ES2264803T3 - Procedimiento y dispositivo para inducir la fundicion y purificacion de aleaciones de aluminio, cobre, laton, plomo y bronce. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para inducir la fundicion y purificacion de aleaciones de aluminio, cobre, laton, plomo y bronce.Info
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A APARATOS Y METODOS COMPRENDIDOS EN EL CAMPO DE FUNDIR Y PURIFICAR ALEACIONES DE ALUMINIO, COBRE, LATON, PLOMO Y BRONCE. LA PLANTA ESTA COMPUESTA, PREFERENTEMENTE POR DOS APARATOS DE INDUCCION MAGNETICA: UNO PARA FUNDIR LAS MATERIAS PRIMAS Y OTRO SEGUNDO PARA PURIFICAR EL METAL FUNDIDO. CADA APARATO CONSTA DE UNA CUBETA O CRISOL (1, 1 ), UN APARATO ELECTROMAGNETICO, UN FILTRO (11) Y UNA ALIMENTACION DE FUERZA. CADA CRISOL (1, 1 ) ESTA RODEADO EN SU PARTE INFERIOR DE UN IMAN HUECO PERMANENTE (3, 3 ) EN CUYO INTERIOR SE HALLAN PRESENTES PARES DE ELECTROIMANES DISPUESTOS EN OPOSICION. EL PROCESO CONSTA DE LAS FASES SIGUIENTES: - SE CARGA LA MATERIA METALICA PRIMA EN EL INTERIOR DEL CRISOL (1); - SE CALIENTA POR INDUCCION ELECTROMAGNETICA Y SE FUNDE LA MATERIA METALICA PRIMA (2) EN EL INTERIOR DEL CRISOL (1) DENTRO DE UN SISTEMA MAGNETICO TRIFASICO POR UN CAMPO MAGNETICO FORMADO POR IMPULSOS O POR DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL Y SE CREA UN FLUJO TURBULENTO DENTRO DE LA MASA FUNDIDA (2 ); - SE AGITA, REMOLINEANDO, LA MASA FUNDIDA (2 ) POR INDUCCION ELECTROMAGNETICA Y SE PURIFICA, POR EXTRACCION DE HIDROGENO Y DE LAS INCLUSIONES NO CONDUCTORAS DE LA ELECTRICIDAD, POR MEDIO DE LA COAGULACION DE LAS MISMAS EN CONGLOMERADOS; - SE DESCARGA LA COLADA PURIFICADA (2 ) POR MEDIO DE UNA BOMBA MAGNETOHIDRODINAMICA PARA LOS SIGUIENTES TRATAMIENTOS O ACCIONES TECNOLOGICAS TALES COMO FUNDIDO CONTINUO O PERIODICO A TRAVES DE UN FILTRO PARA EL FILTRADO MECANICO DE LOS CONGLOMERADOS.
Description
Procedimiento y dispositivo para inducir la
fundición y purificación de aleaciones de aluminio, cobre, latón,
plomo y bronce.
La presente invención se refiere a aparatos y a
métodos existentes en el sector metalúrgico y especialmente en el
ámbito de la fundición electromagnética y la purificación de
aleaciones de aluminio, cobre, latón, plomo y bronce, antes de los
sucesivos tratamientos previstos para fines distintos. En adelante
los materiales mencionados se definirán como metales.
Son conocidos los hornos de crisol de inducción
magnética para calentar y fundir una materia prima metálica mediante
un campo magnético alterno.
Los hornos de inducción conocidos permiten
utilizar, ya desde las fases iniciales, materia prima sólida, pero
necesitan energía eléctrica de alta frecuencia y fuentes de energía
especiales, que puedan compensar la alta reactancia. Por
consiguiente, la eficacia eléctrica de este tipo de hornos es
baja.
Los hornos de inducción de canal tienen un alto
rendimiento en términos de potencia, pero durante las fases
iniciales sólo necesitan metal líquido para llenar todo el espacio,
en el que se distribuye el calentamiento por efecto Joule. Por lo
tanto, la actividad de un horno de inducción de canal no puede
interrumpirse durante todo el tiempo de funcionamiento. Además, un
horno de canal de inducción tiende a bloquearse en las paredes
interiores óxidos y materiales intermetálicos, por oposición a la
corriente inducida en el campo magnético por el inductor. Muchos de
los métodos de limpieza mecánica de hornos de inducción de canal no
son eficaces, son demasiado caros y, lo más importante, causan
grandes pérdidas debido a la interrupción del procedimiento
principal de fundición.
