WO2012042456A1 - Manguito de capas compuestas - Google Patents

Manguito de capas compuestas Download PDF

Info

Publication number
WO2012042456A1
WO2012042456A1 PCT/IB2011/054206 IB2011054206W WO2012042456A1 WO 2012042456 A1 WO2012042456 A1 WO 2012042456A1 IB 2011054206 W IB2011054206 W IB 2011054206W WO 2012042456 A1 WO2012042456 A1 WO 2012042456A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sleeve
sleeve according
layers
exothermic
layer
Prior art date
Application number
PCT/IB2011/054206
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marco Salazar Jaulhac
Sebastián SILVA COMPAGNET
Original Assignee
Casas Del Valle Barros Hnos. Ltda.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Casas Del Valle Barros Hnos. Ltda. filed Critical Casas Del Valle Barros Hnos. Ltda.
Priority to DE112011103297T priority Critical patent/DE112011103297T5/de
Priority to MX2012008624A priority patent/MX2012008624A/es
Priority to US13/642,774 priority patent/US20130037375A1/en
Priority to BR112012021512A priority patent/BR112012021512A2/pt
Publication of WO2012042456A1 publication Critical patent/WO2012042456A1/es

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B22C9/088—Feeder heads

Definitions

  • the present invention relates to the manufacturing industry of castings of steels and irons, obtained in sand molds agglomerated with binders, where the shape of the piece is obtained from a mold that leaves adequate emptying in the sand.
  • the present invention consists of a sleeve of composite layers, used as a supplementary metal feeder in casting processes where said sleeve serves to avoid defects caused by the volumetric contraction of the metal alloys when passing from the liquid to the solid state.
  • volumetric contraction a significant decrease in volume when they move from the liquid to the solid state.
  • this volume contraction has to be compensated with an additional supply of metal, otherwise cracks and serious defects occur in the parts widely known as plugs.
  • the liquid metal provided to compensate for the described volume loss is supplied by one or several cavities made in the mold, known as uprights.
  • the most widely used geometric configuration for the construction of uprights is the cylindrical, with a ratio of length to diameter, which varies from 1 to 3.
  • the location of these uprights can be on the piece or next to it, depending on their geometry and its available surfaces.
  • the fundamental condition of an upright is to have liquid metal until the end of the solidification of the piece, for this it must have a geometric configuration that allows its heat dissipation to be carried out at a speed lower than the heat dissipation of the piece through the foundry mold.
  • the sleeves have thicknesses of the order of one tenth of the internal diameter and heights of 1 to 3 times the diameter, they can have conical sections or they can be provided with caps in their upper part.
  • These sleeves can be called shirts, luvas, and in English they are called "Riser Sleeves".
  • These preforms are commercialized identifying their dimensions and field of application, expressed in the cooling module that they can feed (the cooling module is defined, as the ratio between the volume of the piece and the area in contact with the mold sand), and the maximum weight of the piece that they can cover without producing scrub.
  • the cooling module is defined, as the ratio between the volume of the piece and the area in contact with the mold sand
  • the maximum weight of the piece that they can cover without producing scrub Commonly, all manufacturers of these inputs provide tables with variables, to select the optimal product, given a specific configuration of part, alloy, sections, etc.
  • the most used procedure for the manufacture of sleeves is to obtain the product from an aqueous pulp and its centrifugation or vacuum suction in a suitable device, be it a centrifuge with the basket of external dimensions of the sleeve or a vacuum device with The dimensions of the sleeve, once removed from the mold, proceed to drying and curing the binders.
  • a suitable device be it a centrifuge with the basket of external dimensions of the sleeve or a vacuum device with The dimensions of the sleeve, once removed from the mold, proceed to drying and curing the binders.
  • Another manufacturing process is the use of triggering machines for suitable granular mixtures, with Cold Box binder, silicate-CO 2 , urethane-catalyzed phenolic resin with amines, resol-CO 2 , methyl formate formate.
  • Commercial sleeves can be of the insulating or exothermic type.
  • the insulating sleeves base their performance as feeders on the ability to insulate heat transfer boundaries, this property is defined by thermal conductivity, a technical index that is measured in W / m Q K (Watts per meter and Kelvin grade). Insulating sleeves, of lower performance compared to exothermic ones, are preferably used in large volume parts, in nonmetals ferrous as brass and bronze and as a slag collector in gray and nodular iron casts.
  • the magnitude of the thermal conductivity of a wide variety of commercial sleeves is in the range of 0.3 to 0.5 W / m Q K.
  • the composition of these sleeves is based on a mixture of refractory fibers and granular powders that make up a product of low density (between 0.35 g / cm 3 to 0.70 g / cm 3 ), and mechanical strength suitable for handling and use.
  • exothermic sleeves base their action not only on the ability to insulate, but also react with the heat provided by the molten metal generating abundant heat provided by the reaction of Aluminothermia, where the aluminum powder, contained in the formulation thereof, in Contact with oxidants reacts according to:
  • reaction rates are controlled according to the granulometry and purity of the Aluminum used and type of oxidants.
  • manufacture of these sleeves is analogous to the manufacture of insulating sleeves.
  • the metal supply capacity of a sleeve coated sleeve is expressed as the percentage of metal supplied (Kg), in relation to the total metal content (Kg) in the sleeve.
  • Exothermic sleeves provide a maximum of 35% of their contained metal, while insulating sleeves provide a maximum of 28% of their contained metal.
  • the geometry of the castings influences the feeding capacity of a sleeve.
  • the workpiece cooling module expressed in length dimensions, is used.
  • the geometric module of the sleeve is calculated, which must be greater than the cooling module of the piece, with a minimum factor of 25%, that is:
  • the sleeve module is calculated by increasing the geometric module thereof (Volume / area) by a factor called extension factor, where the extension factor of exothermic materials is 1, 40.
  • the sleeve manufacturers provide the sleeve module already increased by the extension factor.
  • WO 01/70431 A1 discloses mixtures for exothermic sleeves and / or insulators, which comprise: (1) a sleeve composition that simultaneously comprises hollow stabilized alumino-silicate microspheres, and (2) a chemically reactive binder.
  • the sleeves are formed from said mixtures and are cured in the presence of a catalyst by the COLD-BOX process.
  • An oxidizable metal typically used in this invention is aluminum powder, while hollow alumino-silicate microspheres that are non-reactive are typically used as insulating material.
  • sleeves with exothermic properties and insulating properties can be produced, where the ratio for exothermic sleeves by weight between aluminum powder and hollow non-reactive alumina-silicate microspheres varies between 1: 5 to 1 : 1, and preferably between 1: 3 and 1: 1, 5.
  • the present invention consists of a sleeve that allows to reduce the heat losses produced between its walls and the sand of the mold, by incorporating an insulating layer between the exothermic layer and the sand, thus increasing the metallic contribution capacity of the sleeve and at the same time increasing the extension factor thereof, producing as an effect an increase in metal yield in obtaining castings.
