ES2827073T3

ES2827073T3 - Procedimiento de fundido

Info

Publication number: ES2827073T3
Application number: ES18701010T
Authority: ES
Inventors: Henrik Franz; Sergejs Spitans; Ulrich Betz; Egon Bauer; Markus Holz
Original assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Current assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Priority date: 2017-01-17
Filing date: 2018-01-17
Publication date: 2021-05-19
Anticipated expiration: 2038-01-17
Also published as: CN109963668B; DE102017100836A1; TW201831247A; CN109963668A; US10843259B2; DE102017100836B4; KR102222041B1; RU2019117213A; US20190366427A1; WO2018134219A1; EP3570993A1; JP2020514064A; RU2738851C2; KR20190108105A; SI3570993T1; RU2019117213A3; JP6861823B2; EP3570993B1; PT3570993T; EP3570993B8

Abstract

Procedimiento de fabricación de cuerpos colados a partir de un material conductor, incluyendo los siguientes pasos: - incorporación de un lote (1) del material conductor en la zona de influencia de al menos un campo electromagnético alterno, de manera que el lote se mantiene en un estado de levitación, - fundido del lote (1), - posicionamiento de un molde de colado (2) en una zona de llenado debajo del lote levitante (1), - vertido del lote (1) completo en el molde de colado (2), - recogida del cuerpo de colado solidificado del molde de colado (2), caracterizado por que el volumen del lote (1) fundido es suficiente para llenar el molde de colado (2) en una cantidad suficiente para la fabricación de un cuerpo colado, y el molde del colado (2) en el momento del llenado se desplaza en un movimiento de traslación paralelo a la dirección de vertido del lote (1).

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de fundido

La presente invención se refiere a un procedimiento de fundido para la fabricación de cuerpos colados. El procedimiento es un procedimiento de fusión en levitación en el cual la masa fundida no entra en contacto con el material de un crisol, de manera que se evitan contaminaciones mediante el material del crisol o mediante reacción de la masa fundida con el material del crisol.

El evitar tales contaminaciones tiene importancia justo en metales y aleaciones con altos puntos de fusión. Tales metales son por ejemplo titanio, circonio, vanadio, tantalio, volframio, hafnio, niobio, renio y molibdeno. Sin embargo esto también tiene importancia para otros metales y aleaciones como níquel, hierro y aluminio.

Estado de la técnica

Procedimientos de fusión en levitación se conocen del estado de la técnica. Así el documento DE 422004 A divulga ya un procedimiento de fusión en el que el material fundido conductor se calienta mediante corrientes inductivas y simultáneamente se mantiene levitando libre mediante una acción electrodinámica. Allí se describe también un procedimiento de fundido en el que el material fundido, asistido mediante un imán se presiona en un molde (fundido a presión termodinámico). El procedimiento puede realizarse en vacío. Sin embargo allí no se enseña que es suficiente una carga fundida para el rellenado del molde de colado.

El documento US 2,686,864 A describe igualmente un procedimiento por el que un material de fundido conductor se pone en un estado de levitación por ejemplo en vacío bajo la influencia de una o varias bobinas sin la utilización de un crisol. En una forma de realización se utilizan dos bobinas coaxiales para estabilizar el material en la levitación. Tras haber conseguido el material fundido se deja caer o se vierte el material a un molde. Con el procedimiento allí descrito se dejaba mantener una porción de aluminio de 60 g de peso en levitación. La recogida del metal fundido tiene lugar mediante reducción de la intensidad de campo, de manera que el fundido se aparta hacia debajo mediante la bobina puntiaguda. Si la intensidad de campo se reduce muy rápidamente el metal cae en estado fundido del dispositivo. Ya se conocía que el “weak spot” de tales disposiciones de bobinas se encuentra en la mitad de las bobinas, de manera que la cantidad de material que puede fundirse así está limitado.

También el documento US 4,578,552 A divulga un dispositivo y un procedimiento para fusión en levitación. Se utiliza la misma bobina tanto como para calentar como para sostener el fundido, en este caso se varía la frecuencia de la corriente alterna aplicada para la regulación de la potencia de calentamiento, mientras que la intensidad de corriente se mantiene con constante.

