ES2107438T5 - Metodo y aparato para tratar termicamente piezas coladas metalicas. - Google Patents

Abstract

UN METODO Y APARATO MEJORADOS PARA EL TRATAMIENTO TERMICO DE COLADAS METALICAS CON NUCLEOS DE ARENA QUE PREVE LA RETIRADA DEL NUCLEO DE ARENA Y LA RECUPERACION DEL MATERIAL DE NUCLEO DE ARENA PARA REUTILIZARLO. EL METODO Y EL APARATO ELIMINAN LA NECESIDAD DE RETIRAR EL NUCLEO DE ARENA DE LA COLADA ANTES DEL TRATAMIENTO TERMICO CON LO QUE SE ELIMINA EL TRABAJO, GASTO Y POSIBLES DAÑOS A LA COLADA QUE SOLIAN OCURRIR EN LAS TECNICAS DE RETIRADA DE NUCLEOS CONVENCIONALES TALES COMO EL CINCELAMIENTO Y LA AGITACION. EL METODO CONSISTE EN CALENTAR LA COLADA CON EL NUCLEO DE ARENA DENTRO A UNA TEMPERATURA SUFICIENTE COMO PARA QUEMAR COMPLETAMENTE EL COMPONENTE AGLUTINANTE DEL NUCLEO DE ARENA. A CONTINUACION SE EXTINGUE DE LA COLADA LA ARENA QUE COMPRENDE EL NUCLEO DE ARENA A BASE DE DIRIGIR UNA CORRIENTE DE AIRE SOBRE LA PIEZA DE TRABAJO. LA ARENA ASI DESALOJADA SE RECOGE ENTONCES PARA VOLVERLA A UTILIZAR. SEGUN EL APARATO PRESENTADO, LAS COLADAS SE CALIENTAN EN UN HORNO (11) QUE TIENE UNOS VENTILADORES (44) PARA DIRIGIR UNA CORRIENTE DE AIRE SOBRE LAS PIEZAS DE TRABAJO. LA ARENA DESALOJADA DE LAS COLADAS CAE EN UNA ARTESA (50) QUE HAY EN LA PORCION INFERIOR DEL HORNO, DONDE ES RECOGIDA Y TRANSPORTADA A UN RECIPIENTE DE RECOGIDA CENTRAL (60) PARA VOLVERLA A UTILIZAR. EN OTRO ASPECTO DEL APARATO PRESENTADO, LAS COLADAS SE SUMERGEN DESPUES EN UN TANQUE DE ENFRIAMIENTO. EL TANQUE DE ENFRIAMIENTO INCLUYE UNOS ELEMENTO DE AGITACION PARA AGITAR AGUA SOBRE LAS COLADAS PARA DESALOJAR EL RESTO DE LA ARENA. LA ARENA CAE EN EL FONDO DEL TANQUE, DONDE LA ARENA Y UNA PORCION DEL AGUA SON RETIRADAS DEL TANQUE. UNA PORCION PRINCIPAL DEL AGUA SE RETIRA ENTONCES DE LA ARENA PARA QUE LA ARENA SE PUEDA VOLVER A UTILIZAR.

Description

Método y aparato para tratar térmicamente piezas coladas metálicas.

Campo técnico

La presente invención se refiere en general a métodos y aparatos para tratar térmicamente piezas coladas metálicas con machos de arena que permiten retirar los machos de arena y recuperar el material de los machos de arena para su reutilización. Más específicamente, la presente invención se refiere a un aparato para tratar térmicamente una pieza colada metálica que tiene un macho de arena y para regenerar arena del macho de arena, comprendiendo dicho macho de arena ligada por un aglutinante, definiendo dicho macho de arena una cavidad dentro de dicha pieza colada, y comprendiendo dicho aparato un horno que define una cámara de trabajo para recibir dicha pieza colada en su interior, y medios de calentamiento para calentar dicha cámara de trabajo hasta una temperatura suficiente para tratar térmicamente la pieza colada y para quemar dicho aglutinante de dicho macho de arena, con lo que algunas partes de dicho macho de arena se sueltan del mismo, según se expone en el preámbulo de la reivindicación 1. Además, se refiere a un método para tratar térmicamente una pieza colada metálica que tiene un macho de arena y para regenerar arena del macho de arena, comprendiendo el macho de arena partículas de arena ligadas entre sí por un material aglutinante, definiendo dicho macho de arena una cavidad dentro de la pieza colada, y comprendiendo el método las etapas de introducir una pieza colada, con al menos una parte del macho de arena en su interior, en un sistema de horno, en el que el sistema de horno comprende una región de tratamiento térmico, y tratar térmicamente la pieza colada a una temperatura suficiente para quemar el material aglutinante del macho de arena mientras la pieza colada está dispuesta dentro de la región de tratamiento térmico, con lo que se desalojan y caen de la pieza colada algunas partes del macho de arena, según se expone el preámbulo de la reivindicación 19.

Antecedentes de la invención

Se conocen un aparato y un método para tratamiento térmico de piezas coladas metálicas del tipo antes mencionado por el documento JP-A-58-25860, en el cual se basan los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 19, y el documento JP-A-59-219410. En general, son bien conocidos métodos y aparatos para fabricar piezas coladas metálicas huecas, tal como culatas de cilindro, bloques de motor y similares. Los procedimientos convencionales de la técnica anterior para fabricar piezas coladas de aluminio emplean típicamente un molde de hierro colado del "tipo de caja de moldeo" que tiene las características exteriores del bloque formadas en las paredes interiores del molde. Un macho de arena, premoldeado a partir de una mezcla de arena y un aglutinante orgánico y que tiene las características interiores de la pieza colada formadas en su superficie exterior, es colocado dentro del molde. El molde se llena entonces de una aleación de aluminio fundido.

Después de que se ha solidificado la aleación de aluminio, se retira la pieza colada del molde. Debido a que las aleaciones de aluminio sin tratar pueden ser más blandas o menos fuertes de lo deseado, es necesario a menudo tratar térmicamente la pieza colada para reforzar o endurecer el metal. Según procedimientos de fabricación convencionales, antes de que se trate térmicamente la pieza colada, se retira la arena del interior de la pieza colada. Un operario arranca la arena del interior de la pieza de trabajo con un cincel neumático. La pieza colada puede entonces ser alimentada a un sistema de "sacudimiento", o sea, una mesa vibratoria que agita la pieza colada para fragmentar aún más la arena y desalojarla del interior de la pieza colada. Cuando se ha retirado la arena, la pieza colada es tratada térmicamente de una manera convencional calentando la pieza colada hasta una alta temperatura y enfriando luego bruscamente la pieza colada. Opcionalmente, la pieza colada puede ser calentada adicionalmente a una temperatura inferior para "envejecer" la aleación de aluminio.

Si se desea recuperar luego la arena retirada del interior de la pieza colada para su reutilización subsiguiente, deben adoptarse etapas adicionales para procesar la arena. La arena retirada cincelando y sacudiendo la pieza fundida es alimentada a una unidad de quemado de arena para quemar y eliminar los aglutinantes.

Los procedimientos de la técnica anterior para fabricar piezas coladas de aleación de aluminio adolecen de una serie de desventajas. Las etapas de retirar la arena del interior de la pieza colada mediante cincelado y sacudimiento dan como resultado, no infrecuentemente, daños o marcas en la aleación de aluminio entonces sin endurecer. Además, el proceso de sacudimiento se debe realizar manualmente y, por eso, necesita mucha mano de obra, aumentando así los gastos del proceso de fabricación. Asimismo, las etapas adicionales requeridas para poner a salvo la arena para su reutilización llevan mucho tiempo y requieren gastos adicionales en mano de obra y equipo. El proceso de recuperación de arena es costoso y presenta ciertos problemas medioambientales concernientes a la manipulación de los productos de desecho del aglutinante.

Se han realizado esfuerzos para superar algunas de las desventajas asociadas con los métodos y aparatos de la técnica anterior para colar objetos metálicos con arena. Se describe un ejemplo en la patente norteamericana número 4.411.709, en la que un método para la fabricación de piezas coladas de aleación de aluminio comprende verter una aleación de aluminio fundido en un molde que tiene un macho de arena formado a partir de arena y un aglutinante de resina orgánica. Después de que se solidifica la aleación, se sacude o se hace vibrar la pieza colada para destruir el macho, y se puede recuperar fácilmente de la pieza colada aproximadamente la mitad de la arena utilizada para formar el macho. Subsiguientemente, se calienta la pieza colada, y se quema y elimina el aglutinante de resina orgánica de la parte restante del macho de arena. La arena es así desligada de tal modo que aproximadamente el 80% de la arena restante (aproximadamente el 40% de la arena total del macho) se cae de la pieza colada por la fuerza de la gravedad. Después, se enfría bruscamente la pieza colada en un baño de agua, y se retira la arena restante de la pieza colada haciendo fluir agua a través de la pieza colada.

