ES2226939T3 - Procedimiento para la preparacion de arena para moldes de fundicion. - Google Patents
Procedimiento para la preparacion de arena para moldes de fundicion.Info
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Abstract
Procedimiento para la preparación de arena para moldes, que está constituida al menos en parte por arena usada en una mezcladora (1), siendo realizada la preparación al menos en parte a vacío., caracterizado porque la arena para moldes no refrigerada a vacío es calentada antes o durante la preparación y a continuación es refrigerada para la influencia de vacío.
Description
Procedimiento para la preparación de arena para
moldes de fundición.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la preparación de arena para moldes, que está
constituida al menos en parte por arena usada, siendo realizada la
preparación al menos en parte a vacío.
La preparación de arena para la fabricación de
moldes de fundición tiene el cometido de producir la relación de
mezcla correcta de los tamaños de los granos así como la relación
de las porciones de arena de cuarzo, aglutinante, carbón en polvo
así como arena usada y arena nueva, de homogeneizar la mezcla y de
envolver en este caso el grano en gran medida con el aglutinante,
de ajustar el contenido correcto de humedad, de eliminar los
componentes no deseados, de ajustar la temperatura correcta de la
arena para moldes y, finalmente, de transportar adicionalmente la
arena preparada acabada a los lugares de consumo.
En general, la arena usada tiene una temperatura
elevada, por ejemplo entre 100ºC y 140ºC. Las temperaturas de la
arena por encima de aproximadamente 50ºC pueden plantean grandes
problemas a la máquina de moldeo y en el caso de temperaturas
demasiado altas se producen oscilaciones de la humedad en la arena
acabada debido a las pérdidas incontroladas por evaporación en el
trayecto entre la mezcladora y la instalación de moldeo, por lo que
la arena debe refrigerarse en este caso.
La mayoría de las veces se emplean a tal fin
refrigeradores de lecho fluidizado, a través de los cuales circula
la arena de forma continua por medio de movimientos oscilantes de
una parrilla de criba. El principio de refrigeración consiste en
que se evapora agua pulverizada sobre la arena con toberas y la
entalpía de evaporación necesaria para ello es extraída de la arena
como calor sensible. Sin embargo, un inconveniente del procedimiento
es que se requieren cantidades muy grandes de aire para el
transporte de descarga del vapor de agua resultante, lo que requiere
de nuevo el empleo de energía adicional.
Por lo tanto, en el documento DE 29 52 403 C2 ha
sido desarrollado un procedimiento alternativo de refrigeración. De
acuerdo con él, se lleva a cabo la preparación y refrigeración
simultáneas de arenas de moldeo para fundición ligadas por arcilla
en una mezcladora a vacío. En este caso, se introducen en primer
lugar los componentes individuales en la mezcladora. Después de una
homogeneización previa de corta duración, se determinan la
temperatura y la humedad de la mezcla y se añade la cantidad de
agua necesaria. Por último, durante el proceso de preparación se
reduce poco a poco la presión en la mezcladora. Tan pronto como se
ha alcanzado la presión, que corresponde a la curva de la presión
del vapor de agua, el agua comienza a hervir en la arena y se
extrae de la arena el calor de evaporación necesario para ello. De
esta manera, se consigue una refrigeración extraordinariamente
efectiva con un coste favorable.
El refrigerador del documento DE 29 52 403 C2
solamente se emplea de una manera conveniente cuando se retorna
arena usada a la mezcladora con una temperatura tal que es necesaria
una refrigeración.
Se describe también en el documento DE 195 36 803
un procedimiento de refrigeración a vacío de este tipo.
Después de interrupciones prolongadas del
funcionamiento, por ejemplo en fines de semana o en virtud de una
avería de la función, o en el caso de carga térmica reducida de la
arena para moldes, por ejemplo en virtud de temperaturas oscilantes
de la función o de tiempo oscilantes de la refrigeración del molde
fundido, las temperaturas reducidas de la arena usada no requieren
ninguna refrigeración. En tales casos, la mezcladora de arena de
moldeo es accionada sin vacío. También cuando se prepara arena usada
con mucho gasto sin vacío, se diferencia, sin embargo, de la arena
de moldeo que ha sido preparada a vacío.