Estos dos tipos de horno no proporcionan ningún
tipo de purificación del metal fundido ni durante ni después de la
fundición. Además, tampoco ofrecen la posibilidad de descargar el
metal fundido sin inclinar el horno; esta operación puede causar la
rotura del material refractario del dispositivo. Sólo la bomba
magnetodinámica descrita en la patente del profesor V. Polishchuk
(USSR nº 176.184), permite bombear al exterior el metal tratado; sin
embargo, esta bomba está diseñada como un horno de canal de
inducción y, al igual que un horno, puede verse contaminada por el
procedimiento de fundición de aleaciones
metálicas.
metálicas.
Los hornos de inducción magnética convencionales
no son capaces de purificar el metal fundido durante o después del
procedimiento de fundición y, por lo tanto, es necesario realizar
otra purificación mediante agitación mecánica, añadiendo compuestos
químicos que contienen torio y cloro, causando posteriormente la
contaminación del medio ambiente.
La solicitud de patente nº
EP-A-0 397 486, describe un aparato
destinado a eliminar las inclusiones no metálicas del metal fundido,
permitiendo al metal fundido pasar a través de un primer y un
segundo recipiente, en una posición intermedia entre la cuchara de
colada y el molde.
El primer recipiente está rodeado por un
dispositivo que genera un campo magnético giratorio, cuya función es
centrifugar el metal fundido. El segundo recipiente está provisto de
un dispositivo de calentamiento destinado a calentar el metal
fundido recibido en su interior.
Por lo tanto, no se conoce ningún aparato que
por sí solo sea capaz de calentar, fundir la materia prima,
purificar y desgasificar el metal fundido y extraer el metal fundido
para el tratamiento posterior.
El objetivo de la presente invención es resolver
los inconvenientes relacionados con la utilización de los hornos de
inducción conocidos, mediante un método capaz de asegurar, mediante
la agitación magnética, tanto la fundición como la purificación del
metal.
Otro objetivo es realizar un dispositivo de
inducción magnética capaz de aprovechar dicho procedimiento.
Estos y otros objetivos se alcanzan mediante el
procedimiento para la fundición y la purificación de aleaciones de
aluminio, cobre, latón, plomo y bronce, objeto de la presente
invención, tal como se define en la reivindicación 10, constando
dicho procedimiento de las etapas siguientes:
- cargar materia prima sólida y metálica fría
(chatarra y lingotes), en un crisol;
- calentar y fundir por inducción
electromagnética la materia prima metálica en el interior del
crisol, en el interior de un sistema magnético trifásico con un
campo magnético móvil horizontalmente o pulsado, y crear un flujo
turbulento en el interior de la masa fundida;
- agitar de manera turbulenta la masa fundida
mediante inducción electromagnética y su purificación con la
extracción de hidrógeno, inclusiones metálicas y otras inclusiones
no electroconductivas, mediante su coagulación en aglomerados cuyo
tamaño permita una filtración eficaz de los mismos;
- descargar la masa fundida purificada mediante
una bomba magnetohidrodinámica para posteriores tratamientos o
acciones tecnológicas, tales como la colada continua o periódica a
través de un filtro de cerámica proyectada, de fibra de vidrio o de
carbono, que permiten la filtración mecánica de los aglomerados
mencionados anteriormente, presentes en el metal fundido.
Para la implementación de dicho procedimiento,
se utiliza un dispositivo según la reivindicación 1. El dispositivo
puede incluir dos aparatos de inducción magnética preferentemente
idénticos, el primero se utiliza para calentar y fundir la materia
prima y para bombear el metal fundido al interior del segundo
aparato, que se utiliza para la purificación y la desgasificación
del metal fundido y su traslado a otro tratamiento (colada continua
o periódica).
Cada uno de los aparatos mencionados
anteriormente comprende esencialmente:
- -
- un recipiente o crisol;
- -
- un aparato electromagnético configurado adecuadamente;
- -
- un filtro;
- -
- un suministro de energía.
Cada crisol está rodeado, en la parte inferior,
por un imán permanente hueco, en cuyo interior se encuentran pares
de electroimanes dispuestos horizontalmente, compuestos por bobinas
de cables eléctricos que envuelven núcleos constituidos por
bloques, preferentemente rectangulares, de material ferromagnético.
Estos tres pares de electroimanes están dispuestos en posición
opuesta y adyacente a los crisoles; en el interior de dichos
electroimanes se encuentran los polos del campo magnético, inducido
por los propios electroimanes.