Las ventajas especiales de la fusión en levitación consisten en que se evita una contaminación de la masa fundida mediante un material del crisol u otros materiales, que en otros procedimientos están en contacto con el material fundido. El material fundido levitando solo está en contacto con la atmósfera circundante, que puede tratarse por ejemplo de vacío o gas protector. Ya que no debe temerse una reacción química con un material de crisol, el material fundido puede calentarse a temperaturas muy altas. Además de ello se disminuye el desperdicio de material contaminado, en particular en comparación con el material fundido en crisol frío. Sin embargo la fusión en levitación no se ha implantado en la práctica. El motivo para ello es que en el procedimiento de fusión por levitación solo puede mantenerse una relativamente pequeña cantidad de material fundido (cf. DE 69617103 T2, página 2, párrafo 1).

Por ello se ha recurrido parcialmente a un procedimiento de semilevitación, en el cual un material fundido no se sostiene en levitación, sino que según un principio similar se endereza, mientras que el material no levita sino que está colocado sobre una plataforma. Un procedimiento tal se describe en los documentos DE 696 17 103 T2 y DE 69031479 T2. Sin embargo, el vertido del material así fundido en un molde se presenta difícil. Además aquí se crea una parte sustancial del material inutilizable, la cual se contaminó mediante el contacto con la plataforma. En el documento DE 69031479 T2 se trabaja con una plataforma que presenta una abertura circular, la cual está cerrada con material propio. Tras el fundido completo el material fundido fluye a través de la abertura fuera de la zona de fundido.

Además el documento JP 2012 166207 A describe un procedimiento de moldeo por centrifugación para aleaciones basadas en circonio, en el cual el metal se funde levitando en el campo de una bobina y entonces se vierte en un molde de moldeo por centrifugación dispuesto debajo. La durabilidad del molde se mejora mediante un recubrimiento con Ti y/o uniones con Ti, en particular TiN, TiAlN, TiO²y TiAlSiCON.

Igualmente el documento JP 2012 040590 A divulga un procedimiento de moldeo por centrifugación en el que el metal se funde levitando en una bobina y entonces se vierte en un molde de moldeo por centrifugación dispuesto debajo. En este caso entre la bobina y el molde de moldeo por centrifugación se dispone un apantallamiento electromagnético, que debe evitar una influencia del molde mediante el campo magnético de las bobinas, para poder controlar mejor los ritmos de enfriamiento del material fundido en el molde.

Las desventajas del método conocido del estado de la técnica se pueden resumir como sigue. Procedimientos de fusión por levitación completos solo se pueden realizar con cantidades de material pequeñas, de manera que hasta ahora no se ha conseguido una aplicación industrial. Procedimientos de fusión por semilevitación tienen la desventaja de que aquella parte del material introducido que ha estado en contacto con la plataforma debe tirarse. Además el vertido el moldes se presenta difícil. Como resultado un procedimiento de fusión por levitación completa para la fabricación de cuerpos colados no se ha realizado hasta ahora de forma rentable.

Tarea

Con esto es una tarea de la presente invención proporcionar un procedimiento que posibilite un uso rentable de la fusión en levitación evitando la pérdida de material típica en el procedimiento de fusión en semilevitación y procedimiento de crisol frío y consiguiendo todas las ventajas de la tecnología de fusión en levitación. En particular el procedimiento debería posibilitar un alto rendimiento y poder fundir una cantidad suficiente de material sin el uso de una plataforma de apoyo, para posibilitar una fabricación rentable de cuerpos colados de muy alta calidad.

Descripción de la invención

La tarea se resuelve mediante el procedimiento según la invención. Según la invención hay un procedimiento para la fabricación de cuerpos colados a partir de material conductor, incluyendo los siguientes pasos:

- Incorporación de un lote del material conductor en la zona de influencia de al menos un campo electromagnético alterno (zona de fusión), de manera que el lote se sostiene en un estado de levitación,

- Fundido del lote,

- Posicionamiento de un molde de colado en una zona de llenado bajo el lote levitante,

- Vertido del lote completo en el molde de colado,

- Recogida del cuerpo colado rígido del molde de colado,

por lo que el volumen del lote fundido es suficiente para llenar el molde de colado en una cantidad suficiente para la fabricación de un cuerpo colado (“volumen de llenado”) y el molde de colado en el momento del rellenado se desplaza en un movimiento de traslación paralelo a la dirección de vertido del lote. Tras el rellenado del molde de colado se deja enfriar o se enfría con un medio refrigerante, de manera que el material se solidifica en el molde. Después el cuerpo colado puede retirarse del molde. El vertido puede consistir en dejar caer el lote, en particular mediante desconexión del campo electromagnético alterno; o el vertido puede ralentizarse mediante un campo electromagnético externo, por ejemplo mediante la utilización de una bobina.

