ES2226939T3 - Procedimiento para la preparacion de arena para moldes de fundicion. - Google Patents

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}.

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.