PT2364229E

PT2364229E - Moldação para fundição de metal e método que utiliza essa moldação

Info

Publication number: PT2364229E
Application number: PT09760960T
Authority: PT
Inventors: Petr Filip; David Hrabina; Mairtin Burns
Original assignee: Foseco Int
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2012-05-25
Also published as: MX2011010428A; ATE546244T1; AU2009332927B2; WO2010112796A8; JP2012522645A; KR20120004454A; CN102089094B; US20120227922A1; ES2382201T3; JP5460854B2; WO2010112796A1; BRPI0907960B1; EP2364229B1; SI2364229T1; KR101613577B1; ZA201009131B; PL2364229T3; EP2364229A1; US20110048663A1; EA201171201A1

Description

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DESCRIÇÃO

"MOLDAÇÃO PARA FUNDIÇÃO DE METAL E MÉTODO QUE UTILIZA ESSA MOLDAÇÃO" 0 presente invento diz respeito a uma moldação para fundição de metal e a um método para a fundição de metal que utiliza uma tal moldação. 0 uso de filtros em fundição de metal é um processo bem conhecido. Um filtro é principalmente utilizado para impedir que inclusões não metálicas presentes no seio do metal em fusão possam entrar na peça fundida. A presença de inclusões tem um efeito pernicioso sobre o acabamento da superfície, sobre as propriedades mecânicas e sobre as características de maquinagem das peças fundidas e pode fazer com que as peças fundidas tenham que ser mandadas para a sucata. Os filtros, em especial os filtros de espuma de material cerâmico, também reduzem a turbulência da corrente do metal em fusão e permitem melhorias nos sistemas de canais de distribuição e de canais de ataque, e por conseguinte no rendimento de produção das peças fundidas.

Normalmente, no caso de peças fundidas de pequenas dimensões, o metal pode ser fornecido com êxito à peça usando apenas uma corrente de metal em fusão e um filtro. Podem surgir dificuldades no caso de peças fundidas de 2 ΡΕ2364229 maiores dimensões, uma vez que um filtro convencional não terá a capacidade necessária para alimentar uma peça fundida de grandes dimensões, isto é, ele irá ficar obstruido, indo desse modo reduzir ou interromper o escoamento de metal em fusão e dar origem a peças fundidas incompletas. Portanto é necessário usar um filtro de muito grandes dimensões ou usar múltiplas correntes de metal em fusão filtradas que vão desembocar na peça fundida. Podem ainda surgir problemas devidos a uma baixa capacidade de filtragem, que resultam em obstruções do filtro e em longos tempos de vazamento. 0 aumento das temperaturas do metal que está a ser vazado pode parcialmente superar este problema, no entanto isso pode dar origem a outros problemas que fazem com que a filtração do metal se vá tornar tecnicamente e/ou economicamente não interessante. Uma solução para este problema é um carrossel de filtros, tal como o descrito no documento DE 42 29 417 C2. 0 carrossel de filtros compreende um invólucro de material cerâmico para uma série de filtros dispostos num anel. 0 metal em fusão vai escoar-se através dos filtros, a partir do lado de fora do anel, para dentro de uma conduta de descarga situada no centro do tecto do invólucro. 0 carrossel permite que possa ser filtrado um maior volume de metal, mas isso só é útil para peças fundidas de grandes dimensões, em parte devido à elevada capacidade térmica do invólucro de material cerâmico e dos sistemas de canais de distribuição. A câmara de turbulência, também conhecida como canal de ataque de turbulência ou separador centrípeto, é 3 ΡΕ2364229 um dispositivo próprio para remover escória e outras impurezas de um fundido (metal em fusão). 0 dispositivo utiliza a diferença de densidade entre o fundido e os materiais indesejáveis que estão em suspensão ou a flutuar no fundido. 0 dispositivo fazer com que o fundido vá ser obrigado a rodar em torno de um eixo central, indo desse modo fazer com que o metal pesado vá ter tendência a deslocar-se para a periferia exterior e com que as impurezas mais leves tenham tendência a permanecer na zona interior central onde vão coagular e deslocar-se no sentido de baixo para cima, ficando a flutuar no leito do metal em fusão. 0 documento RU 2213641 descreve um separador de escória modificado numa moldação de peças fundidas, sob a forma de uma protuberância de cavidade tendo um inserto (que pode compreender um filtro) para uma base e um recep-táculo de metal abaixo do inserto. 0 inserto tem uma pro-jecção em forma de anel paralela às paredes da protuberância de cavidade, de maneira que quando entra primeiro na protuberância de cavidade, o metal vai escoar-se em torno do espaço vazio entre a cavidade e a projecção. A escória irá ser obrigada a deslocar-se no sentido de baixo para cima, ficando a flutuar no leito do metal em fusão, indo concentrar-se na parte superior da protuberância de cavidade enquanto que o fundido se vai escoar no sentido de cima para baixo, através do inserto, para o interior do receptá-culo de metal, e depois para dentro da moldação de peças fundidas. 4 ΡΕ2364229

Os documentos RO 106209 BI e FR-A-2 539 061 descrevem ambos um aparelho que compreende uma câmara de turbulência na qual um filtro é disposto de maneira perpendicular ao eixo em torno do qual o metal vai rodar, quando em uso. 0 metal em fusão entra numa porção superior da câmara de turbulência, redemoinhando horizontalmente, e passa através do filtro, no sentido de cima para baixo, para o interior de uma porção inferior da câmara de turbulência antes de seguir para a moldação.

Um objectivo de um aspecto do presente invento consiste em proporcionar um método para a fundição de metal em fusão que reduz a formação de escórias e de outras impurezas na peça fundida por meio de uma câmara de turbulência .

De acordo com um primeiro aspecto do presente invento, é proporcionada uma moldação para fundição de metal, a referida moldação tendo uma cavidade formada no seu interior, a referida cavidade tendo uma porção de formação de uma peça fundida e contígua a ela um sistema de canais de distribuição a montante da porção de formação de uma peça fundida, o referido sistema de canais de distribuição compreendendo uma porção de conduta de admissão a montante, uma porção de conduta de descarga a jusante e uma câmara de turbulência disposta entre as porções de conduta de admissão e de conduta de descarga, em que numa interface entre a câmara de turbulência e a porção de conduta de descarga é proporcionada a existência de um filtro, e em que o 5 ΡΕ2364229 filtro se acha disposto paralelo a um eixo em torno do qual o metal vai rodar no interior da câmara de turbulência, quando em uso, e um eixo longitudinal da porção de conduta de admissão passa através do filtro.

Tal como é aqui usado, os termos "a montante" e "a jusante" dizem respeito ao sentido geral do escoamento de metal para o interior da moldação durante a fundição.

Tal como é aqui usado, o termo "câmara de turbulência" diz respeito a uma câmara que transmite movimento de rotação ao metal em fusão que passa através da câmara (em relação ao movimento geral do metal através do sistema de canais de distribuição).

Nalguns modos de realização, a câmara de turbulência tem uma ou mais superfícies curvas que ajudam a promover a rotação do metal na câmara de turbulência. Uma superfície periférica da câmara de turbulência pode ter uma secção circular. 0 filtro pode estar localizado na referida superfície periférica. A porção de conduta de descarga será geralmente horizontal no interior da moldação enquanto que a orientação da porção de conduta de admissão não é particularmente limitada. Numa série conveniente de modos de realização, a porção de conduta de admissão é substancialmente vertical, enquanto que numa série alternativa de modos de realização a porção de conduta de admissão é substancialmente horizon- 6 ΡΕ2364229 tal. Particularmente no caso de uma porção de conduta de admissão horizontal, o leitor entendido na matéria será capaz de perceber que o sistema de canais de distribuição irá normalmente incluem um gito de descida próprio para receber o metal em fusão a montante da porção de conduta de admissão.

Nos modos de realização em que tanto a porção de conduta de admissão como a porção de conduta de descarga são horizontais, elas podem vantajosamente ficar situadas parcial ou completamente num plano horizontal comum. 0 eixo longitudinal da porção de conduta de admissão passa através do filtro. Será fácil de perceber que nos modos de realização em que a porção de conduta de admissão se acha orientada verticalmente, pelo menos alguma quantidade do metal que se escoa para o interior da câmara de turbulência irá colidir directamente contra o filtro.