En cualquier taller de fundición es
extraordinariamente deseable que se mantengan lo más constantes
posible las propiedades de la arena para conseguir una calidad
constante de los productos de la instalación de moldeo.
Por lo tanto, la presente invención tiene el
cometido de preparar un procedimiento que asegura una preparación
de la arena de moldeo a vacío independientemente de la temperatura
de la arena usada, que pone a disposición una arena de moldeo
refrigerada para el procesamiento posterior y en el que la arena de
moldeo preparada de nuevo alcanza valores de calidad constantes
altos, independientemente de la temperatura de la arena del
molde.
Este cometido se soluciona, según la invención
porque la arena de moldeo no refrigerada a vacío es calentada antes
de la preparación o durante la preparación y a continuación es
refrigerada bajo la influencia del calor.
Por medio del calentamiento previo se garantiza
que se puedan preparar también arenas usadas ya refrigeradas con la
ayuda de la técnica a vacío.
No obstante, se ha comprobado de una manera
sorprendente que la aportación de humedad y calor, especialmente en
forma de vapor de condensación, y la refrigeración siguiente y la
extracción de nuevo de humedad a través de evaporación a vacío
conducen a una arena para moldes de calidad esencialmente más
elevada que la utilización inmediata de arena refrigerada, dado el
caso con corrección de la humedad. Así, por ejemplo, por medio del
tratamiento a vacío de la arena para moldes se consiguen, además del
efecto ventajoso de la refrigeración, también propiedades de
calidad más favorables de la arena preparada para moldes. Así, por
ejemplo, se ha comprobado que se incrementan la fluencia, la
permeabilidad al gas y la estabilidad de forma de la arena para
moldes preparada a vacío.
Es especialmente preferida una forma de
realización, en la que se predetermina una temperatura mínima
T_{min} y se determina la temperatura de la arena para moldes
T_{real} y se calienta la arena para moldes, cuando la temperatura
de la arena para moldes es menor que la temperatura mínima
predeterminada
\hbox{(T _{real} < T _{min} ).}
De esta manera, se asegura que la arena para
moldes no se caliente cuando presenta ya una temperatura
suficientemente alta. Con ello es posible mantener el empleo de
energía lo más reducido posible. Por otra parte, con preferencia la
temperatura de la arena para moldes se puede ajustar de la manera
más exacta posible a la temperatura T_{min}, de manera que puede
tener lugar una preparación en condiciones constantes, y la arena
para moldes preparada presenta una calidad constante,
extraordinariamente alta.
La medición de la temperatura y/o de la humedad
se puede realizar de una manera opciones en el trayecto de la arena
usada o en la mezcladora por medio de sondas adecuadas.
En este caso, es posible calentar la arena para
moldes tanto antes de que sea llenada en la mezcladora como también
en la mezcladora. El calentamiento de la arena para moldes se puede
realizar, por ejemplo, con la ayuda de aire caliente saturado de
humedad, radiación térmica o microondas.
Las formas de realización preferidas de la
presente invención prevén que la arena para moldes sea calentada a
través de la aportación de agua caliente y/o de vapor de agua
caliente.
En una forma de realización especialmente
preferida del procedimiento según la invención, se lleva a cabo una
medición de la temperatura de la arena usada antes o en la
mezcladora. Si la temperatura detectada está por encima de la
temperatura mínima ajustada para la refrigeración a vacío, entonces
la preparación y la refrigeración de la arena tienen lugar de la
manera conocida. En cambio, si la temperatura de la arena usada
está por debajo de la temperatura mínima ajustada, entonces se
insufla con preferencia valor caliente en la arena para moldes fría.
Este vapor se condensa en la mezcladora y calienta en este caso la
arena para moldes a la temperatura mínima deseada. Tan pronto como
se ha alcanzado la temperatura ajustada, se desconecta la
alimentación de vapor y se refrigera la arena para moldes a la
temperatura final deseada a través de la aplicación de un
vacío.
Con preferencia, por razones de costes, se
mantiene lo más reducida posible la cantidad de vapor caliente
aportado.