  • the invention considers the use of composite layers during the manufacture of the sleeve, the inner layer of exothermic property being in contact with the metal and the outer layer in contact with the sand of the mold of highly insulating character. If a sleeve is configured as a combination of an exothermic layer in contact with the liquid metal and another wall of high insulation characteristics in internal contact with the exothermic wall and external contact with the mold sand, the loss of heat of the exothermic sleeve due to the fact that the exothermic surface is not in contact with sand, which has a thermal conductivity of 0.95 W / m Q K.
  • Figure 1 illustrates a front sectional view of a casting system, which includes: Feed channel (1); Piece (2); Upright (3); Sleeve (4); and Break Cookie (5).
  • Figure 2 illustrates an isometric sectional view of the composite layer sleeve according to the present invention.
  • Figure 3 illustrates a front sectional view of the composite layer sleeve according to the present invention.
  • Figure 4 shows the exothermic cuff heating curve.
  • Figure 5 shows the curve derived from exothermic heating of the sleeve.
  • Figure 6 shows the results obtained with SOLID CAST, comparing (a) an exothermic layer ND 260 sleeve and (b) a double layer ND 240 sleeve according to the present invention, with an exothermic inner layer and an insulating outer layer .
  • a sleeve (4) of composite layers used as a supplementary metal feeder in casting processes is provided, which prevents defects caused by the volumetric contraction of metal alloys.
  • Said sleeve (4) comprises two concentric layers, an exothermic inner layer (7) and an insulating outer layer (6), wherein said layers form an upper part (8) corresponding to a hollow cylinder; and a lower part (9) corresponding to the base of the sleeve (4).
  • the sleeve (4) consists of a hollow cylinder, where it has an internal diameter D, in centimeters, and where the total thickness (e) of both layers is in the range of 0 , 1 D and 0.1 D plus 2 cm, where preferably said thickness (e) corresponds to 0.1 D plus 1 cm.
  • This also has a height H of dimensions between 1.5 D to 2 D, and where the range of diameter D of the invention is 10 cm to 60 cm for all types of alloys.
  • the inner (7) and outer (6) layers have equal thickness.
  • the ratio of thicknesses between the inner (7) and outer (6) layers can be variable as required by the design.
  • the lower part (9) can consist of a truncated circular cone of height H ', comprised between 0.3 D to 0.5 D and internal diameter D', whose magnitude is It is between 0.5 D to 0.75 D.
  • this base could also be cylindrical, where the dimensions D, H and the thickness of the sleeve would be maintained.
  • said sleeve (4) may include in its bottom cracking cookies (5), cutting or throttling, as illustrated in Figure 1.
  • the sleeve (4) of the invention forms a rigid body and the layers that form it are adhered allowing its manipulation.
  • Both the inner layer (7) and the outer layer (6), are manufactured with specific granular mixtures, using cold-cured smelting resins for agglomeration, by means of liquid or gaseous catalysts.
  • the sleeve (4) of the present invention is not limited to the use of hollow microspheres, being able to use expanded beads, expanded vermiculites, alumina ceramic fibers, powdered aluminum, organic cold curing resins or any inorganic binder.
  • the material used for the concentric layers (6,7) comprises one or more organic resins of a group consisting of urethane phenolic resin, alkaline ester resin, furanic resin.
  • said concentric layers (6,7) may comprise one or more inorganic binders of a group consisting of ester silicates, refractory hydraulic cements of alumino silicates or silicates.
  • the ranges used for the formulations of both layers, insulating and exothermic are as follows:
  • the thickness of both layers, exothermic and insulating, is set of equal magnitude for productive reasons.
  • a reference piece (standard prism) of dimensions 42 cm x 42 cm x 27 cm (height) was used, which has a weight of 360 Kg in alloy steel with Chrome and Molybdenum, with thermal conductivity of 26.3 W / m ° K, heat capacity 454 J / Kg ° K, casting temperature of 1.520 Q C, solidification temperature of 1 190 Q C, solidification range 50 Q C and latent heat of fusion 267.306 J / Kg.
  • the double layer sleeve stile consists of a 24 cm diameter cylinder, 24 cm high with the conical bottom height of 12 cm cone, inner bottom diameter of the cone 17 cm. The resulting weight of the amount is 97 kg of metal in liquid state.
  • the sleeve has a total thickness of 3.4 cm, with an inner exothermic layer of 1.7 cm and an insulating outer layer of 1.7 cm.
  • the thermodynamic properties used in the exothermic thickness are: thermal conductivity 0.5 W / m Q K, heat capacity 837 J / Kg Q K, density 600 Kg / m 3 , ignition temperature 400 Q C, burn time 1, 5 Burning minutes and temperature 1370 Q C.
  • the thermodynamic properties of the insulating thickness are: Thermal conductivity 0.35 W / m Q K, heat capacity 837 J / Kg Q K and a density of 480 Kg / m 3 .
  • This sleeve is compared with a 26 cm diameter sleeve, manufactured with a single layer of 3.4 cm of exothermic thickness with the same thermodynamic properties as the exothermic layer of the double layer sleeve formed by a 26 cm diameter cylinder with 26 cm high with the conical bottom with a cone height of 13 cm, internal lower diameter of the cone 18 cm.
  • the resulting weight of the amount is 124 kg of liquid metal.
  • the reference piece for comparison is the same for both sleeves, in dimensions and in material.
  • thermodynamic properties are evaluated in a kinetic test of ignition of material at 1.000 Q C.
  • the test consists of introducing a thermocouple in a specimen of dimensions 14 x 6 x 1, 5, this thermocouple is connected to a computer with an interface that It controls time and temperature generating characteristic curves.
  • Figure 5 shows the temperature derivative with respect to time, corresponding to the exothermic heating curve of the sleeve. From which the ignition time of the exothermic sleeve layer, and the average heat capacity is obtained. The conductivity is obtained by heating a cylinder of sleeve material by determining equilibrium temperatures. From the information provided by both curves, the optimized values in calorific value, burning temperature and the thermal conductivity provided by the heat insulation capacity are extracted. These values are introduced into the Solid Cast finite element program, using the layers of the invention and the results of exothermic type sleeves and double layer sleeves are compared by feeding a reference cube.
  • Figure 6 shows that double-layer sleeves keep the liquid metal longer than an exothermic type sleeve, this is seen in the lighter zone, which represents the last fraction of metal that will solidify, this area must be located on the piece.
  • Figure 6 compares an ND 260 sleeve with an exothermic layer, of a metallic weight of 124 kg, compared to a double layer ND 240 sleeve, and of smaller size, with a metallic weight of 97 kg.
  • the sleeve ND 240 exceeds as sleeve feeder ND 260. Practical tests in industrial melts prove the above.
  • the sleeve with an exothermic interior, surrounded by an insulator, allows the temperature of the Aluminothermal reaction to be maintained for a longer time, avoiding the cooling of the metal of the upright, increasing the metallic supply of the sleeve.
  • sleeves with improved properties are obtained, which were verified with casting of standard prisms, with the measures set forth. These prisms were analyzed with ultrasound, verifying simulation calculations.
  • the improvements of the sleeve of the invention are compared with a sleeve and upright of the same geometric conditions, considering only exothermic material with the thermodynamic properties described.
  • the extension factor of the sleeve module rises from 1, 4 to 1, 6; therefore, the two-layer sleeve module is 15% larger than an exothermic sleeve of the same geometry.
  • This double layer sleeve module allows a reduction in the size of the uprights, with significant metallic savings.
  • the contribution of the metal contained in the upright with double-layer sleeve is 45%, that is, 22% more contribution in relation to an exothermic sleeve of equal thickness, whose contribution is 35%.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Insulators (AREA)
  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
  • Forms Removed On Construction Sites Or Auxiliary Members Thereof (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