Aunque el método descrito en la patente norteamericana número 4.411.709 antes mencionada proporciona ciertos beneficios sobre la técnica anterior al eliminar el procedimiento de hacer vibrar el macho de arena con respecto a la pieza de colada, todavía adolece de ciertas desventajas porque no elimina el requisito de sacudir o agitar la pieza colada antes del tratamiento térmico, ni tampoco elimina las etapas de procesamiento adicionales necesarias para recuperar la arena para su subsiguiente reutilización. Asimismo, la patente antes mencionada no incluye un procedimiento de endurecimiento por envejecimiento para aumentar la dureza del metal. Además, dado que el método descrito en la patente norteamericana número 4.411.709 antes mencionada se basa en la fuerza de la gravedad para retirar la arena de la pieza colada, permanecerá arena en superficies cóncavas hacia arriba y planas después de que se haya quemado y eliminado el aglutinante.

El documento JP-A-56-53867 se refiere a un método y a un dispositivo para sacudir arena de piezas coladas de aluminio preparadas en machos de arena. Sin embargo, aquí el tratamiento térmico es meramente una etapa preparatoria de la retirada de la arena por agitación. No constituye simultáneamente un tratamiento térmico de las piezas coladas de aluminio.

Sumario de la invención

La presente invención supera estas y otras desventajas asociadas con los procedimientos de colada de la técnica anterior proporcionando un aparato del tipo antes referenciado, que comprende además medios de retención para retener partes del macho de arena que quedan desalojadas de la pieza colada antes de que se haya quemado el aglutinante del mismo, estando dichos medios de retención en comunicación térmica y gaseosa con el horno y promoviendo sustancialmente una combustión adicional de las partes del macho de arena que quedan desalojadas de la pieza colada antes de que se haya quemado el aglutinante del mismo.

En otro aspecto, la presente invención proporciona un método para tratar térmicamente una pieza colada metálica del tipo antes mencionado que comprende además las etapas de regenerar, con unos medios de retención dentro del sistema de horno dispuesto por debajo de la región de tratamiento térmico y en comunicación térmica y gaseosa con la región de tratamiento de calor, al menos algo de la arena procedente de partes de las porciones de macho de arena caídas, con lo que se consigue la regeneración mediante el quemado adicional del material aglutinante de, al menos, partes de las porciones de macho de arena caídas.

Expuesto en términos generales, la presente invención proporciona un método y aparato mejorados para tratar térmicamente piezas coladas metálicas con machos de arena que permiten retirar el macho de arena y recuperar el material del macho de arena para su reutilización. El método y aparato de la presente invención eliminan la necesidad de cincelar o sacudir la pieza colada antes del tratamiento térmico, eliminando así la posibilidad de daños asociados con estas etapas. Además, la presente invención recupera la arena en un estado limpio.

Por tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar un método y aparato mejorados para tratar térmicamente piezas coladas metálicas.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar un método y aparato mejorados para retirar los machos de arena térmicamente de piezas coladas metálicas.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método y aparato que retiren el macho de arena de una pieza colada metálica y que minimicen el riesgo de daños resultantes en la pieza colada.

Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar un método y aparato para retirar el macho de arena de una pieza colada metálica que requieran menos manos de obra y gastos que los métodos y aparatos convencionales.

Aún otro objeto de la presente invención consiste en proporcionar un método y aparato para retirar un macho de arena de una pieza colada que recuperen el material de macho en un estado adecuado para su reutilización, eliminando así la necesidad de un procesamiento adicional de la arena recuperada.

Otros objetos, características y ventajas de la presente invención se harán evidentes tras la lectura de la siguiente memoria, tomada junto con los dibujos y las reivindicaciones anexas.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en planta superior de una primera realización de un aparato para tratar térmicamente, enfriar bruscamente y envejecer piezas coladas metálicas según la presente invención.

La figura 2 es una vista lateral recortada del horno de tratamiento térmico del aparato de la figura 1.

La figura 3 es un vista recortada de un extremo del horno de tratamiento térmico de la figura 2.

La figura 4 es una vista lateral recortada del tanque de enfriamiento brusco del aparato de la figura 1.

La figura 5 es un vista recortada de un extremo de la estufa de envejecimiento del aparato de la figura 1.

La figura 6 es una vista lateral recortada de una realización alternativa de un aparato para tratar térmicamente, enfriar bruscamente y envejecer piezas coladas metálicas según la presente invención.

Descripción detallada de la realización expuesta

Haciendo referencia ahora a los dibujos, en los que los números iguales indican elementos iguales en todas las distintas vistas, la figura 1 muestra un aparato 10 para tratar térmicamente y envejecer piezas coladas metálicas según la presente invención. En la realización expuesta, las piezas coladas metálicas son culatas de cilindro que se funden a partir de una aleación de aluminio de una manera convencional. El procedimiento de colada es bien conocido para los versados en la técnica y no comprende parte alguna de la presente invención. En consecuencia, se describirá sólo brevemente el procedimiento de colada.

El procedimiento de colada emplea un molde de hierro colado del tipo de caja de moldeo que tiene las características exteriores de la culata de cilindro formadas en sus superficies interiores. Se coloca dentro del molde un macho de arena compuesto de arena y un material aglutinante adecuado y que define las características interiores de la pieza colada. Dependiendo de la aplicación, el aglutinante puede comprender un aglutinante de resina fenólica, un aglutinante de "caja fría" de uretano fenólico u otro material aglutinante orgánico adecuado. El molde se llena entonces de una aleación de aluminio fundido. Cuando se ha solidificado la aleación, se retira la pieza colada del molde y ésta se encuentra ahora lista para su tratamiento térmico y envejecimiento.

El aparato de tratamiento térmico y envejecimiento comprende un horno 11 de tratamiento térmico, un tanque de enfriamiento brusco 12 y una estufa de envejecimiento 13. En la realización expuesta, estos tres componentes van dispuestos en una configuración de forma de "U", comprendiendo el horno de tratamiento térmico 11 una pata de la "U", comprendiendo el tanque de enfriamiento brusco 12 la base de la "U", y comprendiendo la estufa de envejecimiento 13 la otra pata de la "U". Sin embargo se pueden emplear otras configuraciones, tal como una configuración en línea o una alineación configurada en L, según puedan dictar las limitaciones de espacio.

Haciendo referencia ahora a las figuras 2 y 3, el horno de tratamiento térmico 11 define una cámara de trabajo 15 en su interior. El horno 11 comprende una serie de zonas diferentes 16, cuya naturaleza y finalidad se harán evidentes más adelante. En la realización expuesta, el horno comprende ocho zonas, designadas con los números de referencia 16A-H. Sin embargo, el número de zonas 16 no es crucial, y el horno puede estar dividido en un número mayor o menor de zonas, según pueda requerir la aplicación individual.

Dentro de cada zona del horno 11 van montados un par de quemadores 18 en las paredes laterales verticales 19, y estos quemadores están dispuestos diagonalmente para arder en direcciones opuestas y calentar la cámara de trabajo 15 del horno. Los quemadores 18 son quemadores convencionales de aire atemperado y de velocidad media que están disponibles comercialmente en un gran número de fabricantes diferentes. Según se puede ver en la figura 3, cada quemador 18 incluye una tubería de combustible 20 para suministrar gas natural al quemador. Un soplante de aire de combustión 21, en comunicación con el quemador por medio de una tubería de aire 22, suministra aire de combustión al quemador. Una válvula de mariposa 23 situada dentro de la tubería de aire 22 es ajustable para controlar el volumen de aire enviado al quemador 18.

Los quemadores 18 están diseñados para calentar la cámara de trabajo 15 del horno 11 hasta una temperatura de aproximadamente 454º-538ºC. En la realización expuesta, se calienta la cámara de trabajo 15 hasta una temperatura de aproximadamente 527ºC. Las válvulas de mariposa 23 de la primera zona 16A y las zonas cuarta a octava 16D-H están ajustadas para introducir un 10-13% de oxígeno en sus respectivos quemadores 18. Las válvulas de mariposa 23 de las zonas segunda y tercera 16B, 16C están ajustadas para introducir un 13-17% de oxígeno en sus quemadores respectivos 18. Se explicarán a continuación la función y finalidad de controlar la cantidad de oxígeno enviada a las diversas zonas 16.