La forma de los núcleos ferromagnéticos de los
electroimanes opuestos es tal que el entrehierro magnético disminuye
de arriba abajo. La forma del perfil de la parte inferior del crisol
repite la de los dichos núcleos y, por lo tanto, es de "V",
"U" o formas intermedias.
El crisol del aparato destinado a la fundición
está equipado con un tubo de salida realizado en material
electroconductivo, para la descarga y el transporte del metal
fundido en el interior del crisol del segundo aparato. La entrada de
dicho tubo está situada preferentemente en las proximidades de una
extremidad de la base del crisol.
El segundo crisol también está equipado con un
tubo de salida, realizado a partir de material electroconductivo,
para la alimentación de los sistemas necesarios para el siguiente
tratamiento (colada). También en este caso, la entrada de este tubo
está situada preferentemente próxima a una extremidad de la base del
crisol.
Dichos tubos pueden realizarse incluso en
material no electroconductivo. Su entrada puede estar situada en
cualquier punto de los crisoles, pero disponiéndola en la proximidad
de una extremidad de la base (según lo expuesto anteriormente), se
obtiene la máxima eficacia en el transporte del material, puesto que
el metal fluye en los tubos a la máxima velocidad alcanzable.
Las conexiones de las bobinas a la red trifásica
eléctrica pueden ser de estrella o triangulares.
Dichos pares de bobinas generan un campo
magnético primario móvil, tanto en el interior del aparato de
fundición como en el interior del de purificación. El campo
magnético induce corrientes parásitas en el interior de la materia
prima, de tal intensidad que se funde y/o se mantiene a temperatura
constante.
Además, este campo magnético primario induce
flujos de materia en el interior de los crisoles. Las diferencias
entre los distintos tipos de flujo (número de vórtices e intensidad)
durante la fase de fundición o purificación, se obtienen actuando
al mismo tiempo sobre los siguientes parámetros: el nivel de
potencia eléctrica y las distintas combinaciones de las conexiones
de las bobinas con el sistema trifásico.
Si el campo magnético primario se crea
aprovechando la máxima potencia eléctrica y conectando cada par de
bobinas a una diferente fase de la red de CA (corriente alterna), se
forma únicamente un flujo turbulento, y el mismo envuelve todo el
espacio de metal fundido en el interior del crisol. Al conectar
todos los pares de bobinas a la misma fase de la red y aprovechando
una potencia reducida, se crea cierto número de flujos turbulentos
en el interior del metal líquido.
Al agitar la masa de esta forma, las inclusiones
sólidas presentes absorben en su superficie el hidrógeno disuelto en
el interior del metal fundido; el tamaño de los aglomerados aumenta
hasta que es posible extraerlos a través de filtros durante la
descarga del metal fundido del segundo crisol.
El campo magnético también se utiliza para la
descarga del material de cada crisol.
El campo magnético primario, en todos los casos,
está concentrado en la parte inferior del entrehierro magnético,
donde la distancia entre los polos es pequeña.
Por lo tanto el campo magnético móvil se utiliza
según el presente procedimiento, tanto para la fundición del metal
líquido y la materia prima durante el procedimiento de fundición o
refundición, como para su agitación intensa y, finalmente, el bombeo
del metal fundido desde el primer crisol hasta el segundo crisol y
desde hasta el exterior.
Para la realización del presente procedimiento,
puede utilizarse como alternativa un dispositivo que presente un
único crisol, en el que se produce tanto la fundición como la
purificación del metal, o bien varios crisoles, de volúmenes iguales
o distintos.
El crisol destinado a la fundición por
inducción, también puede presentar únicamente dos pares de
electroimanes. Sin embargo, en este caso habrá una eficiencia menor
en términos de relación entre la potencia eléctrica suministrada y
utilizada. El aparato destinado a la purificación, en cambio, puede
incluir el uso de un número de electroimanes equivalente a un
múltiplo de tres.
La superficie de los núcleos electromagnéticos
de los electroimanes opuestos también puede ser perfectamente
vertical; la forma del perfil de la parte inferior de los crisoles,
al ser parecida a la de los polos, en este caso, será vertical.
La eficiencia de los aparatos mencionados
anteriormente es reducida.
Los crisoles pueden estar dotados de tapas
estancas al aire para permitir el mantenimiento en vacío del
ambiente interno. Dichas tapas están conectadas oportunamente con un
aparato común capaz de crear vacío dentro de los crisoles.
Incluso el tubo para el desplazamiento del metal
fundido de un crisol a otro, también puede estar dotado de un filtro
en una de las extremidades.
El presente procedimiento permite utilizar un
solo dispositivo tanto para la fundición y para la purificación de
metales. Dichos procedimientos pueden interrumpirse y reanudarse en
cualquier momento.