La invención divulga un manguito de capas compuestas utilizado como alimentador de metal suplementario en procesos de colado por fundición, el cual permite disminuir las pérdidas de calor producidas entre sus paredes y la arena del molde, el cual comprende dos capas concéntricas, una capa interior exotérmica y una capa exterior aislante; formando dichas capas una parte superior que corresponde a un cilindro hueco, y una parte inferior que corresponde a la base del manguito.

Description

MANGUITO DE CAPAS COMPUESTAS
La presente invención se relaciona con la industria de fabricación de piezas fundidas de aceros y hierros, obtenidas en moldes de arenas aglomeradas con ligantes, donde la forma de la pieza es obtenida a partir de un molde que deja el vaciado adecuado en la arena. En particular, la presente invención consiste en un manguito de capas compuestas, utilizado como alimentador de metal suplementario en procesos de colado por fundición donde dicho manguito sirve para evitar defectos provocados por la contracción volumétrica de las aleaciones metálicas al pasar del estado líquido al sólido.
ANTECEDENTES
La mayoría de los metales y de las aleaciones sufren una disminución importante de su volumen al pasar del estado líquido al sólido, conocido como contracción volumétrica. Durante el proceso de solidificación de una pieza de fundición, esta contracción de volumen tiene que ser compensada con un aporte adicional de metal, en caso contrario, se producen grietas y defectos graves en las piezas conocidas ampliamente como rechupes.
El metal en estado líquido aportado para compensar la pérdida de volumen descrita, es suministrado por una o varias cavidades practicadas en el molde, conocidas como montantes. La configuración geométrica más ampliamente utilizada para la confección de montantes es la cilindrica, con una relación de largo a diámetro, que varía de 1 a 3. La ubicación de estos montantes puede ser sobre la pieza o al lado de la misma, dependiendo de su geometría y sus superficies disponibles. La condición fundamental de un montante es disponer de metal líquido hasta el final de la solidificación de la pieza, para ello debe contar con una configuración geométrica que permita que su disipación de calor se realice a una velocidad menor que la disipación de calor de la pieza a través del molde de fundición.
Actualmente, se dispone en forma comercial de cilindros huecos, preformados, denominados manguitos, que disminuyen significativamente el tamaño de los montantes, consiguiéndose disminuir el diámetro y la altura de estos. El porcentaje de disminución de metal contenido en un montante puede llegar al 60% de la masa de metal con respecto al montante en verde, que es un cilindro del mismo material del molde, generalmente arena, produciendo una disminución de los costos asociados debido a la disminución de arena en los moldes, menor consumo de materiales refractarios y menos energía todo debido al menor retorno de masa de montantes, además se puede apreciar un aumento de productividad, etc.
Los manguitos tienen espesores del orden de un décimo del diámetro interno y alturas de 1 a 3 veces el diámetro, pueden tener secciones cónicas o pueden estar provistos de tapas en su parte superior. Estos manguitos pueden ser denominados camisas, luvas, y en inglés se denominan "Riser Sleeves". Estos preformados se comercializan identificando sus dimensiones y campo de aplicación, expresado en el módulo de enfriamiento que pueden alimentar (se define el módulo de enfriamiento, como la razón entre el volumen de la pieza y el área en contacto con la arena del molde), y el peso máximo de la pieza que pueden cubrir sin producir rechupe. Comúnmente, todos los fabricantes de estos insumos proporcionan tablas con variables, para seleccionar el producto óptimo, dada una configuración específica de pieza, aleación, secciones, etc.
El procedimiento más utilizado para la fabricación de manguitos es la obtención del producto a partir de una pulpa acuosa y su centrifugación o succión por vacío en un dispositivo adecuado, ya sea una centrífuga con el canastillo de dimensiones externas del manguito o un dispositivo de vacío con las dimensiones del manguito, una vez retiradas del molde, se procede a un secado y curado de los aglomerantes. Otro procedimiento de fabricación es la utilización de máquinas disparadoras de mezclas granulares adecuadas, con aglomerante Cold Box, silicato- CO2, resina fenólica uretánica catalizada con aminas, resol - CO2, resol formiato de metilo. Los manguitos comerciales pueden ser del tipo aislantes o exotérmicos.
Los manguitos aislantes basan su desempeño como alimentadores en la capacidad de aislar las fronteras de transferencia de calor, esta propiedad se define por la conductividad térmica, índice técnico que se mide en W/mQK (Watts por metro y grado Kelvin). Los manguitos aislantes, de menor rendimiento en comparación con los exotérmicos, se usan preferentemente en piezas de gran volumen, en metales no ferrosos como latones y bronces y como acopiador de escorias en fundidos de hierro gris y nodular.
La magnitud de la conductividad térmica de una gran variedad de manguitos comerciales se encuentra en el rango de 0,3 a 0,5 W/mQK. La composición de estos manguitos está basada en una mezcla de fibras refractarias y polvos granulares que conforman un producto de baja densidad (comprendido entre 0,35 g/cm3 a 0,70 g/cm3), y resistencia mecánica adecuada para su manipulación y uso.
