i PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA FUNDIR Y COLAR METALES
EN MOLDES. La invención se refiere a un procedimiento para fundir y colar metales en moldes de colada, donde el fundido se realiza en un crisol, en el cual se coloca un molde de colada con una abertura de colada dirigida hacia abajo y donde el crisol de fundido y el molde de colada después del fundido del metal se llevan conjuntamente a una posición inclinada alrededor de un eje de giro, en la cual desde el crisol fluye el fundido al molde de colada. Un dispositivo para llevar a cabo tal procedimiento se conoce como "roll over furnace" . El dispositivo conocido trabaja en la atmósfera, donde en un crisol de material cerámico, que esta rodeado de una bobina de inducción, se coloca un molde de colada,que igualmente es de material cerámico, En la posición de fundido se encuentra el crisol abajo y el molde de colada esta puesto con su abertura de colada dirigida hacia abajo sobre el crisol. Después del fundido de la carga todo el conjunto como un reloj de arena se lleva a una posición de quedar de cabeza, alrededor de un eje del centro de gravedad, de modo que se pueda realizar la colada en el molde. El dispositivo conocido sirve para materiales que a las temperaturas de fundido no reaccionan o lo hacen débilmente con el oxígeno del aire, siendo así usable, pero para materiales que a sus temperaturas de fundido reaccionan con el oxígeno del aire, el dispositivo conocido y procedimiento practicado no son usables. Es además conocido el disponer en una cámara de vació estacionaria o basculable, un crisol basculable y desde este colar el fundido en el molde, que se pone después en la cámara de vació en otra cámara de vació conectada y desde esta se vuelve a sacar. El dispositivo conocido es extraordinariamente voluminoso y se ha presentado en vista de la inversión necesaria y de los costos de funcionamiento como no practico. Se han practicado también ensayos ,para realizar el procedimiento mencionado en una cámara de vació estacionaria, .a cual sin embargo debido al gran campo de basculamiento que necesita el arreglo del crisol y el molde debería presentar un volumen demasiado grande, lo cual exigiría durante el funcionamiento períodos de ciclo intolerablemente largos , ya únicamente en el tiempo necesario para evacuar une cámara de un volumen tan grande. Por el articulo de Kreutzer Colada a presión con vació calentando inductivamente-Técnica de colada del futuro - publicado en dental -labor XXXIV cuaderno 12 (1986) pags 1927 a 1929 se conoce un fundido de metal bajo vació para quitar el gas, por el basculado de un crisol 80 grados en un molde y la colada sometida a presión para comprimir. El procedimiento y el dispositivo son para colada dental, esto es para partes muy pequeñas, y con respecto al arreglo de la ?tf bobina de inducción y una unión especial del crisol y el molde de colada, no se dan ningunas indicaciones. Por medio del escrito de Patente alemán 15 58 159 Al se conoce, realizar el fundido y una colada dad en un tubo evacuado, en la región del crisol y de un apilamiento suelto de moldes de colada, esta rodeado por afuera de bobinas de inducción. El dispositivo para el basculado ni se propone ni seria adecuado, puesto que el crisol se vacía al molde por una abertura en el piso. Por el escrito alemán 12 62 521 C se conoce, en un arreglo vertical estacionario colocar entre una compuerta de carga y un espacio de moldeado con un carrusel para varios moldes con conmutación intermedia de otros espacios de vació
poner una parte de fundido. Dentro de la parte de fundido así en vació, existen bobinas de inducción y también un crisol, los costos de inversión, de funcionamiento de mantenimiento así como el volumen constructivo y el peso son considerables, y los tiempos de evacuación
correspondientemente largos. Para el colado por un proceso de basculamiento el dispositivo ni esta preparado ni adecuado. la colada se realiza por un acoplamiento de los moldes de colada a una abertura de piso en el crisol . También es complicado el levantamiento necesario. 25 Por el escrito alemán 25 00 521 Al se conocen un procedimiento y un dispositivo, en los cuales el crisol y el
