BRPI0414863B1 - Aparelho de lingotamento contínuo por correias e processo de lingotamento de um metal fundido na forma de uma tira - Google Patents
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Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARELHO
DE LINGOTAMENTO CONTÍNUO POR CORREIAS E PROCESSO DE LINGOTAMENTO DE UM METAL FUNDIDO NA FORMA DE UMA TIRA".
CAMPO TÉCNICO A presente invenção refere-se a lingotamentos por correias em- pregados em máquinas de lingotamento por correias para o lingotamento de tais metais não-ferrosos e leves tais como alumínio, magnésio, cobre, zinco, e suas ligas. Mais particularmente, a invenção refere-se a correias metálicas de lingotamento feitas de materiais tendo boas propriedades térmicas e ou- tras boas propriedades físicas.
ANTECEDENTES DA TÉCNICA Máquinas de lingotamento de correia dupla têm sido usadas pa- ra lingotar metais já há algum tempo. Em máquinas desse tipo, correias sem fim girando nos caminhos das pistas de lingotamento são posicionadas uma sobre a outra (ou, em alguns casos, lado a lado) com corridas geralmente planas e paralelas de cada correia posicionada proximamente adjacente uma à outra para definir um molde entre elas. O metal fundido é introduzido no molde em uma extremidade e o metal é retirado através do molde pelas superfícies das correias móveis. O calor do metal fundido é transferido atra- vés das correias, e esta transferência é auxiliada por meios de resfriamento, tais como sprays de água, agindo nos lados opostos das correias nas regi- ões do molde. Em consequência, o metal se solidifica à medida que passa através do molde, e uma placa ou tira de metal sólido emerge da extremida- de oposta do molde. Por exemplo, máquinas de lingotamento desse tipo me- lhoradas estão descritas nas U.S. patente s 4.008.750 e 4.061.177 emitidas respectivamente em 22 de fevereiro de 1977 e 6 de dezembro de 1977 para os mesmos consignatários do presente pedido. As máquinas de lingotamen- to também usam sistemas de aplicação de meios de resfriamento altamente eficientes tais como são descritos na U.S. patente 4.193.440 emitida em 18 de março de 1980 para os mesmos consignatários do presente pedido e na International Application Publication WO 02/11922 arquivada em 7 de agosto de 2001 também pelos mesmos consignatários da presente invenção. As descrições de todas essas publicações estão aqui incorporadas como refe- rência.
Essas máquinas de lingotamento, com seus sistemas de aplica- ção de meios de resfriamento de alta eficiência, operam criando uma corren- te fina, de alta velocidade do meio de resfriamento atrás da correia de lingo- tamento. Isto resulta em um alto coeficiente de transferência máxima de ca- lor entre o meio de resfriamento e a correia. A correia em adição "flutua" na camada de meio de resfriamento nas áreas críticas do lingotamento, ao in- vés de meramente ser apoiada entre as polias.
As correias usadas nas máquinas de lingotamento desse tipo são geralmente feitas de aço texturizado ou, menos comumente, de cobre.
Tais materiais estão descritos, por exemplo, na U.S. patente n° 5.636.681 emitida em 10 de junho de 1997 para os mesmos consignatários do presente pedido. Além disso, a U.S. patente n° 4.915.158 emitida em 10 de abril de 1990 e consignada a Hazelett Strip-Casting Corporation descreve uma cor- reia de cobre fornecendo um apoio para um revestimento cerâmico. Entre- tanto, correias feitas desses materiais (particularmente aquelas feitas de co- bre) são caras para se produzir e as correias de cobre são susceptíveis à "deformação plástica" (isto é, à distorção devido ao manuseio ou falta de sistemas de suporte externo). Além disso, as correias de aço tendem a ter condutividades térmicas que são adequadas apenas para lingotamento de metais leves e não-ferrosos de um tipo, enquanto que correias de cobre têm condutividade térmica adequada para ligas metálicas leves e não-ferrosas de outro tipo. Por exemplo, correias de aço texturizado (por exemplo, jatea- das com granalha) podem ser usadas para muitas ligas de alumínio com taxa de congelamento relativamente curta, tais como ligas para aletas ou folhas metálicas, enquanto que correias de cobre são requeridas para apli- cações críticas de superfície, por exemplo, para ligas de alumínio para a in- dústria automotiva tendo faixas de congelamento mais longas que o normal.