Como ya se ha mencionado al principio, es
necesario un cierto contenido mínimo de humedad de la arena usada,
para que la arena para moldes preparada reciba la humedad final
deseada y presente una capacidad de moldeo suficiente. Por lo
tanto, una forma de realización especialmente conveniente de la
presente invención prevé que en el caso de que la diferencia de la
temperatura entre la temperatura de la arena usada y la temperatura
mínima ajustada sea tan pequeña que la cantidad de agua condensada
a través de la aportación de vapor caliente en la arena no sea
suficiente para proporcionar la humedad final deseada a la arena
para moldes, se añada también agua del proceso a la arena para
moldes adicionalmente al vapor de agua.
En determinadas circunstancias es suficiente que
se añada exclusivamente agua caliente para conseguir el
calentamiento deseado.
Para el caso de que la arena para moldes tenga,
después de la refrigeración, una humedad final demasiado grande, se
puede continuar la evaporación a vacío hasta que se alcance la
humedad final deseada.
Aunque se lleve a cabo la alimentación del vapor
valiente a la arena para moldes con preferencia dentro de la
mezcladora, también es posible la aportación del vapor caliente
sobre el trayecto de transporte o el trayecto de almacenamiento o
también en el montón. La alimentación de vapor en la mezcladora
tiene la ventaja de que las porciones de material mezclado
humedecidos con vapor están constantemente en movimiento y, por lo
tanto, entran en contacto con gran seguridad con las porciones no
humedecidas. Por lo tanto, se produce una mezcla a fondo buena del
material mezclado con el vapor de agua.
A través de la preparación de la arena para
moldes en una atmósfera de vapor, la arcilla aglutinante, la
mayoría de las veces bentonita, es atravesada y activada mucho
mejor por el agua. A través de la penetración mejorada del
aglutinante por el agua se consigue también una distribución más
uniforme de la humedad en la envoltura de aglutinante y, como
consecuencia, se consigue una fluidez mejorada de la arena para
moldes durante el llenado del molde.
Para el caso de que se lleve a cabo la
alimentación del vapor en el montón de arena, es especialmente
conveniente que el valor caliente sea alimentado a través de una
lanza de inyección, que termina lo más profunda posible dentro de la
capa de arena, para que el vapor caliente se condense sin pérdidas
totalmente en la arena.
Para el caso de la alimentación de vapor en la
mezcladora, se puede utilizar de una manera alternativa también un
árbol hueco u otra parte mecánica que se proyecta dentro del
producto mezclado, por ejemplo un rascador de pared, configurado
hueco como lanza de inyección. Para la alimentación del vapor a
través del árbol hueco de la herramienta de mezcla se recomienda
disponer los orificios de salida del conducto de vapor de tal forma
que éstos desemboquen (vistos en el sentido de rotación) sobre el
lado trasero de las alejas u hojas de mezcla.
En el caso de la mezcla de la arena para moldes
con depósitos de mezcla no giratorios, la alimentación de vapor se
lleva a cabo de una manera preferida a través de un orificio
lateral en la zona inferior de la pared del depósito de mezcla.
En una forma de realización preferida, se miden
el contenido de humedad y la temperatura de la arena usada y se
comparan con los valores teóricos predeterminados de la arena
acabada. A partir de ello se calcula la cantidad de agua que es
necesaria para la refrigeración y la humidificación de la arena para
moldes y se alimenta dicha cantidad de agua.
Con preferencia, en este caso, la cantidad e
vapor que es necesaria para el calentamiento es calculada a través
de la comparación de la temperatura de entrada con la temperatura
mínima predeterminada. Para el caso de que la cantidad de vapor a
alimentar no sea suficiente para conseguir el contenido de humedad
deseado de la arena acabada, se añade adicionalmente agua del
proceso.