Los manguitos exotérmicos basan su accionar no sólo en la capacidad de aislar, sino que reaccionan con el calor aportado por el metal fundido generando abundante calor proporcionado por reacción de Aluminotermia, en donde el Aluminio en polvo, contenido en la formulación de las mismas, en contacto con oxidantes reacciona de acuerdo a:
2AI + Fe203 ► Al203 + 2 Fe
Las velocidades de reacción se controlan en función de la granulometría y pureza del Aluminio empleado y tipo de oxidantes. La fabricación de estos manguitos es análoga a la fabricación de manguitos aislantes.
La capacidad de aporte de metal de un montante revestido con manguito se expresa como el porcentaje de metal aportado (Kg), en relación al total de metal contenido (Kg) en el manguito.
Los manguitos exotérmicos aportan como máximo un 35% de su metal contenido, mientras que los manguitos aislantes aportan como máximo un 28% de su metal contenido.
La geometría de las piezas fundidas influye en la capacidad de alimentación de un manguito. Para calcular el efecto de la geometría de la pieza en la alimentación, se utiliza el módulo de enfriamiento de la pieza, expresada en dimensiones de longitud. Para asegurar una correcta alimentación, se calcula el módulo geométrico del manguito, el cual debe ser mayor que el módulo de enfriamiento de la pieza, con un factor mínimo de un 25 %, es decir:
Geométrico Manguito— 1 j25 X M p¡. Así, el módulo del manguito se calcula incrementando el módulo geométrico del mismo (Volumen/área) por un factor llamado factor de extensión, en donde el factor de extensión de los materiales exotérmicos es 1 ,40.
Este factor empírico refleja el mejoramiento debido a la menor conductividad y el aporte exotérmico.
M Manguito = Geométrico Manguito X 1 ,4
Los fabricantes de manguitos proporcionan el módulo del manguito ya incrementado por el factor de extensión.
Dentro del Arte Previo se encuentra el documento WO 01 /70431 A1 , el cual expone mezclas para manguitos exotérmicos y/o aislantes, las cuales comprenden: (1 ) una composición de manguito que a la vez comprende microesferas huecas de alumino-silicatos estabilizadas, y (2) un aglutinante químicamente reactivo. Los manguitos son formados a partir de dichas mezclas y son curados en presencia de un catalizador mediante el proceso COLD-BOX. Un metal oxidable utilizado típicamente en esta invención es polvo de aluminio, mientras que como material aislante se utiliza típicamente microesferas huecas de alumino-silicatos que no son reactivas. De esta manera, cuando las condiciones lo ameritan se pueden producir manguitos con propiedades exotérmicas y con propiedades aislantes, en donde la relación para manguitos exotérmicos en peso entre polvo de aluminio y microesferas huecas de Alúmino-silicatos no reactivas varía entre 1 :5 a 1 :1 , y preferentemente entre 1 :3 y 1 :1 ,5.
Si bien la utilización de manguitos que utilizan componentes refractarios, oxidantes, aislantes, aluminio en polvo o resinas, a introducido mejoras con respecto a las tecnologías utilizadas anteriormente (en donde no se utilizaban manguitos y los montantes se hacían de arena), el hecho de mezclar homogéneamente los componentes en un solo material no hacen suficientemente eficiente el proceso, principalmente debido a que no se aprovecha las ventajas individuales del material exotérmico y aislante, y las ventajas que presenta la formación de una barrera de alta temperatura empleada en los manguitos exotérmicos, perdiendo calor que es extraído por la arena del molde que cubre al manguito. Por otro lado, otra desventaja del arte previo radica en el uso de geometrías no optimizadas, con espesores de pared parejos, que no compensan las disminuciones de módulo de enfriamiento al disminuir secciones de pasadas de metal.
De esta manera, la presente invención consiste en un manguito que permite disminuir las pérdidas de calor producidas entre sus paredes y la arena del molde, al incorporar una capa aislante entre la capa exotérmica y la arena, aumentando de esta manera la capacidad de aporte metálico del manguito y al mismo tiempo aumentando el factor de extensión del mismo, produciendo como efecto un aumento del rendimiento metálico en la obtención de piezas fundidas.
Para producir los efectos enunciados, la invención considera la utilización de capas compuestas durante la fabricación del manguito, estando la capa interior de propiedad exotérmica en contacto con el metal y la capa exterior en contacto con la arena del molde de carácter altamente aislante. Si se configura un manguito como una combinación de una capa exotérmica en contacto con el metal líquido y otra pared de características de alta aislación en contacto interno con la pared exotérmica y contacto externo con la arena del molde, se disminuye en forma significativa la pérdida de calor del manguito exotérmico por el hecho de no estar la superficie exotérmica en contacto con arena, la cual tiene una conductividad térmica de 0,95 W/mQK. Al tener contacto de la interfase exterior del manguito exotérmico en contacto con material aislante de conductividad 0,35 W/mQK, de acuerdo a las leyes básicas de transferencia de calor y aplicando ley de Fourier de conductividad de sólidos, podemos calcular una disminución de 2,5 veces la pérdida de calor del manguito exotérmico interior.