El horno 11 incluye además una cámara de precalentamiento 24 dispuesta aguas arriba de las zonas de calentamiento 16. Los gases de escape de las zonas de calentamiento 16 son dirigidos a través de la cámara de precalentamiento 24 y calientan la cámara hasta una temperatura de aproximadamente 260º-371ºC. Al utilizar gases de desecho en vez de quemadores para calentar la cámara de precalentamiento 24, se consigue un ahorro de energía considerable. El horno 11 tiene una puerta de entrada 25 en su extremo superior 26 y una puerta de descarga 27 en su extremo inferior 28. Otra puerta 29 separa la cámara de precalentamiento 24 de las zonas de calentamiento 16. Para impedir la pérdida de calor a través de las paredes del horno, se dispone una capa de aislamiento de fibra cerámica 30 justamente dentro de las paredes exteriores 31 del horno. Un forro metálico 32 va dispuesto en el lado interior del aislamiento de fibra cerámica. La finalidad del forro metálico 32 es proteger el aislamiento 31 de los efectos abrasivos de la arena volante, según se explicará más completamente a continuación.

Dentro de la cámara de trabajo 15 del horno 11 se encuentra una solera 34 de rodillos que comprende una pluralidad de rodillos accionados 36 para soportar y transportar piezas de trabajo a través del horno en una dirección de desplazamiento indicada por la flecha 38. La solera 34 de rodillos y el mecanismo de accionamiento para accionar los rodillos 36 son de un diseño convencional bien conocido por los versados en la técnica. En los lugares de entrada y salida del horno 11, la solera 34 de rodillos comprende rodillos accionados por embrague de alta velocidad para transportar rápidamente las piezas de trabajo dentro y fuera del horno. Además, la parte de la solera 34 de rodillos que transporta las piezas de trabajo de la cámara de precalentamiento 24 hacia las zonas de calentamiento 16 del horno también comprende rodillos accionados por embrague de alta velocidad. La mayor parte de la solera 34 de rodillos dispuesta dentro del horno 11 es accionada a una velocidad constante.

Para facilitar la carga de las piezas coladas dentro del horno 11 y el transporte de las piezas coladas a través del horno, se cargan las piezas coladas en unas cestas 40 que, a su vez, son cargadas sobre la solera 34 de rodillos para ser transportadas a través del horno. En la realización expuesta, cada cesta 40 alberga cuarenta a cincuenta piezas de trabajo. Las cestas 40 son de construcción abierta para permitir que la arena desalojada de las piezas de trabajo caiga libremente fuera de la cesta. Para facilitar la retirada de la arena de las piezas de trabajo, éstas pueden estar ventajosamente inclinadas dentro de las cestas 40 de modo que la arena caiga fuera más fácilmente.

Con referencia adicional a la solera 34 de rodillos, la velocidad a la cual la solera de rodillos transporta las piezas de trabajo a través del horno 11 está en función de la capacidad de producción del aparato 10. Así, en la realización expuesta, en la que el horno 11 debe acomodar una nueva cesta de piezas de trabajo cada treinta y cinco minutos, la solera 34 de rodillos debe haber transportado la cesta anterior de piezas de trabajo en treinta y cinco minutos a lo largo de una distancia al menos suficiente para permitir que sea introducida en el horno la siguiente cesta de piezas de trabajo. En la realización expuesta, basándose en el tamaño de las cestas y en los requisitos de producción del aparato, la solera 34 de rodillos transporta las piezas de trabajo a través del horno 11 a una velocidad de aproximadamente 1,8 metros por hora.

Se apreciará por los versados en la técnica que, dada la velocidad de la solera 34 de rodillos, el tiempo de reposo, es decir, el tiempo durante el cual las piezas de trabajo son expuestas dentro de la cámara de trabajo 15 del horno 11, está en función de la longitud del horno. Para una solera 34 de rodillos que se mueve a 1,8 metros por hora, en donde se desee tratar térmicamente las piezas de trabajo durante seis horas, el horno 11 deberá tener al menos 10,8 metros de longitud más la longitud de una cesta 40 y del espacio de holgura del extremo de la puerta.

En la línea central vertical de cada zona, se monta un ventilador axial 44 en la parte superior 45 del horno 11. El ventilador 44 hace circular el aire dentro de la zona correspondiente para proporcionar una corriente de aire de 900-1500 metros por minuto. En las primeras cinco zonas 16A-E del horno 11, el ventilador 44 dirige su corriente de aire hacia abajo dentro de la cámara de trabajo 15 por medio de una canalización 46. En la sexta zona 16F, la corriente de aire es dirigida horizontalmente sobre las piezas de trabajo mediante una canalización de corriente lateral (no mostrada). En la séptima zona 16G, el ventilador 44 extrae aire hacia arriba a través de la cámara de trabajo 15. En la octava zona 16H, el ventilador 44 dirige una vez más su corriente de aire hacia abajo dentro de la cámara de trabajo 15 por medio de la canalización 46 de una manera similar a la de las cinco primeras zonas 16A-E. Se explicará con mayor detalle a continuación la razón de la variación de los patrones de corriente de aire dentro de las diversas zonas 16.

Dispuestas dentro del horno 11 debajo de la solera 34 de rodillos se encuentran una pluralidad de artesas de acero inoxidable 50 cuya finalidad es recoger la arena que cae de las piezas coladas dentro de la cámara de trabajo 15. Las paredes interiores de las artesas 50 son lisas y están dispuestas bajo un ángulo de 45º con respecto a la horizontal. Las paredes están lo suficientemente inclinadas para que la arena se asiente en el fondo de la artesa 50 sin formar "puentes". Mientras que las artesas convencionales para manipular arena húmeda tienen típicamente paredes inclinadas en tanto como 60º, se apreciará que las artesas 50 dentro del horno 11 manipularán sólo arena extremadamente seca, y unas paredes inclinadas incluso con un ángulo de menos de 45º recogerán la arena sin permitir que ésta puntee la artesa.

Una criba 52 de 6,35 mm está posicionada debajo de la solera 34 de rodillos y encima de las artesas 50 en cada una se las tres primeras zonas 16A-C. Las cribas 52 capturan partículas mayores de 6,35 mm que son desalojadas de las piezas coladas e impiden que estas partículas mayores pasen dentro de la artesa 50. Quedarán retenidos en las cribas 52 cualesquiera terrones de material de macho que puedan haber sido desalojados de las piezas de trabajo antes de que el aglutinante de resina fénolica que fusiona las partes del macho unas con otras haya sido quemado y eliminado completamente. Los terrones de material de macho recogidos en las cribas 52 continuarán siendo expuestos al calor y a la corriente de aire rica en oxígeno dentro del horno 11 hasta que se hayan quemado y eliminado los aglutinantes, en cuyo momento se desintegrarán los terrones. Cuando se hayan desintegrado los terrones en un tamaño menor de 6,35 mm, la arena caerá a través de las cribas 52.

Se ha averiguado que un tamaño de criba menor de 6,35 mm no es práctico, dado que las porciones de arena que son desalojadas violentamente de las piezas coladas tenderán a obstruir una criba más fina. Asimismo, aunque las cribas 52 pueden posicionarse, si se desea, a través de las artesas 50 en todas las zonas 16A-H, se ha averiguado que el mayor riesgo con mucho de que quedan desalojados terrenos de material macho de las piezas coladas tienen lugar dentro de las tres primeras zonas 16A-C. Por tanto, en la realización expuesta, se han dispuesto cribas sólo por encima de las artesas en las zonas 16A-C, y no se consideran necesarias cribas situadas por encima de las artesas en las zonas restantes 16D-H.

La realización expuesta comprende además una pluralidad de deflectores 53 en forma de V invertida dispuestos por encima de las artesas 50 y debajo de las cribas 52. La arena que atraviesa las cribas 52 golpeará los deflectores 53 y caerá por los laterales inclinados de los deflectores. Por lo tanto, se fragmentarán cualesquiera pequeños terrenos restantes de arena antes de caer en las artesas 50. En la realización expuesta, los deflectores 53 tienen unas pestañas vueltas hacia arriba en sus extremos inferiores que proporcionan rigidez estructural a los deflectores, y también comprenden otra superficie para que las partículas de arena hagan impacto antes de caer en las artesas 50.

Haciendo referencia con más detalla a la canalización 46 ilustrada en las figura 3, esta canalización incluye unas paredes verticales 54 que terminan en un extremo inferior 55. Un hueco estrecho 54 está formado entre el extremo inferior 55 de la canalización 46 y la solera 34 de rodillos. Las dimensiones del hueco 56 están estrechamente controladas para no proporcionar una trayectoria de corriente de aire de retorno por encima de la solera 34 de rodillos. En cambio, la corriente de aire es forzada entre los rodillos 36 y pasa por encima de la criba 52 y los deflectores 53 antes de volver hacia arriba fuera de las paredes verticales 54 de la canalización 46. Se explicará a continuación la importancia de este patrón de corriente de aire.

