MXPA99007392A - Una planta para la regeneracion en continuo de arena de fundicion y metodo de actuacion asociado - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a una planta para la regeneración en continuo de arena de fundición, caracterizado porque comprende una cámara de combustión, en la que se añade un gas combustible a la arena para que sea regenerada en la cámara de combustión, y una cámara de enfriamiento, en la que la arena procedente de la cámara de combustión es enfriada, ambas cámaras estando provistas con medios para mantener la arena en estado fluidificado, en donde la cámara de combustión se dispone en la parte superior de la primer columna y la cámara de enfriamiento estádentro de la segunda columna, la base de la cual se conecta a través de un conducto de comunicación a la base de la primer columna con lo cual, durante la operación normal en equilibrio, la superficie libre de arena se encuentra al mismo nivel en las dos cámaras.

Description

UNA PLANTA PARA LA REGENERACIÓN EN CONTINUO DE ARENA DE FUNDICIÓN Y MÉTODO DE ACTUACIÓN ASOCIADO La presente invención se refiere a una planta para la regeneración en continuo de arena que ha sido utilizada previamente en fundiciones para la fabricación de machos. De acuerdo con las técnicas generalmente utilizadas para la producción de complicados componentes metálicos por fusión, el metal fundido se inyecta en moldes que contienen machos que reproducen la forma interna de los componentes. Para entrar en más detalle, resinas especiales, por ejemplo de tipo fenólico, y catalizadores adecuados que permiten el curado de las mismas, se mezclan con la arena con el fin de dar firmeza a los machos. En años recientes, se ha encontrado que resulta económicamente ventajoso reciclar la arena utilizada para la producción de tales machos, tras separar los residuos de resina, de catalizadores y otras impurezas contenidas en la misma. De este modo, se han construido ya plantas para la regeneración de arena de fundición, según se ilustra, por ejemplo, en el documento EP-A-0 055 230. Algunas de estas plantas operan de forma continua y pueden comprender una cámara de combustión, en la que se añade gas combustible a la arena con el fin de permitir que ardan las impurezas antes mencionadas, y una cámara de enfriamiento, en la que la arena procede de la cámara de combustión se enfría hasta la temperatura ambiente, o ligeramente por encima de la temperatura ambiente. De acuerdo con una primera técnica conocida, estas cámaras en las que la arena se mantiene es estado fluidificado, se dispone en el interior de contenedores separados entre los que la transferencia de la arena tiene lugar por gravedad, a través de válvulas adecuadas y sin la provisión de ningún dispositivo adicional para recuperación térmica. Esta disposición tiene la desventaja de unos altos costes operativos, debido al consumo substancial de energía (del orden de 50 m3 de combustible por tonelada de arena tratada). Además, el hecho de que el enfriamiento se lleva a cabo en una única etapa, significa que es de larga duración, con el fin de permitir que la arena se enfríe desde una temperatura de aproximadamente 700-800°C, que es característica de la etapa de combustión, hasta la temperatura final deseada de aproximadamente 30-35°C. Además, el movimiento por gravedad desde una cámara hasta la otra, significa que la planta debe tener una magnitud vertical substancial (del orden de 7-10 m) que no siempre es compatible con el espacio disponible. De acuerdo con una técnica adicional conocida, ilustrada mediante el documento EP-A-0 089 927, las plantas de regeneración del tipo indicado en lo que antecede, se completan con dispositivos de recuperación térmica que utilizan el considerable calor de los vapores de material que salen de la cámara de combustión, para pre-calentar los vapores de material entrantes. Las plantas del último tipo mencionado, resultan así mucho más eficaces en términos de energía que las plantas anteriores, puesto que las mismas proporcionan un consumo de gas combustible del orden de 30 m3 por tonelada de arena tratada, pero también son mucho más caras y funcionalmente complejas. Esto se debe al hecho de que los dispositivos intercambiadores de calor, además de constituir componentes adicionales que han de ser fabricados con la utilización de materiales de valor, tales como aceros inoxidables, son también intrínsecamente delicados, estando sujetos a un grado de desgaste muy alto y requiriendo así un mantenimiento cuidadoso que incluye tiempos de parada de máquina que no son poco considerables. Además, las plantas del último tipo mencionado tienen también la desventaja de tener una dimensión substancial en dirección vertical y una pobre versatilidad. Con el fin de subsanar los inconvenientes de las técnicas conocidas mencionados en lo que antecede, la presente invención se refiere a una planta para la regeneración de arena de fundición y al método de actuación asociado, los cuales tienen las características que se reivindican específicamente en las reivindicaciones que siguen. Las desventajas y características de la presente invención aparecerán de forma clara a partir de la descripción detallada que sigue, la cual se da con referencia a los dibujos anexos, proporcionados a título de ejemplo no limitativo, en los que: la figura 1 es una representación esquemática de una planta de la invención; la figura 2 es una representación esquemática, a mayor escala, de un detalle de la planta de la figura 1 y la figura 3 es una representación esquemática de una realización alternativa del detalle de la figura 2. Una planta para la regeneración en continuo de arena de fundición, comprende (figura 1) una cámara 10 de combustión que se encuentra dispuesta en el interior de la parte superior de una primera columna 12, y una cámara 14 de enfriamiento que se encuentra dispuesta en el interior de una segunda columna 16, cuya base se ha conectado, por medio de un conducto 18 de comunicación, con la base de la primera columna 12. Ventiladores 20, 22 respectivos se han dispuesto en la zona de bases de las columnas 12, 16, y están capacitados para insuflar aire a través de boquillas 24 de alimentación de tal manera que mantienen la arena en estado fluidificado en el interior de la cámara 10 de combustión y de la cámara 14 de enfriamiento. Como se apreciará claramente a partir de la descripción de funcionamiento que sigue, las dos columnas 12, 16 constituyen un sistema de vasos comunicantes en los que, la arena fluidificada, la cual es comparable a un líquido, tiende a alcanzar el mismo nivel.