Actuando simplemente en las conexiones
eléctricas, se puede decidir qué función va a desarrollar el
dispositivo: fundición, purificación, transporte, descarga.
Para la purificación, ya no son necesarios
tratamientos con agentes químicos contaminantes.
La potencia total suministrada al sistema en la
fase de fundición equivale aproximadamente a la mitad de la potencia
suministrada a otros dispositivos de fundición por inducción
conocidos. Esto es debido a la particular configuración del sistema
(electroimanes presentes sólo en la parte inferior del crisol y
configuración particular en forma de "V" del crisol) y a que el
material ya fundido se agita de manera que eliminan por lavado los
trozos de materia que permanecen sólidos, facilitando así el
procedimiento de
fundición.
fundición.
Durante la purificación, la potencia
suministrada es el 10% del valor máximo nominal. Normalmente, en la
purificación realizada según los procedimientos conocidos, se
produce en cambio un considerable derroche de potencia debido a que
el material debe fundirse nuevamente o bien mantenerse a una
temperatura alta.
El metal fundido puro se descarga sin volcar el
crisol que lo contiene: de esta forma se reducen drásticamente los
peligros debidos al traslado de metal fundido; además no hay
problemas de rotura del material refractario del crisol.
Otras características y ventajas de la invención
se pondrán de manifiesto a partir de la descripción de dos formas de
realización preferidas pero no exclusivas, del dispositivo utilizado
aprovechando el presente procedimiento, expuesto a título
explicativo y no limitativo en los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 muestra la vista en perspectiva de
un dispositivo con dos crisoles;
- la figura 2 muestra la sección longitudinal
del crisol de purificación y del relativo aparato
electromagnético;
- la figura 3 muestra la sección transversal del
mismo crisol de la figura 2;
- las figuras 4 y 5 representan,
respectivamente, la sección longitudinal y la sección transversal
del dicho aparato electromagnético;
- la figura 6 muestra una vista superior del
mismo aparato electromagnético;
- la figura 7 muestra el esquema de la agitación
de la materia prima mediante el campo magnético móvil durante el
procedimiento de fundición;
- la figura 8 muestra el esquema del sistema de
vórtices generados en interior del metal líquidos durante la
purificación, que permiten la coagulación de las partículas y la
extracción del hidrógeno;
- las figuras 9, 10 y 11 muestran el esquema de
la coagulación de las partículas;
- la figura 12 muestra una sección longitudinal
del tubo de salida que descarga el metal fundido desde el crisol de
purificación, poniéndose de relieve el dispositivo para la
filtración de las partículas incrementadas;
- las figuras 13, 14 y 15 representan los
esquemas eléctricos de los aparatos en las fases, respectivamente,
de fundición, descarga y purificación;
- la figura 16 ilustra la vista en perspectiva
de un dispositivo con un solo crisol.
Más particularmente, el presente procedimiento
se implementa mediante un dispositivo equipado con dos crisoles 1,
1' cerámicos, el primero destinado únicamente a la fundición de la
materia prima 2 y el segundo a la purificación del metal fundido
2'.
Cada uno de dichos crisoles 1, 1' está rodeado
en su base por un imán permanente hueco 3, 3', en cuyo interior se
encuentran tres pares de electroimanes compuestos por unas bobinas
4, 4' de cables eléctricos (envueltas en material aislante) que
envuelven núcleos constituidos por unos bloques rectangulares 5, 5'
de material ferromagnético, por ejemplo hierro. Los tres pares de
electroimanes están dispuestos en posición opuesta; en el interior
de los electroimanes se encuentran los polos del campo magnético
inducido por los propios electroimanes. Los bloques rectangulares
5, 5' están biselados de manera tal que el entrehierro disminuye
procediendo de arriba
abajo.
abajo.
Las bobinas 4, 4', que funcionan
independientemente, están conectadas a una red eléctrica de CA
(corriente alterna) trifásica de formas variables.
El flujo magnético fluye a través del
entrehierro entre los pares de polos y se vuelve a cerrar a través
de los circuitos rectangulares que pasan a través de los imanes
permanentes huecos 3, 3'.
La forma del perfil de la parte inferior de los
crisoles 1, 1', repite la de los bloques rectangulares 5, 5'.
Los bordes superiores de los crisoles 1, 1'
cerámicos están rodeados por un reborde 6, 6', que está conectado
con las paredes de los crisoles 1, 1' mediante pegamento
cerámico.