En una forma de realización el procedimiento incluye el paso del movimiento del molde de colado relleno desde la zona de llenado tras el vertido pero antes de la recogida del cuerpo rígido. Esta forma de realización se utiliza de una forma especialmente ventajosa durante el uso de moldes perdidos, ya que con esto la zona rellenada se libera para otro molde perdido. En otra forma de realización, en particular durante la utilización de un molde permanente, la recogida del cuerpo colado tiene lugar en la zona de llenado.

La recogida del cuerpo de colado rígido puede tener lugar de diferentes formas. En una forma de realización el molde de colado se destruye durante la recogida del cuerpo colado. Se habla de un “molde perdido”. En otra forma de realización el molde de colado puede estar realizado como molde permanente, en particular como lingotera permanente. Las lingoteras permanentes están hechas preferiblemente de material metálico. Son adecuadas para piezas sencillas.

Un molde permanente presenta preferiblemente dos o más elementos del molde, que pueden separarse entre sí para desencofrar el cuerpo colado. Durante el desencofrado de moldes permanentes pueden utilizarse uno o varios extractores.

Por un “material conductor” se entiende según la invención un material que presenta una conductividad apropiada, para calentar el material de forma inductiva y mantenerlo en levitación.

Por un “estado de levitación” se entiende según la invención un estado de levitación completo, de manera que el lote manipulado no tenga ningún tipo de contacto a un crisol o a una plataforma o similar.

Por un “volumen de llenado” de un molde de colado se entiende un volumen que llena el molde de colado en una cantidad que es suficiente para la fabricación de uno o varios cuerpos de colado completos que van a ser formados con el molde de colado. Esto no tiene que corresponder necesariamente a un llenado completo del molde de colado; tampoco tiene que corresponder a un volumen mínimo necesario para la fabricación de un cuerpo colado. Es determinante que no se requiera llenar el molde de colado más allá del volumen de llenado. En particular un molde de colado en el marco de esta invención puede presentar canales o tramos de llenado, cuyo llenado no es necesario para fabricar cuerpos colados completos, sino que solo sirven para llenar la masa fundida en el molde de colado o distribuirlo allí. Según la invención el molde del colado en particular no se llena más allá del volumen del lote fundido.

Los moldes de colado utilizados según la invención presentan cavidades que corresponden a la forma del cuerpo colado que va a fabricarse. En el marco de esta invención también pueden utilizarse muebles de colado tales que presentan más de una de tales cavidades y con esto son adecuados para la fabricación simultánea de varios cuerpos colados. En una forma de realización los moldes de colado utilizados según la invención presentan exactamente una cavidad para la fabricación exactamente un cuerpo colado. En una forma de realización el molde de colado presenta un tramo de llenado, que presenta un diámetro mayor que el espacio hueco del molde de colado que tiene que ser llenado. Un tramo de llenado tal puede estar configurado en particular en forma de embudo. Sirve para facilitar la entrada del lote fundido en el molde de colado.

El molde de colado está hecho preferiblemente de un material cerámico, en particular óxido cerámico, como en particular AbO³, ZrO², Y²O³o mezclas de ellos. Este material de moldes se ha probado en la práctica y es especialmente ventajoso para moldes perdidos. Según la invención moldes permanentes utilizables pueden estar hechos igualmente de un material metálico, es decir un metal o de una aleación de metal.

Según la invención, tras el movimiento del molde de colado llenado fuera de la zona de llenado, o completa o parcialmente simultáneamente con el movimiento del molde de colado llenado con el lote fuera de la zona de llenado se mete otro molde de colado vacío en la zona de llenado.

Como alternativa en particular en el caso de moldes permanentes, el cuerpo colado puede aún retirarse en la zona de llenado del molde de colado sin que el molde de colado tuviera que moverse fuera de la zona de llenado. Además tras el vertido del lote se puede incorporar otro lote del material conductor en la zona de influencia del campo electromagnético alterno. El otro lotea puede de igual manera fundirse y vertirse en el otro molde de colado. Este procedimiento se puede repetir cuanto se quiera, toda vez que no se necesita ningún crisol, que se sometería a un desgaste. El procedimiento según la invención se puede realizar por ciclos de manera que cada lote de material conductor está asignado exactamente a un molde de colado. El molde de colado se llena suficientemente con un lote y se puede mover fuera de la zona de llenado para conseguir sitio para el siguiente molde de colado para recoger el siguiente lote. De esta manera se posibilita un procedimiento especialmente eficiente, ya que incluso para la relativamente limitada capacidad del procedimiento de fusión en la habitación posibilita un alto rendimiento.

