotérmica. Para evitar este problema, o bien el manguito no se pone en contacto con la pieza, lo cual hace necesario más metal, o bien se usa una galleta intermedia, exenta de flúor, adherida a la boca del manguito y dotada de un orificio central equivalente, que evita el contacto del manguito propiamente dicho con la pieza. Esta galleta, su producción y sujeción al manguito, representa un coste adicional nada despreciable.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La invención se enfrenta al reto de proporcionar un manguito para la obtención de minimazarotas que no requiera el uso de la "galleta" exenta de flúor, ni de ningún otro elemento para evitar el contacto del manguito con la pieza y que, por otro lado, produzca en la mazarota una entalla para facilitar su posterior separación de la pieza colada y todo ello a partir de una mezcla soplable, carente de flúor, capaz de producir una reacción exotérmica para la aportación del calor requerido. Para ello se parte, en primer lugar, por soplar la mezcla que va a constituir el manguito exento de flúor, en un molde dotado de dos machos que, de un lado, van a hacer posible la extracción del manguito una vez curado y, de otro lado, la obtención de dos orificios: uno de ellos en la boca propiamente dicha del manguito, cuyo orificio presenta un doble achaflanado circunferencial interior, capaz de producir una entalla equivalente en la mazarota cuando el manguito ejerza su función en el momento de la colada. Otro orificio en la base opuesta a la boca, el cual será cerrado, una vez curado el manguito, con un material de bajo coste, por cuanto esa zona del manguito no tiene operatividad en el proceso de colada y únicamente debe cerrarse a efectos de evitar la caída en el interior de la mazarota de arena u otros materiales no deseables. Dicho manguito exotérmico para la obtención de minimazarotas, se obtiene por soplado y posterior curado en caja fría de una mezcla exenta de flúor que comprende (a) esferas huecas de silicato de alúmina; (b) un material exotérmico que comprende: a) Un material aislante/refractario. b) Un metal oxidable. c) Un agente oxidante. d) Magnesio como elemento iniciador de la reacción. e) Una catalizador depurado en caja fría. Como material aislante básicamente se emplean microesferas huecas de silicato de aluminio. También pueden utilizarse mezclas de estas esferas de silicato de aluminio con arena, cuando sea necesario mejorar las características mecánicas del manguito, en detrimento de las características aislante. Como metales oxidables pueden utilizarse aluminio, silicio y otros. Preferentemente aluminio en una combinación de polvo fino y grueso. Como agentes oxidantes, pueden utilizarse nitratos, gloratos, permanganatos y óxidos metálicos tales como oxido de hierro y de magnesio y, por supuesto, combinaciones de estos compuestos. Como agente iniciador de la reacción exotérmica se emplea magnesio.

Una vez soplada este mezcla en el molde, extraído el manguito y curado, se cierra el orificio opuesto a la boca con un tapón que puede ser de plástico, madera, serrín, arena, etc. e incluso del mismo material del manguito. El empleo de estos manguitos permite fabricar piezas de elevada calidad, sin degradación de los nodulos de grafito en la zona de contacto mazarota-pieza, a un coste reducido, inferior comparativamente al de otros procedimientos convencionales que rinden piezas de calidades similares basados en el contacto entre la mazarota y la pieza a través de una galleta intermedia.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Las Figuras 1A a 1 C ilustran los pasos para la producción de un manguito mediante un procedimiento convencional de soplado y curado en caja fría perteneciente al estado de la técnica. En este caso, la mezcla para la producción de manguitos se sopla en un molde (3) con la colaboración de un macho (2) [Figura 1A]; a continuación, se cura el manguito (1 ) y se desmoldea dejando el hueco destinado a la mazarota (4) [Figura 1 B]; y, finalmente, se aplica una galleta (5) intermedia que presenta un agujero (6) para el paso del caldo [Figura 1C]. Las Figuras 2A a 2C ilustran los pasos para la producción de un manguito exotérmico según el procedimiento de soplado y curado en caja fría proporcionado por la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION En un aspecto, la invención se relaciona con un procedimiento para la producción por soplado y curado en caja fría de un manguito exotérmico para la obtención de minimazarotas, que comprende: (A) introducir, por soplado, en un molde de curado en caja fría, en el espacio definido entre el molde y dos machos que configuran un doble achaflanado en la boca del manguito, una mezcla soplable, para obtener un manguito no curado, abierto por sus dos extremos, en el cual dicha mezcla comprende: a) una composición exenta de flúor para la producción de manguitos a base de: a.1) un material aislante/refractario. a.2) una mezcla exotérmica que comprende un metal oxidable y un agente oxidante capaz de generar una reacción exotérmica, y magnesio como material iniciador de la reacción. b) un aglomerante de curado en caja fría; (B) poner en contacto el manguito no curado preparado en (A) con un catalizador de curado en caja fría; (C) dejar que el manguito resultante de (B) sea curado; (D) retirar el manguito curado del molde; y (E) colocar un tapón en el agujero opuesto a la boca del manguito.