Un extremo de un transportador de tornillo helicoidal o tornillo de Arquímedes 58 está en comunicación con el fondo de cada artesa 50 y está destinado a retirar la arena que se recoge en la artesa respectiva. En la realización expuesta, se ha determinado que los transportadores de tornillo helicoidal 58 necesitan funcionar sólo periódicamente con el fin de mantener vacías las artesas 50. Debido a que la mayor parte de la arena será recogida dentro de las artesas en las tres primeras zonas de calentamiento 16A-C, los tornillos de Arquímedes 58 asociados con esas artesas funcionan durante dos minutos de cada período de quince minutos. Los transportadores de tornillo helicoidal restantes 58 funcionan durante dos minutos de cada período de veinticinco minutos. Todos los transportadores de tornillo helicoidal 58 vacían su carga sobre un transportador de arena vibratorio de acero 59 que comprende un lecho de acero de movimiento alternativo capaz de acomodar material tan caliente como a 482ºC sin que resulte dañado. El transportador 59 transporta la arena regenerada hasta un depósito de recogida central 69 para esperar su reutilización.

Haciendo referencia ahora a la figura 4, en el extremo aguas abajo del horno de tratamiento térmico se encuentra el tanque de enfriamiento brusco 12. La capacidad del tanque de enfriamiento brusco 12 está en función del tamaño y número de piezas de trabajo que se sumerjan al mismo tiempo, el calor específico de la aleación que tengan las piezas de trabajo, y la temperatura a la cual se hayan calentado las piezas de trabajo. Preferiblemente, el tanque de enfriamiento brusco 12 debe albergar suficiente agua para que la inmersión de una carga de piezas de trabajo dentro del tanque no aumente la temperatura del agua en más de 5,55ºC. En la realización expuesta, se cumple este requisito mediante un tanque de enfriamiento brusco 12 que tiene una capacidad de 15.140 litros de agua.

El tanque de enfriamiento brusco 12 incluye una disposición de bastidor convencional 62 para sumergir la cesta de piezas de trabajo en el tanque. El bastidor 62 tiene una pluralidad de rodillos accionados 64 para llevar las piezas de trabajo sobre dicho bastidor. La cesta de piezas de trabajo es cargada sobre el bastidor 62 mientras éste está en su posición elevada, indicada por las líneas continuas de la figura 4. En ese momento, se desacopla el mecanismo de accionamiento de los rodillos y el bastidor 62 con las piezas de trabajo dispuestas sobre él es bajado al tanque 12 por medio de un cilindro neumático (no mostrado) hasta que la cesta de piezas de trabajo alcanza la posición más inferior, mostrada por las líneas de puntos de la figura 4. El tanque de enfriamiento brusco 12 es totalmente automático y está diseñado para sumergir totalmente una carga en diez segundos después de que comience a abrirse la puerta 27 de descarga del horno. El tanque de enfriamiento brusco 12 precalienta el agua hasta una temperatura de enfriamiento brusco adecuada e incluye unas placas de refrigeración 66 para restaurar la temperatura anterior al enfriamiento brusco después de cada ciclo. El tanque de enfriamiento brusco 12 también está provisto de dos agitadores de hélice doble 68 y paletas de dirección para agitar el agua del tanque. Después de que las piezas de trabajo han sido sumergidas durante aproximadamente ocho minutos, se acciona el cilindro neumático para elevar el bastidor 62 y sacar las piezas de trabajo fuera del tanque 12. Según se apreciará por los versados en la técnica, son convencionales todas las características antes mencionadas del tanque de enfriamiento brusco 12.

Además de las anteriores características convencionales, el tanque de enfriamiento brusco 12 incluye algunas otras características para recuperar arena que se pueda soltar de las piezas de trabajo durante el procedimiento de enfriamiento brusco. El tanque 12 incluye una artesa 72 dentro de su base de tal modo que cualquier arena que quede desalojada de las piezas de trabajo y se asiente fuera del agua será recogida en el fondo de la artesa. Un tornillo de Arquímedes 74 hermético al agua está dispuesto dentro del fondo de la artesa 72, y el tornillo de Arquímedes se comunica con un área de contención 76. Una bomba de papilla 78 de doble diafragma es operativa para extraer material del fondo del área de contención 76 y para transportarlo hasta un secador de arena vibratorio 80. El secador de arena vibratorio 80 es de un diseño convencional y, por ello, se muestra sólo esquemáticamente en los dibujos. El secador de arena 80 incluye una criba giratoria y vibratoria de malla 150 que permite que el agua, pero no la materia en partículas mayores que la malla 150, atraviese la criba. La materia en partículas demasiado grande para atravesar las aberturas de la criba es hecha vibrar para descargarla sobre el transportador de arena 59. El agua que atraviesa la criba cae en un colector situado debajo de la criba. El colector, a su vez, está en comunicación de fluido con un tanque de contención de 114 litros, que se vacía periódicamente en el tanque de enfriamiento brusco 12.

Las piezas de trabajo retiradas del tanque de enfriamiento brusco 12 se introducen en la estufa de envejecimiento 13 para su endurecimiento por precipitación y así aumentar la dureza de las piezas coladas. La estufa de envejecimiento es de diseño convencional y por ello sólo será descrita brevemente. Con referencia a la figura 5, la estufa de envejecimiento 13 de la realización expuesta es una estufa de cuatro zonas y comprende una cámara de trabajo 85. La estufa 13 incluye paredes de estufa exteriores 86, un manto aislante de fibra cerámica 88 y un forro metálico 90. Un ventilador 92 situado a lo largo de la línea central longitudinal de la estufa 13 hace circular aire calentado a través de toda la cámara de trabajo 85 de la estufa. Para transportar las piezas de trabajo a través de la cámara de trabajo 85, la estufa 13 incluye una solera 94 de rodillos para transportar las piezas de trabajo a través de la estufa. Al igual que en el caso de la solera 34 de rodillos del horno 11, las secciones de la solera 94 de rodillos, que transportan las piezas de trabajo dentro y fuera de la estufa 13, comprenden rodillos de alta velocidad accionados por embrague. La mayor parte de la solera 94 de rodillos que está dispuesta dentro de la estufa 13 transporta las piezas de trabajo a una velocidad constante. Como se explicó anteriormente con respecto a la velocidad de la solera 34 de rodillos del horno 11, la velocidad mínima de la solera 94 de rodillos está determinada por los requisitos de producción del aparato 10. Dadas las limitaciones así impuestas por la velocidad mínima requerida la solera 94 de rodillos, el máximo tiempo de reposo de las piezas de trabajo dentro de la estufa 13 está en función de la longitud de la estufa. En la realización expuesta, el tiempo de reposo es de aproximadamente cuatro horas, aunque pueden ser deseables estufas más largas para períodos de envejecimiento de hasta veinte horas, dependiendo de la aleación usada en la pieza colada y las características requeridas de la pieza colada.

La estufa 13 incluye una serie de quemadores 96 para calentar el interior de la estufa. En la realización expuesta, los quemadores 96 calientan el interior de la estufa hasta la temperatura de 232º \pm 2,78ºC. Sin embargo, dependiendo de la aleación que esté envejeciendo y la dureza deseada, la temperatura de la estufa puede oscilar entre 121º-260ºC.

La estufa de envejecimiento 13 incluye una serie de artesas 98 situadas en su parte inferior. Sin embargo, dado que la inmensa mayoría de la arena se retira durante las etapas de tratamiento térmico y enfriamiento brusco, la cantidad de arena restante en las piezas de trabajo tras su introducción en la estufa de envejecimiento 13 es, como mucho, mínima. Dado que se desaloja tan poca arena dentro de la estufa 13, no se disponen medios para recoger y transportar automáticamente la arena a un sitio de regeneración central. En cambio, las artesas 98 pueden vaciarse a intervalos relativamente largos durante el mantenimiento rutinario de la estufa.

Se describirá ahora el funcionamiento del aparato 10. Cuando se ha solidificado la aleación de aluminio fundido de las piezas coladas, se retiran éstas de sus moldes respectivos y se transfieren a una de las cestas 40. Cada una de las cestas 40 es lo suficientemente grande como para albergar de cuarenta a cincuenta piezas de trabajo y, como se mencionó previamente, es de construcción abierta para permitir que la arena pase libremente a su través. Para facilita aún más la retirada de la arena de las cavidades de las piezas de trabajo, éstas pueden estar ventajosamente inclinadas dentro de la cesta 40 de modo que la arena caiga más fácilmente fuera e las piezas de trabajo.

La cesta 40 de las piezas de trabajo es situada sobre la solera 34 de rodillos en el extremo superior 26 del horno 11. Se abre la puerta de entrada 25 del horno 11, y los rodillos de alta velocidad accionados por embrague transportan la cesta 40 con las piezas de trabajo dentro de la cámara de precalentamiento 24. Los gases de escape del horno 11 son dirigidos a través de la cámara de precalentamiento 24 y llevan las piezas de trabajo hasta una temperatura de aproximadamente 183ºC. Las piezas de trabajo son expuestas dentro de la cámara de precalentamiento 48 hasta que la cesta anterior se aya movido lo suficientemente lejos a través del horno como para permitir la introducción de otra cesta. Por lo tanto, en la realización expuesta, las piezas de trabajo son sometidas a termodifusión en la cámara de precalentamiento durante aproximadamente treinta y cinco minutos. Cuando la cesta anterior se haya movido lo suficientemente lejos dentro del horno como para permitir que entre otra cesta, se abre la puerta 29 entre la cámara de precalentamiento 24 y la cámara de trabajo 15, y los rodillos de alta velocidad accionados por embrague transportan la cesta 40 dentro de la cámara de trabajo.