Um processo para lingotamento de tais ligas automotivas usando a alta ca- pacidade de fluxo de calor das correias de cobre está descrito na U.S. pa- tente 5.616.189 emitida em 1o de abril de 1997 para os mesmos consignatá- rios do presente pedido. Naquela referência fluxos de calor da ordem de 4,5 MW/m2 são considerados adequados, e tais fluxos de calor requerem normalmente o uso de correias de Cu. Outras ligas de longa faixa de conge- lamento, por exemplo, aquelas descritas em Leone e outros, Alcan Belt Cas- ting Mini-Mill Process, maio de 1989, são preferivelmente lingotadas a fluxos de calor ainda maiores (acima de 5 MW/m2).
Entretanto, devido à condutividade mais alta das correias de co- bre, tais correias não podem ser usadas para lingotar ligas de espessura fina devido ao princípio de um defeito de lingotamento referido como "distorção concha" (causada por uma variação na seção transversal do lingote resul- tante de regiões de maior transferência de calor formadas adjacentemente a regiões de baixa transferência de calor, isto é, uma remoção de calor dife- renciada). Consequentemente, quando o equipamento de lingotamento é usado para lingotar uma variedade de ligas metálicas não-ferrosas, é fre- quentemente necessário mudar-se as correias de aço para cobre ou vice- versa entre as operações de lingotamento. Isto consome tempo, é caro e problemático. Em lingotadores modernos do tipo descrito acima, é desejado também que eles operem a uma ampla faixa de rendimento, também reque- rendo uma operação fácil a altos fluxos de calor.
Além disso os peticionários descobriram que correias de aço texturizado requerem o uso de um sistema diferente de aplicação de um agente de separação do que das correias de cobre(escovas contra cones de pulverização e uma caixa de limpeza), de forma que é necessário mudar-se o sistema de aplicação de agente de separação quando se muda os siste- mas de liga. A U.S. patente n° 3.414.043 emitida em 3 de dezembro de 1968 para A.R. Wagner, descreve um processo de lingotamento no qual é forma- do um molde entre as tiras de uso único em movimento. As tiras são feitas do mesmo material do metal fundido (que não é identificado), mas o material das tiras pode ser incorporado no produto final, o que obviamente não é a- ceitável para lingotadores de correia. Há, portanto, a necessidade de melhorias nas correias usadas nas máquinas de lingotamento por correias do tipo descrito acima.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
Um objetivo da presente invenção é fornecer correias para má- quinas de lingotamento por correias que sejam mais convenientes para fa- bricar e usar do que as correias convencionais feitas de aço texturizado e/ou cobre.
Um outro objetivo da presente invenção é fornecer correias para máquinas de lingotamento que possam ser usadas para lingotamento de uma ampla faixa de tipos de liga e operadas sob uma ampla faixa de taxas de remoção de calor sem ter que trocar correias entre os tipos de liga.
De acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecido um equipamento de lingotamento contínuo por correias para lingotar conti- nuamente uma tira de metal, compreendendo: pelo menos uma correia mó- vel sem fim tendo uma superfície de lingotamento definindo, pelo menos parcialmente, uma cavidade de lingotamento, meios para o avanço da men- cionada pelo menos uma correia sem fim através da cavidade de lingota- mento, meios para injetar-se metal fundido na mencionada cavidade de lin- gotamento, e meios para resfriar a mencionada pelo menos uma correia sem fim à medida que ela passa através da cavidade de lingotamento, onde a mencionada pelo menos uma correia sem fim é feita de alumínio ou de uma liga de alumínio.
De acordo com outro aspecto da invenção, é fornecido um pro- cesso de lingotamento de um metal fundido na forma de uma tira, que com- preende: fornecer pelo menos uma correia de lingotamento feita de alumínio ou de liga de alumínio e tendo uma superfície de lingotamento que define pelo menos parcialmente uma cavidade de lingotamento, avançar continua- mente a mencionada pelo menos uma correia de lingotamento através da cavidade de lingotamento , fornecer o metal fundido à entrada da cavidade de lingotamento, resfriar a mencionada pelo menos uma correia de lingota- mento à medida que ela passa através da cavidade de lingotamento, e reco- lher continuamente a tira lingotada resultante na saída da cavidade de lingo- tamento.