Como puede apreciarse en las Figuras 2A a 2C, a diferencia de los procedimientos convencionales pertenecientes al estado de la técnica (véanse las Figuras 1A a 1C), en el procedimiento proporcionado por esta invención, la mezcla exente de flúor para la producción de manguitos exotérmicos se sopla dentro de un molde, en el espacio definido entre el molde (3) y los machos (2,2') [Figura 2A]. Los machos (2,2') además de permitir la posterior extracción del manguito, producen en la boca de éste un doble achaflanado (8).Una vez curado el manguito (1 ), se desmoldea dejando el hueco destinado a la mazarota (4) [Figura 2B]; y, finalmente, se coloca un tapón (9) en un extremo abierto del manguito (1) con el fin de impedir la entrada de arena o de cualquier otro elemento indeseable en el interior de la cavidad destinada a mazarota durante la operación de colada [Figura 2C]. El doble chaflán (8) del manguito, producirá en la mazarota una huella o entalla formalmente equivalente que define y facilita la línea de corte para la separación de la mazarota de la pieza. El material aislante/refractario (a.1 ) presente en la composición exenta de flúor para la producción de manguitos es un material que comprende básicamente microesferas huecas de silicato de aluminio, aunque también podría contener una determinada cantidad de arena, en el supuesto de que, sacrificando capacidad aislante, quiera mejorarse las características mecánicas del manguito. En general, la cantidad de material aislante/refractario (a.1 ) estará comprendida entre 30 y 70% en peso respecto al total de la composición exenta de flúor. El material exotérmico (a.2) presente en la composición exenta de flúor para la producción de manguitos comprende un metal oxidable y un agente oxidante capaz de generar una reacción exotérmica, en donde dicho material exotérmico comprende: (i) magnesio como elemento iniciador de la reacción ¡xotérmica, junto con uno o más metales oxidables, preferentemente una mezcla de aluminio en polvo y granulado. (ii) un agente oxidante capaz de reaccionar con el metal oxidable y generar una reacción exotérmica a la temperatura de vertido del metal, seleccionándose dicho agente oxidante del grupo formado por (a) sales de metales alcalinos o alcalinotérreos, por ejemplo, nitratos, cloratos y permanganatos de metales alcalinos o alcalinotérreos; (b) óxidos metálicos, por ejemplo, óxidos de hierro y de manganeso, preferentemente óxido de hierro; y (c) mezclas de (a) y (b). Dicho material exotérmico (a.2) se encuentra en forma no fibrosa, para poder ser soplado. Una característica de la composición para la producción de los manguitos exotérmicos según la presente invención radica en que dicha composición carece de los fundentes fluorados inorgánicos habitualmente utilizados como iniciadores de la reacción exotérmica. En su lugar, se utiliza magnesio el cual reacciona a una temperatura inferior con lo que la reacción exotérmica generada entre el metal oxidable y el agente oxidante comienza antes.

