MXPA03005237A

MXPA03005237A - Tratamiento de metales fundidos moviendo un arco electrico.

Info

Publication number: MXPA03005237A
Application number: MXPA03005237A
Authority: MX
Inventors: Nadam Dror
Original assignee: Netanya Plasmatec Ltd
Priority date: 2000-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2005-04-08
Also published as: RU2296034C2; JP4099062B2; US20050098298A1; IL140246A; NO20032650D0; CA2431136A1; AU2247802A; CN1489500A; PL202531B1; AU2002222478B2; PL361688A1; RU2003120795A; WO2002047850A1; BR0116090B1; BR0116090A; EP1358030A4; KR100939699B1; IL140246A0; US7243701B2; CN1273245C

Abstract

Un aparato (10) y un metodo para reducir las inclusiones, sopladuras de contraccion, porosidad y segregacion en fundiciones de metal durante el proceso de fundicion y para mejorar la estructura del grano, propiedades mecanicas y produccion de lingotes y otras fundiciones. El aparato (10) comprende: al menos un electrodo (14) para formar un arco electrico en movimiento (16) en la superficie superior (18) de una fundicion metalica (12) que esta siendo fundida y un bastidor (20) para suspender el electrodo (14) del arco electrico en la superficie superior (18) de la fundicion metalica (12) durante o despues del proceso de vertido y un segundo electrodo (24) que se puede adherir a una superficie metalica (26) del molde (28) que esta siendo utilizado para fundicion, para terminar un circuito electrico (30), incluyendo el arco electrico (16) y controles electronicos (32) conectados entre el aparato (10) y un suministro de energia (34).

Description

TRATAMIENTO DE M ETALES FU N DI DOS MOVIEN DO U N ARCO ELÉCTRICO Cam po del Invento La presente invención se refiere a mejoras en la fund ición de metales tanto ferrosos como no ferrosos . Más particularmente, la presente invención proporciona un aparato y un método para reducir inclusiones , sopladuras de contracción, porosidad y segregación en fundiciones de metal durante el proceso de fund ición, y para mejorar la estructura del grano, o las propiedades mecánicas y la producción de lingotes y otras fundiciones. Antecedentes del I nvento Aunque se han fundido metales durante miles de años , hasta la fecha han permanecido ciertas d ificultades para producir fund iciones con una perfecta gravidez. Durante el proceso de fundición , conforme se vierte el metal líquido en u n molde de fundición, el l íquido se enfría y sol idifica primero en proximidad con las paredes del molde y posteriormente también en el centro de la fundición. Debido a que el proceso de enfriamiento está acompañado por una contracción substancial , normalmente en su región central superior se forma un h ueco o huecos , referidos como soplad uras de contracción en la fund ición . En la prod ucción de acero, las sopladuras de contracción originan la expu lsión del 5 al 20% de la parte superior del lingote, la cual se corta y deshecha. Un intento para red ucir la pérdida originada por las sopladuras de contracción , es desoxidizar parcialmente el acero suave en el caldero, de modo que la soplad ura de contracción se transforme en numerosas sopladuras peq ueñas distribuidas que posteriormente pueden ser cerradas med iante enrollado. La solución más general para este problema es el uso de u na tapa exotérmica o de aislamiento de calor, ya sea med iante placas o polvo. La tapa caliente permite mantener un depósito de metal fundido en la parte superior del lingote, con el objeto de alimentar las soplad uras que se encuentran en el metal fu ndido. Ocurre un tipo de desperd icio similar durante la fundición de arena normal . Con el objeto de asegurar que el molde se llene completamente, se utilizan varias tuberías de elevación grandes para facilitar la entrada del metal en el molde. Antes de que la fundición abandone el tal ler de fundición, las tuberías de elevación se cortan y se desechan . U n efecto adicional en la fu ndición de aleaciones de metal , es la formación durante el enfriamiento de las dend ritas, que se forman d urante la solidificación en la forma de varios puntos en la masa fundida que toman una estructura de celosía. Durante la formación de las dendritas, las impu rezas, tales como óxidos metálicos y nitriros, se empujan hacia fuera para formar una frontera de grano de cristal , formando ésta última un sitio para el inicio de grietas en el componente terminado. U na concentración de estas impurezas se refiere como inclusiones . El diseño cuidadoso del molde y las bajas tem peraturas al momento del vertido pueden combatir hasta cierto punto este problema. Los gases procedentes de la atmósfera, y otras fuentes, también están presentes en el metal líq u ido, siendo estos la principal causa de la porosidad de la fundición . Las inclusiones de hidrógeno, oxígeno y otros gases pueden reducirse en gran parte fundiendo aleaciones l íq u idas en una cámara de vacío, pero el proceso es únicamente económico para la producción de aleaciones de la más alta calidad . En la actualidad la fundición contin ua es el método principal para producir lingotes de metal largos (bil letes, lupias y barras), las cuales se cortan a cualquier longitud requerida después de q ue se completa la sol idificación . En el sistema más utilizado, el metal se vierte en forma contin ua desde un recipiente en un molde enfriado con agua . La varilla de metal se recorre hacia delante por medio de rod illos y se enfría mediante chorros de agua. Con este método pueden aparecer también problemas de porosidad , impurezas, grietas y tamaño g rueso del grano, y se ha realizado m ucho esfuerzo para combatir estos problemas. En la Patente Norteamericana No. 4,307,280 de Ecer, se describe un método para llenar huecos de fundición después de q ue ya han sido formados. El hueco necesita ser detectado y trazado, después de lo cual se presiona la fundición entre dos electrodos y una corriente suficiente para originar que