BREVE DESCRI PCIÓN DE LAS FIGURAS
La figura 1 ilustra una vista frontal en corte de un sistema de colada, que incluye: Canal de alimentación (1 ); Pieza (2); Montante (3); Manguito (4); y Galleta de quiebre (5).
La figura 2 ilustra una vista isométrica en corte del manguito de capa compuesta de acuerdo a la presente invención. La figura 3 ilustra una vista frontal en corte del manguito de capa compuesta de acuerdo a la presente invención.
La figura 4 muestra la curva de calentamiento exotérmico de manguito.
La figura 5 muestra la curva derivada de calentamiento exotérmico del manguito.
La figura 6 muestra los resultados obtenidos con SOLID CAST, comparando (a) un manguito ND 260 de capa exotérmica y (b) un manguito ND 240 de doble capa de acuerdo a la presente invención, con una capa interior exotérmica y una capa exterior aislante.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención es descrita en forma detallada con referencia a la figura 2 y 3. De acuerdo a ésta, se provee de un manguito (4) de capas compuestas utilizado como alimentador de metal suplementario en procesos de colado por fundición, el cual evita defectos provocados por la contracción volumétrica de las aleaciones metálicas. Dicho manguito (4) comprende dos capas concéntricas, una capa interior exotérmica (7) y una capa exterior aislante (6), donde dichas capas forman una parte superior (8) que corresponde a un cilindro hueco; y una parte inferior (9) que corresponde a la base del manguito (4).
Tal como se puede apreciar en la figura 3, el manguito (4) consiste en un cilindro hueco, donde éste posee un diámetro interior D, en centímetros, y donde el espesor (e) total de ambas capas se encuentra en el rango de 0,1 D y 0,1 D más 2 cm, donde preferentemente dicho espesor (e) corresponde a 0,1 D más 1 cm. Este posee además una altura H de dimensiones comprendidas entre 1 ,5 D a 2 D, y en donde el rango del diámetro D de la invención es de 10 cm a 60 cm para todo tipo de aleaciones.
En una configuración preferida de la invención las capas interior (7) y exterior (6) poseen igual espesor. Sin embargo, la relación de espesores entre las capas interior (7) y exterior (6) puede ser variable según lo requiera el diseño. Por otro lado, en una configuración preferida de la invención, la parte inferior (9) puede consistir en un cono circular truncado de altura H', comprendida entre 0,3 D a 0,5 D y diámetro interno D', cuya magnitud se encuentra entre 0,5 D a 0,75 D. No obstante, esta base también podría ser cilindrica, en donde se mantendrían las dimensiones D, H y el espesor del manguito.
Alternativamente, dicho manguito (4) puede incluir en su fondo galletas de quiebre (5), corte o de estrangulación, tal como se ilustra en la figura 1 .
El manguito (4) de la invención conforma un cuerpo rígido y las capas que lo conforman están adheridas permitiendo su manipulación. Tanto la capa interna (7) como la capa externa (6), son fabricadas con mezclas granulares específicas, utilizando para su aglomeración resinas de fundición curadas en frío, mediante catalizadores líquidos o gaseosos.
El manguito (4) de la presente invención no se limita al uso de microesferas huecas, pudiéndose utilizar perlitas expandidas, vermiculitas expandidas, fibras cerámicas de alúmina, aluminio en polvo, resinas orgánicas de curado en frío o cualquier ligante inorgánico.
Por otro lado, el material utilizado para las capas concéntricas (6,7) comprende una o varias resinas orgánicas de un grupo conformado por resina fenólica uretánica, resina alcalina de ester, resina furánica. Similarmente, dichas capas concéntricas (6,7) pueden comprender uno o varios ligantes inorgánicos de un grupo conformado por silicatos de ester, cementos hidráulicos refractarios de alumino silicatos o silicatos.
De acuerdo a una configuración preferida de la invención, los rangos utilizados para las formulaciones de ambas capas, aislante y exotérmica, son los siguientes:
Capa Aislante %
Arena de Sílice 15 - 25
Perlita expandida granular 10 - 20
Vermiculita expandida 5 - 15
Microesferas huecas 38 - 48
Resina Fenólica Uretánica 7 - 17 Capa Exotérmica %
Aluminio en polvo 20 - 30
Perlita expandida granular 10 - 20
Fluoruro de Calcio 2 - 8
Oxido de Hierro (Hematita) 2 - 8
Nitrato de Bario 2 - 8
Microesferas huecas 25 - 35
Resina Fenólica Uretánica 10 - 20
EJEMPLO DE APLICACION
El proceso de fabricación de estos manguitos de capas compuestas considera el disparo en proceso Coid Box de mezcla aislante en un molde provisto de una pieza interior que permite fabricar el espesor externo, luego se cambia esta pieza interior por una de espesor menor y se dispara en proceso Coid Box la mezcla exotérmica.
El espesor de ambas capas, exotérmica y aislante, se fija de igual magnitud por razones productivas.
La base teórica que permite calcular la eficiencia de manguitos de doble capa, está basada en la simulación de solidificación con elementos finitos a través del Software SOLID CAST y posterior comprobación en fundidos de cubos patrones.
De los cálculos teóricos y comprobaciones en prácticas, se verifica que la configuración de capas compuestas exotérmica y aislante, es de mayor eficiencia que una capa exotérmica y por ende de una capa aislante.