Num certo modo de realização, um ângulo definido entre o eixo longitudinal da porção de conduta de admissão e o plano da superfície de montante do filtro, tal como visto pelo lado da câmara de turbulência, é >90° e <180°. 0 mesmo ângulo pode ser >100° e/ou <170°, ou mesmo >120° e/ou <150°.

Num modo de realização específico, a câmara de turbulência compreende um poço colector, o poço colector sendo a região mais baixa na câmara de turbulência, e o 7 ΡΕ2364229 filtro acha-se localizado entre a porção de conduta de admissão e o poço colector. 0 poço colector é útil para a recolha de fugas de metal, por exemplo, se pinga metal para dentro da câmara de turbulência antes de se proceder ao vazamento, tais como fugas provenientes do fundo de uma colher de vazamento posicionada sobre a moldação antes de se proceder ao vazamento do metal para dentro da moldação. A fuga pode ficar retida no poço colector, em vez de solidificar no interior da parte principal da câmara de turbulência .

Na moldação pode ser utilizado qualguer filtro convencional adequado para a filtração de metal em fusão. Num modo de realização particular, o filtro é um filtro de espuma ou um filtro celular. Os filtros de espuma adequados incluem os filtros de espuma de material cerâmico, tais como os filtros de carboneto de silicio-alumina, tais como os filtros descritos no documento EP 0412673 BI e referências nele contidas, ou filtros de zircónia, tais como os descritos por W H Sutton, J C Palmer, J R Morris em "Deve-lopment of Ceramic Foam Material for Filtering High Tempe-rature Alloys", AFS Transactions, P339 (1985), e filtros de carbono ligado, tais como os descritos no documento WO 02/18075.

Quando colocado na moldação, o filtro irá ter uma superfície de montante voltada para a câmara de turbulência e uma superfície de jusante voltada para a conduta de des-carga. Os bordos do filtro podem ficar retidos na moldação, ΡΕ2364229 indo desse modo diminuir a área de superfície do filtro disponível para a filtragem do metal em fusão. A área exposta da superfície de montante do filtro está disponível para filtrar metal em fusão e é referida como sendo a área da superfície "de trabalho" do filtro. A área da superfície de trabalho do filtro ou de cada filtro (medida em cm2) pode ser menor do que ou igual a 15%, 12%, 9% ou 6% do volume da câmara de turbulência (medida em cm3) . A área da superfície de trabalho do filtro ou de cada filtro (em cm2) pode ser maior do que ou igual a 2% do volume da câmara de turbulência (em cm3) .

Noutra série de modos de realização, a câmara de turbulência tem um par de paredes laterais direitas e mutuamente paralelas, de modo que a rotação do metal é geralmente em torno de um eixo, que é perpendicular às paredes laterais mutuamente paralelas. A distância entre as paredes laterais pode ser superior a 60%, superior a 70%, superior a 80% ou superior a 90% da largura do filtro medida num plano correspondente (isto é, num plano perpendicular às paredes laterais). De modo semelhante, a distância entre as paredes laterais pode ser inferior a 150%, inferior a 135%, inferior a 120%, ou inferior a 110% da largura do filtro medida num plano correspondente. A câmara de turbulência pode incluir mais de uma porção de conduta de descarga em conjunto com um filtro de associados localizados em uma interface entre a câmara de 9 ΡΕ2364229 turbulência e essa porção de conduta de descarga. Num certo modo de realização , os filtros estão localizados de tal modo que um eixo longitudinal da porção de conduta de admissão passa apenas através de um só filtro. Num modo de realização particular, a câmara de turbulência compreende 2 porções de conduta de descarga e 2 filtros, achando-se cada filtro localizado numa interface entre a câmara de turbulência e uma porção de conduta de descarga. A moldação pode compreender uma pluralidade de câmaras de turbulência (e porções de conduta de admissão e de conduta de descarga a elas associadas), por exemplo duas ou três câmaras turbulência. A moldação pode compreender uma pluralidade de porções de peças fundidas (e sistemas de canais de distribuição a elas associados), por exemplo duas ou três porções de peças fundidas (cavidades). A moldação pode compreender uma câmara de turbulência por cada porção (cavidade) de formação de uma peça fundida. Alternativamente uma câmara de turbulência poderia ser associado a mais do que uma porção de formação de uma peça fundida (cavidade) ou uma porção de formação de uma peça fundida (cavidade) poderia ser associada a mais do que uma câmara de turbulência . 0 invento também diz respeito a um método para a preparação da moldação do primeiro aspecto, que compreende as seguintes etapas: proporcionar um molde tendo uma superfície periférica que é complementar à forma da cavidade de moldação; 10 ΡΕ2364229 envolver o molde com um adequado material de moldação; deixar endurecer o referido material de moldação; e remover o molde para fora da moldação.

Apesar de poder ser usado apenas um único molde unitário para definir a cavidade de moldação, a prática de fundição seria normalmente a de proporcionar uma pluralidade de componentes que se encaixam uns nos outros e que colectivamente definem o molde. A moldação pode ser feita em duas partes (sendo as duas metades superior e inferior de uma moldação dividida horizontalmente geralmente referidas como sendo a meia-caixa superior e a meia-caixa inferior, respectivamente), caso em que o molde também será constituído por pelo menos dois componentes (achando-se pelo menos um componente associado a cada metade da moldação), indo o material de moldação ser aplicado separadamente em cada metade da moldação e aí deixado endurecer e indo cada componente do molde ser removido das respectivas metades da moldação antes das metades da moldação serem unidas uma à outra para formar a moldação. O molde ou os componentes do molde pode(m) ser feito(s) em madeira e metal e pode(m) voltar a ser utilizado ( s ) . O molde pode ser feito num material sacrificial que se volatiliza em contacto com o metal em fusão, indo nesse caso a remoção do molde da moldação ocorrer durante o vazamento. Materiais sacrificiais adequados incluem mate- 11 ΡΕ2364229 rial termoplástico expandido, tal como o poliestireno ou um copolimero de estireno e éster de ácido metacrilico.

Evidentemente que também é possível combinar as duas tecnologias aqui anteriormente referidas. Por exemplo, num sistema de moldação formado por duas partes, alguns dos componentes que definem o molde podem ser feitos num material sacrificial, e outros, usando materiais removíveis e reutilizáveis. Por exemplo, a porção de formação de uma peça fundida poderia ser definida por componentes de molde não sacrificiais e pelo menos parte do sistema de canais de distribuição, por exemplo a câmara de turbulência, por componentes sacrificiais. 0 filtro pode ser pré-formado no molde antes da preparação da moldação ou pode ser inserido durante a preparação da moldação. Tipicamente, o filtro será pré-formado no molde se o molde (ou pelo menos a região do molde em torno do filtro) for fabricado a partir de um material sacrificial. No caso de um sistema de moldação formado por duas partes, o filtro irá normalmente ser inserido numa das metades da moldação imediatamente antes das metades serem unidas uma à outra. No documento EP 0294970 é descrito um molde de material termoplástico expandido incorporando um filtro.