se aplique u na fu nd ición local cerca del h ueco. Se dice que el hueco i nterno será colapsado de este modo y q ue migra hacia la superficie para originar que se pueda llenar un hoyuelo. El método por supuesto no aplica para la eliminación de incl usiones sólidas, tales como sulfuros y si licatos . La apl icación de presión con rod il lo al lingote durante la fundición conti n ua , se propone en la Patente Japonesa No. J P56050705A2 de Fukuoka y asociados. Se menciona la presión para evitar la generación de grietas en la parte del fondo de la ranura de fundición . El rodillo se localiza en el punto en donde se endereza el doblez del lingote. Obviamente este proceso no ayuda en la red ucción de incl usiones o en la mejora de la microestructura de metal . La Patente Norteamericana No. 4,770 ,724 de Lowry y asociados, descri be un método inusual de fundición continua de metales que propone eliminar huecos e imperfecciones y prod ucir un producto homogéneo denso. Esto se log ra forzando a que el metal fluya hacia arriba contra la gravedad , por medio de un campo electromagnético que también proporciona fuerzas de contención . Este proceso se li mita a una pequeña sección transversal y no puede ser aplicado para barras o l upias de lingote. Sumario del Invento Por lo tanto, uno de los objetos de la presente invención es eliminar las desventajas de los métodos de fu ndición de la técnica anterior y proporcionar un método y aparato mejorados para producir l ingotes y otras fundiciones de mejor cal idad. Es u n objeto adicional de la presente invención, proporcionar un aparato que romperá las dendritas en pequeñas piezas y por lo tanto, red ucirá el tamaño del grano de la fu ndición terminada. Aún otro objeto de la presente invención , es agitar el metal l íquido durante la solid ificación para mejora r la homogeneidad y permitir incl usiones y gases de densidad ligera en la superficie de la fundición . La presente invención logra los objetos anteriores proporcionando un aparato para reducir las sopladuras de contracción, inclusiones, porosidad y tamaño del grano en fundiciones metálicas y para mejorar la homogeneidad en éstas, en donde el aparato comprende: a) al menos un electrodo para formar un arco eléctrico en movi miento en la superficie superior de una fundición metálica que está siendo fundida ; b) un bastidor para suspender el electrodo de arco eléctrico en la superficie superior de la fundición metálica durante o después del vertido; c) un segundo electrodo que se puede adherir a una superficie metálica del molde que está siendo utilizado para fundición , para completar un circuito eléctrico incl uyendo el arco eléctrico ; y d) controles electrónicos conectados entre al aparato y un suministro de energ ía. En una modalidad preferida de la presente invención , se proporciona un aparato de fundición de arco eléctrico, en donde se proporcionan m últiples electrodos , pudiéndose colocar cada electrodo en al menos una de las tuberías en elevación de una fundición de molde permanente o de arena para producir arcos eléctricos en movimiento separados en cada tubería en elevación. En un proceso preferido de la presente invención , se proporciona un método para red ucir sopladuras de contracción, incl usiones, porosidad y tamaño de grano en fundiciones metálicas y para mejorar la homogeneidad y prod ucción en las mismas, en donde el método comprende: Paso a) verter un metal l íquido en un molde ; paso b) proporcionar un electrodo de arco eléctrico y colocar el mismo ligeramente arriba de la superficie superior del metal fundido; paso c) aplicar la corriente eléctrica al electrodo para formar una arco entre el electrodo y la superficie superior del metal l íquido, para agitar el metal l íquido, para romper las dend ritas g ruesas sí están presentes , y para mantener un grupo de metal fund ido central para llenar los huecos que se forman en la fundición debido a la contracción por enfriamiento; y paso d) mover en forma continua el arco eléctrico en la superficie superior apl icando una corriente eléctrica . A continuación se describirán aú n otras modalidades del método y aparato de la presente invención . En la Patente Norteamericana No. 4,756 ,749 de Praitoni y asociados, se describe y reclama un proceso para fu ndir en forma continua acero procedente de un recipiente que tiene varias boquillas de fundición . Mientras está en el recipiente, el acero se somete a calentamiento adicional , el cual en la reivi ndicación 5 es un soplete de plasma de arco transferido . En la Patente Norteamericana No. 5,963,579 de Henryon , se describe u n proceso similar. La absorción de gas puede ocurrir nuevamente mientras que el metal se vierte desde el recipiente hasta el molde, y no se proporciona solución para porosidad y segregación . En contrad icción a esto, la presente invención describe un método a aparato para aplicar un arco eléctrico en movimiento d irectamente a la superficie superior de la fundición durante la solidificación . Las ventajas de tal ajuste, las cuales han sido manifestadas , resultan de la agitación del metal en el molde durante la propia fundición . Tal agitación justo antes de la solidificación , rompe las dendritas gruesas en sólidos más pequeños, tal como se observa en la figura 9 , y mejora por lo tanto la estructura del grano. La agitación también permite que surjan burbujas de gas en la parte superior del líquido y que se escapen . Se eliminan completamente las sopladuras de contracción , y las concentraciones de impurezas se rompen y d ispersan . Por lo tanto se considera que el aparato novedoso de la presente invención , sirve para mejorar en g ran parte la calidad y homogeneidad de las fundiciones, y para lograr una dureza más consistente en las mismas, tal como será claramente evidente a partir de las fotografías comparativas y datos adicionales que se apreciarán en las figuras.