Para la simulación de doble capa se utilizó una pieza de referencia (prisma patrón) de dimensiones 42 cm x 42 cm x 27 cm (altura), que tiene un peso de 360 Kg en aleación de acero con Cromo y Molibdeno, con conductividad térmica de 26,3 W/m°K, capacidad calorífica 454 J/Kg °K, temperatura de colada de 1 .520QC, temperatura de solidificación de 1 190QC, rango de solidificación 50QC y calor latente de fusión 267.306 J/Kg. El montante del manguito de doble capa consiste en un cilindro de 24 cm de diámetro, con 24 cm de altura con el fondo cónico de altura de cono de 12 cm, diámetro inferior interno del cono 17 cm. El peso resultante del montante es de 97 Kg de metal en estado líquido.
El manguito tiene un espesor total de 3,4 cm, con una capa exotérmica interior de 1 ,7 cm y una capa externa aislante de 1 ,7 cm. Las propiedades termodinámicas utilizadas en el espesor exotérmico son: conductividad térmica 0,5 W/mQK, capacidad calorífica 837 J/KgQK, densidad 600 Kg/m3, temperatura de ignición 400 QC, tiempo de quemado 1 ,5 minutos y temperatura de quemado 1370 QC. Las propiedades termodinámicas del espesor aislante son: Conductividad térmica 0,35 W/mQK, capacidad calorífica 837 J/ KgQK y una densidad de 480 Kg/m3.
Este manguito es comparado con un manguito de 26 cm de diámetro, fabricado con una sola capa de 3,4 cm de espesor exotérmica con las mismas propiedades termodinámicas que la capa exotérmica del manguito de doble capa conformado por un cilindro de 26 cm de diámetro con 26 cm de altura con el fondo cónico de altura de cono de 13 cm, diámetro inferior interno del cono 18 cm. El peso resultante del montante es de 124 Kg de metal en estado líquido. La pieza de referencia para la comparación es la misma para los dos manguitos, en dimensiones y en material.
Las propiedades termodinámicas se evalúan en prueba cinética de encendido de material a 1 .000 QC. La prueba consiste en introducir una termocupla en una probeta de dimensiones 14 x 6 x 1 ,5, esta termocupla está conectada a un computador con una interfase que controla tiempo y temperatura generando curvas características.
Una de dichas curvas se muestra en la figura 4, la cual corresponde a la curva de calentamiento exotérmico del manguito. A partir de ésta se puede calcular el poder calorífico mediante el área bajo la curva, de este valor se calcula la temperatura de quemado.
Además, la figura 5 muestra la derivada de la temperatura con respecto al tiempo, correspondiente a la curva de calentamiento exotérmico del manguito. A partir de la cual se obtiene el tiempo de ignición de la capa de manguito exotérmico, y la capacidad calorífica promedio. La conductividad se obtiene por calentamiento de un cilindro de material de manguito por determinación de temperaturas de equilibrio. De la información proporcionada por ambas curvas, se extraen los valores optimizados en poder calorífico, temperatura de quemado y la conductividad térmica que nos proporciona la capacidad de aislación de calor. Estos valores son introducidos en el programa de elementos finitos Solid Cast, utilizando las capas de la invención y se comparan los resultados de manguitos del tipo exotérmico y manguitos de doble capa alimentando un cubo de referencia. La figura 6 muestra que los manguitos de doble capa mantienen el metal líquido por más tiempo que un manguito del tipo exotérmico, esto se aprecia en la zona más clara, que representa la última fracción de metal que solidificará, esta zona debe estar situada sobre la pieza. La figura 6 compara un manguito ND 260 de capa exotérmica, de peso metálico contenido de 124 Kg, comparado con un manguito ND 240 de doble capa, y de menor tamaño, de peso metálico contenido de 97 Kg. El manguito ND 240, supera como alimentador al manguito ND 260. Ensayos prácticos en fundidos industriales comprueban lo anterior.
El manguito con interior exotérmico, rodeado de un aislante, permite mantener por más tiempo la temperatura de la reacción de Aluminotermia, evitando el enfriamiento de metal del montante, aumentando el aporte metálico del manguito.
Solamente a modo de ejemplo se indican las siguientes formulaciones para ser utilizadas en el manguito de la invención:
Figure imgf000012_0001
Una formulación exotérmica adecuada para la invención y probada es:
Componente %
Aluminio en polvo 25 Perlita expandida granular 15
Fluoruro de Calcio 5
Oxido de Hierro Hematita 5
Nitrato de Bario 5
Microesferas huecas 30
Resina Fenólica Uretánica 15
Utilizando las formulaciones en producción de manguitos de acuerdo a la invención, con dos capas equivalentes en espesor, se obtienen manguitos con propiedades mejoradas, las cuales fueron verificadas con colada de prismas patrones, con las medidas enunciadas. Estos prismas fueron analizados con ultrasonido, verificando los cálculos de simulación. Los mejoramientos del manguito de la invención, se comparan con un manguito y montante de iguales condiciones geométricas, considerando sólo material exotérmico con las propiedades termodinámicas descritas.
El factor de extensión del módulo del manguito sube de 1 ,4 a 1 ,6; por lo tanto, el módulo del manguito de dos capas es un 15% mayor que un manguito exotérmico de igual geometría.
El aumento de este módulo del manguito de doble capa, permite una disminución del tamaño de los montantes, con importantes ahorros metálicos.
El aporte del metal contenido en el montante con manguito de doble capa es de un 45 %, es decir, un 22 % más de aporte en relación a un manguito exotérmico de igual espesor, cuyo aporte es de un 35%.