Una posibilidad alternativa, para determinar la
cantidad de vapor a añadir, consiste en que antes o durante la
aportación de vapor, se ajusta en la mezcladora la presión a la que
la temperatura de ebullición del agua corresponde a la temperatura
final deseada. Se añade vapor hasta que la presión o la temperatura
de la mezcla de agua y vapor se eleva por encima del producto
mezclado. El vapor de agua añadido se condensa en el producto
mezclado, mientras la temperatura del producto mezclado está por
debajo de la temperatura mínima deseada. Cuando la temperatura de
la arena para moldes alcanza la temperatura mínima, entonces
termina el proceso de condensación y se eleva la presión del vapor
por encima del producto mezclado. Se puede calcular esta presión
del vapor. La subida brusca de la presión del vapor es entonces una
señal de que ha sido alimentado vapor suficientemente caliente.
Sin embargo, la subida de la presión del vapor,
especialmente en el caso de bombas de vacío de dimensión grande,
será menos marcada. En este caso, es ventajoso medir la temperatura
del vapor, que fluye a través de un conducto de salida, en general,
hacia un condensador. Con la terminación del proceso de condensación
en el producto mezclado se eleva en gran medida la temperatura en
el conducto. También esto puede ser evaluado como una señal de que
ha sido introducido vapor de agua suficiente en el producto
mezclado.
En este caso, debe calcularse por separado la
cantidad de agua necesaria para el moldeo de la arena y para el
contenido de humedad deseado, respectivamente.
Una forma de realización especialmente
economizadora de energía de la presente invención prevé que el
calentamiento de la arena para moldes se lleve a cabo, en caso
necesario, a través de la mezcla adecuada con arena usada caliente.
Así, por ejemplo, es posible que se almacene arena usada caliente
en un silo, y se mezcle, en caso necesario, con arena usada fría,
para que se eleve la temperatura de la mezcla de arena usada a la
temperatura mínima y, por lo tanto, solamente es necesario un
calentamiento reducido o incluso ningún calentamiento a través de la
aportación de vapor o de agua caliente.
Otras ventajas, características y posibilidades
de aplicación se ponen de manifiesto con la ayuda de la descripción
siguiente de una forma de realización preferida y del dibujo
correspondiente. En este caso:
La figura 1 muestra una representación
esquemática del procedimiento según la invención, incluido un
dispositivo que es adecuado para la realización del
procedimiento.
En la figura 1 se puede reconocer claramente la
mezcladora 1 desde la parte inferior izquierda. Se alimenta arena
usada y, dado el caso, también arena nueva en 2 y se mezcla, en
caso necesario, con polvo de filtración, bentonita y carbón en
polvo 3. La temperatura T_{real} y el contenido de humedad de la
arena usada son determinados antes del relleno en la mezcladora 1
por medio del sensor de temperatura 13 y del sensor de humedad
14.
Un control programable (no se representa) compara
la temperatura T_{real} con una temperatura mínima T_{min}
predeterminada. Si la temperatura de la arena usada no alcanza la
temperatura mínima predeterminada, entonces se inyecta vapor
caliente en el producto mezclado a través de la alimentación de
vapor 12 hasta que el producto mezclado alcanza la temperatura
mínima predeterminada. La cantidad a añadir se puede calcular, por
ejemplo, a parte de T_{real} (y evidentemente la cantidad del
producto mezclado. De una manera alternativa, puede estar dispuesto
también otro sensor de temperatura en la mezclado, que detecta la
temperatura del producto mezclado, de manera que se puede detener
la aportación del vapor caliente cuando se alcanza la temperatura
mínima. Otra posibilidad para la determinación de la cantidad de
vapor a añadir consiste en generan un vacío en el refrigerador de
la mezcla, para que la presión (negativa) ajustada presione la
temperatura de ebullición del agua a la temperatura mínima
predeterminada. Si se añade ahora vapor de agua, entonces ésta se
condensa en el producto mezclado hasta que la temperatura del
producto mezclado está por debajo de la temperatura mínima. Tan
pronto como se alcanza la temperatura mínima, se detiene el proceso
de condensación y se eleva bruscamente la temperatura del gas (vapor
de agua) bombeado a través del conducto 6 desde la temperatura
mínima hasta un valor mucho más elevado, que corresponde
esencialmente a la temperatura del vapor de agua alimentado. Si se
detecta la temperatura en el conducto 6, entonces la subida brusca
de la temperatura en el conducto 6 se puede utilizar como señal
para la terminación de la alimentación de vapor.
