ES2240942T3 - Granulo inoculante para la inoculacion tardia de la fundicion. - Google Patents

Abstract

Un gránulo destinado a la inoculación tardía de fundiciones, obtenido mediante aglomeración de un inoculante en polvo, caracterizado porque la razón de masas de la fracción granulométrica 50 - 250 micrones del inoculante en polvo del cual está constituido el gránulo está comprendida entre el 35 y el 60%, y la razón de masas de la fracción granulométrica situada por debajo de 50 micrones es menor del 25%, y el inoculante en polvo tiene un tamaño de partícula inferior a 1 mm.

Description

Gránulo inoculante para la inoculación tardía de fundiciones.

Ámbito de la invención

La invención se refiere al tratamiento tardío, denominado "en el molde", aplicado a fundiciones líquidas destinadas a la fabricación de piezas para las cuales se desea obtener una estructura libre de carburos de hierro.

El tratamiento al que aquí se hace referencia es principalmente un tratamiento de inoculación.

El tratamiento "en el molde" consiste en colocar el producto para el tratamiento de la fundición en el sistema de colada de la misma.

Técnica anterior

La fundición es una aleación de hierro, carbono y silicio muy conocida y ampliamente utilizada para la fabricación de piezas mecánicas. Se sabe que a fin de lograr las propiedades mecánicas apropiadas para estas piezas, es necesario obtener al final del proceso una estructura de hierro + grafito, evitando al mismo tiempo en la medida de lo posible la formación de carburos de hierro del tipo Fe_{3}C que fragilizan la aleación.

De este modo, podría preferirse que el grafito formado sea esferoidal, si se requiriera una fundición a base de grafito esferoidal denominada "hierro SG", en lugar de ser laminar, si se requiriera una fundición a base de grafito laminar denominada "hierro LG", pero el requisito esencial que debe cumplirse es evitar la formación de carburo de hierro.

Con este fin, la fundición líquida es sometida antes de la colada a un tratamiento de inoculación que, a medida que la fundición se enfría, favorece la aparición de grafito y no la de carburo de hierro.

Por consiguiente, el tratamiento de inoculación es muy importante. De hecho, se sabe bien que la inoculación, sea cual fuere el inoculante utilizado, presenta con respecto a la fundición líquida una efectividad que se ve reducida con el tiempo y que por lo general ya se ha reducido en el 50% al cabo de unos pocos minutos. A fin de obtener la máxima efectividad, el experto en la técnica realiza generalmente una inoculación gradual, aplicando con este propósito varias adiciones de inoculantes en diferentes etapas de la elaboración de la fundición; la adición final se realiza "en el molde" a medida que se llenan los moldes o incluso en los conductos de alimentación de los moldes, mediante la inserción de aditamentos constituidos por un material inoculante en el recorrido de la fundición líquida. Estos aditamentos son utilizados por lo general en asociación con un filtro, en cuyo caso tienen generalmente una forma perfectamente definida, a fin de poder ser fijados al filtro, en la mayoría de los casos en una cavidad adaptada a tal efecto; estos aditamentos de forma definida se conocen como gránulos. Denominaremos "filtro inoculante" a la unidad constituida por la pella de inoculante y el filtro.

Existen dos tipos de gránulos:

- gránulos "moldeados" obtenidos mediante moldeo del inoculante fundido.

- gránulos aglomerados obtenidos a partir de un polvo comprimido, generalmente con muy poca cantidad de agente aglutinante o incluso sin agente aglutinante.

Los gránulos moldeados son considerados por el experto en la técnica como los de mejor calidad; no obstante, por razones de costo a menudo se prefieren en su lugar los gránulos aglomerados.

Objeto de la invención

El objeto de la invención es un gránulo destinado a la inoculación tardía de fundiciones, obtenido mediante la aglomeración de un inoculante en polvo, caracterizado porque la razón de masas de la fracción granulométrica 50 - 250 micrones del inoculante en polvo del cual está constituido el gránulo está comprendida entre el 35 y el 60%, y de preferencia entre el 40 y el 50%, y la razón de masas de la fracción granulométrica situada por debajo de 50 micrones es menor del 25%, y de preferencia es del 20%. El tamaño de partícula del polvo es de preferencia inferior a
1 mm.

Descripción de la invención

El experto en la técnica que realiza la inoculación en las diferentes etapas de la elaboración de la fundición, utiliza productos que son tanto más finos cuanto más tarde se agrega el inoculante al proceso; la lógica es que en la parte anterior de la corriente los productos dispongan de todo el tiempo necesario para disolverse, y que cuando lleguen a la entrada del molde sólo les falten unos pocos segundos para su solidificación.

De esta manera, la categoría de granulometría 2/10 mm es utilizada actualmente en la preinoculación, la de 0,2/2 mm durante el tratamiento de los calderos, y la de 0,2/0,7 mm para la inoculación del bebedero de colada cuando se vacía el metal en los calderos. De hecho, el solicitante ha observado en el taller de ensayos un fenómeno inespe-
rado:

Para una misma dosificación de inoculante, la cantidad de núcleos de grafito generados en la fundición líquida se ve incrementada con la cantidad de partículas de inoculante agregadas a la unidad de masa del inoculante.