Tipicamente, o material de moldação irá ser areia de moldação contendo um ligante. A areia de moldação é despejada sobre o molde, compactada e endurecida por acção do 12 ΡΕ2364229 ligante. As práticas de moldação são bem conhecidas e são descritas por meio de exemplos nos capitulos 12 e 13 do Foseco Ferrous Foundryman's Handbook (ISBN 075064284 X). A areia de moldação é tipicamente areia siliciosa, apesar de para aplicações especiais próprias para conferir propriedades especificas a uma parte ou à totalidade da moldação e da peça fundida poderem ser usadas outras areias mais caras. A areia pode ser nova, pode ser areia usada reciclada, ou pode ser uma combinação de ambas. Um processo típico, conhecido como processo de não-aquecimento ou de endurecimento a frio, consiste em misturar a areia com uma resina líquida ou um ligante de silicato juntamente com um catalisador apropriado, normalmente num misturador contínuo. A areia misturada é depois compactada em torno do molde por uma combinação de vibração e de calcadura e depois deixada ficar em repouso, tempo durante o qual o catalisador começa a reagir com o ligante, dando origem ao endurecimento da mistura de areia. Quando tiver atingido uma resistência capaz de permitir a sua manipulação, a moldação é removida do molde e continua a endurecer até que a reac-ção química se complete. Um revestimento refractário pode então ser aplicado para reduzir a interacção física e química entre a moldação de areia e a peça fundida metálica e assim melhorar a superfície da peça fundida acabada. O revestimento pode ser aplicado por meio de pincelagem, pulverização ou sobrevazamento e é deixado secar antes dos filtros e quaisquer sistemas de alimentação serem colocados nas moldações e das duas metades serem unidas uma à outra, indo a moldação ficar pronta para o vazamento. 13 ΡΕ2364229

Em alternativa, a moldação pode ser produzida por areia ligada com argila (normalmente referida como areia verde), que consiste numa mistura de argila, como bentonite de sódio ou cálcio, água e outros aditivos, tais como pó de carvão e ligante cereal. A mistura de areia é colocada em torno do molde e comprimido sob pressão tipicamente por aplicação de uma força pneumática ou hidráulica sobre uma placa de aperto colocada em cima da areia. Depois a pressão é aliviada e a placa molde é retirada da moldação. A moldação pode então ser usada para o vazamento, com ou sem a aplicação de um revestimento refractário. 0 invento também diz respeito ao(s) componente(s) do molde próprio para formar a câmara de turbulência e as partes das porções de conduta de admissão e de conduta de descarga contíguas à câmara de turbulência da moldação do primeiro aspecto, sendo a superfície periférica dos componentes molde complementar à forma da câmara de turbulência, do filtro e das partes das porções de conduta de admissão e de conduta de descarga contíguas à câmara de turbulência.

De acordo com um terceiro aspecto do presente invento, é proporcionado um método para a formação de uma peça fundida metálica compreendendo as seguintes etapas: formar uma moldação tendo uma cavidade formada no seu interior, a referida cavidade tendo uma porção de formação de uma peça fundida e contígua a ela um sistema de canais de distribuição a montante da porção de formação de uma peça fundida, o referido sistema de canais de distribuição com- 14 ΡΕ2364229 preendendo uma porção de conduta de admissão a montante, uma porção de conduta de descarga a jusante e uma câmara de turbulência disposta entre as porções de conduta de admissão e de conduta de descarga, em que numa interface entre a câmara de turbulência e a porção de conduta de descarga é proporcionada a existência de um filtro que vai ficar disposto paralelo a um eixo em torno do qual o metal vai rodar no interior da câmara de turbulência, quando em uso, e através do filtro vai passar um eixo longitudinal da porção de conduta de admissão; vazar metal em fusão para o interior da cavidade de maneira a que esse metal se vá escoar através da porção de conduta de admissão e para o interior da câmara de turbulência; induzir um movimento de rotação no metal em fusão no interior da câmara de turbulência, de maneira a fazer com que as inclusões que se achem presentes no seio do metal se vão acumular no interior da câmara de turbulência; obrigar o metal em fusão a passar através do filtro antes de passar para o interior da porção de conduta de descarga do sistema de canais de distribuição e depois para o interior da porção de formação de uma peça fundida da cavidade de moldação; permitir que o metal em fusão possa solidificar; e separar a peça fundida da moldação.

Por razões práticas, o método é particularmente adequado para a produção de peças fundidas com um peso superior a 25 kg, superior a 100 kg, superior a 250 kg ou superior a 500 kg e inferior a 3.000 kg ou inferior a 15 ΡΕ2364229 1.500 kg ou inferior a 750 kg.

Nalguns modos de realização, o metal usado para o vazamento será um metal ferroso, por exemplo aço.

Uma vez separada da moldação, a peça fundida pode precisar de acabamento usando vários processos bem conhecidos na técnica. O invento também diz respeito a um invólucro refractário para uso na moldação do primeiro aspecto, o invólucro compreendendo uma câmara de turbulência disposta entre uma porção de conduta de admissão e uma porção de conduta de descarga, e sendo próprio para receber um filtro, em que as porções de conduta de admissão e de conduta de descarga ficam situadas no mesmo plano e perpendiculares ao eixo em torno do qual o metal vai rodar no interior da câmara de turbulência, quando em uso.

Num modo de realização, a porção de conduta de descarga está localizada na superfície periférica da câmara de turbulência.

Num modo de realização, o invólucro compreende adicionalmente um filtro, em que o filtro se acha dotado de uma interface entre a câmara de turbulência e a porção de conduta de descarga e de maneira tal que o filtro vai ficar disposto paralelo a um eixo em torno do qual o metal vai rodar no interior da câmara de turbulência, quando em uso, 16 ΡΕ2364229 e de maneira tal que um eixo longitudinal da porção de conduta de admissão passa através do filtro. 0 invólucro pode ser fornecido num conjunto de peças juntamente com um filtro. Desta maneira, o filtro pode ser colocado no invólucro na oficina de fundição, antes da preparação da moldação ou antes de se proceder ao vazamento. Em alternativa, o invólucro pode ser fornecido com o filtro já colocado dentro do invólucro como descrito. 0 invólucro é adaptado de maneira a que o filtro vá ficar correctamente colocado no interior do invólucro. 0 invólucro pode ter um recesso, canais ou ranhuras próprias para colocar o filtro no interior do invólucro. 0 filtro pode ser colocado por meio de um encaixe por atrito e/ou podem ser utilizadas umas linguetas para prender o filtro no seu lugar.

Será fácil de perceber que o método de vazamento pode utilizar uma moldação tendo qualquer uma das caracte-risticas descritas em relação à moldação do primeiro aspecto .