Los quemadores 18 de gas natural calientan el interior del horno 11 hasta una temperatura de aproximadamente 527ºC. Esta temperatura es suficiente no sólo para tratar térmicamente las piezas coladas, sino también para quemar y eliminar los aglutinantes orgánicos que fusionan la arena del macho consigo misma. Así, mientras las piezas coladas son calentadas dentro de la cámara de trabajo 15 del horno 11, los aglutinantes son quemados y eliminados del material de macho de arena. Mientras se quema y elimina el aglutinante, se suelta la arena que compone el macho. La arena es desalojada de las piezas coladas por la fuerza de la gravedad y por la corriente de aire de 900-1500 metros por minuto dentro del horno generada por los ventiladores 44.

Como se describió previamente, las zonas segunda y tercera 16B, 16C de las ocho zonas 16 son provistas de un 13-17% de oxígeno, mientras que las zonas restantes 16A y 16D-H disponen sólo de un 10-13% de oxígeno. Se ha averiguado que la mayor parte de tal combustión tiene lugar en las zonas segunda y tercera; en la primera zona 16A, la pieza colada y el macho son llevados hasta la temperatura de combustión de 527ºC, y en las últimas zonas 16D-H se completa sustancialmente la combustión. Además, se ha averiguado que, en las zonas en las que tiene lugar la mayor parte de la combustión, la combustión del material aglutinante orgánico consumirá aproximadamente un 4-5% de oxígeno. En consecuencia, los quemadores 18 de las zonas 16B y 16C están ajustados para proporcionar aproximadamente un 4-5% más de oxígeno que las otras zonas para compensar el oxígeno consumido por la combustión del material aglutinante y para facilitar el proceso de combustión. Sin embargo, en las zonas restantes 16A y 16D-F, los quemadores 18 no están ajustados para proporcionar la cantidad excesiva de aire requerida por las zonas 16B y 16C. Dado que no hay una cantidad excesiva de aire que deba ser calentado, los quemadores de las zonas en las que tiene lugar menos combustión pueden funcionar más eficazmente que si se proporcionara un volumen de aire mayor a todas las zonas del horno.

Las piezas de trabajo y los machos de arena dentro de las piezas de trabajo son calentados hasta una temperatura de 527ºC durante aproximadamente una hora. Después de que las piezas de trabajo han alcanzado la temperatura de "termodifusión" de 527ºC, permanecen en el horno durante cinco horas más, para dar un total de seis horas de exposición dentro del horno. En otras aplicaciones, dependiendo de la aleación utilizada y las características metalúrgicas deseadas, el tiempo de termodifusión puede ser tan largo como doce horas o tan corto como cuatro horas.

A medida que las piezas de trabajo son transportadas a través de las cinco primeras zonas 16A-E, son sometidas a una corriente de aire turbulento dirigida hacia abajo. Mientras las piezas de trabajo entren en la sexta zona 16F, la canalización de corriente lateral redirige horizontalmente la corriente de aire sobre las piezas de trabajo. Luego, a medida que las piezas entran en la séptima zona 16G del horno 11, son sometidas a una corriente de aire turbulento dirigida hacia arriba, provocada por el respectivo de los ventiladores 44 que extrae aire hacia arriba a través de la cámara de trabajo 15. Finalmente, mientras las piezas de trabajo entren en la octava zona 16H, son expuestas de nuevo a una corriente de aire dirigida hacia abajo. Esta sucesión de corrientes de aire turbulento hacia abajo, laterales, hacia arriba y hacia abajo es satisfactoria para desalojar aproximadamente el 85% de la arena de las piezas de trabajo.

Según será evidente para los versados en la técnica, las partículas de arena que son sopladas alrededor del interior del horno por la corriente de 900-1500 metros por minutos tienen un potencial significativo de abrasión de las superficies interiores del horno 11. El forro metálico 32 puede ser apreciado así por la protección que facilita contra daños del aislamiento de fibra cerámica 31 del horno.

La arena desalojada de las piezas coladas cae a través de la cesta 40, atraviesa los espacios entre los rodillos 36 de la solera 34 de rodillos, cae a través de las cribas 52, golpea los deflectores 53 y cae dentro de las artesas 50 situadas debajo de la solera. Cualesquiera aglomerados de arena todavía ligados por la resina orgánica que puedan haber sido desalojados de las piezas de trabajo en el primer tercio del horno son capturados en las cribas 52 situadas encima de las artesas 50, donde permanecerán hasta que el calor del horno queme y elimine el aglutinante restante. Cuando el aglutinante restante haya sido quemado y eliminado, los terrones de arena se desmoronarán y la arena caerá a través de la criba 52, hará impacto encima de los deflectores 53 para fragmentar adicionalmente los terrones, y caerá dentro de la artesa 50.

La arena que cae dentro de las artesas 50 es transportada mediante los transportadores de tornillo 58 hasta el transportador de arena común 59, con el que la arena se transporta al depósito de recogida 60 para su reutilización. Se apreciará que la arena así recuperada está sustancialmente pura, habiéndose quemado y eliminado la resina orgánica durante el procedimiento de tratamiento térmico.

Cuando las piezas de trabajo salen por el extremo inferior 94 del horno de tratamiento térmico 11, están listas para el enfriamiento brusco. El agua del tanque 12 de enfriamiento brusco se precalienta hasta una temperatura de enfriamiento brusco adecuada. La cesta 40 de piezas coladas es impulsada sobre el bastidor 62 mediante los rodillos accionados 64, y se sumerge el bastidor en el agua dentro de un espacio de tiempo de diez segundos después de que comience a abrirse la puerta de descarga del horno. Mientras se sumergen las piezas de trabajo, las hélices dobles 68 agitan el agua del tanque, y las paletas de dirección dirigen la corriente de agua sobre las piezas de trabajo. El agua turbulenta lava cualquier arena restante en la cavidad de las piezas de trabajo para llevarla fuera de las piezas de trabajo y dentro del tanque 12. Las piezas de trabajo permanecen sumergidas durante aproximadamente ocho minutos, al final cuyo período se acciona el cilindro neumático para elevar el bastidor 62 fuera del tanque 12. Cuando se retiran las piezas de trabajo del tanque de enfriamiento brusco, se ha retirado de las piezas coladas sustancialmente toda la arena restante. Las piezas coladas están ahora listas para su envejecimiento.

Mientras tanto, la arena que fue lavada y retirada de las piezas coladas en el tanque de enfriamiento brusco 12 se asienta dentro de la artesa 72 en el fondo del tanque. El tornillo de Arquímedes 74 transporta la papilla de arena-agua hasta el área de contención 76, y la bomba de diafragma doble 78 mueve la papilla sobre la unidad vibratoria de arena 80. El agua de la papilla atraviesa la criba vibratoria y cae dentro del colector adyacente a la criba. El agua así separada de la arena es transportada hasta el tanque de contención 82 y desde allí es devuelta al tanque 12 de enfriamiento brusco. La arena que permanece encima de la criba vibratoria es descargada desde la criba sobre el transportador de arena 59, en donde se une a la arena procedente de las artesas 50 del horno 11 en camino hacia el depósito de regeneración 60.

Tras la finalización del proceso de enfriamiento brusco, se introducen las piezas de trabajo en la estufa de envejecimiento 13. Los quemadores 96 calientan la cámara de trabajo 85 de la estufa 13 hasta aproximadamente 232ºC. La solera 94 de rodillos transporta lentamente la cesta 40 de piezas de trabajo a través de la cámara de trabajo 85 de la estufa 13, de tal modo que las piezas de trabajo sean sometidas al calor de 232ºC de la estufa de la realización expuesta durante un período de aproximadamente cuatro horas. Como se sugirió anteriormente, el tiempo de reposo dentro de la estufa de envejecimiento 13 puede oscilar de cuatro a veinte horas, dependiendo de la aleación particular que se esté utilizando y las características metalúrgicas deseadas de la pieza colada. La circulación del aire dentro de la cámara de trabajo 85 mediante el ventilador 92 facilita el calentamiento uniforme de las piezas de trabajo. Cualquier arena que quede desalojada de las piezas de trabajo durante el procedimiento de envejecimiento se asentará en las artesas 98 en el fondo de la estufa 13. La salida de las piezas de trabajo de la estufa de envejecimiento 13 señala el final del procedimiento de tratamiento térmico y de envejecimiento.