Un dispositivo 26 para introducción de la arena a ser regenerada, se encuentra dispuesto por encima de la primera columna 12, mientras que se ha formado una abertura 28, para descarga de la arena regenerada, en la parte superior de la segunda columna 16. Un conducto 30 para descarga de los gases de combustión, se extiende desde la parte superior de la columna 12. Un conducto 31 para descarga del aire de fluidificación desde la cámara 14, se extiende desde la parte superior de la columna 16. Un deflector 32 transversalmente perforado, para separar la cámara 10 de combustión respecto de la porción 34 subyacente de la columna 12, se ha dispuesto también en la primera columna 12. El deflector 32 posee orificios de un diámetro tal que permite una velocidad de paso del aire de fluidificación no mayor de 1 m/s, y de tal modo que así permite el descanso por gravedad de la arena con los tamaños de grano normalmente utilizados en las fundiciones para la fabricación de machos. Un conducto 36 de alimentación de gas, conduce hacia la cámara 10 de combustión a través de una pluralidad de boquillas 38, cuyas aberturas se han dotado de medios para evitar la penetración de arena hacia el interior. Estos medios pueden estar constituidos (figuras 2 y 3), por diafragmas 40 de material cerámico permeable al gas, pero no a la arena, o, según variantes que no se han representado, mediante placas que poseen orificios de un diámetro comprendido preferentemente desde 0.1 a 0.15 mm.