El crisol 1 para la fundición y el crisol 1'
para la purificación, están cerrados por unas tapas 7, 7'; ambas
tapas 7, 7' son estancas al aire, para permitir el mantenimiento en
vacío del ambiente interior.
Un tubo 8 de salida conecta, pasando a través de
las paredes laterales, los crisoles 1, 1'; un segundo tubo de salida
9, también pasando a través de una pared lateral, permite alejar el
metal purificado del crisol 1'. Además, el tubo de salida 9
presenta, en su extremidad situada en el exterior, una caja 10 que
contiene los filtros 11 de fibra o de cerámica reemplazables para
filtrar partículas coaguladas.
Los tubos de salida 8, 9 están realizados en
material no electroconductivo. Las entradas de ambos tubos están
situadas en la proximidad de una extremidad de las bases de los
crisoles 1, 1'. En proximidad de las entradas de los tubos de salida
8, 9 hay unos canalizadores en forma de embudo 12, 12' (por ejemplo,
simples láminas) del metal fundido.
Los tubos de salida 8, 9 se acoplan de manera
estanca al aire en el interior de las paredes de los crisoles 1, 1'.
Las extremidades de los tubos de salida 8, 9 y las de los
correspondientes canalizadores 12, 12', no entran en contacto la
base de los crisoles 1, 1'; por consiguiente, entre dichas partes y
la parte inferior de cada crisol 1, 1' hay un espacio.
El procedimiento de fundición y purificación del
metal se produce tal y como se describe a continuación.
El crisol 1 de fundición se carga con la materia
prima 2 (lingotes o chatarra metálica). Una corriente alterna
alimenta los pares de bobinas 4. En un primer momento cada par de
bobinas 4 se conecta a una diferente fase (A, B y C) del sistema de
alimentación trifásico.
Los electroimanes generan un campo magnético
horizontal primario móvil, situado horizontalmente entre los pares
de polos de material ferromagnético.
Este campo induce corrientes parásitas en el
interior de la materia prima, creando así un calentamiento Joule y
fuerzas electromecánicas (o fuerzas de Lorenz), que producen un
flujo magnetohidrodinámico con transferencia de masa al interior del
crisol 1.
El calor Joule generado por estas corrientes es
tan intenso, que calienta la materia prima hasta alcanzar la
temperatura de fusión, transformándola por lo tanto en líquido.
Puesto que los electroimanes están colocados en la parte baja del
crisol 1, la densidad y la fuerza de acción de las corrientes son
mucho mayores en esta zona: por lo tanto, con el descenso hacia
abajo del entrehierro magnético, inicialmente todo el metal fundido
se encuentra en la parte baja del propio crisol 1.
El campo magnético móvil induce el
desplazamiento del metal fundido; la masa fundida elimina por lavado
los trozos de material sólido de la materia prima situada en la
parte superior y, actuando como un elemento de calentamiento,
mejora el procedimiento de fundición. De esta forma es posible
aplicar potencias eléctricas reducidas.
Como se ha descrito anteriormente, el campo
magnético produce un flujo magnetohidrodinámico en el interior del
metal fundido. Esto se produce gracias a la interacción del campo
magnético primario y las corrientes parásitas en el interior de los
trozos de materia prima y del metal fundido, que tiene como
resultado unas fuerzas electromagnéticas. Estas fuerzas generan un
flujo turbulento que envuelve todo el espacio de metal fundido en el
interior del crisol 1, y que permite desplazar trozos de materia
prima o dejar que el metal fundido fluya al interior del propio
crisol 1. Por lo tanto, el campo magnético móvil se utiliza tanto
para la fundición como para la agitación intensa del metal líquido y
la materia prima fundida durante el procedimiento de fundición.
La potencia eléctrica en el interior de las
bobinas durante las fases de calentamiento de la materia prima y de
fundición, es máxima (100%), para generar, gracias a las corrientes
parásitas, el calor necesario para la fundición.
Una vez terminada la fundición de toda la
materia prima en el interior del crisol 1, para la realización de la
siguiente etapa de descarga y transporte del metal fundido al
interior del segundo crisol 1', sólo un par 4 de bobinas del crisol
1 de fundición se conecta con una sola fase del sistema de tensión
trifásica (mientras que las otras dos fases no están conectadas
eléctricamente), pero obteniendo el vuelco del movimiento del campo
magnético, que tiene como resultado la inversión del movimiento del
metal fundido.