Modos de realização do invento irão agora ser descritos apenas a titulo de exemplo com referência aos desenhos anexos em que: a Figura 1 representa uma moldação para a fundição de metal em fusão, de acordo com um modo de realização 17 ΡΕ2364229 do invento; a Figura 2Ά é uma vista em corte de parte do sistema de canais de distribuição de uma moldação de acordo com um modo de realização do invento; a Figura 2B é uma representação esquemática do escoamento de metal através do sistema de canais de distribuição representado na Figura 2A, durante o vazamento; a Figura 3 é uma vista em perspectiva de um molde de acordo com um modo de realização do invento, correspondente à parte do sistema de canais de distribuição da Figura 2A; a Figura 4A é uma vista em corte de parte do sistema de canais de distribuição de uma moldação de acordo com outro modo de realização do invento; a Figura 4B é uma representação esquemática do escoamento de metal através do sistema de canais de distribuição representado na Figura 4A, durante o vazamento; a Figura 5 é uma vista em perspectiva de um molde de acordo com um modo de realização do invento, correspondente à parte do sistema de canais de distribuição da Figura 4A; a Figura 6 é uma vista em corte de parte do sis- 18 ΡΕ2364229 tema de canais de distribuição de uma moldaçao de acordo com outro modo de realização do invento; a Figura 7A é uma vista em corte de parte do sistema de canais de distribuição de uma moldação de acordo com outro modo de realização do invento; a Figura 7B é uma vista em planta de parte do sistema de canais de distribuição da moldação representada na Figura 7A; as Figuras 8A e 8B são vistas em corte de impressões de filtros convencionais utilizados nos exemplos comparativos; a Figura 9 é uma vista em planta de uma moldação usada para produzir uma peça fundida de acordo com um modo de realização do invento; a Figura 10 é uma vista em corte de parte de um sistema de canais de distribuição de uma moldação de acordo com outro modo de realização do invento; a Figura 11 é uma vista em perspectiva de uma câmara de turbulência própria para ser usada numa moldação de acordo com um modo de realização do invento; e a Figura 12 é uma representação esquemática de parte de uma peça fundida formada usando uma moldação de 19 ΡΕ2364229 acordo com um modo de realização do invento. A Figura 1 mostra uma vista em corte de uma mol-dação 1 de areia silicoargilosa para fundição de metal. A moldação compreende uma parte de meia-caixa inferior la e uma parte de meia-caixa superior lb lidar que se encontram ao longo de uma linha de partição 3. Uma cavidade de moldação compreende uma cavidade (porção) 12 de formação de uma peça fundida e um sistema de canais de distribuição 4. 0 metal em fusão vai escoar-se através do sistema de canais de distribuição 4 (a montante) até chegar à cavidade 12 de formação de uma peça fundida (a jusante) . 0 sistema de canais de distribuição 4 compreende um gito de descida vertical 6, que tem uma parte de vazamento 5 em forma de funil na sua extremidade superior. A extremidade inferior do gito de descida 6 forma a conduta de admissão de uma câmara de turbulência 7. A câmara de turbulência 7 tem uma conduta de descarga 10 que vai conduzir primeiro a uma zona de canal de ataque 11 e depois à cavidade 12 de formação de uma peça fundida. Portanto, a câmara de turbulência 7 é contígua à cavidade 12 de formação de uma peça fundida. Na interface entre a câmara de turbulência 7 e a conduta de descarga 10, na superfície periférica da câmara de turbulência 7A, é colocado um filtro 8. O metal em fusão entra na cavidade através do gito de descida 6, escoa-se em torno da câmara de turbulência 7, sai através do filtro 8 para a conduta de descarga 10 e depois continua a escoar-se para jusante através da zona de canal de ataque 11 para a porção 12 de formação de uma peça fundida. A cavidade de moldação repre- 20 ΡΕ2364229 sentada na Figura 1 contém componentes opcionais sob a forma de cabeças de alimentação 13, uma colocada perto da zona de canal de ataque 11 e outra localizada na cavidade 12 de formação de uma peça fundida. As cabeças de alimentação 13 proporcionam um reservatório de metal liquido durante o enchimento da cavidade 12 de formação de uma peça fundida e por um período durante a subsequente solidificação e con-tracção da peça fundida durante o arrefecimento. As cabeças de alimentação 13 são circundadas por mangas de alimentação (alimentadores) 14, que são artigos refractários de baixa densidade, isolantes ou exotérmicos, que prolongam o período de tempo durante o qual o metal encerrado na cavidade de moldação se mantém no estado líquido. As mangas de alimentação 14 são colocadas na moldação 1 antes de se proceder à união das duas meias-caixas uma à outra.

Chama-se a atenção para o facto de que existem muitas variações na forma de concepção do sistema de canais de distribuição 4, as quais irão depender das dimensões, da forma e do metal da peça fundida que se destina a ser produzida. Por exemplo, a porção de conduta de descarga a jusante 10 pode conduzir directamente à cavidade 12 de formação de uma peça fundida, em vez de o fazer através de uma zona de canal de ataque. A Figura 2A mostra uma vista em corte de parte de uma moldação de areia 20, que compreende parte de um sistema de canais de distribuição. O sistema de canais de distribuição compreende uma câmara de turbulência 24, que é 21 ΡΕ2364229 aproximadamente cilíndrica e que tem uma superfície periférica curva 26 (secção transversal circular, como representado na Figura 2A), que liga duas paredes laterais planas mutuamente paralelas (não visíveis na Figura 2A). Será fácil de perceber que as paredes laterais e as superfícies do sistema de canais de distribuição são constituídas por superfícies interiores da moldação 20. A câmara de turbulência 24 tem uma conduta de admissão 28 e uma conduta de descarga 30, ambas as quais se estendem a partir da superfície periférica 26 da câmara de turbulência 24. A conduta de admissão 28 estende-se a partir da câmara de turbulência 24 em direcção ao resto da parte de montante do sistema de canais de distribuição. A conduta de descarga 30 estende-se a partir da câmara de turbulência 24 em direcção ao resto da parte de jusante do sistema de canais de distribuição. A moldação 20 é representada na orientação apropriada para o vazamento e como se pode ver, a conduta de admissão 28 é substancialmente vertical e a conduta de descarga 30 substancialmente horizontal. Na superfície periférica da câmara de turbulência 24, na interface entre a câmara de turbulência 24 e conduta de descarga 30, é colocado um filtro 32. O filtro 32 tem uma superfície de montante 34, voltada para a câmara de turbulência 24, e uma superfície de jusante 36, voltada para a conduta de descarga 30. A conduta de admissão 28 tem um eixo longitudinal A, que passa através da superfície de montante 34 do filtro 32. Um ângulo a, definido entre o eixo longitudinal A e o plano da superfície de montante 34 do filtro 32, é 150°. A câmara de turbulência tem um diâmetro de 9,6 cm e uma espessura de aproximadamen- 22 ΡΕ2364229 te 4,8 cm, portanto um volume de aproximadamente 347,3 cm3. 0 filtro 32 tem uma superfície exposta (de trabalho) com uma área de aproximadamente 23, 04 cm2 (4,8 cm x 4,8 cm). Por conseguinte, a área da superfície de trabalho do filtro é 6,6% do volume da câmara de turbulência. A espessura da câmara de turbulência 24 e as dimensões do filtro 32 e da conduta de descarga 30 são escolhidas de maneira a que o caudal e a velocidade do metal que é vazado para dentro da moldação não sejam significativamente reduzidos durante a sua permanência na câmara de turbulência 24.

Neste modo de realização, a conduta de admissão 28 e as paredes laterais planas da câmara de turbulência 24 são substancialmente verticais. Num modo de realização alternativo, a câmara de turbulência poderia ser orientada de modo a que a conduta de admissão 28 e as paredes laterais planas fossem substancialmente horizontais. A Figura 2B demonstra o escoamento de metal em fusão através da moldação de areia 20 durante o vazamento. Conforme indicado pelas setas, o metal em fusão entra na câmara de turbulência 24 através da conduta de admissão 28, passa sobre e ao longo da superfície de montante 34 do filtro 32, passa em torno da superfície periférica 26 e depois passa através do filtro 32 para dentro da conduta de descarga 30. No interior da câmara de turbulência 24, a rotação do metal é geralmente em torno de um eixo B, que é perpendicular às paredes laterais planas mutuamente paralelas e paralelo ao plano do filtro 32. A rotação do metal incen- 23 ΡΕ2364229 tiva as impurezas presentes no seio do metal a ficarem retidas no interior da câmara de turbulência 24, em vez de serem arrastadas juntamente com a corrente de metal através do filtro. Uma vez que fica com menos impurezas no seu seio, o metal não irá obstruir o filtro tão rapidamente e irá melhorar o escoamento de metal a jusante para a porção de formação de uma peça fundida (não representada). Evidentemente que o tempo de permanência de qualquer parte alí-quota especial de metal irá variar. Alquns metais podem passar imediatamente através do filtro e outros metais podem circular várias vezes no interior da câmara de turbulência . A Figura 3 é uma vista em perspectiva de um molde 40 que é usado para preparar a câmara de turbulência 24, a conduta de admissão 28 e conduta de descarga 30 representadas na Figura 2. Neste modo de realização, o molde 40 não inclui um filtro. O filtro pode ser colocado na moldação pouco tempo antes de se dar inicio ao vazamento. 0 molde é basicamente um disco cilíndrico 42 que tem uma primeira perna 44, que de uma maneira geral se estende vertical e tangencialmente a partir da superfície periférica do disco 42, e uma segunda perna 46 que é adjacente à primeira perna 44 e que de uma maneira geral se estende horizontal e tangencialmente a partir da superfície periférica do disco 42. Uma porção 48, de forma geralmente parecida com a de um cubo, fica situada entre a superfície periférica do disco 42 e a segunda perna 46 e define a região própria para a colocação do filtro em uso (a caixa filtro). 24 ΡΕ2364229 0 molde 40 é dividido em dois componentes (40a, 40b) ao longo de um plano horizontal A que corta o disco 42 abaixo de seu centro e que é coincidente com a superfície superior da segunda perna 46. 0 componente superior 40a pode ser usado na formação da parte de meia-caixa superior da moldação e o componente inferior 40b menor pode ser usado na formação da parte de meia-caixa inferior da moldação. As partes de meia-caixa superior e inferior podem depois ser unidas uma à outra para formar a moldação 20 e definir a cavidade representada na Figura 2. A Figura 4A mostra uma vista em corte de uma moldação de areia 50 compreendendo parte de um sistema de canais de distribuição. O sistema de canais de distribuição compreende uma câmara de turbulência 54 que tem uma superfície periférica 56 que promove a ligação entre duas paredes laterais planas mutuamente paralelas (não visível na Figura 4A). Será fácil de perceber que as paredes laterais e as superfícies do sistema de canais de distribuição são constituídas pelas superfícies interiores da moldação 50. A câmara de turbulência 54 tem uma conduta de admissão 58 e uma conduta de descarga 60, ambas as quais se estendem a partir da superfície periférica 56 da câmara de turbulência 54. A conduta de admissão 58 estende-se a partir da câmara de turbulência 54 em direcção ao resto da parte de montante do sistema de canais de distribuição. A conduta de descarga 60 estende-se a partir da câmara de turbulência 54 em direcção ao resto da parte de jusante do sistema de canais de distribuição. A moldação 50 é representada na orientação 25 ΡΕ2364229 apropriada para o vazamento e como se pode ver, a conduta de admissão 58 é substancialmente vertical e a conduta de descarga 60 substancialmente horizontal.