En una forma de realización el molde de colado se precalienta antes del llenado. Un molde de colado precalentado tiene la ventaja de que el lote fundido no se solidifica inmediatamente al contacto con el molde de colado. Justamente en espacios huecos finos que vayan a ser llenados, como por ejemplo aparecen en ruedas de paletas para turbocompresores, es conveniente precalentar el molde de colado a una temperatura que permita al lote fundido distribuirse en los finos espacios huecos del molde de colado, antes de que el material se solidifique. Se ha demostrado como ventajoso precalentar moldes de colado a temperaturas en el rango desde 400 hasta 1.100 °C, en particular 500 hasta 800 °C, antes de que el molde de colado se llene con el lote fundido. Una temperatura demasiado baja puede no evitar la solidificación bajo ciertas circunstancias. Una temperatura demasiado alta eleva el peligro de reacciones indeseadas del material con el molde de colado. También hay formas de realización según la invención en las cuales el molde de colado no se precalienta. Tales formas de realización pueden realizarse entonces en particular cuando el lote fundido puede ser calentado a una temperatura suficientemente alta y a pesar de un molde de colado no precalentado no se solidifica inmediatamente. El experto habría sopesado en cada caso particular si y a qué temperatura tiene que precalentarse el molde de colado, donde juegan un papel el tamaño del molde de colado y sus espacios huecos, la temperatura de fusión del material, su punto de fusión y dependencia de la viscosidad con la temperatura, el material del molde de colado y la reactividad del material.

Para acelerar la distribución de la masa fundida en el molde de colado, el molde de colado puede rotarse durante el llenado alrededor de un eje vertical, en particular un eje de simetría vertical. Mediante esto el material fundido se centrifuga en el molde de colado por igual en los espacios huecos. Justamente para el material cuya masa fundida gane rápidamente en viscosidad al descender la temperatura, es importante llevar rápidamente este material a los espacios huecos del molde de colado, para que no surja ninguna solidificación antes de que el molde esté lo suficientemente lleno. Hay que tener en cuenta que el lote fundido ya se empieza enfriar con el vertido. Un material que tiene una marcada dependencia de la viscosidad con la temperatura que es el titanio y aleaciones de titanio, en particular TiAl, de manera que para el titanio y aleaciones de titanio como material conductor el molde colado debe ser rotado. Junto con la distribución más rápida del lote fundido en el molde del colado se evitan también mediante la rotación turbulencias que actúan de una forma extremadamente dañina sobre la calidad del cuerpo colado.

Se ha demostrado como ventajoso realizar la rotación del molde de colado con una velocidad de rotación desde 10 hasta 1000, en particular desde 100 hasta 500 desde 150 hasta 350 revoluciones por minuto. La velocidad rotacional a elegir depende del comportamiento de viscosidad del lote fundido y del molde interno del molde de colado. Cuanto más rápido suba la viscosidad del material durante el enfriamiento, tanto más rápidamente debe centrifugarse en los espacios huecos del molde de colado.

Según la invención preferiblemente se realiza tanto el fundido del material conductor como también el llenado del molde de colado en vacío o bajo gas protector. Gases protectores preferidos son según el material que va a fundirse nitrógeno, un gas noble o mezclas de ellos. Especialmente preferido si utiliza argón o helio. El uso de gas protector o vacío sirve para evitar reacciones indeseadas del material con componentes de la atmósfera, en particular con oxígeno. Preferiblemente el fundido y/o llenado del molde de colado se realiza en vacío, en particular a una presión de máximo 1000 Pa.

En el procedimiento según la invención el molde de colado en el momento de llenado se traslada en un movimiento de traslación paralelo a la dirección de vertido del lote en particular en la dirección del vertido. En otras palabras el molde de colado, soltado mediante el procedimiento de vertido, se mueve hacia arriba o hacia abajo. Con esto se controla la velocidad de llenado del molde de colado, es decir se acelera o se ralentiza. Esta medida de traslación puede realizarse conjuntamente con la rotación descrita arriba. Ambas medidas contribuyen a un llenado óptimo en el sentido de un llenado lo más completamente y rápido posible, pero simultáneamente sin turbulencias, de manera que la calidad del cuerpo colado obtenido se mejore. Una traslación en la dirección de vertido tiene lugar con una velocidad que es menor que la velocidad de caída del lote fundido. La aceleración del molde de colado en la dirección de vertido debe ser menor que la aceleración de caída del lote. Mediante el uso de la traslación sola o junto con la rotación se evita además un salpicado o derramamiento del lote fundido, lo que en otro caso habría que temer debido al llenado rápido y completo del molde de colado en una colada.