Según se apreciará a partir de la anterior descripción del funcionamiento del aparato 10, una característica primaria de la presente invención es la combustión de la resina fenólica que liga el macho de arena exponiendo la pieza colada y el macho al calor del horno 11. Se ha averiguado que la mayor parte de tal combustión tiene lugar en las zonas segunda y tercera de las ocho zonas; en la primera zona 16A, la pieza colada y el macho son llevados hasta la temperatura de combustión de 527ºC, y en las últimas zonas 16D-H se completa sustancialmente la combustión. En consecuencia, los quemadores 18 de las zonas 16B y 16C están ajustados para proporcionar aire en exceso de la cantidad requerida por los quemadores con la finalidad de asegurar que haya oxígeno suficiente en esas zonas y facilitar el proceso de combustión. En la realización expuesta, los quemadores 18 de las zonas 16B y 16C están ajustados para proporcionar un 13-17% de oxígeno. Sin embargo, en las zonas restantes 16A y 16D-F, los quemadores 18 están ajustados para proporcionar sólo un 10-13% de oxígeno. Dado que no hay una cantidad de aire en exceso que deba ser calentada, los quemadores de las zonas en las que tiene lugar menos combustión pueden funcionar más eficazmente que si se proporcionara la misma cantidad de aire en exceso a todas las zonas del horno.

Se ha expuesto la realización anterior con respecto a un proceso continuo, es decir, las piezas de trabajo son introducidas continuamente en el aparato 10, estando así algunas de las piezas de trabajo en una etapa de procesamiento mientras otras piezas de trabajo están en otras etapas del proceso. En este proceso continuo, algunas piezas de trabajo estarán siendo sometidas a tratamiento térmico al mismo tiempo que otras piezas de trabajo están siendo enfriadas bruscamente y aún otras piezas de trabajo están siendo envejecidas. De hecho, en cualquier momento dado, puede haber cestas de piezas de trabajo en diversos puntos dentro del horno 11, algunas empezando sólo justamente el proceso de tratamiento térmico, mientras que otras han progresado más en el proceso, todas ellas avanzando continuamente a través del aparato. Sin embargo, se apreciará que la presente invención es igualmente muy adecuada para el procesamiento por lotes, en donde se somete a procesamiento sólo un único lote de materiales en cualquier momento dado.

La figura 6 expone un aparato 110 de tratamiento térmico del tipo de lotes según la presente invención. Algunos de los componentes del aparato 110 de lotes son idénticos a los componentes previamente descritos y serán designados por los mismos números de referencia utilizados previamente. Así, los componentes descritos previamente pueden reconocerse por sus designaciones con un número de referencia menor de 100. Los componentes no descritos previamente con referencia al horno de tratamiento térmico continuo serán designados con números de referencia mayores de 100.

El aparato 110 incluye un horno elevado 111 de fondo móvil montado sobre unas patas 114. Un mecanismo de elevación 116, accionado por potencia neumática, hidráulica o mecánica, es operativo para subir y bajar piezas de trabajo dentro y fuera del horno 111. En la realización expuesta, el mecanismo de elevación 116 incluye unos ganchos 118 para coger una cesta 40 de piezas de trabajo, con lo que toda la cesta es elevada dentro del horno. Una puerta deslizante 120 en el fondo del horno tiene un par de artesas 122 de recogida de arena formadas en su interior. Las cribas 52 situadas sobre las artesas 122 impiden que las partículas mayores de 6,35 mm caigan dentro de las artesas. Unas compuertas deslizantes de alta temperatura operadas neumáticamente son accionables selectivamente para descargar la arena recogida en las artesas 122.

Al igual que con el horno continuo 11, el horno 110 de lotes tiene un manto aislante 124 de fibra cerámica para retener el calor dentro del horno y un forro metálico 126 para proteger el aislamiento de fibra cerámica frente a la arena volante. Un ventilador 44 montado en la parte superior del horno hace circular el aire dentro del horno a 900-1500 metros por minuto. Los quemadores 18 montados en las paredes laterales del horno 110 calientan la cámara de trabajo 130 del horno. Los quemadores 18 comprenden una vez más medios para introducir un 120-160% de aire en exceso en los quemadores, con el resultado de que el ambiente dentro del horno comprende un 10-12% de oxígeno.

Un par de vías 140 corre por debajo del horno elevado 110. Un tanque de enfriamiento brusco y carro de transferencia 145 corre a lo largo de las vías 140 sobre unas ruedas 146 y comprende un tanque de enfriamiento brusco 148, un depósito de recogida de arena 150 y un área de transferencia de cestas 152. El carro 145 es operable selectivamente para posicionar el área de transferencia de cestas 152, el tanque de enfriamiento brusco 148 o el depósito de recogida de arena 150 debajo de la cámara de trabajo 130 del horno de fondo móvil.

El tanque de enfriamiento brusco 148 incluye un calentador para precalentar el agua del tanque hasta una temperatura de enfriamiento brusco adecuada. Un par de agitadores de hélice 68 hacen circular el agua del tanque de enfriamiento brusco. Un colector 156 en el fondo del tanque tiene una pluralidad de aberturas para colocar el interior del tanque en comunicación de fluido con un secador de arena vibratorio 80. Una bomba de doble diafragma 78 es operable selectivamente para bombear arena desde el fondo del tanque de enfriamiento brusco 148 y transportarla al secador de arena vibratorio 80. Se ha explicado previamente el funcionamiento del secador de arena vibratorio. Después de retirar el agua de la arena mediante el secador de arena vibratorio 80, se bombea el agua dentro de un tanque de contención 82 y se transporta la arena hasta el depósito de arena 150.

Se explicará ahora el funcionamiento del horno 110 del tipo de lotes. Se forman piezas coladas como se describió anteriormente y se retiran de sus moldes respectivos. Las piezas coladas se colocan en una cesta 40, y se coloca la cesta de piezas de trabajo en el área de transferencia de cestas 152 del tanque de enfriamiento brusco y carro de transferencia 145. El carro 145 se mueve entonces a lo largo de sus vías 140 para posicionar su área de transferencia de cestas 152 directamente por debajo del horno calentado 111. Se abre la puerta inferior 120 del horno, y se baja el mecanismo de elevación 116 de modo que los ganchos 118 del mecanismo de elevación cojan la cesta 40. Se acciona entonces el mecanismo de elevación 116 para elevar la cesta 40 de piezas de trabajo dentro de la cámara de trabajo 130 del horno 111, y se cierra el fondo 120 del horno.

Los quemadores 18 calientan la carga en la cámara de trabajo 130 del horno 111 a una temperatura de aproximadamente 527ºC. Si embargo, dependiendo nuevamente de la aleación utilizada y las características metalúrgicas deseadas, se pueden calentar las piezas de trabajo en una gama de 454º-538ºC. Se introduce un exceso de aire de un 120-160% en los quemadores 18, de modo que la atmósfera resultante dentro del horno comprenda un 10-12% de oxígeno. El funcionamiento de los ventiladores 44 hace circular el aire dentro del horno para conseguir una corriente de aire de 900-1500 metros por minuto.

Mientras se calientan las piezas coladas y los machos, comienza a quemarse el aglutinante de resina. La arena suelta es desalojada de las piezas de trabajo por la corriente de aire y por la fuerza de la gravedad, y la arena desalojada cae dentro de las artesas 122. Los terrones de material de macho en los cuales no se ha quemado y eliminado completamente el componente aglutinante, serán atrapados en las cribas 52 dispuestas encima de las artesas 122 y retenidos allí hasta que el aglutinante haya sido quemado y eliminado, en cuyo momento la arena desligada caerá a través de la criba, bajará por los deflectores 53 en forma de V invertida y caerá en las artesas. El forro metálico 126 protege el interior del horno 111 de los efectos abrasivos de la arena volante.

Cuando se han tratado térmicamente las piezas de trabajo durante el espacio de tiempo deseado (seis horas en la realización expuesta), se desconectan los quemadores 18. El carro de transferencia 145 es posicionado a lo largo de sus vías 140 de modo que el tanque de enfriamiento brusco 148 esté directamente debajo de la cámara de trabajo 130 del horno 111, y se abre el fondo 120 del horno. Se acciona entonces el mecanismo de elevación 116 para bajar la cesta 40 de piezas de trabajo dentro del tanque de enfriamiento brusco 148. Las piezas de trabajo son sumergidas durante el espacio de tiempo deseado, durante cuyo período el agua del tanque se agita mediante las hélices dobles 68 para soltar la arena restante de las piezas coladas. La arena así desalojada de las piezas de trabajo se asienta en el fondo del tanque 148. Al final de la secuencia de enfriamiento brusco, se acciona de nuevo el mecanismo de elevación 116 para subir las piezas de trabajo fuera del tanque 148. Si se desea envejecer, se enfría el horno 111 hasta aproximadamente 232ºC, se eleva de nuevo la cesta dentro de la cámara de trabajo 130, y se cierra la puerta 120 del horno. Entonces se envejecen las piezas de trabajo durante el espacio de tiempo deseado.