Quedará entendido que el método y aparato que se describirán han sido probados en la práctica . Por ejemplo, para cumpl ir con los objetos de la presente invención se ha construido y operado un aparato de doce cabezas para la fundición con arena de cabezas de cilindro de acuerdo con las reivindicaciones 8 y 17 de la misma. En la figura 1 5 también se muestra un ejemplo de la red ucción del volumen de la tubería en elevación y el incremento en productividad de la fund ición . Breve Descripción de las Figuras La presente invención será descrita de manera adicional con referencia a los dibujos que la acompañan, los cuales representan a manera de ejemplo las modalidades preferidas de la presente invención. Se muestran detalles estructurales únicamente en la medida que son necesarios para la comprensión fundamental de la presente invención . Los ejemplos descritos , junto con los dibujos, podrán ser apreciados por los expertos en la técnica como un ejemplo de cómo se pueden realizar formas adicionales de la presente invención. La figura 1 , es u na vista en detalle del arco eléctrico que aplica electrodos de arco eléctrico en el metal líquido en un molde, y es u na vista esquemática que muestra la distribución del flujo de corrientes eléctricas en una fundición . La figura 2 , es una vista en elevación de una modalidad preferida del aparato de acuerdo con la presente invención ; La figu ra 3 , es u na vista seccionada en detalle de la colocación de un electrodo sobre el metal líquido. La figura 3a muestra una modalidad abastecida con una bobina electromagnética para incrementar la velocidad radial del arco eléctrico; La figura 4, es una vista en detalle seccionada de una modalidad abastecida con un ajuste para evitar que el polvo de fundición llegue a la zona de operación del arco. La figura 5, es una vista seccionada de una modalidad, en donde el metal se vierte a través del centro del electrodo; La figura 6, es una vista en planta en diagrama de un ajuste abastecido con electrodos múltiples; La figura 7, es una vista esquemática de la rotación de un electrodo de arco por medio de un gas argón; La figura 8, es una vista esquemática de una cuchilla formada que recorre el electrodo de arco; La figura 9, es una comparación de dendritas en una fundición convencional y una fundición de acuerdo con la presente invención, estando el tamaño de los granos y dendritas muy exagerado; Las figuras 10 y 11 comprenden fotografías comparativas de una estructura de grano de lingote de acero de 10 toneladas; La figura 12, muestra gráficas que ilustran y comparan el tamaño de grano de la austenita; La figura 13, muestra gráficas que ilustran y comparan la dureza en varias ubicaciones del lingote; La figura 14, es una comparación de los huecos del lingote en una fundición convencional y en una fundición de acuerdo con la presente invención; y La figura 15, es una comparación del tamaño de la tubería en elevación en una fundición con arena convencional y la misma fundición con arena de acuerdo con la presente invención. Descripción Detallada del Invento Volviendo a la figura 1, es una vista detallada del electrodo de arco eléctrico 14 que aplica un arco eléctrico 16 sobre un metal líquido 12 en un molde 28, creando de éste modo una distribución de corrientes eléctricas 5 en la fundición. Este es el principio básico que lleva a cabo la fundición. En la figura 2, se muestra un aparato 10 para producir fundiciones de metal 12 utilizando el método que se describirá con referencia a la figura 1. El aparato 10 produce fundiciones metálicas que tiene algunos o ningunos huecos, reduce inclusiones, porosidad y tamaño de grano y mejora la homogeneidad, tal como se describe con referencia a las figuras de la 10 a la 14. El aparato 10 soporta un electrodo de arco eléctrico 14, el cual cuando se energiza forma un arco eléctrico en movimiento 16 sobre la superficie superior 18 de un metal líquido 12 que está siendo fundido: Un bastidor 20 y un brazo 22 suspenden el electrodo 14 sobre la superficie superior 18 después o durante el proceso de vertido. El brazo 22 tiene una altura ajustable para que el electrodo 14 pueda colocarse arriba de la superficie de metal 18. Se adhiere un segundo electrodo 24 a una superficie metálica 26 del molde 28 que está siendo utilizado para fundición, para completar un circu ito eléctrico 30 que i ncl uye el arco eléctrico 1 6 , q ue se observa con un mejor efecto en la figu ra 3. El molde 28 puede ser enfriado con agua. Los controles electrónicos 32 que se utilizan para controlar la corriente y el movimiento del arco están conectados entre el aparato 1 0 y un sumin istro de energía 34. Preferentemente, el suministro de energía 34 produce una corriente CD (también son adecuados una corriente AC, un estabilizador RF, etc. ), y se conecta a la terminal positiva hacia el electrodo 14, estando conectada la terminal negativa a una parte del metal 26 del molde 28. Con referencia al resto de las figuras, se han utilizado números de referencia similares para identificar partes