Un tubo ascendente , también conocido como alimentador , [1] es un depósito integrado en un molde de fundición de metal para evitar cavidades debido a la contracción . La mayoría de los metales son menos densos como líquido que como sólido, por lo que las piezas fundidas se encogen al enfriarse, lo que puede dejar un vacío en el último punto para solidificarse. Los tubos ascendentes evitan esto al proporcionar metal fundido a la pieza fundida a medida que se solidifica, de modo que la cavidad se forma en el tubo ascendente y no en la pieza fundida. [2] Los tubos ascendentes no son efectivos en materiales que tienen un amplio rango de congelación, porque la solidificación direccional no es posible. Tampoco son necesarios para los procesos de fundición que utilizan presión para llenar la cavidad del molde. [3]
Los risers solo son efectivos si se cumplen tres condiciones: el riser se enfría después de la fundición, el riser tiene suficiente material para compensar la contracción de la fundición y la fundición se solidifica direccionalmente hacia el riser.
Para que la mazarota se enfríe después de la colada, debe enfriarse más lentamente que la pieza fundida. La regla de Chvorinov establece brevemente que el tiempo de enfriamiento más lento se logra con el mayor volumen y la menor área de superficie; geométricamente hablando, esto es una esfera. Por lo tanto, idealmente, una mazarota debería ser una esfera, pero esta no es una forma muy práctica para insertar en un molde, por lo que se utiliza un cilindro en su lugar. La relación entre la altura y el diámetro del cilindro varía según el material, la ubicación de la mazarota, el tamaño del matraz, etc. [4]
Se debe calcular la contracción para la fundición a fin de confirmar que hay suficiente material en la mazarota para compensar la contracción. Si parece que no hay suficiente material, se debe aumentar el tamaño de la mazarota.
La fundición debe estar diseñada para producir una solidificación direccional, que se extiende desde los extremos de la cavidad del molde hacia el tubo ascendente o los tubos ascendentes. De este modo, el tubo ascendente puede alimentar metal fundido de forma continua a la parte de la fundición que se está solidificando. [2] Un método para lograr esto es colocar el tubo ascendente cerca de la parte más gruesa y grande de la fundición, ya que esa parte de la fundición se enfriará y solidificará al final. [4] Si este tipo de solidificación no es posible, pueden ser necesarios múltiples tubos ascendentes que alimenten varias secciones de la fundición o enfriadores . [3]
Un tubo ascendente se clasifica en función de tres criterios: dónde está ubicado, si está abierto a la atmósfera y cómo se llena. Si el tubo ascendente está ubicado en la fundición, se conoce como tubo ascendente superior , pero si está ubicado al lado de la fundición, se conoce como tubo ascendente lateral . Los tubos ascendentes superiores son ventajosos porque ocupan menos espacio en el matraz que un tubo ascendente lateral, además de que tienen una distancia de alimentación más corta. Si el tubo ascendente está abierto a la atmósfera, se conoce como tubo ascendente abierto , pero si el tubo ascendente está completamente contenido en el molde, se conoce como tubo ascendente ciego . Un tubo ascendente abierto suele ser más grande que uno ciego porque el tubo ascendente abierto pierde más calor hacia el molde a través de la parte superior del tubo ascendente. Finalmente, si el tubo ascendente recibe material del sistema de compuertas y se llena antes de la cavidad del molde, se conoce como tubo ascendente vivo o tubo ascendente caliente . Si el tubo ascendente se llena con material que ya ha fluido a través de la cavidad del molde, se conoce como tubo ascendente muerto o tubo ascendente frío . Los conductos verticales activos suelen ser más pequeños que los conductos verticales muertos. Los conductos verticales superiores casi siempre son conductos verticales muertos y los conductos verticales en el sistema de compuertas casi siempre son conductos verticales activos. [4]
La conexión del tubo ascendente a la cavidad de moldeo puede ser un problema para los tubos ascendentes laterales. Por un lado, la conexión debe ser lo más pequeña posible para que la separación sea lo más fácil posible, pero, por otro lado, la conexión debe ser lo suficientemente grande para que no se solidifique antes que el tubo ascendente. La conexión suele hacerse corta para aprovechar el calor tanto del tubo ascendente como de la cavidad de moldeo, que la mantendrá caliente durante todo el proceso. [3]
Existen ayudas para el tubo ascendente que se pueden implementar para ralentizar el enfriamiento de un tubo ascendente o disminuir su tamaño. Una de ellas es usar una funda aislante y una tapa alrededor del tubo ascendente. Otra es colocar un calentador solo alrededor del tubo ascendente. [3]
Un top caliente , también conocido comoEl cabezal de alimentación ,[5]es un tubo ascendente especializado, que se utiliza para ayudar a contrarrestar la formación detuberíasal fundir lingotes. Es esencialmente un tubo ascendente abierto vivo, con un revestimiento de cerámica caliente en lugar de solo los materiales del molde. Se inserta en la parte superior del molde de lingote cerca del final del vertido, y luego se vierte el resto del metal.[6]Su propósito es mantener un depósito de metal fundido, que se drena para llenar la tubería a medida que se enfría la fundición. La parte superior caliente fue inventada porRobert Forester Mushet,quien la llamó Dozzle . Con una parte superior caliente, solo se desperdicia entre el 1 y el 2% del lingote; antes de su uso, se desperdiciaba hasta el 25% del lingote.[7]
La eficiencia o rendimiento de una fundición se define como el peso de la fundición dividido por el peso de la cantidad total de metal vertido. Las mazarotas pueden añadir mucho al peso total que se vierte, por lo que es importante optimizar su tamaño y forma. Las mazarotas existen solo para garantizar la integridad de la fundición, se retiran después de que la pieza se haya enfriado y su metal se vuelve a fundir para volver a usarse; como resultado, el tamaño, la cantidad y la ubicación de las mazarotas deben planificarse cuidadosamente para reducir el desperdicio mientras se llena toda la contracción en la fundición. [4]
Una forma de calcular el tamaño mínimo de una mazarota es utilizar la regla de Chvorinov , estableciendo que el tiempo de solidificación de la mazarota sea mayor que el de la fundición. Se puede elegir cualquier tiempo, pero un 25 % más largo suele ser una opción segura, que se escribe de la siguiente manera: [4]
o
Debido a que todos los factores de molde y material son los mismos para n, si se elige un cilindro para la geometría del tubo ascendente y la relación altura-diámetro está bloqueada, entonces la ecuación se puede resolver para un diámetro, lo que hace que este método sea una forma sencilla de calcular el tamaño mínimo para un tubo ascendente. Tenga en cuenta que si se utiliza un tubo ascendente superior, el área de superficie que se comparte entre el tubo ascendente y la fundición debe restarse del área de la fundición y el tubo ascendente. [8]