De acordo com outro aspecto da invenção, é fornecida uma cor- reia de lingotamento adaptada para uso em um equipamento de lingotamen- to contínuo tendo pelo menos uma correia sem fim móvel fornecida com uma superfície de lingotamento definindo pelo menos parcialmente uma cavidade de lingotamento, meios para avançar a mencionada pelo menos uma correia sem fim através da cavidade de lingotamento, meios para injetar o metal fundido na mencionada cavidade de lingotamento, e meios para resfriar a mencionada pelo menos uma correia sem fim à medida que ela passa atra- vés da cavidade de lingotamento, onde a mencionada correia de lingotamen- to é feita de alumínio ou de liga de alumínio.
Na presente invenção, a correia de lingotamento tem preferivel- mente uma espessura em uma faixa de 1 a 2 mm, e é preferivelmente feita de um metal selecionado dos sistemas de ligas AA5XXX e AA6XXX. Além disso, a correia de lingotamento da invenção tem preferivelmente um limite de elasticidade de pelo menos 100 MPa e uma condutividade térmica maior que 120 W/m-K. A correia de lingotamento da invenção pode ser usada para lin- gotar metais não-ferrosos e leves tais como alumínio, magnésio, cobre, zin- co, e suas ligas, especialmente ligas de alumínio tais como os sistemas de liga Al-Mg, Al-Mg-Si, Al-Fe-Si, e Al-Fe-Mn-Si.
Foi inesperadamente descoberto que correias de alumínio pos- suem propriedades únicas que as tornam adequadas para operação de cor- reias de lingotamento flexíveis requeridas nos modernos lingotadores de cor- reia. Em tais lingotadores, as correias devem permanecer estáveis (sem de- formação permanente) sob severos estresses térmicos, e precisam estar de acordo com a curva de entrada na extremidade posterior da cavidade de lingotamento, mesmo quando "flutuando" em uma camada de meio de res- friamento. A combinação de propriedades necessárias para se alcançar tal performance é complicada, e depende, por exemplo, da condutividade térmi- ca do material, da resistência, do módulo e do coeficiente de expansão tér- mica. A presente invenção tem a vantagem de que as correias de liga de alumínio são mais fáceis de se fabricar (menos caras) do que as correias de aço ou cobre. As correias de alumínio sofrem menos "deformação plásti- ca" que as correias de cobre típicas. A deformação plástica é a tendência de uma tira ou correia metálica enfrentar uma deformação permanente quando submetida às forças de distorção térmica. As correias que resistem à defor- mação plástica retornam elasticamente à sua forma original quando o es- tresse de distorção térmica é removido. Acredita-se que a deformação plás- tica é administrada pela rigidez específica (Módulo de Young/Densidade) e a resistência específica (Limite de elasticidade/Densidade) com valores mais altos de ambos favorecendo a deformação plástica. As ligas de alumínio são geralmente superiores ao cobre nesse aspecto. É particularmente preferido que as correias de liga de alumínio tenham limites de elasticidade na faixa acima de 100 MPa para garantir a resistência à deformação plástica.