similares. Haciendo referencia ahora a la fig ura 3a , se observa con detal le un aparato de fundición de arco eléctrico 42 que puede incluir como u na opción , una bobina eléctrica 44 adyacente al electrodo 14. Cuando la bobina 44 se energiza incrementa el movimiento radial del arco eléctrico 1 6 en u n movimiento giratorio sobre la superficie 18 de la fundición 1 2 e incrementa la velocidad del arco eléctrico. La figura 4, il ustra con detalle un aparato de fundición 46 para producir fundiciones metálicas limpias en un molde 28, tal como se aprecia en la figura 2. El electrodo 50 está hueco, y lo suficientemente grande para acomodar una tubería de alimentación de gas 52. La tu bería 54 y los controles 32 que se observan en la figura 2, dirigen una corriente de u n gas inerte, tal como argón , a través del hueco del electrodo 50 que se encuentra sobre la superficie superior 36 del lingote 48 que está siendo fundido. El chorro de gas 56 sirve para evitar que la superficie de metal se oxide y se capte el nitrógeno, y para la eliminación de impurezas no metál icas , tales como un polvo de fundición 58 de la superficie superior 36. De manera conveniente se proporciona un anillo de protección refractario 60 , elaborado preferentemente de un material de cerámica, el cual está colocado en la superficie superior 36 del lingote 48. El anillo 60 mantiene la exclusión de las impurezas no metálicas, tales como polvo de fund ición de la superficie 36. Haciendo referencia ahora a la figura 5, se i lustra con detal le un aparato de fundición continua 62. Un electrodo hueco 64 es lo suficientemente g rande para permitir que haya una inserción a través de la boq uilla de la fundición 66 q ue recibe el metal 68 procedente del recipiente 70 , arriba y que vierte el metal 68 en el molde 72. Como una opción , al menos una parte del molde 72 es metálica y sirve como un componente de un circuito eléctrico 74 el cual impulsa en forma magnética el arco eléctrico, tal como se observa en la figura 1 , hacia el centro de la fu ndición 76. El diag rama muestra dos circuitos eléctricos 30, 74. El circuito de alta potencia interna 30 proporciona potencia para formar el arco eléctrico 1 6. El circuito de baja potencia exterior 74 conecta el recipiente 70 al molde 72 y es para estabilizar el control del arco eléctrico , y dirigir el arco hacia el centro del molde 72.

La figura 6, muestra un aparato de fundición de arco en movimiento 78 abastecido con electrodos múltiples 14. Cada electrodo 14 está colocado sobre una de las tuberías en elevación de una fund ición de molde de arena grande o permanente, por ejemplo una cabeza de cilindro . Cada electrodo 14 tiene un motor por separado 82 y un circuito eléctrico 30 y tiene la capacidad de energizar y producir su propio arco eléctrico en movimiento sobre la tubería en elevación en la cual está colocado. Ya q ue se facilita en gran parte el flujo a través de las tuberías en elevación mediante el arco eléctrico, algunas tuberías en elevación , y de tamaño más pequeño , se pueden utilizar en comparación con la fundición convencional . Este asunto se il ustrará de manera adicional en la figura 1 5, en donde se puede observar la tubería en elevación . De la fig ura l a la figura 14 ilustran un método para reducir huecos , inclusiones, porosidad y tamaño de grano en fundiciones metálicas y para mejorar la homogeneidad en las mismas, a través del uso de un arco eléctrico 16. El método comprende los sig uientes pasos. PASO A. Verter un metal líquido, ya sea ferroso o no ferroso, en un molde 28 q ue tiene un componente eléctricamente conductivo 26. PASO B . Proporcionar u n electrodo de arco eléctrico 14 y colocar el mismo ligeramente arriba, normalmente de 2 a 20 mm , de la su perficie su perior del metal fu nd ido; PASO C . Aplicar una corriente eléctrica al electrodo 14 para formar un arco entre el electrodo 14 y la superficie superior del metal l íqu ido 1 8. En el método preferido de la presente invención, la corriente es CD . El arco mueve en forma continua la cara inferior 85 del electrodo 14, para quitar el metal l íquido, para romper las dendritas (figura 9), sí están presentes, y para mantener un grupo de metal fu ndido central para llenar los h uecos que se forman en la fundición debido a la contracción por enfriamiento . Las corrientes eléctricas que su rgen de la aplicación del arco, se representan a través de las flechas 5 en la figura 1 . Se produce un vortex fuerte mediante esta agitación , el cual permite que las burbujas de gas y las inclusiones de baja densidad alcancen la superficie de la fundición . La figura 7: muestra el aparato de electrodo 84 para girar en forma contin ua un arco eléctrico 1 6 que incl uye dos tubos de gas argón 86 localizados dentro de un electrodo hueco de grafito 88 en forma tangencial a su contorno. Tal como se mencionó anteriormente los chorros de argón verticales 90 empujan el arco 6 para girar en forma contin ua , además de evitar la oxidación y la captación de nitrógeno y la el iminación de material no metálico , tal como