3> molde se ponen con un espacio hueco de moldeado único en una cámara de vació común y se unen de tal manera entre si, que la abertura de entrada de colada del molde queda bajo un 5 ángulo de 90 grados con respecto al eje del crisol, la cámara de vació esta montada por medio de un muñón hueco en una placa de fijación, donde el ángulo de giro queda limitado a 90 grados por un tope. Por medio del muñón se conduce un conducto de vació flexible, que tiene una sección ,w£> transversal pequeña igualmente solo permite un ángulo de basculamiento limitado. El calentamiento del crisol se realiza por un arco eléctrico con dos electrodos, cuyos ejes coinciden con el eje del crisol. Así es imposible el unir coaxialmente al crisol con la abertura de entrada de la
colada, de modo que el crisol para la colada no puede llevarse a una posición inversa. La potencia de colada de tal dispositivo de electrodos es relativamente baja. Con un
F aumento de presión es posible, aumentar la compresión o densidad de la parte de colada 20 pero para una colada centrífuga ,que podría mejorar la densidad, el dispositivo ni es apropiado ni se ha previsto. También se ha provisto únicamente para la fabricación de una parte de colada única y pequeña, propiamente para una parte dental. 25 la presente invención se propone el objetivo de mejorar un procedimiento y un dispositivo del tipo
<?* anteriormente mencionado de modo que puedan colarse también grandes partes de colada y/o puedan utilizarse múltiples partes de colada tanto de materiales reactivos con exclusión
de aire, sin interrumpir el vació, ahorrando tiempo. El objetivo se alcanza por un procedimiento de acuerdo con la invención que comprende: a) evacuación común del molde y del crisol b) fundido subsiguiente inductivo en el crisol por medio de j ? — -0 una bobina de inducción gue se encuentra fuera del vació. c) colada por un baculamiento total de cuando menos 180 grados del crisol, la cámara de colada y el molde de colada, manteniéndose el vació. En la solución o realización de acuerdo con la
presente invención son los espacios gue han de evacuarse lo mas pequeño posible, de modo que se presenten tiempos de
^^_ evacuación y de ciclos cortos para la colada de una carga. Una reacción del fundido y/o la parte de colada con el oxígeno del aire queda excluida. El ángulo de basculamiento
es de cuando menos 180 grados permitiendo una colada limpia y sin restos del fundido y un llenado sin poros del molde Naturalmente que con un procedimiento de ese tipo también es posible, el colar tales metales y aleaciones que a la temperatura de fundido no reaccionen o solo lo hagan en
una escala reducida con el oxígeno del aire. El procedimiento de acuerdo con la invención un por lo tanto aplicable universalmente para metales y aleaciones completamente diferentes. La invención define una forma de construcción y
funcionamiento muy determinada, para la cual hay las siguientes alternativas: El crisol que esta bajo vació puede consistir de barras enfriables, que presenten distancia de aislamiento entre ellas, y que reciban la acción de un campo alterno de una bobina de inducción. Tal crisol se denomina
(Jfc-10 también crisol de pared fría. La hermetizacion para la generación del vació puede suceder de dos maneras. En una pueden las barras enfriables estar rodeadas de una funda de material aislante en la otra es posible, llenar las distancias aislantes entre las barras con un material aislante hermético
al gas, de modo que se forme el crisol de pared fría en si hermético al vació. Tales crisoles son - considerados en si mismos- conocidos en el articulo de A. Gubchenko/Novikov/Choudhry/Hugo Vacuu induction and induction
Plasma Furnaces with Cold Crucible publicado en Proceedings
Vacuum Metallurgy Conference 1991 , Pittsburg USA páginas 15 a
. Pero también es posible alternativamente poner un crisol de pared caliente que este hecho de material cerámico en un tubo aislante, que por ejemplo este hecho de cuarzo o de
otro material sintético reforzado con fibra, que sea enfriado _ por el lado interno. Tal tubo aislante permite el paso de
• ondas electromagnéticas y puede por lo tanto estar rodeado por el lado externo por la bobina de inducción que se necesita. Especialmente el llamado Horno tubular de cuarzo
es conocido hace tiempo en la técnica, pero no se han utilizado para este fin. El encapsulado de acuerdo con la presente invención del crisol y del molde de colada permite sin embargo todavía otra conformación ventajosa del procedimiento, el cual esta caracterizado porque en la posición de colada del crisol se introduce en este un gas inerte y de esa manera se provoca un aumento de presión sobre la abertura de colada. Por la diferencia de presión que se presenta entre esa presión de gas y el vació que existe sobre el lado externo