Se ha demostrado como suficiente realizar la traslación durante un tramo de a lo sumo 4 m, en particular a lo sumo 3 m, a lo sumo 2 m y especialmente preferido a lo sumo 1 m, partiendo de la posición de salida del molde de colado en el momento del vertido. Este tramo basta para conseguir las ventajas del movimiento de traslación sobre la calidad del cuerpo con lado fabricado, sin que el dispositivo necesario se agrande demasiado. La traslación se para preferiblemente cuando el lote total ha entrado en el molde de colado.

El movimiento de rotación y/o de traslación se activa en particular mediante el vertido del lote. Para este propósito pueden preverse sensores que detecten el vertido y manden una señal a una unidad de transmisión que active la rotación y/o traslación en el molde de colado. Sensores apropiados pueden por ejemplo registrar un cambio o una conmutación del campo electromagnético alterno o la presencia del lote fundido en una zona de paso entre la zona de fundido y el molde de colado (por ejemplo mediante una barrera fotoeléctrica). También pueden pensarse muchos otros sensores para activar una señal correspondiente.

El material conductor empleado según la invención presenta en una forma de realización preferida al menos un metal altamente fundible del siguiente grupo: titanio, circonio, vanadio, tantalio, volframio, hafnio, niobio, renio, molibdeno. De forma alternativa también puede emplearse un metal menos altamente fundible como níquel, hierro o aluminio. Como material conductor puede emplearse también una mezcla o aleación con uno o varios de los metales mencionados anteriormente. Preferible el metal tiene una parte de menos del 50 % en peso, en particular menos del 60 % en peso o menos del 70 % del peso del material conductor. Se ha demostrado que estos metales aprovechan especialmente las ventajas de la presente invención. En una forma de realización especialmente preferida el material conductor es titanio o una aleación de titanio, en particular TiAl o TiAlV. Tales soluciones pueden procesarse de una forma especialmente ventajoso ya que presentan una marcada dependencia de la viscosidad con la temperatura y además de ello son especialmente reactivos, en particular en lo que se refiere a los materiales del molde de colado. Ya que el procedimiento según la invención combina un fundido sin contacto en la habitación con un llenado extremadamente rápido del molde de colado, justamente para tales metales puede realizarse una ventaja especial. Con el procedimiento según la invención se pueden fabricar cuerpos colados que presenten una capa de óxido extremadamente fina o incluso ninguna de la reacción de la masa fundida con el material del molde de colado.

En una forma de realización ventajosa de la invención el material conductor se sobrecalienta durante el fundido a una temperatura que está al menos 10 °C, al menos 20 °C o al menos 30° C por encima del punto de fusión del material. Mediante el sobrecalentamiento se evita que el material al contacto con el molde de colado, cuya temperatura está por debajo de la temperatura de la masa fundida, se solidifique inmediatamente. Se consigue que el lote se pueda distribuir en el molde de colado antes de que la viscosidad del material sea muy alta. Es una ventaja de la fusión en levitación que no tenga que utilizarse ningún crisol que esté en contacto con la masa fundida. Así se evita tanto una pérdida de material alta del procedimiento de crisol frío como una contaminación de la masa fundida mediante componentes del crisol.

Otra ventaja es que la masa fundida se puede calentar relativamente alto ya que es posible una operación en vacío 0 bajo gas protector y no tiene lugar ningún contacto con materiales reactivos. Sin embargo la mayoría de los materiales no pueden ser sobrecalentados como se quiera, ya que en otro caso hay que tener una fuerte reacción con el molde de colado. Por ello el sobrecalentamiento está limitado preferiblemente a un máximo de 300 °C, en particular un máximo de 200 °C y especialmente preferido un máximo de 100 °C por encima del punto de fusión del material conductor.