Según se ha representado en la figura 2, cada boquilla 38 posee una trayectoria 42 en forma de U para el flujo de los gases, en cuya trayectoria se ha dispuesto el diafragma 40 de tal manera que la divide en al menos dos porciones 44, 46 dispuestas en serie, con el fin de constituir una doble barrera para la penetración indeseada de arena en el interior de las mismas. Una estructura de este tipo ofrece por tanto una protección contra tal penetración mejor que la estructura representada en la figura 3, la cual muestra dos diafragmas 40 dispuestos en paralelo a lo largo de la trayectoria 42 de flujo en el interior de la boquilla 38. El funcionamiento de la planta que se acaba de describir, es como sigue. La arena, que ha sido utilizada en una fundición y que está cargada de residuos de resina, catalizador y diversas impurezas, se alimenta mediante el dispositivo 26 a la parte superior de la primera columna 12 y hacia la cámara 10 de combustión, la cual recibe también el gas combustible a través de las boquillas 38, y el aire insuflado por el ventilador 20 a través de las boquillas 24 dispuestas en la base de la columna 12. Las condiciones termodinámicas y de dinámica de fluidos, necesarias para disparar y mantener las reacciones de combustión de las impurezas mezcladas con la arena se producen en la cámara 10 de combustión. En particular, es posible prever que la afluencia de gas combustible hacia la cámara 10 sea controlada automáticamente de tal modo que disminuya, o incluso se detenga, cuando la temperatura tienda a elevarse por encima del valor deseado a aproximadamente 700°C, y se incremente en el caso opuesto. El hecho de que las aberturas de las boquillas 38 estén dotadas de diafragmas 40 u otros medios de taponamiento similares, evita que la presión tenga éxito en el interior de la cámara 10 de combustión al forzar los granos de arena hacia las boquillas, incluso cuando cesa el suministro de gas combustible. Un parámetro crítico del proceso de regeneración, consiste en la velocidad del flujo de aire en el interior de la columna 12, la cual ha de ser tal que los granos de arena se mantengan en estado de fluidificación. Las pruebas experimentales han demostrado que con tamaños de grano de arena de, por ejemplo, desde 0.15 hasta 0.5 mm, se requiere una velocidad de flujo de aire comprendida entre 0.2 y 1 m/s, ya que, a velocidades más altas de 1 m/s, se evita la caída descendente de la arena, mientras que, con valores inferiores a 0.2 m/s, los granulos de arena no están fluidificados. El paso del material (arena o aire) entre la cámara 10 de combustión y la porción 34 subyacente de la columna 12, está regulado por los orificios formados en el deflector 32, y por el estado de fluidificación que se establezca en la columna. Las dimensiones de esos orificios son tales que permiten el descenso de los granos de arena y, al mismo tiempo, que se genere una velocidad de flujo de aire ascendente comprendida en la gama de entre 0.2 a 1 m/s, ardiendo cualesquiera burbujas de aire generadas en el transcurso del ascenso del aire de fluidificación, las cuales podrían en otros casos explotar de manera indeseada en la cámara 10 de combustión. Tal explosión impulsaría los granos de arena aleatoriamente en todas la direcciones, y en particular también hacia la parte inferior, más allá del deflector 32, sin que los granos permanezcan en la cámara 10 durante el tiempo necesario para completar las reacciones de combustión. La porción 34 de la columna 12 actúa con intercambiador de calor, permitiendo el pre-calentamiento del aire insuflado hacia arriba por el ventilador 20 a expensas del considerable calor de la arena proveniente de la cámara 10 de combustión. La arena sigue después circulando, todavía en estado de fluidificación, a través del conducto 18 y de la segunda columna 16, donde la misma es conducida en sentido ascendente, hacia la abertura 28 de descarga, por parte del aire insuflado por el ventilador 22, mientras que continúa enfriándose gradualmente. Las dos columnas 12, 16 actúan así como un sistema de vasos comunicantes en el que la admisión de la arena por la parte superior de la columna 12 crea una zona 48 de cabeza y, por consiguiente, una sobrepresión que provoca que la arena fluya hacia la columna 16 que se llena hasta que la arena, la cual se encuentra ahora fría, es descargada a través de la abertura 28. Bajo condiciones operativas normales, el nivel de la superficie libre de arena en las dos columnas 12, 16 es igual, y se determina mediante la altura a la que se dispone la abertura 28. Debido a la presencia de dos ventiladores 20, 22 separados, los cuales están capacitados para producir la misma presión en las dos cámaras 10, 14, las condiciones dinámicas de fluido del funcionamiento normal de la planta, son las de equilibrio estable y tienden a ser establecidas incluso aunque existan perturbaciones tales como cualquier detención de la fluidificación. Siempre que la perturbación tenga lugar en la cámara 14 de enfriamiento, se provoca que la arena fluya hacia la cámara 10 de combustión, con una reducción de la cantidad de arena presente en la cámara 14, hasta que se elimina la detención y se restablecen las condiciones de fluidificación. En conjunto, la planta de la invención, aunque no ha previsto la presencia de dispositivos adicionales caros para la recuperación térmica, tales como intercambiadores de calor u otros lechos fluidificados de acero inoxidable, tiene no obstante éxito al efectuar tal recuperación, de modo que se obtiene una eficacia energética satisfactoria con bajos costes de actuación y de mantenimiento. La planta de la invención, la cual opera sobre el principio de los vasos comunicantes, tampoco tiene que ser extendida en altura, de modo que su dimensión en dirección vertical se reduce substancialmente en comparación con las plantas convencionales. Finalmente, el hecho de que la planta de la invención no requiera intercambiadores de calor ni válvulas de acero inoxidables, no sólo reduce su coste, sino que además incrementa su versatilidad, puesto que estos dispositivos han de ser fabricados precisamente para cada tamaño específico de planta. Naturalmente, conservando el mismo principio de la invención, los detalles de construcción y las formas de realización pueden ser variados ampliamente con respecto a los que se han descrito únicamente a título de ejemplo, sin apartarse por ello del alcance de la invención.