Na superfície periférica da câmara de turbulência 54, na interface entre a câmara de turbulência 54 e conduta de descarga 60, é colocado um filtro 62. O filtro 62 tem uma superfície de montante 64, voltada para a câmara de turbulência 54, e uma superfície de jusante 66, voltada para a conduta de descarga 60. A superfície periférica 56 da câmara de turbulência 54 situada no lado oposto ao filtro 62 é geralmente plana, com cantos superior e inferior arredondados. A superfície periférica 56 da câmara de turbulência 54 adjacente ao filtro 62 estende-se no sentido de cima para baixo de maneira a definir uma pequena câmara que define um poço colector 68. O poço colector 68 está abaixo do nível do filtro 62 e proporciona um reservatório próprio para recolher as fugas de metal. Por exemplo, se antes de se dar início à operação de vazamento começa a pingar metal para dentro da câmara de turbulência 54, esse metal irá ser recolhido no poço colector 68, em vez de solidificar no interior da parte principal da câmara de turbulência 54, assim como sobre a superfície de montante 64 do filtro 62. A conduta de admissão 58 tem um eixo longitudinal A, que passa através da superfície de montante 64 do filtro 62. Um ângulo a, definido entre o eixo longitudinal A e o plano da superfície de montante 64 do filtro 62, é 150°. A câmara de turbulência tem um volume de aproxi- 26 ΡΕ2364229 madamente 252,6 cm3. A superfície de montante 64 do filtro 62 tem uma superfície exposta (de trabalho) com uma área de aproximadamente 23,04 cm2 (4,8 cm x 4,8 cm) . Por conseguinte, a área da superfície de trabalho do filtro é 9,1% do volume da câmara de turbulência. A espessura da câmara de turbulência 54 e as dimensões do filtro 62 e da conduta de descarga 60 são escolhidas de maneira a que o caudal e a velocidade do metal que é vazado para dentro da moldação não sejam significativamente reduzidos durante a sua permanência na câmara de turbulência 54.

Neste modo de realização, a conduta de admissão 58 e as paredes laterais planas da câmara de turbulência 54 são substancialmente verticais. Num modo de realização alternativo, a câmara de turbulência poderia ser orientada de modo a que a conduta de admissão 58 e as paredes laterais planas fossem substancialmente horizontais. A Figura 4B demonstra o escoamento de metal em fusão através da moldação de areia 50 durante o vazamento. Conforme indicado pelas setas, o metal em fusão entra na câmara de turbulência 54 através da conduta de admissão 58, passa sobre e ao longo da superfície de montante 64 do filtro 62, passa em torno da superfície periférica 56 ajudado pelos cantos arredondados e depois passa através do filtro 62 para dentro da conduta de descarga 60. O escoamento é geralmente em torno do eixo B, que é perpendicular às paredes laterais planas mutuamente paralelas e paralelo ao plano do filtro 62. A rotação do metal incentiva as impurezas 27 ΡΕ2364229 presentes no seio do metal a ficarem retidas no interior da câmara de turbulência 54, em vez de serem arrastadas juntamente com a corrente de metal que se escoa no sentido de montante para jusante. 0 metal (que irá ficar com menos impurezas no seu seio) irá escoar-se através do filtro, no sentido de montante para jusante, para a porção de formação de uma peça fundida (não representada). Evidentemente que o tempo de permanência de qualquer parte aliquota especial de metal irá variar. Alguns metais podem passar imediatamente através do filtro e outros metais podem circular várias vezes no interior da câmara de turbulência. A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um molde 70 que é usado para preparar a câmara de turbulência 54, a conduta de admissão 58 e conduta de descarga 60 representadas na Figura 4A. Neste modo de realização, o molde 70 não inclui um filtro. O filtro pode ser colocado na moldação pouco tempo antes de se proceder à operação de vazamento. O molde 70 é dividido em dois componentes, um componente superior 70a e um componente inferior 70b. O componente superior 70a pode ser usado na formação da parte de meia-caixa superior da moldação e o componente inferior 70b menor pode ser usado na formação da parte de meia-caixa inferior da moldação. As partes de meia-caixa superior e inferior podem depois ser unidas uma à outra para formar a moldação 50 e definir a cavidade representada na Figura 4A. A Figura 6 mostra uma vista em corte de uma moldação de areia 80 compreendendo parte de um sistema de 28 ΡΕ2364229 canais de distribuição. 0 sistema de canais de distribuição compreende duas câmaras turbulência 82a e 82b alinhadas verticalmente. Cada câmara de turbulência 82a,b tem uma conduta de admissão individual 83a e 83b, respectivamente, que se acha ligada a montante a um gito de descida 84 e que é perpendicular a este último. Cada câmara de turbulência 82a,b tem uma conduta de descarga a jusante 85a e 85b, respectivamente, que se estende a partir da câmara de turbulência no mesmo plano que as condutas de admissão 83a e 83b. As condutas de descarga 85a,b vão depois desembocar a jusante em pelo menos uma cavidade de formação de uma peça fundida (não representada), opcionalmente por intermédio de zonas de canal de ataque contíguas com a cavidade de formação de uma peça fundida. 0 sistema de canais de distribuição pode ser utilizado para alimentar uma cavidade de formação de uma peça fundida, caso em que as condutas de descarga 85a, b podem conduzir a diferentes partes da mesma cavidade de formação de uma peça fundida. Em alternativa, as condutas de descarga 85a,b podem conduzir a duas cavidades de formação de uma peça fundida separadas, de maneira a poderem ser produzidas duas peças fundidas individuais a partir de uma única moldação e de um única fundição de metal. A Figura 7A mostra uma vista em corte de uma moldação de areia 90 compreendendo parte de um sistema de canais de distribuição. A moldação 90 é semelhante à moldação 80 representada na Figura 6, em que o sistema de canais de distribuição compreende um gito de descida 94 que por 29 ΡΕ2364229 intermédio de condutas de admissão individuais 93a,b vai conduzir a duas câmaras turbulência 92a e 92b. Em contraste com a moldação 80 representada na Figura 6, as câmaras de turbulência 92a,b estão alinhadas numa posição horizontal, em vez de numa posição vertical. Cada câmara de turbulência 92a, b tem uma conduta de descarga de jusante 95a e 95b, respectivamente, que conduzem a uma ou mais cavidades de formação de uma peça fundida (não representadas). Na superfície periférica de cada câmara de turbulência 92a, 92b, na interface entre cada câmara de turbulência 92a,b e as suas respectivas condutas de descarga 95a,b, acha-se localizado um filtro 96a,b. A Figura 7B é uma vista em planta do modo de realização representado na Figura 7A. O metal em fusão entra na moldação 90 através de uma parte 97 em forma de funil do gito de descida 94, escoa-se horizontalmente ao longo das condutas de admissão 93a,b para o interior das câmaras de turbulência 92a,b onde o movimento de rotação irá fazer com que as impurezas vão ficar retidas na parte central das câmaras de turbulência 92a, 92b. O metal em fusão vai depois sair das câmaras de turbulência 92a,b através dos filtros 96a,b e escoar-se para jusante ao longo das condutas de descarga 95a,b para dentro da cavidade de formação de uma peça fundida. A Figura 8A é uma vista em corte de parte de uma moldação de areia 100 definindo parte de um sistema convencional de canais de admissão (também conhecido como zona de 30 ΡΕ2364229 impressão do filtro). O sistema de canais de distribuição compreende um gito de descida 103 na extremidade inferior do qual se acha posicionado horizontalmente um filtro 104. O metal escoa-se no sentido descendente ao longo do gito de descida 103, de maneira que o metal vai incidir directamen-te sobre a superfície do filtro 104, passa através do filtro 104 e vai atingir um poço colector de fundo plano 105 antes de se mover horizontalmente para a zona da conduta de descarga 106 e depois para a cavidade de formação de uma peça fundida. A Figura 8B é uma vista em corte de parte de outra moldação de areia 110 definindo parte de um sistema convencional de canais de admissão (também conhecido como zona de impressão do filtro) . O sistema de canais de distribuição compreende um gito de descida 113 cuja extremidade inferior constitui uma base de gito de descida ou zona de poço colector 112. No interior da moldação 110, adjacente à zona da base de gito de descida 112, acha-se posicionado verticalmente um filtro 114. O metal escoa-se através do gito de descida 113, incide contra a base plana do poço colector 115, escoa-se horizontalmente através do filtro 114 e para o interior de uma conduta de descarga 116 situada a jusante do filtro e depois para dentro da cavidade de formação de uma peça fundida. A Figura 9 é uma vista em planta da totalidade da moldação de areia 50 compreendendo um sistema de canais de distribuição, parte do qual foi previamente representado na 31 ΡΕ2364229