Por consiguiente, si dos calderos de fundición son tratados en condiciones idénticas con un mismo inoculante, con dos distribuciones diferentes del tamaño de partícula, la fundición tratada con el producto más fino contendrá más núcleos de grafito que el tratado con el producto más grueso; el tamaño de estos núcleos también será más pe-
queño.

El mismo fenómeno ha sido observado durante un tratamiento "en el molde" con pellas aglomeradas; la fundición tratada con una pella obtenida a partir de un polvo más fino contendrá más núcleos de grafito que el tratado con un gránulo obtenido a partir de un polvo más grueso; el tamaño de estos núcleos también será más pequeño.

Esta observación completamente inesperada podría tener aplicaciones ventajosas, puesto que podría hacer posible controlar de la densidad de los núcleos de grafito en la pieza de fundición, y por consiguiente la estructura de la pieza fabricada.

Para obtener de esta manera gránulos que posean una máxima efectividad en términos de inoculación, el solicitante se vio inducido a preparar polvos a 0/1 mm, con una distribución interna del tamaño de partícula definida de la siguiente manera:

Fracción que pasa hasta 1 mm: 100%.

Fracción entre 50 \mu y 250 \mu: 35% a 60%, y de preferencia 40% a 50%.

Fracción por debajo de 50 \mu: menos del 25% y de preferencia menos del 20%.

Un polvo de este tipo se aglomera fácilmente, lo cual posibilita operar con proporciones menores de agente aglutinante. De este modo, con el silicato de sodio, que es un agente aglutinante bien conocido, dosis de 0,3 cm^{3} por 100 g de polvo hasta 3 cm^{3} por 100 g de polvo son suficientes, de conformidad con la presión empleada, que puede variar desde 50 hasta 500 Mpa; considerando que el comportamiento mecánico de los gránulos se adquiere fácilmente, los parámetros de presión y porcentaje de agente aglutinante pueden ser utilizados para controlar la velocidad de disolución del gránulo y no su comportamiento mecánico.

Sin embargo, la experiencia muestra que la distribución del tamaño de partícula antes definida no puede obtenerse mediante trituración natural; la preparación de un polvo que tenga esta distribución del tamaño de partícula requiere una dosificación de fracciones de cada tamaño preparadas aisladamente.

La composición del inoculante puede obtenerse mediante la mezcla de polvos de productos elementales distintos, o en forma de un polvo de aleación, o mediante la mezcla de polvos de distintas aleaciones.

Ejemplos

Los siguientes ejemplos 1 a 5 tratan de fundiciones SG; el ejemplo N° 6 se refiere a un caso de fundición LG.

Ejemplo 1

Se adquirió y analizó un lote A de gránulos inoculantes de uso comercial pertenecientes a la técnica anterior; este análisis dio lo siguiente:

Si = 72,1%, Al = 2,57%, Ca = 0,52%

Luego, se tomó un lote de inoculante fundido de una composición lo más similar posible a la del lote anterior y se procedió a sintetizarlo en el horno de inducción a partir de FeSi 75, cuya resistencia fue corregida mediante la adición de siliciuro de calcio, aluminio y luego hierro; con este lote de inoculante se procedió luego a moldear gránulos de
25 g.

El muestreo y análisis de este lote de gránulos B dio lo siguiente:

Si = 72,4%, Al = 2,83%, Ca = 0,42%

Ejemplo 2

Se procedió a fundir una carga de fundición en el horno de inducción y se la trató mediante el método Tundish Cover por medio de una aleación del tipo FeSiMg con 5% de Mg, 2% de Ca y 2% de TR a la dosis de 20 kg por 1600 kg
de fundición.

El análisis de esta fundición líquida dio lo siguiente:

C = 3,7%, Si = 2,5%, Mn = 0,09%, P = 0,03%, S = 0,003%, Mg = 0,042%.

Su temperatura eutéctica fue de 1141°C.

Esta fundición fue utilizada para moldear piezas con una masa unitaria de aproximadamente 1 kg, colocadas en grupos en un molde de 20 piezas alimentado por un conducto de entrada, en el cual se colocó un gránulo moldeado sostenido por un filtro constituido por una espuma refractaria con un diámetro de poros promedio de 5 mm.

El gránulo moldeado utilizado provino del lote B.

La cantidad de nódulos de grafito observados mediante metalografía en la sección transversal de las piezas fue de 184/mm^{2}.

Ejemplo 3

Se reprodujo de manera idéntica el ejemplo N° 2, con la única diferencia que el gránulo moldeado proveniente del lote B fue reemplazado por un gránulo aglomerado de conformidad con la técnica anterior, que se obtuvo comprimiendo hasta 0/2 mm un polvo obtenido mediante trituración natural de gránulos moldeados tomados del mismo lote B que el gránulo utilizado en el ejemplo anterior.