El fundido se realiza según la invención preferiblemente durante una duración de 0,5 min hasta 20 min, en particular 1 min hasta 10 min. Estas duraciones de fundido se pueden realizar bien en el procedimiento de fusión en levitación, ya que es posible una entrada de calor muy eficiente en el lote y, debido a las corrientes parásitas inducidas tiene lugar una muy buena distribución de temperatura dentro del tiempo más corto. Tras la terminación del fundido tiene lugar el vertido del lote fundido al molde de colado. El vertido puede consistir en dejar caer el lote fundido o tener lugar controladamente mediante influencia electromagnética por ejemplo con una (otra) bobina adecuada para este propósito. El molde de colado lleno se sigue moviendo y preferiblemente se sustituye mediante un nuevo molde de colado vacío, de manera que pueden llenarse moldes de colado en una separación de pocos minutos. Un lote de material conductor puede presentar según la invención preferiblemente masas desde 50 g hasta 2 kg, en particular 100 g hasta 1 kg. En una forma de realización la masa supone al menos 200 g. Estas masas son suficientes para fabricar paletas de turbinas, ruedas para turbocompresores o prótesis. También pueden pensarse otras formas deseadas, toda vez que con el procedimiento también se pueden fabricar formas complejas con espacios huecos finos y ramificados. La combinación de temperatura de fusión alta y mediante esto menor viscosidad, vacío o gas protector para evitar reacciones, rotación para la rápida distribución de la masa fundida en el molde de colado, traslación para el ajuste de una velocidad de llenado óptimo, y llenado por ciclos de los moldes de colado en solo un paso de llenado llevan a un procedimiento extremadamente versátil que puede utilizarse con dependencia del material que va a fundirse y del molde de colado utilizado.

Preferiblemente, para inducir el estado de levitación del lote, se utilizan al menos dos campos electromagnéticos de diferente frecuencia de corriente alterna. En el procedimiento de fusión en levitación clásico se trabaja con una o varias bobinas cónicas, para generar los campos electromagnéticos necesarios. También así un procedimiento de fusión en levitación clásico tal puede utilizarse según la invención con bobinas cónicas. Sin embargo entonces las cantidades del lote están fuertemente limitadas, ya que en la zona del eje de simetría solo la corriente superficial del lote fundido limita el escape. Esta desventaja puede evitarse mediante el empleo de al menos dos campos electromagnéticos de diferente frecuencia (véase Spitans et al., Magnetohydrodynamics Vol. 51 (2015), No. 1, pp.

121-132). Los campos magnéticos deben transcurrir en ausencia de carga preferiblemente en horizontal y en particular perpendiculares entre sí. De esta manera pueden procesarse relativamente grandes cantidades de un material conductor en un procedimiento de fusión en la habitación completo. El empleo de diferentes frecuencias inhibe la rotación de la prueba, preferiblemente hay una diferencia de frecuencia de respectivamente al menos 1 kHz.

En una forma de realización preferida del procedimiento, para la concentración del campo magnético y estabilización del lote, se dispone al menos un elemento ferromagnético horizontal alrededor de la zona en la cual se funde el lote. El elemento ferromagnético puede estar dispuesto en forma de anillo alrededor de la zona de fundido, por lo que por “en forma de anillo” no se entienden solo elementos circulares, sino también con esquinas, en particular elementos anulares de cuatro o más esquinas. El elemento puede presentar varios tramos de barras, que en particular sobresalen en dirección horizontal de la zona de fundido. El elemento ferromagnético está hecho de un material ferromagnético, preferiblemente con una permeabilidad de amplitud ^>10, más preferido pa>50, y especialmente preferido ¡ja>100. La permeabilidad en la amplitud se refiere en particular a la permeabilidad en un rango de temperatura entre 25 °C y 100 °C y para una densidad de flujo magnético entre 0 y 400 mT. La permeabilidad de amplitud supone un particular al menos de una centésima, en particular menos de 10 centésimas o 25 centésimas de la permeabilidad de amplitud para ferritas magnéticamente blandas (p. ej. 3C92). Al experto le resultan conocidos materiales adecuados.

En una forma de realización preferida los campos electromagnéticos se generan por al menos dos pares de bobinas de inducción, cuyos ejes están orientados en horizontal, los conductores de las bobinas también están preferiblemente enrollados respectivamente sobre cuerpos de bobinas orientadas en horizontal. Las bobinas pueden estar dispuestas alrededor de un tramo de barras del elemento ferromagnético que sobresale de la zona de fundido. Las bobinas pueden presentar conductores enfriados por un refrigerante.