El metal fundido, envuelto por el campo
magnético móvil, es empujado hacia el canalizador 12 en forma de
embudo del tubo de salida 8. Dicho canalizador 12 y el 12' del tubo
9 desempeña dos funciones: aumentar la superficie de entrada de los
tubos 8, 9 e incrementar la turbulencia alrededor de sus bocas y en
el espacio existente entre los canalizadores 12, 12' y el fondo de
los crisoles 1, 1'. Al aumentar la turbulencia, disminuye la
viscosidad y el material puede entrar en los tubos 8, 9 con mayor
facilidad.
El metal fundido, empujado por las fuerzas de
Lorenz, está obligado a fluir en el interior del tubo 8 hasta su
salida y de esta forma es bombeado al interior del segundo crisol 1'
de purificación. Por lo tanto el campo magnético móvil es utilizado
para el transporte del metal fundido al exterior del crisol 1.
Después de la descarga, el crisol 1 está
preparado para recibir la siguiente carga de materia prima.
Cuando el metal fundido alcanza el interior del
crisol 1', todos los pares de bobinas 4' que lo rodean se conectan a
la misma fase de tensión (alimentación monofásica). Los pares
laterales de bobinas 4' están conectados con la misma polaridad (en
paralelo), mientras que el par de bobinas 4' central está conectado
en oposición de fase respecto a los pares laterales.
Los electroimanes generan un campo magnético
horizontal primario móvil, situado horizontalmente entre los pares
de polos de material ferromag-
nético.
nético.
Incluso en este caso el campo magnético induce
corrientes parásitas en el interior de la materia prima, generando
así un calentamiento Joule. El calor Joule, generado por estas
corrientes, es de intensidad tal que sólo compensa las pérdidas de
calor hacia el medio ambiente y se limita a mantener el metal en
estado líquido. Por lo tanto, la corriente en el interior de las
bobinas 4' puede reducirse al 10% respecto a la fase de fundición.
De todas formas, el valor de la tensión debe ser suficientemente
alto para crear los flujos turbulentos descritos a continuación en
el interior del metal fundido.
El campo magnético también produce de la misma
manera que se ha mencionado anteriormente, flujos
magnetohidrodinámicos (con transferencia de masa) en el interior
del metal fundido, gracias a la interacción del campo magnético
primario y las corrientes parásitas en el interior del metal
fundido, como consecuencia de la presencia de fuerzas
electromagnéticas (o fuerzas de Lorenz).
Sin embargo, como resultado de la conexión
especial se forman en este caso tres circuitos de corriente en el
interior del metal líquido: alrededor del flujo magnético generado
por cada par de polos. Estos causan la aparición de cuatro (en caso
de valores de corriente inferiores a 10 A) o seis (en caso de
valores superiores a 20 A) vórtices en el interior del metal
fundido, como consecuencia del procedimiento de separación y
coagulación de las inclusiones en el metal fundido descrito a
continuación.
Al estar situados los electroimanes en la parte
baja del crisol 1', la densidad del flujo magnético, de las
corrientes parásitas y de las fuerzas electromagnéticas aumenta
desde arriba hacia el fondo del crisol
1'.
1'.
El procedimiento de coagulación y separación de
las inclusiones es muy profundo, más profundo que la simple
separación magnetohidrodinámica. Las partículas 13 de diferentes
inclusiones sólidas no electroconductivas (partículas de óxidos,
materiales intermetálicos, etc.), se mueven en el interior del metal
fundido gracias a la acción de las fuerzas electromagnéticas
anteriormente descritas; dichas fuerzas dependen del volumen y de
la sección transversal de las partículas 13. Como resultado, las
partículas 13 se mueven a velocidades distintas (indicadas como
v_{X} en las figuras 9, 10 y 11), aunque sometidas a las mismas
fuerzas electromagnéticas, y por lo tanto se pueden producir choques
entre ellas.
Las partículas 13 sólidas presentes, absorben en
su superficie los gases disueltos en el metal fundido, en
particular el hidrógeno (H_{2}), en forma de pequeñas burbujas.
Mientras las partículas 13 fluyen de manera turbulenta, las mismas
chocan entre ellas; el contacto de las diferentes partículas 13 con
las burbujas de hidrógeno presentes en la superficie induce fuerzas
capilares muy intensas que causan la unión de las propias
partículas 13 en aglomerados. Esta unión de partículas 13 es un
procedimiento no reversible y el aumento de los tamaños de las
partículas 13 se produce espontáneamente.