Tras la finalización de la secuencia de enfriamiento brusco, el carro de transferencia 145 es posicionado de tal modo que el depósito de recogida de arena 150 esté directamente debajo de las compuertas deslizantes de las artesas de arena 122. Se abren las compuertas y se descarga la arena recogida de las artesas en el depósito de recogida de arena. La arena así recuperada está de nuevo en un estado limpio y reutilizable, habiéndose quemado y eliminado todo el material de aglutinante mediante el calor del horno.

Se apreciará por los versados en la técnica que la habilitación de una corriente de aire de alta velocidad dentro de la cámara de trabajo 15 del horno 11 dará como resultado que se soplen partículas abrasivas de arena alrededor del interior del horno a altas velocidades. Las realizaciones expuestas incluyen, por tanto, precauciones especiales para impedir una abrasión excesiva y daños en el interior del horno. Por ejemplo, las paredes interiores del horno van provistas de forros de calibre 11 compuestos de una aleación 4130 para resistir la abrasión. Asimismo, los ventiladores 44 incluyen características diseñadas para soportar el ambiente abrasivo dentro de las cámaras de trabajo 15. Por ejemplo, las paletas de los ventiladores 44 son de construcción maciza en vez de hueca, dado que se ha averiguado que las partículas de arena volantes pueden desgastar agujeros en paletas huecas, especialmente a lo largo de las costuras, y acumularse dentro de las paletas. Incluso una pequeña acumulación de arena dentro de las paletas huecas puede desequilibrar el ventilador 44 y causar un daño catastrófico al mecanismo de accionamiento del ventilador. Como otra precaución, los bordes delanteros de las paletas de los ventiladores 44 están estrechados para desviar las partículas de arena.

Se apreciará que la presente invención ofrece ventajas significativas sobre métodos y aparatos de la técnica anterior para procesamiento de piezas coladas con arena. Primero, se ha eliminado el requisito de retirar una parte sustancial del material de macho antes del tratamiento térmico de la pieza colada. En consecuencia, se han eliminado la mano de obra, el equipo, los gastos y el riesgo de daños o marcas en la pieza de trabajo asociados con el cincelado manual del macho de arena o el sometimiento de la pieza de trabajo a agitación y vibración.

Además, sometiendo el material de macho de arena al calor y a la corriente de aire dentro del horno, se quema y elimina completamente el aglutinante de resina que fusiona la arena del macho consigo misma. Para asegurarse de que se quema sustancialmente todo el aglutinante, las cribas 52 impiden que aglomerados de material de macho mayores de un tamaño predeterminado caigan fuera del horno y retienen tales aglomerados dentro de la cámara de trabajo 15 hasta que se haya quemado y eliminado una cantidad suficiente de aglutinante como para que el aglomerado pueda desintegrarse y atravesar la criba. Los aglomerados de material que son suficientemente pequeños para atravesar la criba 52 harán impacto sobre los deflectores 53 de forma de V invertida y bajarán por las paredes inclinadas de los deflectores, desintegrándose aún más el material en sus partículas individuales de arena. Por tanto, la arena es recuperada en estado limpio reutilizable.

Aunque la arena recuperada está limpia en el sentido de que se han quemado y eliminado los materiales aglutinantes, los requisitos de una instalación particular pueden imponer cierto procesamiento adicional de la arena antes de que pueda ser reutilizada. Por ejemplo, puede ser deseable cribar la arena regenerada para reclasificar la arena y para retirar cualesquiera desechos que puedan haber quedado entremezclados con la arena.

Para facilitar la combustión de material aglutinante de los aglomerados de arena retenidos en las cribas 52, el horno 11 de la realización expuesta asegura una corriente continua de aire oxigenado sobre las cribas, según se indica por las flechas en la figura 3. Para lograr el patrón de corriente de aire deseado, la dimensión del espacio 56 entre el extremo inferior 55 de las paredes 54 de la canalización 46 se mantiene a un mínimo para no proporcionar una trayectoria de corriente de aire alrededor del extremo inferior de la pared y por encima de la solera 34 de rodillos. El aire que fluye hacia abajo a través de las canalizaciones 46 deberá, por tanto, seguir una trayectoria hacia abajo entre los rodillos 36 y a través de las cribas 52 antes de que pueda volver hacia arriba entre la superficie exterior de la canalización y el forro 32 del horno.

Una ventaja adicional de la presente invención es que, dado que se quema el componente aglutinante, se evitan los problemas ecológicos asociados con la eliminación de material de desecho sólido. Si los gases de escape incluyen una cantidad inaceptable de orgánicos o fenilos, puede ser necesaria una incineración adicional de los gases de escape. En tal caso, los gases de escape, tras salir de la cámara de precalentamiento, pueden distribuirse hacia un incinerador en línea que funcione a una temperatura de 760º-788ºC para incinerar los orgánicos o fenilos libres.

El control del contenido de oxígeno de la atmósfera del horno en la realización expuesta proporciona también ciertas ventajas con respecto a la eliminación del aglutinante de resina por quemado del mismo. Introduciendo un exceso de aire en los quemadores sólo en aquellas zonas del horno en las que tiene lugar la mayor parte del proceso de combustión, se mantiene un nivel de oxígeno de 10-12% dentro de aquellas zonas del horno. Este nivel de oxígeno facilita la combustión del aglutinante de resina orgánica que fusiona el macho consigo mismo, acelerando así la fragmentación del aglutinante y promoviendo la combustión efectiva de los productos de desecho. Sin embargo, dado que los quemadores de las zonas restantes no están ajustados para distribuir la cantidad extrema de exceso de aire requerida en aquellas zonas en las que tiene lugar la mayor parte del proceso de combustión, los quemadores son capaces de funcionar con eficacia aumentada.

La invención descrita aquí anteriormente se ha expuesto con respecto a un horno que utiliza quemadores de gas natural como fuente de calor. Sin embargo, se entenderá que la naturaleza de los medios de calentamiento no es crítica y que se pueden emplear otros tipos de sistemas de calentamiento, tales como quemadores de propano, calentadores radiantes indirectos de gas, calentadores eléctricos, quemadores de petróleo o quemadores de carbón. Se apreciará que cuando se emplean calentadores radiantes indirectos de gas o calor eléctrico, deberá usarse un sistema de inyección para mantener el nivel de oxígeno dentro del horno al nivel deseado de 10-12%.

Asimismo, aunque la realización expuesta es un horno de ocho zonas, teniendo lugar la mayor parte de la combustión del aglutinante en las zonas segunda y tercera, se entenderá que se puede definir dentro del horno un número mayor o menor de zonas. En tal caso, las zonas precisas dentro de las cuales tiene lugar la mayor parte de la combustión del aglutinante pueden variar según una gran diversidad de factores, incluyendo, sin limitación, la temperatura dentro del horno, el tamaño y configuración de las piezas coladas y los machos, la velocidad a la cual se mueven las piezas coladas a través del horno y la temperatura de las piezas coladas cuando son introducidas en el horno.

Finalmente, se entenderá que la realización preferida se ha expuesto a modo de ejemplo y que se pueden pensar por los versados en la técnica otras modificaciones sin apartarse del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (32)

1. Aparato (10, 110) para tratar térmicamente una pieza colada metálica que tiene un macho de arena y para regenerar arena del macho de arena, comprendiendo el macho arena ligada por un aglutinante, definiendo dicho macho de arena una cavidad dentro de dicha pieza colada, y comprendiendo dicho aparato: un horno (11, 111) que define una cámara de trabajo (15) para recibir dicha pieza colada en su interior; medios de calentamiento (18) para calentar dicha cámara de trabajo (15, 130) hasta una temperatura suficiente para tratar térmicamente la pieza colada y para quemar dicho aglutinante de dicho macho de arena, con lo que algunas partes de dicho macho de arena se sueltan del mismo, y medios de corriente de aire (44) para dirigir una corriente de aire sobre dicha pieza colada, mientras ésta se encuentra en dicho horno (11, 111), para desalojar una parte de dicha arena de dicha pieza colada; caracterizado porque comprende además: medios de retención (52) para retener partes del macho de arena que queden desalojadas de la pieza colada antes de que se queme dicho aglutinante del mismo, estando dichos medios de retención (52) en comunicación térmica y gaseosa con el horno (11, 111) y promoviendo sustancialmente una combustión adicional de la partes del macho de arena que queden desalojadas de las pieza colada antes de que se queme el aglutinante del mismo.