Claims

REIVINDICACIONES
1 . Un manguito (4) de capas compuestas utilizado como alimentador de metal suplementario en procesos de colado por fundición, CARACTERIZADO porque comprende:
Dos capas concéntricas, una capa interior exotérmica (7) y una capa exterior aislante (6), formando dichas capas:
una parte superior (8) que corresponde a un cilindro hueco; y una parte inferior (9) que corresponde a la base del manguito (4).
2. El manguito de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque posee un diámetro interior D de la parte superior (8) y un espesor (e), que considera ambas capas, que se encuentra entre una décima parte del diámetro D y la décima parte del diámetro D más 2 cm.
3. El manguito de acuerdo con la reivindicación 2, CARACTERIZADO porque el espesor (e) es una décima parte del diámetro D más 1 cm.
4. El manguito de acuerdo con la reivindicación 2, CARACTERIZADO porque posee una altura H comprendida entre 1 ,5 D a 2 D.
5. El manguito de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque las capas, interior (7) y exterior (6) poseen igual espesor.
6. El manguito de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la relación de espesores entre las capas interior (7) y exterior (6) es variable.
7. El manguito de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, CARACTERIZADO porque la parte inferior (9) corresponde a un cono circular truncado que posee una altura H' comprendida entre 0,3 D a 0,5 D y un diámetro interno D' comprendido entre 0,5 D a 0,75 D.
8. El manguito de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la parte inferior (9) corresponde a un cilindro hueco con las mismas dimensiones de la parte superior (8).
9. El manguito de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el rango de diámetro interno de la parte superior (8) se encuentra entre 10 cm y 60 cm.
10. El manguito de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el material utilizado para las capas concéntricas (6,7) corresponde a uno o varios de un grupo conformado por microesferas huecas, perlitas expandidas, vermiculitas expandidas, fibras cerámicas de alúmina, aluminio en polvo, resinas orgánicas de curado en frío y ligantes inorgánicos.
1 1 . El manguito de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el material utilizado para las capas concéntricas (6,7) comprende una o varias resinas orgánicas de un grupo conformado por resina fenolica uretánica, resina alcalina de ester, resina furánica.
12. El manguito de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el material utilizado para las capas concéntricas (6,7) comprende uno o varios ligantes inorgánicas de un grupo conformado por silicatos de ester, cementos hidráulicos refractarios de alumino silicatos o silicatos.
13. El manguito de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el material utilizado para la capa concéntrica aislante (6) es: arena de sílice entre 15 a 25%, perlita expandida granular entre 10 a 20%, vermiculita expandida entre 5 a 15%, microesferas huecas entre 38 a 48% y resina fenolica uretánica entre 7 y 17%.
14. El manguito de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el material utilizado para la capa concéntrica exotérmica (7) es: aluminio en polvo entre 20 a 30%, perlita expandida granular 10 a 20%, fluoruro de calcio 2 a 8%, oxido de hierro 2 a 8%, nitrato de bario 2 a 8%, microesferas huecas 25 a 35% y resina fenolica uretánica entre 10 a 20%.
PCT/IB2011/054206 2010-09-30 2011-09-23 Manguito de capas compuestas WO2012042456A1 (es)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112011103297T DE112011103297T5 (de) 2010-09-30 2011-09-23 Aus mehreren Schichten bestehende Manschette
MX2012008624A MX2012008624A (es) 2010-09-30 2011-09-23 Manguito de capas compuestas.
US13/642,774 US20130037375A1 (en) 2010-09-30 2011-09-23 Bushing comprising composite layers
BR112012021512A BR112012021512A2 (pt) 2010-09-30 2011-09-23 bucha de camadas compostas

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CL1048-2010 2010-09-30
CL2010001048A CL2010001048A1 (es) 2010-09-30 2010-09-30 Un manguito de capas compuestas utilizado como alimentador de metal suplementario en procesos de colado por fundicion, comprende dos capas concentricas, una capa interior exotermica y una capa exterior aislante, cuya parte superior es un cilindro hueco y la parte inferior corresponde a la base del manguito.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012042456A1 true WO2012042456A1 (es) 2012-04-05

Family

ID=45892058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2011/054206 WO2012042456A1 (es) 2010-09-30 2011-09-23 Manguito de capas compuestas

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20130037375A1 (es)
AR (1) AR083176A1 (es)
BR (1) BR112012021512A2 (es)
CL (1) CL2010001048A1 (es)
DE (1) DE112011103297T5 (es)
MX (1) MX2012008624A (es)
PE (1) PE20130490A1 (es)
WO (1) WO2012042456A1 (es)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105903906A (zh) * 2016-06-02 2016-08-31 长兴万顺保温材料有限公司 一种高韧性发热冒口及其制备方法
CN105945228A (zh) * 2016-06-02 2016-09-21 长兴万顺保温材料有限公司 一种高耐久保温发热冒口的制备方法
CN106734931A (zh) * 2016-12-29 2017-05-31 西南铝业（集团）有限责任公司 一种冒口