Figura 4A. 0 metal entra na cavidade de moldação através de um gito de descida 123 e depois escoa-se para dentro e em torno da câmara de turbulência 54, que se acha orientada verticalmente, antes de sair da câmara de turbulência 54 através do filtro 62 para alcançar a conduta de descarga 60. A conduta de descarga 60 depois divide-se em dois canais separados 126a,b cada um dos quais vai conduzir a diferentes partes de uma cavidade 122 de formação de uma peça fundida através de segmentos de canal de ataque 127a e 127b. Tal como no modo de realização representado na Figura 1, na parte de cima da cavidade 122 de formação de uma peça fundida e das zonas de canal de ataque 127a,b acham-se situadas umas mangas de alimentação 128a, 128b, 128c e 128d próprias para manter um reservatório de metal em fusão durante o enchimento da moldação e a solidificação do conjunto da peça fundida. Após o arrefecimento, o sistema de canais de distribuição é removido da peça fundida cortando os segmentos 129. A Figura 10 é uma vista em corte de uma moldação de areia 150 compreendendo parte de um sistema de canais de distribuição. O sistema de canais de distribuição compreende uma porção de conduta de admissão 152 orientada verticalmente que conduz a uma câmara de turbulência 154. A superfície periférica 156 da câmara de turbulência 154 tem uma secção circular e dois filtros 158, 160 acham-se colocados na superfície periférica 156. Um primeiro filtro 158 conduz a uma primeira porção de conduta de descarga 162 e um segundo filtro 160 conduz a uma segunda porção de condu- 32 ΡΕ2364229 ta de descarga 164. Um eixo longitudinal da porção de conduta de admissão 152 passa apenas através do primeiro filtro 158. As condutas de descarga 162, 164 são ligeiramente curvas para suavizar o escoamento do metal que sai dos filtros . 0 escoamento de metal é demonstrado pelas setas. É possível ver que o primeiro e o segundo filtros 158, 160 estão dispostas paralelamente ao eixo B em torno do qual o metal vai rodar quando em uso. O metal entra na câmara de turbulência 154 através da porção de conduta de admissão 152, roda em torno da câmara de turbulência 154 e sai através de ambas as porções de conduta de descarga 162, 164. É vantajoso a câmara de turbulência 154 ter duas porções de conduta de descarga 162, 164 porque o metal pode escoar-se mais rapidamente através da câmara de turbulência, oferecendo uma maior área de superfície de filtração para um volume semelhante de câmara de turbulência com um único filtro. A Figura 11 é uma vista em perspectiva de um invólucro de material cerâmico (refractário) 170 para uso numa moldação de acordo com o invento. O invólucro 170 consiste numa câmara de turbulência 172, numa porção de conduta de admissão 174 e numa porção de conduta de descarga 176. Na superfície periférica da câmara de turbulência 172, na interface entre a câmara de turbulência 172 e a porção de conduta de descarga 176 acha-se localizado um filtro de espuma de material refractário 178. O invólucro 170 é pró- 33 ΡΕ2364229 prio para fazer com que o filtro 178 se vá manter fixo na sua posição; o invólucro tem um recesso de formato especial que garante que o filtro vá ficar correctamente posicionado na superfície periférica da câmara de turbulência 172. 0 invólucro iria ficar localizado no interior da moldação de maneira a que o metal em fusão iria entrar na porção de conduta de admissão 174, redemoinhar em torno da câmara de turbulência 172 e escoar-se através do filtro 178 para a porção de conduta de descarga 176 e depois escoar-se no sentido de cima para baixo para a cavidade de formação de uma peça fundida. 0 invólucro 170 poderia ser colocado na moldação verticalmente ou horizontalmente.

Exemplo 1 e Exemplos Comparativos IA e 1B

Foram feitas tentativas para preparar uma peça fundida em aço (cesta elástica) tendo um peso de vazamento total de 68 kg usando uma moldação normalizada compreendendo um filtro (Exemplos Comparativos IA e 1 B) e uma moldação de acordo com um modo de realização do invento (Exemplo 1) . Em cada caso foi utilizado um filtro de espuma de carbono ligado, tal como o que é comercializado pela firma Foseco sob o nome comercial STELEX PrO tendo as dimensões de 50 mm x 50 mm x 20 mm e uma porosidade de 10 ppi. No Exemplo 1 foi usada a moldação 50 representada nas Figuras 4A, 4B e 9. No Exemplo Comparativo IA foi usada uma moldação em que o filtro foi disposto horizontalmente, de maneira a que o metal se escoasse directamente de um gito de descida para cima da superfície do filtro, conforme mos- 34 ΡΕ2364229 trado de forma pormenorizada na Figura 8A. No Exemplo Comparativo 1B foi usada uma moldação em que o filtro foi disposto verticalmente, de maneira a que o metal se escoasse através de um gito de descida e depois horizontalmente através do filtro, conforme representado na Figura 8B.

Exemplo Comparativo IA 0 Exemplo Comparativo IA não foi bem sucedido. A uma temperatura de vazamento de 1.600°C, o filtro ficou obstruído durante enchimento da moldação, de modo que não foi possível encher completamente com metal a cavidade de formação de uma peça fundida. A temperatura de vazamento foi aumentada para 1.640°C, mas o filtro ainda ficou obstruído antes da moldação poder ter sido completamente cheia. Foi encontrada alguma melhoria nas propriedades metalúrgicas (redução de inclusões de óxidos na peça de fundida) se o filtro fosse substituído por uma versão mais fina (50 mm x 50 mm x 15 mm), no entanto, para uma elevada proporção das moldações que foram submetidas a vazamento, o filtro ainda ficou obstruído antes da moldação poder ter sido completamente cheia.

Exemplo Comparativo 1B O Exemplo Comparativo 1B não produziu uma peça fundida bem sucedida. Os tempos de vazamento foram aumentados e as obstruções do filtro voltaram novamente a ocorrer para uma série das moldações que foram submetidas a vaza- 35 ΡΕ2364229 mento. Isso foi observado para temperaturas de vazamento tanto de 1.600°C como de 1.640°C.