del molde o moldes de colada, no solamente se presiona al fundido por la fuerza de gravedad sino que también por la diferencia de presión en los espacios huecos del molde, de modo que se obtiene una colada libre de poros con una superficie apretada y lisa. 20 En otra conformación del procedimiento de acuerdo con la invención también es posible realizar el arreglo del crisol, la bobina de inducción, la cámara de colada y el molde que tenga un movimiento centrífugo, que sea con un numero relativamente alto de rotaciones, el cual debe
seleccionarse tan elevado, que la fuerza centrífuga claramente venza en la posición invertida del molde, la *?" aceleración terrestre Es ventajoso, que durante el fundido del material se prolonguen pequeñas densidades de la bobina de inducción 5 en la dirección del piso del crisol. La invención también concierne a un dispositivo para el fundido y colado de metales en moldes al vació con un crisol calentable y provisto de un extremo abierto, el cual esta unido con un molde de colada, que presenta una j4 .O abertura para introducir la colada, donde el crisol y el molde son basculables conjuntamente a una posición invertida alrededor de un eje de giro horizontal, en la cual fluye el fundido desde el crisol al molde. esta caracterizado porque: 15 a) el molde de colada esta dispuesto dentro de una cámara de colada hermética al vació y con su abertura de colada dirigida hacia abajo se apoya en el extremo abierto
Wf del cri .sol al estar este en posi.ci.ón de fundi.r; b) el extremo abierto del crisol esta rodeado por 20 un borde de brida ,el cual forma con la cámara de colado una unión de brida hermética al gas; c) el crisol esta rodeado, por fuera del vació, por una bobina de inducción d)el crisol, la bobina de inducción, la cámara de 25 colada y el molde están dispuestos de manera girable en cuando menos 180 grados por medio de un árbol hueco. ^T Tal dispositivo representa el espacio rodeado mas pequeño posible, y conduce por lo tanto a costos de inversión y funcionamiento bajos. Además ya se indicaron 5 otras ventajas. Aquí es especialmente ventajoso que: el molde de colada consiste de un material poroso y/ola cámara de colada por medio de un conducto de succión -vació esta unida con el árbol hueco ffí- que encierra al eje de giro y esta conectado a una bomba de vació por medio de un acoplamiento rotatorio. Tiene una ventaja especial la ultima característica mencionada, y precisamente que :un conducto de
succión - vació para procedimiento metalúrgico exige una sección transversal importante, la conformación de una parte del conducto de succión - vació como árbol hueco permite
'fe ^ una construcción muy rígida y pobre en oscilaciones con una grueso de pared relativamente delgado del árbol hueco. Estos 20 árboles huecos pueden unirse de manera muy sencilla con las bombas de vació o con un juego de ellas. Es además ventajoso, que el árbol hueco consista de dos secciones árbol hueco coaxiales, entre las cuales se coloca el crisol de fundido y de las cuales una este 25 conectada a la bomba de vació y la otra a conductos de agente enfriante para cuando menos contener una parte del dispositivo del grupo del crisol, bobina de inducción y cámara de colada . Por la construcción descrita se produce una solución en la cual cuando menos se cubren o protegen los conductos necesarios que se ponen en las secciones de árbol hueco . Es además ventajoso, que la cámara de colada posea un borde de brida, el cual forme con el borde de brida del crisol de fundido una primera unión de brida hermética al gas, y posea una segunda unión de brida para la formación de una tapa quitable de la cámara de colada y que el conducto de succión -vació este conectado entre la primera y la segunda unión de brida de la cámara de colada. Este paso constructivo posee la ventaja, de que la unión de vació entre el árbol hueco y la cámara de colada no tendrá que interrumpirse. De esta manera se presenta la posibilidad, de que una parte del conducto de succión - vació sirva como elemento de apoyo para la cámara de colada, de lo cual se hablara mas adelante. Otras conformaciones o modalidades ventajosas del objeto de la invención se desprenden de las reivindicaciones dependientes . Se presentan en relación con los dibujos dos ejemplos de realización en las figuras 1-3:
La figura 1 es una vista lateral parcial de un dispositivo ^r~ completo en una forma muy esquematizada; la figura 2 es una representación en perspectiva de un crisol de pared fría de acuerdo con el estado de la 5 técnica; La figura 3 es un corte axial parcial a través del aparato de producción análogo al de la figura 1. En la Figura 1 se representa un árbol o eje hueco 1, que presenta un eje de giro A-A concéntrico con el. El ?lO árbol hueco 1 es impulsado por un motor eléctrico 2 y un engranaje 3, donde el motor 2 también sirve como motor de colocación, ya que esta en situación, tanto de darle un ajuste de posición al árbol 1, como también de poner a este en una rotación rápida para la realización de un proceso de 15 colada con centrifugación. El extremo abierto del árbol hueco 1 esta unido por medio de una unión giratoria en si conocida con el juego y^ de bombas de vació 4. Del árbol hueco 1 que igualmente forma una parte del conducto de succión-vació sale otro conducto
de succión -vació 5 a una cámara de colada 6, que consiste de una parte principal 7 y una tapa 8. la tapa 8 esta provista con una oreja de palanca 9, por medio de la cual la tapa con el fin de la carga y retiro de un molde de colada 10, que solo se indica esquemáticamente, se pueda levantar y volver
a poner. El conducto de succión 5 corre radialmente al eje de giro A-A, y en el lado opuesto de la cámara de colada 6 se une por medio de un elemento de apoyo 11 que también corre radialmente con el árbol hueco 11. El árbol hueco 1 posee una pieza central 12, sobre 5 la cual se fija un crisol de fundido 13, cuyo espacio interno 14 esta hermetizado contra el vació por medio de una de las medidas indicadas anteriormente. El crisol 13 esta rodeado por una bobina de inducción 15, cuyos conductores 16 y 17 están unidos de manera quitable con los contactos fijos 18 y fclO 19, de modo que el crisol pueda calentarse en la posición de fundido representada. El elemento de apoyo o soporte 11 esta igualmente unido con el árbol hueco 1 , que en su extremo tiene un acoplamiento rotatorio 20 para el suministro y retiro de agua 15 enfriante, lo gue se indica por medio de dos flechas contrarias. Los conductos del agente enfriante correspondientes corren en el interior del árbol hueco 1. Por medio de una doble flecha se indica que la bobina de inducción 15 es desplazable en la dirección 20 del eje longitudinal del crisol 13, esto es, en dirección radial. Este desplazamiento es conveniente para el fin perseguido, si el espacio interno 14 es cubierto con partes toscas o burdas de baja densidad de llenado, como por ejemplo con escoria,, en este caso se empieza con el fundido 25 en el extremo superior del crisol, y al ir prosiguiendo el proceso se va haciendo descender la bobina de inducción en dirección del piso del crisol 22, puesto que allí se encontrara al final del proceso de fundido todo el fundido. El extremo abierto del crisol de fundido 13 esta rodeado de un borde de brida 23, sobre el cual es colocable un borde de brida complementario 24 de la cámara de colada 6, herméticamente al vació. De esta manera se crea una unión de brida primera 25. en el borde superior del crisol 13 se apoya además una abertura para introducir la colada 26 del molde 10, que en la posición representada esta dirigida hacia abajo, la cámara de colada 6 posee una segunda unión de brida 27 entre la parte principal 7 y la tapa 8. Debe reconocerse que el conducto de succión - vació esta conectado por medio de una pieza intermedia 5a entre las dos uniones de brida 25 y 27, a la cámara de colada 6. Para un mejor entendimiento muestra la figura 2 un llamado crisol de pared fría, como se describe en la literatura dada. Tal crisol de fundido 13 consiste de barritas huecas, enfriables 28, que están puestas por una conexión intermedia de distancias aislantes 29 en forma de una palizada circular. En las distancias aislantes se encuentra un material aislante endurecido, de modo que se presenta la hermeticidad al vació, las barras 28 presentan espacios huecos 30 , , los cuales están conectados a un circuito de un agente enfriante. El crisol 13 esta rodeado de , barras 28 corrientes longitudinales, que por su parte se acoplan en el fundido 31. De esta manera se ejerce sobre el fundido un efecto de choque, de modo que la superficie del