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105645980A (zh) * 2016-04-06 2016-06-08 郑州远东耐火材料有限公司 用于无缩孔池壁电熔砖全封闭保温冒口砂型
CN105750482B (zh) * 2016-04-06 2017-11-07 郑州远东耐火材料有限公司 用于无缩孔电熔砖保温冒口的涂料
DE102016205960A1 (de) * 2016-04-08 2017-10-12 HÜTTENES-ALBERTUS Chemische Werke Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verwendung von geschlossen-porigen Mikro-Kugeln aus expandiertem Perlit als Füllstoff für die Herstellung von Formkörpern für die Gießereiindustrie
DE102016122053A1 (de) * 2016-11-16 2018-05-17 GTP Schäfer Gießtechnische Produkte GmbH Herstellung von Speisereinsätzen im 3D-Druck
TR201714494A2 (tr) * 2017-09-28 2019-04-22 Cukurova Kimya Enduestrisi A S Besleyici gömlek koruma elemanı.
CN108380822A (zh) * 2018-02-05 2018-08-10 霍山县东胜铸造材料有限公司 一种铸造保温冒口套
USD872781S1 (en) 2018-04-13 2020-01-14 Foseco International Limited Breaker core
CN109202020B (zh) * 2018-10-31 2020-04-24 东台市颖达金属制品制造有限公司 一种多级发热的保温冒口
CN112808940A (zh) * 2021-02-08 2021-05-18 洛阳洛北重工机械有限公司 一种用于大型铸钢件补缩的复合冒口套

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2257646A (en) * 1991-07-12 1993-01-20 Hepworth Minerals & Chemicals Riser sleeves
GB2260285A (en) * 1991-10-03 1993-04-14 Masamitsu Miki A riser sleeve with a neck-down or breaker core
AU703642B1 (en) * 1998-10-20 1999-03-25 Daeho Industries Ltd. Riser sleeve with neck-down core
CN200939499Y (zh) * 2006-08-07 2007-08-29 济南圣泉集团股份有限公司 一种新型发热保温冒口套

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1583641B2 (de) * 1967-09-19 1976-07-01 Heide, Otto, Dr.-Ing., 5829 Ennepetal Vorrichtung zum beheizen von speisern und blockkoepfen
US3815658A (en) * 1969-03-13 1974-06-11 Sulzer Ag Process for making a metallurgically slow reacting mold
US6286585B1 (en) 2000-03-21 2001-09-11 Ashland Inc. Sleeve mixes containing stabilized microspheres and their use in making riser sleeves

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2257646A (en) * 1991-07-12 1993-01-20 Hepworth Minerals & Chemicals Riser sleeves
GB2260285A (en) * 1991-10-03 1993-04-14 Masamitsu Miki A riser sleeve with a neck-down or breaker core
AU703642B1 (en) * 1998-10-20 1999-03-25 Daeho Industries Ltd. Riser sleeve with neck-down core
CN200939499Y (zh) * 2006-08-07 2007-08-29 济南圣泉集团股份有限公司 一种新型发热保温冒口套

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105903906A (zh) * 2016-06-02 2016-08-31 长兴万顺保温材料有限公司 一种高韧性发热冒口及其制备方法
CN105945228A (zh) * 2016-06-02 2016-09-21 长兴万顺保温材料有限公司 一种高耐久保温发热冒口的制备方法
CN105903906B (zh) * 2016-06-02 2019-01-08 浙江品创知识产权服务有限公司 一种高韧性发热冒口及其制备方法
CN106734931A (zh) * 2016-12-29 2017-05-31 西南铝业（集团）有限责任公司 一种冒口

Also Published As

Publication number Publication date
AR083176A1 (es) 2013-02-06
DE112011103297T5 (de) 2013-08-14
PE20130490A1 (es) 2013-05-08
MX2012008624A (es) 2012-11-30
BR112012021512A2 (pt) 2016-07-05
CL2010001048A1 (es) 2011-01-14
US20130037375A1 (en) 2013-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012042456A1 (es) Manguito de capas compuestas
CN101433944B (zh) 一种铸造用发热冒口套
JP7361819B2 (ja) 発泡パーライトの独立気孔微小球の、鋳物業用の成形品を製造するためのフィラーとしての使用
CN103613394B (zh) 一种具有隔热功能的浇注料
KR100241129B1 (ko) 내화물 조성물
CN102626773A (zh) 一种连铸中间包
CN110153376A (zh) 一种新型发热冒口
CN106424574A (zh) 一种铸钢发热冒口套
CN100560535C (zh) 球状型砂及其制造方法、铸造用铸型及其用途
CN108723302B (zh) 一种球墨铸铁用发热保温冒口及其制备方法
CN106521297A (zh) 一种降低高镍奥氏体球铁涡轮壳内部缺陷的方法
JP4615370B2 (ja) 鋳物砂
CN202683999U (zh) 一种连铸中间包
JP4776953B2 (ja) 鋳物の製造方法
JP2011025310A (ja) 球状耐火粒子及びそれからなる鋳物砂並びにそれを用いて得られた鋳型
JP5529641B2 (ja) 容器
CN100516237C (zh) 一种高炉风管及其制备方法
CN108530089A (zh) 用于中间包烘烤烧嘴的耐火浇注料及中间包烘烤烧嘴
CN102814476B (zh) 一种凹凸棒土制高温合金钢用复合发热剂
JP4754309B2 (ja) ダイカスト用中子
CN105910441B (zh) 铝用阳极碳素焙烧炉火道墙用复合隔热型炉面预制块
JP6358736B2 (ja) ドライコート材
JPH10101441A (ja) 流し込み耐火物用組成物及びそれを使用した炉壁の形成方法
BR112018072660B1 (pt) Uso de um corpo moldado com isolamento térmico para o isolamento de metais fundidos em relação à atmosfera ou um reservatório metalúrgico
CN105665692A (zh) 一种长水口用抗热震内衬复合体及其制备工艺

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11828232

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 000870-2012

Country of ref document: PE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: MX/A/2012/008624

Country of ref document: MX

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13642774

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120111032978

Country of ref document: DE

Ref document number: 112011103297

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11828232

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112012021512

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112012021512

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20120827