Foi descoberto que as correias de alumínio podem transmitir uma qualidade de superfície melhorada a certas ligas, tais como ligas de aletas ou folhas metálicas do tipo Al-Fe-Si ou Al-Fe-Si-Mn, e oferecem uma faixa mais ampla de capacidade de lingotamento que as correias de cobre ou de aço. Tais ligas são também frequentemente referidas como "ligas de faixa de congelamento curta" e no passado apresentaram certos problemas durante o lingotamento por correia. Por exemplo, as ligas de aletas e folhas metálicas podem ser lingotadas em correias de aço texturizadas ou revesti- das de cerâmica. As placas lingotadas feitas nessas correias são livres de distorção concha, mas têm uma discreta camada de segregação na superfí- cie. Se as ligas são lingotadas em correias de cobre, a qualidade de superfí- cie é boa, mas a qualidade interna da placa não é aceitável devido à distor- ção concha. Quando as ligas de folhas metálicas foram lingotadas nas cor- reias de alumínio, a placa resultante era livre tanto de segregação da super- fície quanto de distorção concha. As correias de alumínio podem também melhorar a qualidade de superfície nas ligas automotivas Al-Mg e Al-Mg-Si pela redução da quantidade de distorção concha descoberta quando tais ligas são lingotadas nas correias de cobre.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 é uma vista lateral simplificada de uma máquina de lingotamento contínuo de correia dupla à qual a presente invenção deve ser aplicada; A figura 2 é uma vista ampliada da parte de saída da máquina de lingotamento na figura 1; A figura 3 é uma seção transversal parcial ampliada de uma má- quina de lingotamento de correia dupla na região onde o metal fundido é in- troduzido na cavidade de lingotamento;
As figuras 4a e 4b são microfotografias mostrando o efeito de uma correia de aço versus uma correia de alumínio na segregação da super- fície de uma placa recém lingotada de uma liga de folha metálica;
As figuras 5a e 5b são radiografias mostrando o efeito de uma correia de alumínio versus uma correia de cobre na estrutura interna de uma placa recém lingotada da mesma liga de folha metálica das figuras 4a e 4b;
As figuras 6a e 6b são radiografias mostrando o efeito de uma correia de alumínio versus uma correia de cobre na estrutura interna de uma placa recém lingotada de uma liga Al-Mg;
As figuras 7a e 7b são fotografias óticas mostrando o efeito de uma correia de alumínio versus uma correia de cobre na estrutura da super- fície de uma placa recém lingotada da mesma liga das figuras 6a e 6b; e As figuras 8a e 8b são fotografias óticas mostrando o efeito de uma liga de alumínio versus uma liga de cobre na estrutura da superfície de uma placa recém lingotada de uma liga Al-Mg-Si.
MELHORES FORMAS DE REALIZAR DA INVENÇÃO
As figuras 1 e 2 mostram (de forma simplificada) uma máquina de lingotamento de correia dupla 10 para o lingotamento contínuo de um metal fundido tal como liga de alumínio fundido na forma de uma tira. A pre- sente invenção pode ser aplicada, mas nunca exclusivamente, às correias de lingotamento descritas, por exemplo, nas U.S. patente n05 4.061.177 e 4.061.178, cujas descrições estão aqui incorporadas como referência. É no- tado que os princípios da presente invenção podem também ser implemen- tados com sucesso à correia de lingotamento de um sistema de lingotamen- to de correia única. A breve estrutura e a operação da máquina de correia de lingotamento contínuo das figuras 1 e 2 estão explicadas abaixo.
Conforme mostrado nas figuras 1 e 2, a máquina de lingotamen- to 10 inclui um par de correias de lingotamento flexíveis sem fim 12 e 14, cada uma das quais é transportada por uma polia superior 16 e uma polia inferior 17 em uma extremidade e um mancai líquido superior 18 e um man- cai líquido inferior 19 na outra extremidade. Cada polia é montada giratoria- mente em uma estrutura suporte da máquina e é direcionada por meios a- dequados de direcionamento. Com o propósito de simplificar, a estrutura de suporte e os meios de direcionamento não estão ilustrados nas figuras 1 e 2.
As correias de lingotamento 12 e 14 são arranjadas para correrem substan- cialmente paralelas uma à outra (preferivelmente com um pequeno grau de convergência) a substancialmente a mesma velocidade através de uma re- gião na qual elas definem uma cavidade de lingotamento 22 (também referi- da como molde) entre elas, isto é, entre as superfícies de lingotamento adja- centes das correias. A cavidade de lingotamento 22 pode ser ajustada na largura, dependendo da espessura desejada da tira de metal sendo lingota- da. Um metal fundido é continuamente fornecido à cavidade de lingotamento 22 na direção da seta 24 através da entrada 25 enquanto as correias são resfriadas nas suas faces opostas, por exemplo, imposição de um líquido resfriador 20 nas superfícies opostas.