* 5 fundido toma la forma de un paraboloide que esta de cabeza. En este caso desaparece el borde de brida 23. El crisol de pared fría de acuerdo con la Fig 2 es apropiado de manera especial para el fundido y colado de metales y aleaciones ,que bajo ninguna circunstancia pueden
ser contaminadas por partículas de cerámica, y por lo tanto no deben entrar en contacto con materiales cerámicos de crisoles de pared caliente, por ejemplo se piensa aquí en la fabricación de alabes de turbina. En el ejemplo de realización de la fig 3 se
representan las partes iguales con las mismas cifras. El árbol hueco 1 consiste en este caso de dos secciones de árbol hueco coaxiales la y lb, entre las cuales esta dispuesto el crisol 13. Las dos secciones la y lb están unidas entre si por medio de un portador 32, sobre el cual esta fijado el
crisol 13, en donde se debe tener cuidado que el piso del crisol 22 quede en o arriba del eje de rotación A-A, con lo cual al colarse por centrifugación ningún fundido quede en el piso del cris-.ol . El portador 32 esta unido por medio de elementos de soporte 11 con la cámara de colada 6. Por medio
de los dos árboles huecos la y lb esta montado el portador 32 en cojinetes rotatorios 33 y 34, que están dispuestos en columnas 35, para crear la libertad de piso para el movimiento de rotación de la cámara de colada 6. La sección izquierda del árbol hueco la esta conectada por medio de un acoplamiento rotatorio 36 y un apoyo tubular 37 a una bomba de vació que aquí no se muestra, la sección derecha lb contiene conductos del agente enfriante 38, 39 40 para el crisol 30, la bobina de inducción 15 y dado el caso también la cámara de colada 6 La sección izquierda la sirve igualmente como conducto de succión - vació, cuya sección parcial 5 de manera análoga a lo representado en la figura 1, esta conectada por un conducto de unión 5a a la cámara de colada 6. Sin embargo, en este caso, el conducto de succión -vació 5 no sirve como apoyo para la cámara de colada 6. Para evitar una sobrecarga mecánica, se coordina al conducto de succión -vació 5 un compensador 41. Debajo del piso del crisol 22 se encuentra además una caja 42,que esta conectada por medio de un conducto 43 al conducto de succión -vació 5. En un espacio intermedio desemboca otro conducto de gas 44, que igualmente es conducido a través de la sección de árbol hueco la, lo que no se representa muy exactamente. Por los conductos 43 y 44 es posible alternativamente, debajo del piso del crisol 22 o en el crisol de fundido 13 establecer una sobrepresion o subpresion, para por ejemplo entonces, si el arreglo se
* encuentra en posición invertida, poder ejercer sobre el fundido a través de la abertura de entrada de colada 26, una presión estática. 5 En tanto no se ejerza con el dispositivo ningún procedimiento centrífugo, es posible substituir el agregado impulsor del motor eléctrico 2 y del engranaje 3 por medio de un cilindro hidráulico. Con los dispositivos de acuerdo con las figuras 1 ,ß?l0 y 2 se realiza el siguiente funcionamiento. Con el fin de realizar una carga se encuentra el dispositivo en la posición representada . La tapa 8 se levanta por medio de una palanca u otro dispositivo y el crisol 13 se carga desde arriba. A continuación el molde de colada 10 gue puede consistir de
numerosos moldes individuales *ver la figura 3) se coloca con la abertura de entrada de colada 26 hacia abajo sobre el crisol de fundido 13 o sobre un soporte no representado exactamente, y la tapa 8 se coloca hermetizando con la unión de brida 27. 20 A continuación se evacúa todo el dispositivo, y tan pronto como se alcanza una presión predeterminada, se conecta a la bobina de inducción 15 la alimentación de corriente. El proceso de fundido puede realizarse según un perfil de temperatura predado, que se determina empíricamente,Tan
pronto se alcanza la temperatura de fundido, se interrumpe la alimentación de corriente, los conductos 16 y 17 se separan de los contactos 18 y 19 (no representados en la Fig 3) y todo el arreglo se pone de cabeza, con lo cual el fundido fluirá en el molde de colada 10 o en los moldes que existan. 5 Como se ha indicado anteriormente, puede este proceso hacerse muy efectivo por el establecimiento de una presión de gas sobre el nivel del fundido. Después de mantener un cierto tiempo de enfriamiento se vuelve a poner el dispositivo en la posición mostrada en las figuras 1 y 3 , y después de quitar tío la tapa 8 puede el molde 10 retirarse, y el dispositivo puede cargarse de nuevo .