Exemplo 1B

Foi feito um vazamento bem sucedido usando a mol-dação representada nas Figuras 4A, B e 9, a uma temperatura de vazamento de 1.620°C. 0 filtro não obstruiu e a resultante peça fundida foi limpa e libertada de defeitos. Um resultado semelhante foi observado a uma temperatura de vazamento de 1.600°C.

Exemplo 2

Uma peça fundida de maiores dimensões e mais pesada do que a do Exemplo 1 foi feita usando uma moldação tendo um sistema de canais de distribuição correspondente ao que foi representado na Figura 4A. Aço fundido a uma temperatura de vazamento de 1.620°C foi vazado para o interior da moldação 50, através do sistema de canais de distribuição para a porção de formação de uma peça fundida (não representada na Figura 4A). O filtro de espuma de carbono ligado 62 da firma STELEX PrO não ficou obstruído durante o vazamento e além disso, toda a porção de formação de uma peça fundida foi cheia, sem obstrução ou redução do caudal de escoamento em comparação com uma peça fundida não filtrada, dando origem à produção de uma peça fundida de 236 kg. Como anteriormente referido, a área de superfície do filtro 62 é de 23,04 cm2. Por conseguinte, a capacidade 36 ΡΕ2364229 do filtro é de pelo menos 10,24 kg.cirf2. Uma inspecção demonstrou que não houve quebra de filtro ou by-pass de metal. O teste foi depois repetido utilizando uma segunda qualidade de filtro de carbono ligado que tinha um menor teor de carbono do que o usado no teste anterior. Estes filtros com um maior teor de material refractário são significativamente mais pesados do que os filtros de carbono ligado STELEX PrO com as mesmas dimensões e exigem tempos de preparação mais elevados. Peças fundidas foram produzidas com sucesso a uma temperatura de vazamento de 1.620°C, sem terem sido observadas obstruções do filtro. Reduzindo a temperatura de vazamento para 1.600°C (a temperatura utilizada para vazar peças fundidas não filtradas) faz com que nalguns casos haja obstruções do filtro.

Exemplo 3

Uma peça fundida tal como descrita no Exemplo 2 foi feita utilizando o sistema de canais de distribuição representado na Figura 2. Aço em fusão foi vazado para o interior da moldação 20, através do sistema de canais de distribuição para a porção de formação de uma peça fundida (não representada na Figura 2). O filtro de carbono ligado 32 não ficou obstruído durante o vazamento e toda a porção de formação da peça fundida foi cheia, sem obstrução do filtro. 37 ΡΕ2364229

Após o arrefecimento e a remoção para fora da moldação, a porção do sistema de canais de distribuição que compreende a câmara de turbulência 24, o filtro 32, a conduta de admissão 28 e a conduta de descarga 30 foi separada da peça fundida por meio de corte. A peça de metal foi então seccionada ao meio e a estrutura interna do metal presente no interior do sistema de canais de distribuição foi examinado. A Figura 12 é uma representação esquemática de um sistema de canais de distribuição fundidos que resulta da moldação 20. Inclusões e resíduos 141 provenientes do filtro 32 são parcialmente visíveis no seio do metal. Também se pode ver que algumas inclusões 142 ficaram retidas na parte superior da câmara de turbulência, mais do que na zona do filtro 140 ou na própria peça fundida. Em particular, observa-se que as inclusões ficaram retidas numa região distante do filtro de 32, indo desse modo aumentar a capacidade do filtro 32. No centro da secção de metal também se pode ver a presença de alguma porosidade 143. A peça de metal foi examinada num microscópio para avaliar a sua micro-limpeza. Foram escolhidas duas zonas, a zona A sendo metal na porção inferior da câmara de turbulência a montante do filtro, e a zona B sendo metal que passou através do filtro. A partir da peça de metal, por meio de corte, foram retiradas amostras cuja superfície foi polida com um acabamento de 1 mícron. Para cada amostra foram fotografadas aleatoriamente sete zonas utilizando uma análise de imagens digitais com uma ampliação de 100x. Descobriu-se que o metal presente na zona A continha uma média 38 ΡΕ2364229 de 0,43% de inclusões de óxidos e sulfuretos do tipo I (distribuídas de forma desigual), ao passo que a zona B apresentava inclusões distribuídas de uma maneira mais uniforme, com um teor médio de 0,26%. A capacidade de filtros para a filtração de metal depende de uma ampla gama de factores tais como a composição, a porosidade e a dimensão de poros do filtro, o tipo e a qualidade (grau de limpeza) do metal, as temperaturas e método de vazamento, o peso da peça fundida e a aplicação do filtro (desenho do sistema de canais de distribuição), etc. Com base em exemplos práticos em aplicações de fundição, as capacidades de um filtro típico de material cerâmico à base de carboneto de silício para peças de ferro fundido pode variar de 1 a 4 kg/cm2 (1-2 kg/cm2 para ferro fundido dúctil, até 4 kg/cm2 para grafite lamelar e ferros fundidos maleáveis). Tanto para os filtros de material cerâmico à base de zircónia como para os filtros de carbono ligado, a capacidade de filtração de aço é tipicamente na gama de 1,5 a 3 kg/cm2, e da ordem 4 kg/cm2 quando usado para ferro fundido dúctil. Usando o invento, observou-se que são facilmente alcançadas capacidades de filtro de 5 kg/cm2, como ilustrado pelos anteriores Exemplos 2 e 3, cada um dos quais tinha uma capacidade da ordem de 10 kg/cm2, um aumento significativo em comparação com os filtros utilizados em sistemas convencionais de canais de admissão.

Apesar de não estarem suportados pela teoria, os 39 ΡΕ2364229 inventores sugerem que a moldação do presente invento melhora a filtração, porque o metal em fusão se escoa através da superficie do filtro. Supõe-se que isto tem vantagens em pelo menos duas maneiras. Em processos de vazamento que usam filtração, é importante evitar que o metal possa congelar ao entrar em contacto com o filtro frio no inicio do vazamento. Pode ser inevitável que haja algum congela-mento e isso irá apenas reduzir a eficiência do filtro. Um congelamento grave pode obstruir completamente o filtro e impedir o vazamento. 0 processo de aquecimento do filtro até à temperatura de funcionamento (por contacto com o metal em fusão) é conhecido como preparação. Um congelamento significativo é geralmente evitado por meio de um sobreaquecimento do metal que está a ser fundido (à custa de consumo de energia). Deste modo, pode ser perdido um pouco de energia térmica para o filtro (e para o sistema de canais de distribuição), ao mesmo tempo que o metal é mantido acima do seu ponto de fusão. No presente invento, o metal vai incidir contra o filtro segundo um ângulo diferente de noventa graus, de modo que muito desse metal vai passar sobre o filtro, em vez de através do filtro. Algum calor irá ser transferido para o filtro e, à medida que se vai afastando do filtro, o metal vai sendo continuamente substituído por novo metal quente, de maneira que o processo de preparação irá ser concluído com um mínimo de congelamento. Os inventores descobriram que a temperatura do fundido a ser vazado pode ser reduzida, resultando numa significativa poupança nos custos de energia. 40 ΡΕ2364229

Em segundo lugar, acredita-se que o escoamento de metal em fusão através do filtro "lava" a superfície do filtro, indo desse modo dificultar a acumulação de inclusões, tais como uma película de óxidos e areia que sofreu erosão a partir da moldação (pela passagem de metal em fusão) , e que uma proporção das inclusões irá então ser mantida longe do filtro e irá concentrar-se nas porções central e superior da câmara de turbulência. O presente invento proporciona graus mais elevados de capacidade e de eficiência de filtração.