No equipamento ilustrado, o caminho do metal fundido sendo lingotado é substancialmente horizontal com um pequeno grau de inclinação para baixo da entrada 25 até a saída 26 da cavidade de lingotamento. O metal fundido é fornecido à cavidade de lingotamento 22 por um canal ou canaleta (não-mostrado) que está disposto na entrada 25 da cavidade de lingotamento 22. Por exemplo, o injetor de metal fundido descri- to na U.S. patente n° 5.636.681 que é consignado aos consignatários deste pedido, pode ser usado para fornecer metal fundido à máquina de lingota- mento 10. Embora não-mostrado, uma barreira de borda é fornecida em ca- da lado da máquina de forma a completar o fechamento da cavidade de lin- gotamento 22 em suas bordas. Será entendido que na operação da máquina de lingotamento, o metal fundido fornecido à entrada 25 da cavidade de lin- gotamento 22 avance através da cavidade de lingotamento 22 até a sua saí- da 26 por meio de locomoção contínua das correias 12, 14. Durante a via- gem ao longo da cavidade de lingotamento (molde móvel) 22, o calor do me- tal é transferido através das correias 12, 14 e removido delas pelo meio de resfriamento 20 fornecido, e assim o metal fundido se torna progressivamen- te sólido das suas faces superior e inferior para o seu interior em contato com as superfícies de lingotamento das correias. O metal fundido é total- mente solidificado antes de alcançar a saída 26 da cavidade de lingotamento e emerge da saída 26 na direção mostrada pela seta 27 na forma de uma tira lingotada contínua, sólida 30 (Fig. 2), da qual a espessura é determinada por meio da largura da cavidade de lingotamento 22 conforme definida pelas superfícies de lingotamento das correias 12 e 14. A largura da tira de lingo- tamento 30 corresponde àquela das correias de lingotamento 12, 14.
De acordo com a presente invenção, o alumínio ou uma liga de alumínio é usado como material para as correias de lingotamento 12, 14 pa- ra as máquinas de lingotamento de correias duplas 10, especialmente para ser usada para o lingotamento de metais não-ferrosos e leves, tais como alumínio, magnésio, cobre, zinco ou suas ligas. Enquanto a maioria das ligas de alumínio são adequadas para o material das correias, as ligas de Al- Mg(do tipo AA5XXX) ou AI-Mg-Si(do tipo AA6XXX) são particularmente ade- quadas uma vez que elas fornecem a operação de fluxo de calor estável mais ampla possível, e assim são mais adequadas para uso em lingotadores usados para tipos múltiplos de produtos e/ou operadas sobre uma faixa de velocidades de lingotamento. Ligas particularmente preferidas são AA5754, AA5052 e AA6061.
Em geral, qualquer liga de alumínio que seja facilmente soldável, de uma bitola adequada e com um bom limite de elasticidade (preferivelmen- te pelo menos 100 MPa) que seja ou endurecido por pressão ou tratado ter- micamente pode ser empregado. As correias da invenção são normalmente fabricadas com uma espessura na faixa de 1 a 2 mm, embora correias mais finas ou mais grossas possam ser fornecidas para aplicações específicas. O fato de que as correias de lingotamento feitas de ligas de alu- mínio podem ser usadas para lingotar metais similares é surpreendente. Os inventores da presente invenção acreditavam previamente que a distorção térmica de uma correia de alumínio, resfriada em sua superfície oposta, pela imposição de alumínio fundido devido à alta expansão térmica do alumínio se comparada tanto com o aço quanto com o cobre degradaria a qualidade de superfície do lingote lingotado. Entretanto, desde que haja resfriamento suficiente através da seção transversal das correias, por exemplo, como for- necido por jatos de água (preferivelmente fluindo a alta velocidade) lançados por orifícios nas superfícies posteriores das correias, as correias de liga de alumínio podem ser usadas efetivamente e com segurança para o lingota- mento de metais leves e não-ferrosos. Além disso, o uso de um agente de separação e de uma tensão de correia adequada permite a ocorrência de um processo de lingotamento de alta qualidade e seguro.
Foi também surpreendentemente descoberto que ligas de aletas e folhas metálicas, que são normalmente lingotadas em correias de aço tex- turizadas, podem ser melhor lingotadas com melhor qualidade de superfície em correias de liga de alumínio. Tipicamente essas ligas de aletas e folhas metálicas são sistemas de Al-Fe-Si ou Al-Fe-Mn-Si, e têm composições compreendendo: Fe em uma quantidade de 0,06 a 2,2% em peso, Si em uma quantidade de 0,05 a 1,0% em peso, e podem incluir Mn até 1,5% em peso.
Em adição, as correias de alumínio fornecem uma capacidade de lingotamento de uma ampla faixa de ligas de alumínio tais como ligas de faixa de congelamento curta Al-Fe-Si e ligas de faixa de congelamento longa Al-Mg em um tipo de correia, ao invés de ter de trocar entre correias de aço e cobre para diferentes ligas. Não parece haver qualquer limite no tipo de liga de alumínio que pode ser lingotado nas correias da presente invenção.