La reacción entre el metal oxidable y el agente oxidante es una reacción exotérmica que genera calor potenciando de ese modo las propiedades térmicas de los manguitos exotérmicos. De esta manera, se reduce la pérdida de temperatura del material fundido en el bebedero, que se mantienen más caliente y líquido durante más tiempo. Dependiendo del grado de propiedades exotérmicas que se desea alcanzar en el manguito, la cantidad de metal oxidable presente en el material exotérmico (a.2) estará comprendida entre 20 y 30% en peso respecto al total de la composición exenta de flúor para la producción del manguito. El procedimiento proporcionado por esta invención permite obtener manguitos exotérmicos con el balance de propiedades aislantes y exotérmicas deseado sin más que utilizando las cantidades de material aislante (a.1 ) y de material exotérmico (a.2) presentes en el componente A en las relaciones ponderales apropiadas. Los aglomerantes de curado en caja fría que pueden utilizarse en la mezcla para la producción de manguitos según el procedimiento de fabricación de manguitos proporcionado por esta invención son conocidos. En principio, cualquier aglomerante de curado en caja fría que sea capaz de mantener la composición exenta de flúor para la producción de manguitos en la forma de un manguito y polimerizar en presencia de un catalizador de curado puede utilizarse. A modo ilustrativo, pueden utilizarse resinas fenólicas, resinas de fenol-uretano, resinas epoxi-acrílicas, resinas fenólicas alcalinas, resinas de silicatos, etc. activadas por un catalizador apropiado en fase gaseosa. En una realización particular, dicho aglomerante de curado en caja fría se selecciona entre las resinas epoxi-acrílicas activadas por S02 (gas) y las resinas de fenol-uretano activadas por amina (gas) conocidas como aglomerantes de curado en caja fría EXACTCAST® (Ashland). La cantidad necesaria de aglomerante de curado en caja fría es la cantidad efectiva para mantener la forma del manguito y permitir su curado efectivo, es decir, una cantidad tal que permita producir un manguito que pueda ser manejado tras el curado. A modo ilustrativo, la cantidad de aglomerante de curado en caja fría estará comprendida entre 1 y 10% respecto al total de la composición para la producción del manguito. El catalizador para el curado en caja fría se aplica en forma de gas haciéndolo pasar a través del manguito, hasta que éste alcanza una consistencia manejable. El catalizador en fase gaseosa puede ser una amina, dióxido de carbono, formiato de metilo, dióxido de azufre, etc. dependiendo del aglomerante de curado en caja fría utilizado. Operando adecuadamente y seleccionando los componentes de la composición para la producción de manguitos se pueden obtener manguitos exotérmicos con exactitud dimensional, tanto interna como externa, que se pueden acoplar fácilmente al conjunto de moldeo en fundición después de ser fabricados sin necesidad de realizar manipulaciones adicionales.

El manguito exotérmico obtenible según el procedimiento proporcionado por esta invención constituye un aspecto adicional de la presente invención. Como puede apreciarse en las Figuras 2A a 2C, el manguito (1 ) proporcionado por esta invención comprende (i) un cuerpo que rodea el hueco destinado a contener la mazarota (4) y contiene un doble chaflán (8) en su boca, y (ii) un tapón (9) en la base opuesta a la boca. El doble chaflán (8) presente en el manguito proporcionado por esta invención es debido a la acción combinada de 2 machos (2,2') durante el soplado de la mezcla. El doble chaflán (8) definirá en la mazarota una huella o entalla que facilita la separación de la misma de la pieza colada. Debido al procedimiento de fabricación del manguito proporcionado por esta invención, que comprende la acción combinada de 2 machos, se generan 2 extremos abiertos. Uno de dichos extremos contiene un doble chaflán (8) mientras que el otro de los extremos abierto se cierra con un tapón (9) con el fin de evitar el paso de arena o de cualquier otro elemento indeseable hacia el interior del manguito durante la colocación del mismo en el molde y, por supuesto, durante la operación de colada. Por tanto, dicho tapón (9) no tiene ninguna misión estructural ni interviene en la formación o actuación de la mazarota, y, debido a ello, el material utilizado en la fabricación del tapón puede ser prácticamente cualquier material, ventajosamente, un material barato, tal como plástico, madera, serrín, papel, arena, etc., o, incluso, el propio material constituyente del manguito. A título comparativo se ¡lustra a continuación un cuadro de mezclas soplables para la obtención de manguitos exotérmicos con fundente fluorado y exenta de flúor, según la invención, para la misma capacidad de exotérmia.