Claims (10)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Una planta para la regeneración en continuo de arena de fundición, que comprende una cámara (10) de combustión, en la que se añade un gas combustible a la arena, y una cámara (14) de enfriamiento, en la que la arena procedente de la cámara (10) de combustión es enfriada, estando provistas ambas cámaras (10, 14) de medios para mantener la arena en estado fluidificado, estando caracterizada la planta porque las cámaras (10, 14) están en comunicación directa una con la otra, a modo de vasos comunicantes, de tal manera que, durante el funcionamiento normal en equilibrio, la superficie libre de la arena puede estar al mismo nivel en las dos cámaras (10, 14).

2.- Una planta de acuerdo con la reivindicación 1 , que se caracteriza porque la cámara (10) de combustión se encuentra dispuesta en el interior de la parte superior de una primera columna (12), y la cámara (14) de enfriamiento se encuentra dispuesta en el interior de una segunda columna (16), cuya base se encuentra conectada por medio de un conducto (18) de comunicación a la base de la primera columna (12).

3.- Una planta de acuerdo con la reivindicación 2, que se caracteriza porque se han dispuesto, en la zona de las bases de la primera y segunda columnas (12, 16), ventiladores (20, 22) respectivos capacitados para insuflar aire en las columnas (12, 16) de tal manera que mantienen la arena en estado fluidificado.

4.- Una planta de acuerdo con cualquiera de la reivindicación 2 o la reivindicación 3, que se caracteriza porque se ha dispuesto un dispositivo (26) para la introducción de la arena a ser regenerada, por encima de la primera columna (12), mientras que se ha formado una abertura (28), para descarga de la arena regenerada, en la parte superior de la segunda columna (16).

5.- Una planta de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4 anteriores, que se caracteriza porque se ha dispuesto un deflector (32) transversal perforado para separar la cámara (10) de combustión de la porción (34) subyacente de la columna (12), en la primera columna (12).

6.- Una planta de acuerdo con la reivindicación 5, que se caracteriza porque el deflector (32) posee orificios de un diámetro tal que permiten una velocidad de paso del aire de fluidificación no mayor de 1 m/s.

7.- Una planta de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque al menos una boquilla (38) para el suministro de gas combustible, conduce a la cámara (10) de combustión, y su abertura se ha dotado de medios para evitar la penetración de arena en el interior de la misma.

8.- Una planta de acuerdo con la reivindicación 7, que se caracteriza porque los medios para evitar la penetración de arena en la boquilla están constituidos por un diafragma (40) de material cerámico permeable al gas pero no a la arena.

9.- Una planta de acuerdo con la reivindicación 8, que se caracteriza porque la boquilla (38) posee una trayectoria (42) en forma de U para el flujo de gas, en cuya trayectoria se ha dispuesto el diafragma (40) de tal manera que la divide en al menos dos porciones (44, 46) dispuestas en serie.

10.- Un método para la actuación de una planta para la regeneración de arena de fundición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.