polvo de fundición . La fig ura 8 ilustra un electrodo formado por cuchillas 92 para correr en forma contin ua un arco eléctrico en una sola dirección , cuando se necesite una trayectoria de arco abierto alargado, por ejemplo en un molde alargado 97. El aparato contiene un grupo de núcleos ferromag néticos 94 en forma de herrad u ra un electrodo formado por cuch illa 96 y un g rupo de bobinas 98. Al aplicar corriente eléctrica al electrodo 96 se inicia un arco 1 6, posteriormente el arco opera para correr desde el punto de arranque 93 hasta el otro extremo del electrodo 1 03 mediante un campo magnético creado por las bobinas 98 y el núcleo ferromag nético 94. Con el objeto de arrancar un arco 1 6 , es necesario crear una peq ueña brecha entre el borde del electrón 93 y la superficie del metal fundido 95. Se crea el arranq ue de un arco 1 6 con la ayuda de un oscilador 99 que se conecta al circuito eléctrico 1 01 que conecta el electrodo 96 , el metal 95 y el imán al suministro de energ ía 34. El arco en el extremo 93 origina que corra a alta velocidad hacia el punto 1 03 a lo largo de la superficie que trabaja con electrodos. En el punto 1 03 , el arco se frena y al mismo tiempo el oscilador arranca el otro arco en el punto 93. Haciendo referencia n uevamente a la figura 1 , la figura 4 y ahora también a la fig ura 5 , se describirá un método de fundición para lingotes metálicos (así como fund ición continua) 28 y 72, incl uyendo el uso de polvo de fundición 58. El polvo de fundición contiene óxidos y carbono, y se introduce en el molde 28 mientras que tiene lugar el proceso de vertido. El polvo protege el metal de la oxidación y sirve como u n lubricante entre las paredes del molde y el lingote 48. PASO A. Verter un metal liqu ido 48 ó 76 en u n molde 28 ó 72. PASO B. Remover el polvo de fundición de la superficie superior 36 de un metal l íquido que se encuentra en un lingote 46 q ue está siendo fundido mediante estallado en un gas inerte, tal como argón . Preferentemente se retiene una corriente de gas inerte hasta q ue se termina la fu nd ición para proteger la fundición de la oxidación y captación de nitrógeno mientras aun está parcialmente líqu ida. PASO C . Evitar el regreso del polvo de fund ición colocando u n anillo de protección refractaria 60 en la superficie superior 36 de la fundición . PASO D . Proporcionar un electrodo de arco eléctrico 50 y colocar el mismo ligeramente arriba de la superficie superior 36 del metal fu ndido. PASO E. Aplicar una corriente eléctrica al electrodo 50 para formar un arco eléctrico 1 6 entre el electrodo 50 y la superficie superior 36, para quitar el metal líquido 48, para romper las dend ritas gruesas si están presentes , para permitir q ue las impurezas de densidad l igera incl uyendo gases alcancen la superficie superior, y para mantener un grupo de metal fundido central para llenar los huecos q ue se forman debido a la contracción por enfriamiento. PASO F. Mover en forma continua el arco eléctrico 16 sobre la superficie superior. Tal movimiento tiene l ugar automáticamente con un electrodo formado correctamente 50. Haciendo referencia nuevamente a la figu ra 6 , se utiliza el siguiente método de fundición para prod ucir una fu ndición con arena grande 80, siendo alimentado el metal a través de una pluralidad de tuberías en elevación. PASO A. Fundir un metal liquido en un molde 80. PASO B. Proporcionar una pluralidad de electrodos de arco eléctrico separados 14 y colocar cada electrodo 14 ligeramente arriba de la superficie superior de cada tubería en elevación. PASO C. Aplicar un corriente eléctrica a los electrodos 14 para formar un plasma en movimiento entre los electrodos y las superficies superiores del metal líquido. Haciendo referencia de la figura 9, se ilustra el proceso de solidificación de dos fundiciones 100, 102 en el proceso de formar dendritas 104, los cuales se muestran, para propósitos ilustrativos, a una escala muy grande. El diagrama muestra la solidificación adyacente a las paredes 106 y la parte del fondo 108 del molde 110 del metal fundido 112, que permanecen en su región central. El molde 110a mostrado a la izquierda, contiene una fundición convencional la cual tiene zonas de crecimiento de columna amplias 114a, que comienzan en las paredes del molde 106 y terminan en las dendritas 104. El molde 110b mostrado a la derecha, contiene una fundición 102 la cual ha sido producida a través del método de la presente invención. Se muestran zonas de crecimiento columnar angostasl 14b, comenzando en las paredes de molde 106 y terminando en las dendritas rotas 116, formando los segmentos de ramificación 118 cristales pequeños nuevos. Las ramificaciones de dendritas fueron rotas mediante la acción de agitación del plasma del arco de recorrido, y sirven para formar pequeños centros de cristalización nuevos . La figura 1 0 muestra la microestructura de dos lingotes de acero inoxidable de 1 0 toneladas. Las muestras fueron cortadas de l ugares en el centro del lingote desde cerca de la parte superior, a la parte de en