En una forma de realización especialmente preferida del procedimiento se dispone adicionalmente una bobina, en particular una bobina cónica, con el eje vertical por debajo del lote que va a fundirse, para influir en la velocidad de vertido. Esta bobina puede generar en una forma de realización preferida un campo electromagnético de una tercera frecuencia de corriente alterna (véase Spitans et al., Numerical and experimental investigations of a large scale electromagnetic levitation melting of metals, Conference Paper 10th PAMIR International Conference - Fundamental and Applied MHD, June 20-24, 2016, Cagliari, Italy). Esta bobina puede preferiblemente servir además para proteger el elemento ferromagnético de la influencia de un calor mayor. Para este propósito el conductor de esta bobina puede estar bañado por un refrigerante.

Breve descripción de las figuras

La figura 1 es una vista lateral de un molde de colado por debajo de una zona de fundido con elemento ferromagnético, bobinas y un lote de material conductor.

La figura 2 es una vista en sección del montaje según la figura 1.

La figura 3 es una vista en sección en perspectiva del montaje según la figura 1.

La figura 4 muestra una disposición de bobinas utilizable según la invención en vista superior.

La figura 5 muestra una vista en perspectiva de un molde permanente en una zona de llenado con lote en la zona de fundido.

La figura 6 muestra una vista en sección de un molde permanente en una zona de llenado, igualmente con lote en la zona de fundido.

Descripción de las figuras

Las figuras muestran formas de realización preferidas. Sirven solo para ilustrar.

La figura 1 muestra un lote 1 de material conductor, que se encuentra en la zona de influencia de campos electromagnéticos alternos (zona de fundido), que se generan con ayuda de bobinas 3. Debajo del lote 1 se encuentra un molde de colado 2 vacío, que es sostenido por un soporte 5 en la zona de llenado. El soporte 5 es apropiado para desplazar el molde de colado 2 en rotación y/o en traslación, pero cual se simboliza mediante las flechas marcadas. Alrededor de la zona de influencia de las bobinas 3 hay dispuesto un elemento 4 ferromagnético. El lote 1 en el procedimiento según la invención se funde levitando y una vez conseguida la masa fundida se vierte en el molde de colado 2. El molde de colado 2 presenta un tramo de llenado 7 en forma de embudo.

La figura 2 muestra los mismos componentes que la figura 1. En la figura 2 se pueden reconocer también los tramos de barra 6 que sobresalen en dirección de la zona de fundido, alrededor de los cuales están dispuestas las bobinas 3. Los tramos de barras 6 son en esta forma de realización preferida parte del elemento 4 ferromagnético y forman el núcleo de las bobinas 3. Los ejes de los pares de bobinas 3 están orientados entre sí en horizontal y en ángulo recto, por lo que cada dos bobinas 3 contrapuestas forman un par.

La figura 3 muestra los mismos componentes que las figuras 1 y 2, por lo que en la figura 3 se puede reconocer bien la disposición perpendicular de los tramos de barras 6 y los ejes de las bobinas.

La figura 4 muestra de nuevo la disposición de las bobinas 3 dentro del elemento 4 ferromagnético. El elemento ferromagnético 4 está conformado como elemento angular de ocho esquinas. Respectivamente dos bobinas 3 colocadas sobre un eje A, B forman un par de bobinas. Debajo de la disposición de bobinas se puede reconocer el tramo de llenado 7 de un molde de colado. Los ejes de las bobinas A, B están dispuestos perpendicularmente entre sí.

La figura 5 presenta una disposición para la realización de un procedimiento según la invención con un molde permanente como molde de colado 2. El molde permanente 2 es una lingotera permanente con dos elementos de molde 8, 9 que se pueden separar uno del otro con el propósito de desmoldado. Un expulsor 10 se guía mediante uno de los elementos del molde 8, para apoyar el desmoldado. El molde permanente 2 está dispuesto sobre un soporte 5 como los moldes de colado realizados como moldes perdidos, de manera que el molde de colado 2 se puede desplazar en un movimiento de rotación y/o traslación. El desmontado del molde permanente 2 puede tener lugar en la zona de llenado.

La figura 6 muestra una vista en sección de una disposición para la realización del procedimiento según la invención con un molde permanente 2 con dos elementos del molde 8, 9 y un expulsor 10. El molde permanente 2 presenta también un tramo de llenado 7 en forma de embudo.