Conforme notado acima, as correias de liga de alumínio da pre- sente invenção podem ser empregadas para lingotar metais fundidos simila- res devido ao congelamento que ocorre para evitar que as correias sejam aquecidas acima de uma temperatura na qual elas se tornam distorcidas, amolecidas ou fundidas. A figura 3 mostra uma seção transversal de uma correia de lingotamento em uma máquina de lingotamento de correia durante o lingotamento do metal. A irregularidade da superfície da correia foi exage- rada neste desenho para facilitar sua visualização. Na figura 3, o metal fun- dido não-ferroso e/ou leve 32 (por exemplo, uma liga de alumínio) verte da extremidade de um orifício 34 em uma superfície de lingotamento 36 de uma correia de lingotamento móvel 38, exceto que o metal permanece separado da superfície de lingotamento 36 da correia por uma fina camada de gás 40. A superfície da correia tem também uma camada 42 de agente de separa- ção, por exemplo uma camada de polímero líquido ou uma camada de pó de grafite, separando-a da camada de gás. O uso de uma camada de um agen- te de separação líquido na presente invenção é preferido, mas não essenci- al. A camada de agente de separação na presente invenção ajuda a formar a camada de gás isolante 40. No lado oposto da correia 38 para a superfície de lingotamento 36, uma camada 44 de água de resfriamento é contatada com a correia para efetuar o resfriamento adequado. No caso de uma má- quina de lingotamento de correia dupla, a mesma estrutura existe na parte superior do metal fundido 32, embora esta estrutura não seja mostrada na figura 3. A superfície de lingotamento 36 permanece significativamente isolada da alta temperatura do metal pela camada de gás 40 e, até uma ex- tensão muito menor, pela camada de agente de separação 42. Consequen- temente, o metal da correia não é nunca submetido a uma temperatura sufi- cientemente alta para provocar problemas de distorção ou fusão. O meio de resfriamento é aplicado ao lado oposto da correia por qualquer meio conve- niente, desde que ele forneça uma extração de calor suficiente para garantir que a temperatura da face quente da correia permanece preferivelmente abaixo de 120Ό e que a queda de temperatura ao lon go da correia é prefe- rivelmente menor que 90Ό. O equipamento de aplicação do meio de resfri- amento descrito por exemplo na U.S. patente 4.193.440 pode fornecer um resfriamento suficiente em uma maneira altamente uniforme (a descrição desta patente está aqui incorporada como referência).
Conforme notado acima, as ligas de alumínio têm condutividade térmica intermediárias àquelas do aço e do cobre. A condutividade térmica das correias é um fator importante para o processo de lingotamento. Se for baixa, o metal se resfria mais lentamente no molde de lingotamento. Se for alta, o metal se resfria mais rapidamente. A taxa na qual o calor é retirado do metal fundido (fluxo de calor) depende até certo ponto da condutividade tér- mica da correia. Geralmente, para um tipo particular de liga, há uma faixa de fluxo de calor que resulta em uma qualidade de produto adequada. Uma cor- reia que resulte em um fluxo de calor aproximadamente no meio dessa faixa é considerada a mais adequada para lingotar o tipo de liga. Para ligas de faixa de congelamento curta, as correias feitas de alumínio resulta em um fluxo de calor intermediário, e assim são mais adequados para lingotar as ligas desse tipo. Correias de cobre e aço tendem a operar efetivamente em qualquer uma das extremidades da faixa desejada de fluxos de calor, reque- rendo assim a troca das correias para acomodar ligas de diferentes compo- sições, enquanto que correias de liga de alumínio podem ser usadas para todas as ligas do tipo indicado.
Em lingotadores do tipo descrito aqui, um parâmetro crítico de operação é o fluxo máximo de calor que pode ser mantido antes da correia se deformar permanentemente, resultando em um lingotamento inferior e na necessidade de substituir a correia de lingotamento. O fluxo máximo de calor sustentável depende da transferência de calor entre o meio de resfriamento e a correia. Tipicamente o coeficiente de transferência de calor pode variar de 10 a 60 kW/m-K dependendo da localização. A tabela 1 lista a faixa de fluxos de calor sustentáveis possíveis para correias de diferentes materiais sob essa faixa de coeficiente de transferência de calor e sob as mesmas condições de operação (inclusive espessura da correia). Valores para uma correia de aço típica, um material de correia de cobre conforme descrito na U.S. 4.915.158 e correias de ligas de alumínio dos tipos Al-Mg e Al-Mg-Si estão mostradas na tabela.