medio y el fondo de cada lingote. Los diagramas son grabados a una magnificación de 50X. A la izq uierda se encuentran fotografías 1 20 , 122, 124 de los grabados, tomadas de un lingote de fundición en forma convencional , que muestra una estructura de grano grueso y una deficiente homogeneidad . A la derecha se encuentran las fotografías 1 26 , 1 28, 1 30 de los grabados, tomadas de un lingote de fund ición producido a través del método de la presente invención, que muestra una estructu ra de grano más fina y una homogeneidad muy mejorada . La fig ura 1 1 muestra una microestructura de dos lingotes de AISilOMg de 1 0 kg . Las muestras fueron cortadas desde un lugar cerca de la parte superior del lingote. Los diagramas son grabados a una magnificación de 125X. A la izquierda se muestran las fotografías 1 32 , 1 34, 136 tomadas de los grabados de un lingote de fundición convencional , que m uestran una estructura de grano gruesa y una deficiente homogeneidad . A la derecha se encuentran las fotografías 1 38, 140, 142 de los grabados tomadas de un lingote de fund ición producido a través del método de la presente invención , que muestra una estructura de grano más fina y una homogeneidad muy mejorada .

Las g ráficas de la figura 12 muestran el tamaño de grano de austenita de dos barras de acero , tal como se mide en tres lugares con respecto a la long itud 144, 146, 148 y con respecto al rad io, que proporciona nueve medidas para cada barra. La austenita, o hierro gama, en una solución de carbono sólida en hierro, y su tamaño de grano es importante en cualquier acero que sea tratado con calor. Las l íneas de la gráfica que unen los cuadros se refieren a una barra de acero elaborada de un lingote de fund ición de manera convencional . Las l íneas que conectan los puntos redondos, se refieren a un lingote tratado a través del método de la presente invención . Los resultados muestran que el tamaño de grano se reduce en todas las posiciones , fl uctuando la mejoría desde insignificante en el centro de la parte del fondo del li ngote, hasta una mejoría con un factor de 7 en el centro superior del mismo. En la figu ra 13 se observan g ráficas de comparación con relación a la d ureza de los dos lingotes de acero de 1 .6 toneladas 1 54, 1 56 observados en la figura 1 4. La d ureza fue medida en la superficie lateral 1 50 y en la zona axial 1 52 de cada lingote en 6 alturas desde la parte del fondo del lingote. Tal como se muestra en la figura 1 1 , las l íneas de la gráfica que tienen los cuadros se refieren a un lingote elaborado de una fundición convencional , en tanto que las líneas q ue conectan los pu ntos redondos se refieren a un lingote tratado a través del método de la presente invención . Los lingotes de fund ición convencional muestran una variación mucho mayor que el lingote producido a través del método de la presente invención. Haciendo referencia ahora a la figura 14, se muestran fotografías de los dos lingotes de acero de 1.6 toneladas 154, 156 referidos previamente en la figura 13, después de ser cortados en forma axial a través de su centro y de ser pulidos. El lingote fundido de manera convencional 154 muestra huecos sustanciales 158, debido a las sopladuras por contracción. No son evidentes huecos en la fundición del lingote 156 de acuerdo con el método de la presente invención. La figura 15 muestra dos fundiciones de acero de arena 160, 162, siendo las dimensiones externas de cada uno de aproximadamente de 800 x 650 mm y teniendo un espesor de pared de entre 50 y 75 mm. Las fundiciones 160, 162 pesaron 310 kg. cada uno, y fueron fundidas a través de una sola tubería en elevación 164, 166. La fundición 160 que se encuentra a la izquierda fue producida a través de medios convencionales, siendo desechada la tubería en elevación 164 que pesa 140 kg. La fundición 162 del lado derecho fue producida utilizando el método de la presente invención, el cual hizo posible el uso de una tubería en elevación 166 que cuando se desechó, peso únicamente 26 kg. La figura 15b muestra 2 fundiciones de arena de cabeza de cilindro de aluminio 168, 170. Las fundiciones tienen 10 tuberías en elevación 172, 174 cada una. La fundición 168 fue fundida a través de medios convencionales y tuberías en elevación de tamaño total, en tanto q ue la fu nd ición 1 70 fue fundida aplicando el método de la presente invención, actuando en cada tubería en elevación utilizando el aparato 78, tal como se observa en la figu ra 6. La masa de la tu bería en elevación fue reducida el 73% . El alcance de la invención descrita, pretende incl uir todas las modalidades q ue están dentro del significado de las reivindicaciones que se encuentran a continuación . Los ejemplos anteriores ilustran formas útiles de la presente invención , pero no se consideran como limitantes de su alcance, ya que los expertos en la técnica considerarán q ue se pueden formular variantes y modificaciones adicionales de la presente invención, sin apartarse del sign ificado de las reivind icaciones que se encuentran a continuación .

