Processo di Colata

La forma comprende una cavità la cui geometria determina la geometria che avrà il pezzo finale. Nel caso di una forma aperta (a), il metallo liquido viene versato semplicemente fino a riempire la cavità. In una forma chiusa, (b), viene realizzato un percorso, detto sistema di colata, per consentire al metallo fuso di fluire dall’esterno della forma verso la cavità.

E' utile distingue due fasi:

• Fusione del metallo e colata
• Solidificazione e raffreddamento

L’energia termica richiesta per riscaldare il metallo ad una temperatura di fusione sufficiente è la somma dei seguenti termini:

1. Il calore necessario ad aumentare la temperatura fino al punto di fusione
2. Il calore latente di fusione per convertire il metallo da solido a liquido
3. Il calore per aumentare la temperatura del metallo fuso affinché possa essere versato

Nota: Il metallo deve essere riscaldato di parecchi gradi sopra la temperatura di fusione in quanto non si può rischiare che esso solidifichi nella siviera o nei condotti che lo portano dall'altoforno alla siviera.

Ipotesi modello di calcolo:

• Il calore specifico non varia al variare della temperatura
• Temperatura di fusione unica (non valida per le leghe)
• Assenza di scambio di calore con lambiente durante il riscaldamento

Obiettivo: Il metallo fuso deve raggiungere tutte le regioni della forma prima di solidificarsi

Fattori di Influenza:

• Temperatura di Colata (T_p). Se aumenta
  • Tempo prima solidificazione aumenta
  • Fluidità del metallo aumenta
  • Costo Energetico Aumenta
• Velocità di colata (v). Se aumenta:
  • Si riduce il rischio che il materiale solidifichi prima di riempire la forma.
  • Si può verificare il rischio di turbolenze e conseguenti erosioni della forma

Legge di continuità: assumento assumendo un fluido incomprimibile, una forma/ stampo con pareti impermeabili, la massa di fluido che passa in ogni sezione nell’unità di tempo, portata volumetrica Q, è costante.

Applicando la legge di continuità a due sezioni qualunque del canale:

Applichiamo la legge di Benoulli a due sezioni qualunque del canale:

La formula riquadrata vale per due sezioni qualunque del canale di colata, quindi è generale. Di seguito si analizzeranno due casi specifici che rappresentanole tre tipologie principali di colata.

Questo valore rappresenta il valore minimo del tempo di colata, infatti non sono considerate perdite di carico dovute all'attrito e le eventuali costrizioni di flusso nel sistema di colata (i cambi repentini di direzione del sistema di colata)