2. El aparato de la reivindicación 1, que comprende, además, al menos unos medios (52) para liberar partes previamente retenidas del macho de arena una vez que se haya quemado sustancialmente el aglutinante del mismo.

3. El aparato de la reivindicación 2, en el que las partes liberadas son reducidas a un tamaño menor de 0,63 cm.

4. El aparato de la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que dichos medios de retención comprenden al menos una criba (52).

5. El aparato según una de las reivindicaciones precedentes, que comprende además medios deflectores (53) dispuestos debajo de dichos medios de retención (52) de tal modo que las partes del macho de arena liberadas de dichos medios de retención (52) choquen contra dichos medios deflectores (53).

6. El aparato de la reivindicación 5, en el que dichos medios deflectores (53) comprenden al menos un deflector en forma de V invertida.

7. El aparato de una de las reivindicaciones precedentes, en el que dichos medios de corriente de aire (44) son multidireccionales para dirigir, desde una pluralidad de direcciones, una corriente de aire hacia la pieza colada, mientras ésta se encuentra en dicho horno (11, 111), para desalojar arena de la pieza colada.

8. El aparato de la reivindicación 1 ó 7, que comprende además medios (44, 46) para dirigir una corriente de aire sobre dichas partes retenidas del macho de arena con el fin de promover la combustión del aglutinante del mismo.

9. El aparato según una de las reivindicaciones precedentes, que comprende además medios de solera (34) para soportar la pieza colada dentro de dicho horno (11).

10. El aparato de las reivindicaciones 1 y 9 o las reivindicaciones 4 y 9, en el que dichos medios de retención (52) están dispuestos debajo de los medios de solera (34).

11. El aparato de la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque dichos medios de solera (34) comprenden al menos unos medios (36) para transportar la pieza colada a través de dicho horno (11).

12. El aparato de la reivindicación 11, que comprende además medios (46) para variar la dirección según la cual se dirige la corriente de aire hacia la pieza colada, a medida que se transporta la pieza colada a través de dicho horno (11).

13. El aparato según una de las reivindicaciones precedentes, que comprende además medios (23) para controlar el contenido de oxígeno dentro de dicho horno (11, 111) con el fin de optimizar la combustión del aglutinante.

14. El aparato según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el horno (11) define una pluralidad de zonas (16A-H) que están desplazadas espacialmente una de otra.

15. El aparato de las reivindicaciones 13 y 14, en el que dichos medios (23) para controlar el contenido de oxígeno dentro del horno (11, 111) proporcionan un 13-17% de oxígeno en zonas (16B, 16C) en las que tiene lugar la mayor parte de la combustión del aglutinante, y proporcionan un 10-13% de oxígeno en zonas (16A, 16D-H) en las que no tiene lugar la mayor parte de la combustión del aglutinante.

16. El aparato según una de las reivindicaciones precedentes, que comprende además medios (50) para recoger dichas partes de dicho macho de arena desalojadas de dicha pieza colada una vez que se ha quemado sustancialmente el aglutinante del mismo.

17. El aparato según la reivindicación 16, que comprende además medios transportadores (58) para transportar dichas partes recogidas de dicho macho de arena hacia fuera de dicho horno (11).

18. El aparato según la reivindicación 11, en el que los medios transportadores (36) transportan la pieza colada a lo largo de una trayectoria (26, 28) a través de la pluralidad de zonas (16A-H).

19. Un método para tratar térmicamente una pieza colada metálica que tiene un macho de arena y para regenerar arena del macho de arena, comprendiendo el macho de arena partículas de arena ligadas entre sí por un material aglutinante, definiendo el macho de arena una cavidad dentro de la pieza colada, y comprendiendo el método las etapas de: introducir una pieza colada, con al menos una parte del macho de arena en su interior, en un horno (11, 111), en el que el horno (11, 111) comprende una cámara de trabajo (15, 130); tratar térmicamente la pieza colada a una temperatura suficiente para quemar el material aglutinante del macho de arena mientras la pieza colada está dispuesta dentro de la cámara de trabajo (15, 130), con lo que se desalojan y caen de la pieza colada algunas partes del macho de arena; y dirigir una corriente de aire sobre dicha pieza colada, mientras ésta se encuentra en dicho horno (11, 111), para desalojar una parte de dicha arena de dicha pieza colada; caracterizado porque comprende además las etapas de regenerar, con unos medios de retención (52) dentro del horno (11, 111) estando dichos medios de retención (52) en comunicación térmica y gaseosa con la región (15, 130) de tratamiento térmico, al menos algo de la arena procedente de partes de las porciones de macho de arena desalojadas, con lo que se consigue la regeneración mediante el quemado adicional del material aglutinante de al menos partes de las porciones de macho de arena desalojadas.

20. El método de la reivindicación 19, en el que el horno (11) define una pluralidad de zonas (16A-H) que están desplazadas espacialmente una de otra, y en el que el método comprende además una etapa de transportar la pieza colada a lo largo de una trayectoria (26, 28) a través de la pluralidad de zonas (16A-H).

21. El método de la reivindicación 19 ó 20, en el que la etapa de regeneración comprende la etapa de retener partes del macho de arena que caen de la pieza colada antes de que se queme el material aglutinante del mismo, de tal modo que se queme material aglutinante de las partes retenidas del macho de arena.

22. El método de la reivindicación 21, en el que la etapa de retención se lleva a cabo dentro del horno (11, 111).

23. El método de la reivindicación 21, en el que la etapa de retención incluye además una etapa de dirigir una corriente de aire hacia las partes retenidas del macho de arena para promover la combustión del material aglutinante.

24. El método de la reivindicación 21, en el que la etapa de introducir la pieza colada en el horno (11, 111) se realiza antes de cualquier sacudimiento mecánico destinado a retirar partes significativas del macho de arena de la pieza colada, con lo que se evita un sacudimiento mecánico para retirar el macho.

25. El método según una de las reivindicaciones 19 a 24, en el que la etapa de regenerar comprende la etapa de habilitar una atmósfera oxigenada que incluye las etapas de introducir una cantidad mayor de oxígeno en zonas (16B, C) de la pluralidad de zonas calentadas (16) encontradas antes por la pieza colada, e introducir una cantidad menor de oxígeno en zonas (16D-H) de la pluralidad de zonas calentadas (16) encontradas después por la pieza colada.

26. El método de la reivindicación 25, en el que la etapa de introducir una cantidad mayor de oxígeno incluye una etapa de controlar el contenido de oxígeno dentro del horno (11) para proporcionar un 13-17% de oxígeno en las zonas (16B, 16C) de la pluralidad de zonas calentadas (16) encontradas antes por la pieza colada, y en el que la etapa de introducir una cantidad menor de oxígeno incluye una etapa de controlar el contenido de oxígeno dentro del horno para proporcionar un 10-13% de oxígeno en las zonas (16D-H) de la pluralidad de zonas calentadas (16) encontradas después por la pieza colada.

27. El método según una de las reivindicaciones 19 a 26, en el que la etapa de retener incluye además las etapas de disponer una criba (52) dentro del horno (11, 111) y colocada debajo de la pieza colada, en el que la criba (52) tiene unas aberturas que no son suficientemente grandes para dejar pasar partes del macho de arena mayores de un tamaño predeterminado, y en el que las aberturas son suficientemente grandes para dejar pasar partes del macho de arena que son del tamaño predeterminado, retener en la criba (52) partes del macho de arena que son mayores del tamaño predeterminado, para permitir una combustión adicional del material aglutinante del mismo, y liberar las partes retenidas del macho de arena después de que se haya quemado tal cantidad de material aglutinante del mismo que dichas partes retenidas sean lo suficientemente pequeñas como para pasar por la criba (52).

28. El método de la reivindicación 27, en el que la criba (52) es una criba de 0,63 cm, con lo que el tamaño predeterminado es 0,63 cm.

29. El método de la reivindicación 27, en el que las partes del macho de arena que han pasado por la criba (52) caen en unos medios colectores (50) dispuestos dentro del horno (11, 111).

30. El método de una de las reivindicaciones 19 a 29, en el que el método comprende además una etapa de dirigir la atmósfera oxigenada, desde una pluralidad de direcciones, contra la pieza colada, mientras ésta se encuentra en el horno (11, 111), para desalojar partes del macho de arena de la pieza colada.

31. El método de la reivindicación 30, en el que la etapa de dirigir incluye las etapas de dirigir una corriente de aire en una primera dirección en una primera zona de la pluralidad de zonas (16), y dirigir una corriente de aire en una segunda dirección en una segunda zona de la pluralidad de zonas (16), y en el que la etapa de transportar incluye una etapa de transportar secuencialmente la pieza colada a través de la primera zona y la segunda zona.

32. El método de una de las reivindicaciones 19 a 31, en el que la etapa de regenerar se lleva a cabo antes de cualquier actividad destinada a enfriar sustancialmente la parte de macho de arena liberado.