ES2206916T3 - Procedimiento de recubrimiento por electroescoria. - Google Patents
Procedimiento de recubrimiento por electroescoria.Info
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Abstract
El proceso expuesto consiste en rellenar el espacio libre entre un tocho y la pared de un molde seccional con escoria fundida al menos en dos etapas. Cuando la primera parte está vertida en el interior, los espacios libres entre las secciones del molde están rellenados. Una vez que la escoria en los espacios libres está solidificada completamente, se suministra el voltaje, y se añaden la segunda y siguientes partes de la escoria. La creación de un campo electromagnético dentro del molde tiene lugar después del inicio del proceso de revestimiento. El metal líquido se añade entonces para el proceso de revestimiento, que se lleva a cabo por medio de la rotación estable de la escoria y del metal. El proceso puede ser llevado a cabo con niveles variables de escoria dentro de la parte de transporte de la corriente del molde. El tocho puede ser precalentado en los estados de cortocircuito con antelación al proceso de revestimiento.
Description
Procedimiento de recubrimiento por
electroescoria.
La presente invención se refiere al campo de la
metalurgia, y más específicamente, al procedimiento de
recubrimiento por electroescoria, principalmente de partes
alargadas de sección redonda, y en particular, se puede utilizar en
la producción y la reparación de todos los tipos de rodillos de
molino, rodillos de máquinas para la fundición continua de
palanquillas, rodillos de mesas, rodillos de hornos de
calentamiento, etc.
La aplicación de los distintos procedimientos de
recubrimiento con dichos objetivos, incluyendo el recubrimiento por
electroescoria, se conoce ampliamente, permitiendo la deposición
sobre los productos mencionados anteriormente de una capa de trabajo
realizada a partir de metal o de intermetálicos de composición
química similar o diferente a la del producto base.
La aplicación no funciona con los procedimientos
de recubrimiento conocidos que utilizan electrodos sólidos en forma
de cable, banda, tubo, etc. como material para recubrir.
El procedimiento más moderno de recubrimiento de
los productos mencionados anteriormente es un recubrimiento con un
metal líquido que puede reducir enormemente el coste del proceso y
de los productos y que utiliza los materiales de recubrimiento de
casi cualquier composición química, cuya producción en forma de
electrodos sólidos resulta muy cara o imposible en algunos
casos.
Por ejemplo, la patente GB nº 1469113 del
30.03.77 describe el procedimiento de recubrimiento por
electroescoria utilizando metal líquido. Sin embargo, el uso de un
molde no conductor de corriente convencional no podía realizar este
proceso a una escala industrial, debido a que el dispositivo para
su realización era demasiado complicado y caro.
En la publicación "Development of
High-Performance Roll by Continuous Pouring Process
for Cladding" (ISIJ International, Vol. 32 (1992), nº 11 pág.
1202 a 1210) se describe un procedimiento de recubrimiento con un
metal líquido que, en principio, es similar al proceso de la
fundición continua vertical de acero. Este procedimiento se aplica
en la industria, sin embargo, no realiza la fusión del metal que se
va a recubrir y de la palanquilla que se va a recubrir, sino que
los suelda fuertemente. Esto limita la factibilidad de combinación
de distintos metales: por ejemplo, este procedimiento se puede
utilizar para el recubrimiento de rodillos de acero de aceros de
baja aleación con un acero de alta velocidad. Sin embargo, este
procedimiento no se puede aplicar para la fundición de rodillos de
hierro. Además, dicho procedimiento se lleva a cabo dentro de gamas
muy limitadas de parámetros tecnológicos, llevando de este modo,
frecuentemente, a la ausencia de continuidad de la unión por
soldadura del rodillo al metal que se está recubriendo.
La patente US nº 4.305.451 del 15.02.81 describe
el procedimiento de recubrimiento por electroescoria en un molde en
secciones conductor de corriente, que no adolece de la mayor parte
de las desventajas mencionadas anteriormente, sin embargo, describe
principalmente los materiales de llenado en grumos sólidos
(glóbulos, polvo, virutas, etc.) como material para el
recubrimiento, limitando de este modo la aplicación de este proceso
únicamente para los rodillos de hierro fundido, que se recubren
también con el mismo hierro de fundición.
El procedimiento que se describe en el documento
WO-A-94/22619 o en la patente
francesa nº 93-03927 del 02.04.1993, MPK B22D 19/16,
11/00, está más próximo por combinación de características y, por
lo tanto, se ha extraído, como la técnica anterior más cercana. En
este procedimiento, la fundición de palanquillas alargadas
(principalmente de sección redonda) se lleva a cabo utilizando un
molde en secciones con una parte conductora de corriente y una
parte no conductora de corriente e incluye montar la palanquilla que
se recubre en dicho molde, verter de un metal líquido y de la
escoria fundida en el hueco entre la palanquilla que se va a
recubrir y una pared del molde para recubrir un paso de la corriente
eléctrica y un procedimiento del procedimiento de recubrimiento con
una extracción simultánea de la palanquilla recubierta.