Além das observações feitas nos ensaios de fundição, o que aqui foi anteriormente referido é ainda suportado pelo uso do software de simulação MAGMASOFT para prever o escoamento e a solidificação do metal em vários modos de realização do invento. O MAGMASOFT é uma destacada ferramenta de simulação comercializada pela firma MAGMA GieBe-reitechnologie GmbH que modela o enchimento da moldação e a solidificação de peças fundidas. É tipicamente utilizado pelas fundições para prever as propriedades mecânicas de peças fundidas para permitir a optimização do método de vazamento (desenho do sistema de canais de distribuição e canais de alimentação) de modo a evitar caras e demoradas tentativas de vazamento. Usando a versão completa do MAGMASOFT (Solver 5, malha grossa e queda de pressão para simular o filtro), os inventores têm realizado simulações para prever o escoamento (direcção e velocidade) e a solidificação (perfis de temperatura vs tempo) de metal nos sistemas de canais de distribuição representado nas Figu- 41 ΡΕ2364229 ras 2, 4, 6 e 7. As simulações mostram claramente um forte escoamento de metal que se escoa rapidamente através da face do filtro e circula no interior da câmara de turbulência. A simulação da presença de partículas de rastreio no seio do metal mostra que se forem apanhadas no vórtice do metal em redemoinho, estas são susceptíveis de permanecer aí por alqum tempo. 0 software não é capaz de modelar efeitos de filtração tais como obstrução ou aprisionamento de inclusões ou a lavaqem de inclusões do filtro, no entanto a forte corrente de escoamento de metal através da superfície do filtro e o efeito turbulência, juntamente com as observações nas tentativas de vazamento detalhadas nos Exemplos 1 a 3 leva a inferir que um tal escoamento poderia remover partículas de obstrução da face frontal do filtro.

Em todos os exemplos dados até agora, a moldação foi dividida horizontalmente, no entanto é fácil de perceber que o invento é igualmente aplicável a sistemas de mol-dações separadas verticalmente. Em particular, peças fundidas de pequenas a médias dimensões podem ser produzidas em máquinas de moldação automáticas destituídas de caixas de fundição, tais como a máquina Disamatic comercializada pela firma Georg Fischer Disa que utiliza um sistema de moldação de areia verde (greensand).

Lisboa, 15 de Maio de 2012

Claims

1 ΡΕ2364229 REIVINDICAÇÕES 1. Moldação (1; 50) para fundição de metal, a referida moldação tendo uma cavidade formada no seu interior, a referida cavidade tendo uma porção (12) de formação de uma peça fundida e contígua a ela um sistema de canais de distribuição (4) a montante da porção (12) de formação de uma peça fundida, o referido sistema de canais de distribuição (4) compreendendo uma porção de conduta de admissão a montante (6; 58), uma porção de conduta de descarga a jusante (10; 60) e uma câmara de turbulência (7; 54) dis posta entre as porções de conduta de admissão e de conduta de descarga (6, 10; 58, 60), em que numa interface entre a câmara de turbulência (7; 54) e a porção de conduta de descarga (10; 60) é proporcionada a existência de um filtro (8; 62), caracterizado por o filtro (8; 62) ser disposto paralelo a um eixo em torno do qual o metal vai rodar no interior da câmara de turbulência (7; 54), quando em uso, e por um eixo longitudinal da porção de conduta de admissão (6; 58) passar através do filtro (8; 62).

2. Moldação de acordo com a reivindicação 1, em que a porção de conduta de admissão (6; 58) é substancialmente vertical.

3. Moldação de acordo com a reivindicação 2, em que a câmara de turbulência (54) compreende um poço colec- 2 ΡΕ2364229 tor (68).

4. Moldação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que um ângulo definido entre o eixo longitudinal da porção de conduta de admissão (58) e o plano da superfície de montante (64) do filtro (62), tal como visto pelo lado da câmara de turbulência (54), é >90° e <180°.

5. Moldação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a área da superfície de trabalho do filtro (62) (medida em cm2) é menor do que ou igual a 15% do volume da câmara de turbulência (54) (medida em cm3) .

6. Moldação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a área da superfície de trabalho do filtro (62) (em cm2) é maior do que ou igual a 2% do volume da câmara de turbulência (54) (em cm ) .

7. Moldação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a câmara de turbulência (54) tem um par de paredes laterais direitas e mutuamente paralelas .

8. Moldação de acordo com a reivindicação 7, em que a distância entre as paredes laterais é inferior a 150% da largura do filtro medida num plano correspondente. 3 ΡΕ2364229

9. Moldação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o filtro (8; 62) é um filtro de espuma.

10. Moldação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o filtro (8; 62) se acha localizado na superfície periférica da câmara de turbulência (54) .

11. Moldação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a câmara de turbulência compreende 2 porções de conduta de descarga e 2 filtros, achando-se cada filtro localizado numa interface entre a câmara de turbulência e uma porção de conduta de descarga.

12. Molde (70) para formação da câmara de turbulência (54) e das partes das porções de conduta de admissão e de conduta de descarga (58, 60), que são contíguas à câmara de turbulência, da moldação (50) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a superfície periférica do molde (70) é complementar à forma da câmara de turbulência (54), do filtro (62) e das partes das porções de conduta de admissão e de conduta de descarga (58, 60) que são contíguas à câmara de turbulência e ao filtro.

13. Invólucro refractário para uso na moldação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, o invólucro compreendendo uma câmara de turbulência (172) disposta entre uma porção de conduta de admissão (174) e 4 ΡΕ2364229 uma porção de conduta de descarga (176), o invólucro sendo próprio para receber um filtro, em que as porções de conduta de admissão e de conduta de descarga (174, 176) ficam situadas no mesmo plano e perpendiculares ao eixo em torno do qual o metal vai rodar no interior da câmara de turbulência (172), quando em uso.

14. Invólucro de acordo com a reivindicação 13, em que a porção de conduta de descarga (176) se acha localizada na superfície periférica da câmara de turbulência (172) .

15. Invólucro de acordo com a reivindicação 13 ou 14, compreendendo adicionalmente um filtro (178), em que o filtro se acha dotado de uma interface entre a câmara de turbulência (172) e a porção de conduta de descarga (176) e de maneira tal que o filtro vai ficar disposto paralelo a um eixo em torno do qual o metal vai rodar no interior da câmara de turbulência (172), quando em uso, e de maneira tal que um eixo longitudinal da porção de conduta de admissão (174) passa através do filtro.

16. Método para a preparação da moldação (50) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, compreendendo as seguintes etapas: proporcionar um molde (70) tendo uma superfície periférica que é complementar à forma da cavidade de moldação; envolver o molde (70) com um adequado material de moldação; deixar endurecer o referido material de moldação; e 5 ΡΕ2364229 remover o molde (70) para fora da moldação (50).

17. Método para a formação de uma peça fundida metálica compreendendo as seguintes etapas: formar uma moldação (1; 50) tendo uma cavidade formada no seu interior, a referida cavidade tendo uma porção (12) de formação de uma peça fundida e contígua a ela um sistema de canais de distribuição (4) a montante da porção (12) de formação de uma peça fundida, o referido sistema de canais de distribuição (4) compreendendo uma porção de conduta de admissão a montante (6; 58), uma porção de conduta de des-carga a jusante (10; 60) e uma câmara de turbulência (7; 54) disposta entre as porções de conduta de admissão e de conduta de descarga (6, 10; 58, 60), em que numa interface entre a câmara de turbulência (7; 54) e a porção de conduta de descarga (10; 60) é proporcionada a existência de um filtro (8; 62) que vai ficar disposto paralelo a um eixo em torno do qual o metal vai rodar no interior da câmara de turbulência (7; 54), quando em uso, e através do filtro (8; 62) vai passar um eixo longitudinal da porção de conduta de admissão (6; 58); vazar metal em fusão para o interior da cavidade de maneira a que esse metal se vá escoar através da porção de conduta de admissão (6; 58) e para o interior da câmara de turbu lência (7; 54); induzir um movimento de rotação no metal em fusão no interior da câmara de turbulência (7; 54), de maneira a fazer com que as inclusões que se achem presentes no seio do metal se vão acumular no interior da câmara de turbulência 6 ΡΕ2364229 (7; 54); obrigar o metal em fusão a passar através do filtro (8; 62) antes de passar para o interior da porção de conduta de descarga (10, 60) do sistema de canais de distribuição e depois para o interior da porção (12) de formação de uma peça fundida da cavidade de moldação; permitir que o metal em fusão possa solidificar; e separar a peça fundida da moldação (1; 50).

18. Método de acordo com a reivindicação 17, em que o filtro (8; 62) é um filtro de espuma. Lisboa, 15 de Maio de 2012