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S 1. Un proceso para mejorar la calidad de metales y aleaciones de fundición y la producción de la fundición, en donde el método comprende: paso a) proporcionar un electrodo de arco eléctrico y colocar el mismo ligeramente arriba de la superficie superior del metal fundido, durante o después de vertir el metal en el molde; paso b) aplicar un arco en movimiento sobre la superficie superior de la fundición durante la solidificación, aplicando una corriente eléctrica al electrodo. 2. Un proceso de conformidad con la reivindicación 1, para agitar metal liquido, dando como resultado parte o todo de lo siguiente: reducir inclusiones, porosidad, sopladuras por contracción y tamaño de grano y mejorar la homogeneidad en metales y aleaciones de fundición. 3. Un proceso de conformidad con la reivindicación 1, para reducir el tamaño de la tubería en elevación y/ o el número de fundición del molde de arena o permanente. 4. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 para la fundición de lingotes metálicos que comprende los pasos de: paso a) vertir el metal líquido en un molde; paso b) proporcionar un electrodo de arco eléctrico y colocar el mismo ligeramente arriba de la superficie superior del metal fundido; paso c) aplicar una corriente eléctrica al electrodo para formar un arco entre el electrodo y la su perficie superior; y paso d) mover el arco eléctrico sobre la superficie superior de la fundición. 5. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , para la fundición de lingotes metálicos que incl uye el uso de u n polvo de fundición que comprende los pasos de: paso a) verter el metal líquido en un molde; paso b) eliminar el polvo de fund ición de la su perficie superior de un lingote que está siendo fundido; paso c) evitar el regreso del polvo de fundición colocando un anillo de protección refractario en la superficie superior de una fundición , de modo que rodee el área q ue trabaja con el electrodo ; paso d) proporcionar un electrodo de arco eléctrico y colocar el mismo ligeramente arriba de la superficie superior del metal fu ndido. . paso e) aplicar una corriente eléctrica al electrodo para formar u n arco entre el electrodo y la superficie superior de la fundición : y paso f) mover al arco eléctrico sobre la superficie su perior de la fundición. 6. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 para la fundición continua y semicontinua, en donde el proceso comprende los pasos de: paso a) verter el metal l íquido en un recipiente, desde el cual el metal se vierte en forma continua en el molde para la fundición de l ingotes , lupias o billetes; paso b) proporcionar un electrodo de arco eléctrico y colocar el mismo ligeramente arriba de la superficie superior del metal fundido; paso c) aplicar una corriente eléctrica al electrodo para formar u n arco entre el electrodo y la superficie superior; paso d) mover el arco eléctrico sobre la superficie superior. 7. El proceso de conformidad con la reivindicación 6, en donde se proporciona un segundo circuito eléctrico entre el recipiente y el molde . 8. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 para la fundición contin ua y semicontin ua, que incluye el uso de un polvo de fundición , en donde el proceso comprende los pasos de: paso a) verter el metal l íquido en un recipiente, desde el cual el metal se vierte en forma continua en el molde para la fundición de l ingotes , l upias o billetes ; paso b) proporcionar un electrodo de arco eléctrico y colocar el mismo ligeramente arriba de la superficie superior del metal fu ndido; paso c) remover el polvo de fundición de la superficie superior del metal fundido que está siendo fundido; paso d ) evitar el regreso del polvo de fund ición colocando un ani llo de protección refractaria en la superficie su perior, de modo que rodee el área de trabajo del electrodo. paso e) aplicar una corriente eléctrica al electrodo para formar un arco entre el electrodo y la superficie superior; paso f) mover el arco eléctrico sobre la su perficie superior. 9. El proceso de conformidad con la reivindicación 8, en donde se proporciona un seg undo circuito eléctrico entre el recipiente y el molde. 1 0. U n proceso de conformidad con la reivindicación de la 1 a la 3 , para la fundición en un molde arena o permanente que tiene una pl uralidad de tuberías en elevación , en donde el proceso comprende los pasos de : paso a) verter u n metal l íquido en un molde; paso b) proporcionar una pl uralidad de electrodo de arco eléctrico y colocar los electrodos ligeramente arriba de la superficie superior de las tu berías en elevación seleccionadas ; paso c) aplicar una corriente eléctrica a los electrodos para formar arcos en movimiento entre los electrodos y las superficies superiores del metal líquido. 