Para correias de alumínio, a condutividade térmica preferida é maior que 120 W/m-K e o limite de elasticidade preferido deve ser maior que 100 MPa. As ligas de alumínio na tabela 1 excedem esses limites preferidos.
Como pode ser visto dessa tabela, as correias de liga de alumínio fornecem uma faixa de fluxo de calor crítico que pode ser mais amplo que o aço, e so- brepor a porção da faixa de cobre onde a maioria das operações de lingota- mento de ligas de baixa faixa de congelamento são realizadas. TABELA 1 Fluxo de calor crítico calculado para empenamento da correia para vários materiais de correias de lingotamento Naturalmente, esta performance pode ser também modificada (redução do fluxo de calor máximo) aplicando-se revestimentos, camadas de separação e outros acabamentos para as correias tais como anodização da superfície. É também preferido que as correias sejam fornecidas com uma superfície texturizada. A invenção é ilustrada também em relação ao exemplo abaixo.
Esse exemplo não pretende limitar o escopo da presente invenção. EXEMPLO 1 Uma liga de alumínio tipicamente usada para produtos típicos Al- Fe-Si de folhas metálicas (AA1145) foi lingotada a 10 mm de espessura ca- da nas correias de 1,524 mm de espessura da liga de alumínio AA5754 em um leito de teste de um lingotador de correia dupla. As correias foram textu- rizadas aplicando-se uma correia de esmerilhação à superfície para produzir ranhuras substancialmente longitudinais tendo uma rugosidade, medida o- bliquamente as ranhuras de cerca de 25 micro-polegadas Ra (O valor da ru- gosidade da superfície (Ra) é a média aritmética da rugosidade da superfí- cie). Amostras comparativas foram também lingotadas em aço pesadamente texturizado e levemente texturizado de correias de Cu. Microfotografias da superfície do material lingotado nas correias de aço e de alumínio estão comparadas nas figuras 4a e 4b e mostra que correias de aço (Fig. 4a) re- sultam na produção de uma camada de superfície segregada enquanto que correias de liga de alumínio (Fig. 4b) não. Radiografias do interior das placas lingotadas nas correias de Cu e de liga de alumínio estão comparadas nas figuras 5a e 5b, respectivamente, e mostram que correias de Cu (Fig. 5a) induzem a distorção concha no material (aparecem áreas como regiões cir- cundadas pelas faixas leves) enquanto que as correias de Al (Fig. 5b) não. EXEMPLO 2 Uma liga de alumínio Al-Mg (AA5754) tipicamente usada para aplicações automotivas foi lingotada a uma espessura de 10 mm cada nas correias de 1,524 mm de espessura da liga de alumínio AA5754 em um leito de teste de correia dupla. As correias foram texturizadas conforme descrito no exemplo 1. Amostras comparativas foram também lingotadas em correias de Cu levemente texturizadas. Nenhum lingotamento foi feito nas correias de aço uma vez que a qualidade de superfície é excessivamente pobre quando lingotada em tais correias. Radiografias (impressão de raios-x através da espessura) do interior da placa lingotada produzidas em correias de ligas de Cu e de alumínio estão comparadas nas figuras 6a e 6b, respectivamente, e mostram que correias feitas de Cu (Fig. 6a) induzem distorção concha no material (aparecem áreas como remendos na radiografia) enquanto que as feitas de Al (Fig. 6b) não. Foram também feitas imagens óticas das superfí- cies dos dois lingotamentos e estão comparados para placas produzidas com correias de Cu e de alumínio nas figuras 7a e 7b, respectivamente. A figura 7a mostra defeitos de superfície circulares característicos da distorção concha resultante do uso de uma correia de Cu em um lingotador desse tipo, enquanto que a figura 7b mostra uma superfície livre de defeitos resultante do uso de correias de alumínio. EXEMPLO 3 Uma liga de alumínio Al-Mg-Si (AA6111) também usada tipica- mente para aplicações automotivas foi lingotada a uma espessura de 10 mm cada em correias de 1,524 mm de espessura de liga de alumínio AA5754 em um leito de teste de correia dupla. As correias foram texturizadas conforme descrito no exemplo 1. Amostras comparativas foram também lingotadas em correias de Cu levemente texturizadas. Nenhum lingotamento foi feito nas correias de aço uma vez que a qualidade de superfície é geralmente pobre quando lingotada em tais correias. Foram feitas imagens óticas das superfí- cies de dois lingotamentos e estão comparados para as placas produzidas nas correias de Cu e de alumínio nas figuras 8a e 8b respectivamente. A figura 8a mostra que a qualidade de superfície resultante do uso de uma cor- reia de Cu em um lingotador desse tipo é novamente mais pobre que aquela resultante do uso de uma correia de Al conforme ilustrado na figura 8b.