La distribución del tamaño de partícula de este polvo fue:

Fracción que pasa hasta 2 mm: 100%

Fracción que pasa hasta 0,4 mm: 42%; Fracción que pasa hasta 0,2 mm: 20%; Fracción que pasa hasta 50 \mu; 10%, es decir una distribución del tamaño de partícula bastante cercana a la recomendada en la patente Foseco EP 0.234.825.

La cantidad de nódulos de grafito observados mediante metalografía en la sección transversal de las piezas fue de 168/mm^{2}.

Ejemplo 4

Se reprodujo de manera idéntica el Ejemplo N° 3, con la única diferencia que el gránulo moldeado provino del lote A. La cantidad de nódulos de grafito observados mediante metalografía en la sección transversal de los gránulos fue de 170/ mm^{2}.

Ejemplo 5

Se repitió el ejemplo N° 3 en las siguientes condiciones:

Se trituró hasta 0/1 mm un lote de 25 kg de gránulos moldeados provenientes del lote B.

Se separaron mediante tamizado las fracciones 0,63/1 mm; 0,40/0,63 mm; 0,25/0,40 mm; 0,050/0,25 mm y
0/0,050 mm.

Se obtuvo: 3,5 kg de 0,63/1 mm; 3,9 kg de 0,40/0,63 mm; 4,2 kg de 0,25/0,40 mm; 7,1 kg de 0,050/0,25 mm y
6,1 kg de 0/0,050 mm.

Se preparó un polvo de síntesis mezclando:

2 kg de 0,63/1 mm, 2 kg de 0,40/0,63 mm, 2 kg de 0,25/0,40 mm, 7 kg de 0,050/0,25 mm, y 2 kg de 0/0,050 mm.

A estos 15 kg de polvo se les agregó: 150 cm^{3} de silicato de sodio y 150 cm^{3} de hidróxido de sodio 10 N.

La mezcla obtenida fue utilizada para fabricar gránulos aglomerados de forma cilíndrica de 24 mm de diámetro y 22 mm de altura. La presión ejercida sobre el gránulo para darle forma fue de 285 Mpa durante 1 segundo.

Los gránulos conformados fueron almacenados a 25°C durante 8 horas en un sitio cuidadosamente ventilado, y luego fueron secados en horno a 110°C durante 4 horas. Los gránulos obtenidos, de una masa unitaria de 25 kg, constituyeron un lote denominado lote C.

Se repitió luego el ejemplo N° 3 con gránulos provenientes del lote C formando un conjunto con un filtro de espuma cerámica idéntico al utilizado en el ejemplo N° 2.

La cantidad de nódulos de grafito observados mediante metalografía en la sección transversal de las piezas fue de 234/ mm^{2}.

Ejemplo 6

Se repitió el ejemplo N° 5 en las siguientes condiciones:

Se procedió a fundir una carga de 1600 kg de fundición en un horno de inducción: se tomó una muestra del metal líquido y se la analizó.

El análisis dio:

C = 3,15%, Si = 1,82%, Mn = 0,71%, P = 0,15%, S = 0,08%.

Su temperatura eutéctica fue de 1136°C.

Esta fundición fue utilizada para moldear piezas con una masa unitaria de aproximadamente 1 kg, colocadas en grupos en un molde de 20 piezas alimentado por un conducto de entrada, en el cual se colocó un gránulo moldeado sostenido por un filtro constituido por una espuma refractaria con un diámetro de poros promedio de 5 mm.

El gránulo moldeado utilizado provino del lote C.

La cantidad de celdas eutécticas observadas mediante metalografía en la sección transversal de las piezas fue de 310/ mm^{2}.

Claims (4)

1. Un gránulo destinado a la inoculación tardía de fundiciones, obtenido mediante aglomeración de un inoculante en polvo, caracterizado porque la razón de masas de la fracción granulométrica 50 - 250 micrones del inoculante en polvo del cual está constituido el gránulo está comprendida entre el 35 y el 60%, y la razón de masas de la fracción granulométrica situada por debajo de 50 micrones es menor del 25%, y el inoculante en polvo tiene un tamaño de partícula inferior a 1 mm.

2. Un gránulo según la reivindicación 1, caracterizado porque la razón de masas de la fracción granulométrica 50 - 250 micrones del inoculante en polvo del cual está constituido el gránulo está comprendida entre el 40 y el 50%, y la razón de masas de la fracción granulométrica situada por debajo de 50 micrones es menor del 20%.

3. Un gránulo según una de las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque el inoculante en polvo utilizado para la preparación del gránulo es una mezcla de dos o más aleaciones de polvo inoculante.

4. Un gránulo según una de las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque el inoculante en polvo utilizado para la preparación del gránulo es una mezcla de dos o más productos que constituyen un inoculante heterogéneo.