Lista de signos de referencia

1 Lote

2 Molde de colado

3 Bobina

4 Elemento ferromagnético

5 Soporte

6 Tramo de barra

7 Tramo de llenado

8, 9 Elemento del molde

10 Expulsor

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de fabricación de cuerpos colados a partir de un material conductor, incluyendo los siguientes pasos:

- incorporación de un lote (1) del material conductor en la zona de influencia de al menos un campo electromagnético alterno, de manera que el lote se mantiene en un estado de levitación,

- fundido del lote (1),

- posicionamiento de un molde de colado (2) en una zona de llenado debajo del lote levitante (1),

- vertido del lote (1) completo en el molde de colado (2),

- recogida del cuerpo de colado solidificado del molde de colado (2),

caracterizado por que el volumen del lote (1) fundido es suficiente para llenar el molde de colado (2) en una cantidad suficiente para la fabricación de un cuerpo colado, y el molde del colado (2) en el momento del llenado se desplaza en un movimiento de traslación paralelo a la dirección de vertido del lote (1).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, por el que el molde de colado (2) llenado se mueve fuera de la zona de llenado tras el vertido del lote (1) y tras la recogida del cuerpo colado de la zona de llenado.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, por el que tras el movimiento del molde de colado (2) llenado fuera de la zona de llenado, o completamente o parcialmente simultáneamente con el movimiento del molde de colado (2) llenado con el lote (1) fuera de la zona de llenado se mete otro molde de colado (2) vacío en la zona de llenado.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, por el que el molde de colado (2) se precalienta antes del llenado.

5. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, por el que el molde de colado (2) se gira alrededor de un eje vertical durante el llenado.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, por el que la rotación se realiza con una velocidad rotacional desde 10 hasta 1000, en particular desde 100 hasta 500 revoluciones por minuto.

7. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, por el que tanto el fundido del lote (1) como también el llenado del molde de colado (2) en vacío, se realiza a una presión de máximo 1000 Pa, o bajo gas protector, en particular nitrógeno o uno de los gases nobles o mezclas de ellos.

8. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, por el que el molde de colado (2) se desplazan en el momento del llenado en un movimiento de traslación en la dirección de vertido.

9. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 5 a 8, por el que el movimiento de rotación y/o de traslación se activa mediante el vertido del lote (1).

10. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, por el que el material conductor contiene al menos un metal del siguiente grupo: titanio, circonio, vanadio, tantalio, volframio, hafnio, niobio, renio, molibdeno, níquel, hierro, aluminio.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, por el que el metal tiene una parte de al menos el 50 % en peso, en particular menos del 60 % en peso o menos del 70 % en peso de material conductor.

12. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores por el que el material conductor es titanio o una aleación de titanio, en particular TiAl o TiAlV.

13. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, por el que el material conductor durante el fundido se sobrecalienta a una temperatura que está al menos 10 °C, al menos 20 °C o al menos 30 °C por encima del punto de fusión del material.

14. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, por el que el molde de colado (2) está realizado de material metálico o cerámico en partículas cerámicas de óxido.

15. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, por el que el fundido se realiza para una duración de 0,5 min hasta 20 min, en particular 1 min hasta 10 min.

16. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, por el que para inducir el estado de levitación del lote (1) se utilizan al menos dos campos electromagnéticos de diferente frecuencia de corriente alterna.

17. Procedimiento según la reivindicación 16, por el que los campos magnéticos generados en ausencia de una carga transcurren en horizontal y/o están dispuestos perpendiculares entre sí.

18. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, por el que para la concentración del campo magnético y estabilización del lote (1) hay dispuesto al menos un elemento (4) ferromagnético de un material ferromagnético, en particular con una permeabilidad de amplitud ¡ja>10, horizontal alrededor de la zona en la que se funde el lote (1).

19. Procedimiento según una de las reivindicaciones 16 a 18, por el que los campos electromagnéticos se generan con al menos dos pares de bobinas de inducción (3), cuyos ejes (A, B) están orientados horizontales.

20. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 16 a 19, por el que adicionalmente hay dispuesta una bobina (3), en particular una bobina cónica, con el eje de la bobina vertical por debajo del lote (1) que va a fundirse, para influenciar la velocidad de vertido, por el que esta bobina genera un campo electromagnético de una tercera frecuencia de corriente alterna.

21. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, por el que el molde de colado (2) es una lingotera permanente con dos o más elementos de molde (8, 9), por el que la recogida del cuerpo colado de la lengua que era permanente incluye la separación de los elementos del molde (8, 9).