Embora a presente invenção tenha sido descrita em relação a várias configurações preferidas, a descrição é ilustrativa da invenção e não deve ser considerada como limitadora da invenção. Várias modificações e variações podem ocorrer para aqueles versados na técnica sem sair do es- copo da invenção conforme definido pelas reivindicações anexas.
Claims (13)
1. Aparelho de lingotamento contínuo por correias (10, 20) para lingotar continuamente uma tira de metal (30) que compreende: pelo menos uma correia sem fim móvel (12, 14) tendo uma su- perfície de lingotamento definindo pelo menos parcialmente uma cavidade de lingotamento (22), meios para avançar a pelo menos uma correia sem fim (12, 14) através da cavidade de lingotamento (22), meios para injetar metal fundido na cavidade de lingotamento (22), e meios (20) para resfriar a pelo menos uma correia sem fim à medida que ela passa pela cavidade de lingotamento, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma correia sem fim (12, 14) tem uma espessura na faixa de 1 mm a 2 mm, e é feita de uma liga de alumínio selecionada do grupo que consiste em sistemas de ligas de AA5XXX e AA6XXX.
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a liga de alumínio é selecionada do grupo consistindo em A- A5754, AA5052 e AA6061.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma correia de lingotamento (12, 14) tem um limite de elasticidade de pelo menos 100 MPa.
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma correia de lingotamento (12, 14) tem uma condutividade térmica maior que 120 W/m-K.
5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é um lingotador de correia dupla (10) tendo duas das ditas cor- reias sem fim (12, 14) feitas de liga de alumínio.
6. Processo de lingotamento de um metal fundido na forma de uma tira (30) que compreende as etapas de: proporcionar pelo menos uma correia de lingotamento (12, 14) tendo uma superfície de lingotamento que define pelo menos parcialmente uma cavidade de lingotamento (22), avançar continuamente a pelo menos uma correia de lingota- mento através da cavidade de lingotamento, fornecendo o metal fundido pa- ra uma entrada (25) da cavidade de lingotamento, resfriar a pelo menos uma correia de lingotamento à medida que ela passa através da cavidade de lingotamento, e coletar continuamente a tira lingotada resultante (30) na saída (26) da cavidade de lingotamento, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma correia sem fim (12, 14) tem uma espessura na faixa de 1 mm a 2 mm, e a liga de alumí- nio é selecionada do grupo que consiste em sistemas de ligas de AA5XXX e AA6XXX.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pe- lo fato de que a etapa de fornecer metal fundido ao molde compreende o fornecimento de alumínio, magnésio, cobre, zinco fundidos ou ligas de alu- mínio, magnésio, cobre ou zinco.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pe- lo fato de que a etapa de fornecer metal fundido à cavidade de lingotamento compreende o fornecimento de alumínio fundido ou de uma liga fundida de alumínio.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pe- lo fato de que a etapa de fornecer metal fundido à cavidade de lingotamento compreende o fornecimento de uma liga Al-Fe-Si ou Al-Fe-Mn-Si.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a etapa de fornecimento de metal fundido à cavidade de lingotamento compreende o fornecimento de uma liga de Al-Mg ou Al-Si-Mg.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma etapa de aplicar um agente de se- paração à superfície de lingotamento antes da pelo menos uma correia (12, 14) ser avançada através da cavidade de lingotamento (22).
12. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende o fornecimento de uma correia tendo um limite de elasticidade de pelo menos 100 MPa como a correia de lingotamento.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende o fornecimento de uma correia tendo uma condutividade térmica maior que 120 W/m-K como a pelo menos uma cor- reia de lingotamento.
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