1 1 . Un proceso d e conformidad con la reivindicación 1 , para aplicar arcos múltiples en una fund ición grande (tal como lingotes, lupias o barras). paso a) verter u n metal l íq u ido en un molde; paso b) proporcionar una pl ural idad de electrodo de arco eléctrico y colocar los electrodos ligeramente arriba de la superficie superior de la fundición en las posiciones preferidas; y paso c) aplicar una corriente eléctrica a los electrodos para formar arcos en movimiento entre los electrodos y las superficies superiores del metal l íquido. 12. Un aparato para aplicar un arco eléctrico en movimiento sobre metales y aleaciones fund idas d u rante la solidificación, en donde el aparato comprende: a) al menos un electrodo para formar un arco eléctrico en movimiento sobre la superficie de una fund ición metálica que está siendo fu nd ida ; b) un bastidor para suspender el electrodo de arco eléctrico sobre la su perficie superior de la fu nd ición metálica d urante o después del proceso de vertido; c) un segundo electrodo, siendo el metal líquido, para el término de un circuito eléctrico incluyendo el arco eléctrico; y d) controles conectados entre el aparato para monitorear los parámetros del arco eléctrico y el proceso . 1 3. Un electrodo de arco eléctrico hueco que se utilizará con el aparato de la reivindicación 12 para producir un arco eléctrico rotatorio, en donde el electrodo se elabora de grafito o similares , en donde el electrodo tiene una o varias entradas para introducir corrientes de gas inerte a la superficie interna del electrodo, en donde las entradas se localizan de tal forma q ue permitirán que entren corrientes de gas al electrodo en una dirección tangencial al contorno del electrodo. 14. Un electrodo alargado, que será utilizado con el aparato de conform idad con la reivi ndicación 12 para prod ucir u n arco de movimiento continuo en u na dirección , estando formado el electrodo por cuchillas y estando abastecido con un sistema de bobinas que produce un campo magnético que genera un movimiento intensivo del arco , siendo arrancado el arco en u n extremo del electrodo y corriendo hacia el otro extremo a través del campo magnético, en donde posteriormente se arranca a un arco nuevo. 1 5. El aparato de fundición de plasma de conformidad con la reivindicación 1 2, q ue incluye además al menos una bobina eléctrica adyacente al electrodo, la cual cuando se energiza incrementa la velocidad del arco eléctrico en un movimiento rotatorio en la superficie superior de la fundición. 1 6. El aparato de fundición de plasma de conformidad con la reivindicación 1 2, en donde la fund ición es un lingote, lupia, barra o billete metálico, y el electrodo está hueco, que comprende además una tubería y controles para dirigir una corriente de un gas inerte a través del centro del electrodo a través de la superficie superior del lingote que está siendo fundido, proporcionando protección a la atmósfera contra la oxidación , y eliminando impurezas sólidas tales como polvo de fundición de la superficie superior de la misma. 1 7. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 6, que i ncl uye además un an illo de protección refractario que puede ser bañado en la superficie superior del lingote (también barra, lupia y billete) para evitar que las impu rezas alcancen la zona en donde trabaja el electrodo. 1 8. El aparato de conformidad con la reivindicación 1 2, abastecido con un electrodo hueco lo suficientemente grande para permitir la i nserción a través del hueco de una boq u illa de fundición , siendo el recipiente y el molde componentes de un circuito eléctrico el cual impulsa en forma magnética el arco eléctrico hacia el centro de la fundición . 19. El aparato de fundición de plasma de conformidad con la reivindicación 1 2, en donde se proporcionan múltiples electrodos, estando colocado cada electrodo sobre una tubería en elevación seleccionada de una fund ición de molde de arena o permanente, o sobre un área seleccionada de u na fundición g rande para producir arcos eléctricos que se mueven por separado . R E S U M E N Un aparato (10) y un método para reducir las inclusiones, sopladuras de contracción, porosidad y segregación en fundiciones de metal durante el proceso de fundición y para mejorar la estructura del grano, propiedades mecánicas y producción de lingotes y otras fundiciones. El aparato (10) comprende: Al menos un electrodo (14) para formar un arco eléctrico en movimiento (16) en la superficie superior (18) de una fundición metálica (12) que está siendo fundida y un bastidor (20) para suspender el electrodo (14) del arco eléctrico en la superficie superior (18) de la fundición metálica (12) durante o después del proceso de vertido y un segundo electrodo (24) que se puede adherir a una superficie metálica (26) del molde (28) que está siendo utilizado para fundición, para terminar un circuito eléctrico (30), incluyendo el arco eléctrico (16) y controles electrónicos (32) conectados entre el aparato (10) y un suministro de energía (34).