La intensidad de los choques de las partículas
13 aumenta porque las distintas velocidades de las partículas 13
aumentan a su vez. El procedimiento de coagulación sigue adelante
precipitadamente. La intensidad del aumento de la masa de las
partículas 13 que se unen es proporcional a la quinta potencia del
tamaño de las partículas 13. El tamaño de los aglomerados formados
de este modo depende del tiempo de tratamiento: al cabo de unos
minutos, el tamaño de los aglomerados aumenta de 2 a 4 mm. La
cantidad de partículas 13 más pequeñas disminuye como consecuencia
de la absorción por parte de las más
grandes.
grandes.
Al cabo de unos minutos de tratamiento de
coagulación, puede crearse vacío en el interior de los dos crisoles
1, 1', prescindiendo de que en el primer crisol 1 continúe el
procedimiento de fundición o no. El tratamiento en vacío no es
obligatorio, excepto cuando se requieran especificaciones especiales
para el metal fundido.
La descarga del metal purificado 2' del segundo
crisol 1' al siguiente dispositivo de colada continua, se realiza a
través de la conexión de un solo par 4' de bobinas del crisol 1' a
una única fase del sistema de tensión trifásica. La presión total
(estimulación del movimiento más componentes magnéticos de presión)
en la descarga aumenta hasta el nivel necesario para realizar el
vaciado del metal fundido 2'.
El metal fundido, empujado por las fuerzas de
Lorenz, está obligado a fluir en el interior del tubo 9 hasta su
salida y de esta forma es bombeado al exterior. Por lo tanto el
campo magnético móvil es utilizado para alejar el metal fundido del
crisol 1'.
Durante la descarga del metal fundido del crisol
1', las partículas coaguladas de óxidos, materiales intermetálicos y
gases absorbidos en la superficie de las partículas 13, se extraen a
través de los filtros 11 de fibra o de cerámica reemplazables del
interior de la caja 10.
El dispositivo concebido de este modo es
susceptible de numerosas modificaciones, todas ellas comprendidas en
el concepto inventivo inicial. Además, todos los detalles se pueden
sustituir por otros técnicamente equivalentes.
Entre dichas variantes se indica el aparato
ilustrado en la figura 16, dotado de un único crisol 1'', en el que
se produce tanto la fundición como la purificación del metal. Dicho
dispositivo es similar a los descritos anteriormente: presencia de
un imán permanente hueco 3'', pares de electroimanes formados por
bobinas 4'', etc.
Claims (10)
1. Dispositivo para la fundición y
purificación de aleaciones de aluminio, cobre, latón, plomo y
bronce, en el que dicho dispositivo es capaz de realizar el
calentamiento, la fundición de la materia prima, la purificación y
desgasificación del metal fundido, así como la extracción del metal
fundido para el siguiente tratamiento; en el que el dispositivo
comprende un recipiente o crisol (1''), un aparato electromagnético
oportunamente configurado, un tubo de salida (9), una caja (10), un
filtro (11) y un sistema de alimentación eléctrico; dicho crisol
(1'') está rodeado, en la parte inferior, por un imán permanente
hueco (3''), en cuyo interior se encuentran tres pares de
electroimanes distanciados horizontalmente, compuestos por unas
bobinas (4'') de cables eléctricos que envuelven núcleos
constituidos por unos bloques rectangulares (5'') de material
ferromagnético; dichos pares de electroimanes están dispuestos en
posición opuesta y adyacente al crisol (1''); en el interior de
dichos electroimanes se encuentran los polos del campo magnético
inducido por los electroimanes; el flujo magnético fluye a través
del entrehierro magnético entre los pares de polos y se vuelve a
cerrar a través de los circuitos rectangulares que pasan a través
del imán permanente hueco (3''); la forma de los núcleos
ferromagnéticos de los electroimanes opuestos, es tal que el
entrehierro magnético disminuye de arriba abajo; dicho tubo de
salida (9) está realizado en material electroconductivo para la
descarga del metal fundido (2'); la entrada de dicho tubo (9) está
situada en la proximidad de una extremidad de la base del crisol
(1''); en la extremidad del tubo de salida (9) del dispositivo,
está prevista una caja (10) que contiene un filtro de fibra o de
cerámica reemplazable (11), destinado a filtrar las inclusiones
coaguladas; un canalizador (12'') en forma de embudo está situado
en la proximidad de la entrada del tubo de salida (9); el crisol
(1'') está cerrado por una tapa (7'); las bobinas (4'') funcionan
independientemente y están conectadas a una red eléctrica de
corriente alterna trifásica de formas variables.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque la parte inferior del crisol (1'') tiene
forma de "V".
3. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque la parte inferior del crisol (1'') tiene
forma de "U" o una forma intermedia.
4. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque la parte inferior del crisol (1'') tiene
una forma intermedia entre una "U" y una "V".
5. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el aparato de inducción magnética sólo
tiene dos pares de electroimanes.
6. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el aparato de inducción magnética
presenta un número de electroimanes equivalente a un múltiplo de
tres.
7. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el crisol (1'') está provisto de una
tapa estanca al aire (7'), conectada a un aparato capaz de crear
vacío en el interior del crisol (1'').
8. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el tubo (9) está realizado en material
no conductivo.
9. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque la entrada de este tubo (9) está situada
en un punto cualquiera del crisol (1'').
10. Procedimiento para la fundición y
purificación de aleaciones de aluminio, cobre, latón, plomo y
bronce, que utiliza el dispositivo según las reivindicaciones
anteriores, que consta de las siguientes fases:
- cargar la materia prima (2) sólida y metálica
fría (chatarra y lingotes), en el interior del crisol (1) del
aparato de fundición;
- calentar y fundir por inducción
electromagnética la materia prima (2) sólida en el crisol (1'') en
el interior de un sistema magnético trifásico; dichos electroimanes
generan un campo magnético horizontal primario móvil, situado
horizontalmente entre los dos pares de polos de material
ferromagnético; este campo magnético induce corrientes parásitas en
el interior de la materia prima, creando un calentamiento Joule que
calienta la materia prima hasta la temperatura de fusión, así como
fuerzas electromecánicas, que producen un flujo magnetohidrodinámico
turbulento, que envuelve el espacio de metal fundido en el interior
del crisol (1'') y permite el desplazamiento de piezas de materia
prima o deja que el metal fundido fluya en el interior del crisol
(1''); es posible fundir la materia prima (2) y crear un solo flujo
conectando cada par de bobinas (4'') a una diferente fase (A, B y C)
del sistema de alimentación trifásico, utilizando la misma potencia
eléctrica;
- agitar de manera turbulenta el metal fundido
(2') mediante inducción electromagnética y simultáneamente
purificar el metal fundido (2'); dichos electroimanes generan un
campo magnético horizontal primario móvil, situado horizontalmente
entre los pares de polos de material ferromagnético, que induce
corrientes parásitas en el interior de la materia prima creando un
calentamiento Joule cuya intensidad es tal que sólo proporciona una
compensación de las pérdidas de calor en el entorno y sirve para
mantener el metal en estado líquido y flujos magnetohidrodinámicos
con transferencia de masa en el interior del metal fundido (2') a
través de las fuerzas electromagnéticas; puesto que todos los pares
de bobinas (4'') que rodean el crisol (1'') están conectados con la
misma fase de tensión (alimentación monofásica) pero con polaridad
distinta, se forman varios circuitos de corriente en el interior
del metal líquido alrededor del flujo magnético generado por cada
par de polos, lo cual causa la aparición de varios vórtices en el
interior del metal fundido (2'); dicha agitación
magnetohidrodinámica causa el movimiento turbulento del hidrógeno
disuelto, de las partículas de óxidos, de materiales intermetálicos
y de otras inclusiones no electroconductivas presentes en el
interior del metal fundido (2'); estas inclusiones se desplazan a
velocidades distintas, puesto que dependen de fuerzas que a su vez
dependen del volumen y de la sección transversal de las inclusiones
y por lo tanto se pueden producir choques entre ellas; las
partículas (13) sólidas de las inclusiones, absorben en su
superficie los gases disueltos en el metal fundido, en particular el
hidrógeno (H_{2}), como pequeñas burbujas; cuando las partículas
(13) fluyen de forma turbulenta, las mismas chocan entre ellas; el
contacto de las distintas partículas (13) con las burbujas de
hidrógeno en la superficie, induce fuerzas capilares muy intensas
que causan la unión de las propias partículas (13) en aglomerados;
el tamaño de estos aglomerados depende del tiempo de
tratamiento;
- descargar el metal (2') del crisol (1'')
mediante una bomba magnetohidrodinámica para sucesivos tratamientos
o acciones tecnológicas, tales como la colada continua o periódica a
través de la conexión de al menos un par (4'') de bobinas del crisol
(1'') a una sola fase del sistema de tensión trifásica; el metal
fundido (2'), empujado por las fuerzas de Lorenz, está obligado a
fluir en el interior del tubo (9) hasta su salida y a continuación
es bombeado al exterior; durante la salida del metal fundido (2')
del crisol (1''), los aglomerados de partículas coaguladas de
óxidos (13), de materiales intermetálicos y de gases que se absorben
en su superficie, se extraen por filtración mecánica a través de un
filtro (11) de cerámica proyectada o de fibra de vidrio o de hilo de
carbono.
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