A partir del contenido de humedad medido se
calcula si la cantidad de vapor añadida es suficiente para
proporcionar una humedad final deseada a la arena para moldes. Si
no es así, entonces se añade agua fresca 5 o agua del circuito 8
como agua del proceso a través de la báscula o bien a través de la
instalación de dosificación 4.
Después de la aportación del vapor caliente y,
dado el caso, del agua del proceso se reduce la presión poco a poco
en el refrigerador de la mezcla con la ayuda de la unidad de vacío
9 hasta que la temperatura de ebullición del agua corresponde a la
temperatura final deseada (por ejemplo, 30 - 40ºC). El agua
contenida en el producto mezclado se evapora en parte y el calor de
evaporación necesario para ello es extraído del producto mezclado.
El agua evaporada es alimentada a un condensador 7 a través del
conducto 6. Aquí se condensa de nuevo el vapor de agua y se
alimenta de nuevo a través del intercambiador de calor 11 al agua
del circuito 8. Otro circuito de agua está destinado para la
refrigeración de la unidad de vacío 9 y del intercambiador de calor
11 y, por lo tanto, presenta una torre de refrigeración 10.
Claims (16)
1. Procedimiento para la preparación de arena
para moldes, que está constituida al menos en parte por arena usada
en una mezcladora (1), siendo realizada la preparación al menos en
parte a vacío., caracterizado porque la arena para moldes no
refrigerada a vacío es calentada antes o durante la preparación y a
continuación es refrigerada para la influencia de vacío.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se predetermina una temperatura mínima
T_{min}, porque se determina la temperatura T_{real} de la
arena para moldes y porque se calienta la arena para moldes cuando
T_{real} < T_{min}.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque se calienta la arena para moldes antes
de que sea llenada en la mezcladora (1).
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la arena para
moldes se calienta en la mezcladora (1).
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se calienta la
arena para moldes con la ayuda de aire caliente, radiación térmica
o microondas.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se calienta la
arena para moldes a través de la aportación de agua caliente.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se calienta la
arena para moldes a través de la aportación de vapor de agua
caliente (12).
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque se eleva la temperatura de la arena
para moldes a través de la aportación de vapor de agua caliente
(12) esencialmente a la temperatura mí-
nima T_{min}.
nima T_{min}.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque, en caso
necesario, se añade agua del proceso (4).
10. Procedimiento según la reivindicación 8 y 9,
caracterizado porque se detecta (14) el contenido de humedad
de la arena para moldes y porque se añade tanto agua del proceso
(4) como se requiere para la refrigeración de la arena para moldes a
vacío y se mantiene una cantidad de agua suficiente en la arena
para moldes, para que la arena para moldes alcance el contenido de
humedad de la arena acabada.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el agua
añadida para el calentamiento de la arena para moldes y/o el vapor
de agua (12) añadido son utilizados al menos en parte
adicionalmente para la humidificación de la arena para moldes.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque una
humidificación excesiva, que tiene lugar en su caso, de la arena
para moldes es ajustada a la humedad final deseada a través de la
evaporación a vacío.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 7 a 12, caracterizado porque la cantidad de
vapor de agua o la cantidad de agua, añadida para el calentamiento
de la arena para moldes, es determinada en función de la temperatura
de la arena para moldes T_{real} y/o de la temperatura mínima
deseada T_{min}.
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 7 a 12, caracterizado porque se determina
la cantidad de vapor de agua, añadida para el calentamiento de la
arena para moldes, ajustando antes o durante la aportación de vapor
en la mezcladora 1 una presión, a la que la temperatura de
ebullición del agua corresponde a la temperatura mínima deseada, y
se añade vapor hasta que se eleva la presión o la temperatura
muestra en el conducto de aspiración (6) una subida acelerada.
15. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 6 a 14, caracterizado porque se añade el
agua y/o el vapor de agua en la mezcladora 1 por debajo de la
superficie de la arena para moldes.
16. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque se calienta la
arena para moldes a través de mezcla con arena caliente para
moldes.
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