Costo de las mezclas para una misma capacidad de exotermia

Claims (11)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1. - Un procedimiento para la producción por soplado y curado en caja fría de un manguito exotérmico para moldes de fundición, que comprende: (A) introducir, por soplado, en el molde en el espacio definido entre el molde y dos machos, una mezcla para la producción de un manguito exotérmico, obteniendo un manguito no curado, abierto por sus dos extremos, presentando la abertura de la boca un doble chaflán interno, en tanto que la otra abertura es normalmente lisa, en el que dicha mezcla para la producción de manguitos exotérmicos comprende: a) una composición exenta de flúor para la producción de manguitos que comprende: a.1 ) un material aislante/refractario; a.2) un material exotérmico a base de un metal oxidable, un agente oxidante capaz de generar una reacción exotérmica y magnesio como elemento iniciador de la reacción, a) un aglomerante de curado en caja fría; (B) poner en contacto el manguito no curado preparado en (A) con un catalizador para curar dicho manguito no curado; (C) dejar que el manguito resultante de (B) sea curado; (D) retirar el manguito curado del molde; y (E) colocar un tapón en el orificio de la base opuesta a la boca del manguito.

2. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho material aislante con propiedades refractarias (a.1 ) es silicato de aluminio en forma de microesferas huecas.

3. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho metal oxidable es aluminio, preferentemente una mezcla en polvo fino y grueso de este metal.

4. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho agente oxidante se selecciona del grupo formado por sales de metales alcalinos o alcalinotérreos, óxidos metálicos, y sus mezclas.

5. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 y 4, caracterizado además porque dicho agente oxidante se selecciona del grupo formado por nitratos, cloratos y permanganatos de metales alcalinos o alcalinotérreos, óxido de hierro, óxido de manganeso, y sus mezclas.

6. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho material exotérmico (a.2) se encuentra en forma no fibrosa, es decir, en forma soplable. 7.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho aglomerante de curado en caja fría se selecciona del grupo formado por resinas fenólicas, resinas de fenol-uretano, resinas epoxi-acrílicas, resinas fenólicas alcalinas y resinas de silicatos. 8. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque dicho aglomerante de curado en caja fría se selecciona del grupo formado por resinas epoxi-acrílicas activadas por SO2 (gas) y resinas de fenol-uretano activadas por amina (gas). 9. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque, en la etapa (B), el manguito no curado preparado en la etapa (A) se pone en contacto con un catalizador en fase gaseosa adecuado para curar dicho manguito. 10.- El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho catalizador para curar el manguito no curado es un catalizador en fase gaseosa seleccionado entre una amina gaseosa para activar resinas de fenol-uretano; S02 (gas) para activar resinas epoxi-acrílicas; CO2 (gas) o formiato de metilo (gas) para activar resinas fenólicas alcalinas; y C02 (gas) para activar resinas de silicato sódico. 11.- Un manguito como el que se reclama en reivindicación 1 , caracterizado porque una vez moldeado, desmoldeado y curado, presenta una boca para la entrada del caldo que ha de conformar la mazarota dotada de un doble chaflán perimetral interno, que producirá en la mazarota una huella o entalla de geometría equivalente, en tanto que el orificio opuesto a la boca se cierra con un tapón de plástico, madera, serrín, arena o incluso del propio material que constituye el manguito.