Sin embargo, este procedimiento no permite que se
realice el procedimiento de recubrimiento con una formación de una
junta fiable del material que se va a recubrir y una palanquilla,
debido a las razones siguientes. El procedimiento se lleva a cabo
con oscilaciones verticales del molde conductor de corriente,
similares a la fundición continua. No obstante, la totalidad de la
escoria electroconductora conocida para el proceso de electroescoria
posee, como sus propiedades físicas y mecánicas, una baja
viscosidad dentro del rango de temperaturas, próximo a la
temperatura de su solidificación, y siendo un rango operativo de
temperaturas para el proceso de electroescoria con una extracción
de palanquillas. La circunstancia mencionada anteriormente conduce
inevitablemente a destruir una corteza de escoria fina en el
proceso de extracción de la palanquilla, lo que, como consecuencia,
lleva inevitablemente a un desprendimiento del metal que se está
recubriendo. El procedimiento se lleva a cabo con un vertido de
metal de recubrimiento en una parte conductora de corriente
(calentada) del molde y posteriormente, con un vertido de una
escoria electroconductora. En dicha secuencia de las operaciones de
vertido, es decir, primero metal, a continuación escorias, existe
un riesgo de cortocircuito entre la parte superior del molde cargado
de corriente y la palanquilla durante el recubrimiento.
Las circunstancias mencionadas anteriormente son
las desventajas principales del procedimiento actual, la cuales lo
complican injustificadamente y casi impiden su realización.
La invención procede del trabajo de mejora del
procedimiento conocido de recubrimiento por electroescoria
cambiando la secuencia de las operaciones de vertido de la escoria
fundida y del metal líquido, cumplimentando las operaciones de
vertido de la escoria fundida, por lo menos en dos etapas,
dirección de la operación de vertido de un metal líquido después de
la operación de ajuste del molde para una condición eléctrica de
inicio del procedimiento de recubrimiento por electroescoria, y un
control automático del nivel de metal líquido en el molde para
realizar el procedimiento simple y fiable de recubrimiento de una
combinación casi ilimitada de composiciones químicas de la
palanquilla y del metal que se van a recubrir.
La tarea mencionada se consigue mediante un
procedimiento de recubrimiento por electroescoria de palanquillas
alargadas de sección redonda, utilizando principalmente un molde en
secciones con una parte conductora de corriente y una parte
formadora no conductora de corriente, incluyendo el montaje de una
palanquilla que se va a recubrir en el molde mencionado
anteriormente, el vertido de una escoria fundida, que es
electroconductora en estado fundido y no electroconductora en estado
sólido, y de un metal líquido para el recubrimiento en el hueco
entre la palanquilla que se va a recubrir y la pared del molde, el
paso de la corriente eléctrica a través del material líquido y la
conducción del procedimiento de recubrimiento por electroescoria
con una extracción simultánea de la palanquilla recubierta. De
acuerdo con la invención, se vierte la escoria fundida en un hueco
entre la palanquilla que se va a recubrir y la pared del molde en,
por lo menos dos etapas anteriores al vertido del metal líquido
para el recubrimiento, con el vertido de la primera parte de la
escoria en la cantidad suficiente para rellenar la totalidad de los
huecos de aire entre las secciones del molde con una demora
posterior hasta una solidificación completa en los huecos
mencionados anteriormente, y a continuación, se suministra el
voltaje eléctrico a la parte del molde conductora de corriente y a
la palanquilla que se va a recubrir, y se vierten la segunda parte,
y siguientes, de la escoria fundida, el molde está ajustado para
las condiciones eléctricas de inicio del procedimiento de
recubrimiento por electroescoria y se crea una fuerza magnética en
el molde, después de la cual, se vierte el metal líquido para el
recubrimiento y se realiza el procedimiento de recubrimiento por
electroescoria a una rotación estable de la escoria fundida y del
metal líquido, creándose en el molde por medio de la acción de una
fuerza creada por un campo electromagnético.
En el procedimiento que se propone, en primer
lugar, en la rutina del recubrimiento por electroescoria, se
realiza un aislamiento eléctrico fiable de los elementos del molde
en secciones de forma automática con una escoria no
electroconductora en estado sólido. Cuando se vierte la primera
parte de la escoria fundida, ésta llena la totalidad de los huecos
de aire que existen en el molde, en particular entre secciones, se
solidifica en dichos huecos y garantiza el aislamiento completo.
Únicamente después de la realización de dicho aislamiento, continua
el proceso de electroescoria, se crean las condiciones estables para
iniciar el procedimiento de recubrimiento y se garantiza el
funcionamiento del molde sin ningún tipo de accidentes. La rotación
estable del flujo fundido y del metal líquido, la cual se establece
en el molde bajo la acción de un campo de fuerza electromagnética,
proporciona un promedio efectivo de la temperatura del baño,
intensifica los procesos de refinado, contribuye a equilibrar la
composición química y el refinado de la estructura de la capa que se
está recubriendo y proporciona la limpieza efectiva de la
superficie que se está recubriendo con escoria fundida.
Durante el procedimiento, es racional proceder
con el vertido del metal líquido para recubrir en un volumen menor
que la parte formadora no conductora de corriente del molde.
Esto elimina la posibilidad de un cortocircuito
entre la parte que se va a recubrir y la sección del molde
conductora de corriente a través del metal líquido, cuyo nivel en
una parte en formación del molde no conductor de corriente se
incrementa en las paredes del molde mediante una rotación estable
unidireccional del metal líquido, el cual se somete a la acción del
campo electromagnético.
Es preferible verter el metal líquido para el
recubrimiento en porciones, y determinar el volumen de cada porción
con la ayuda de un sensor de nivel del metal líquido que se carga
en una parte formadora no conductora de corriente del molde.
Dicha operación puede controlar con precisión el
volumen del baño fundido en el molde y mantener, respectivamente,
una condición preseleccionada de recubrimiento, y también controlar
constantemente el suministro de metal al molde durante la totalidad
del procedimiento de recubrimiento debido a una retroalimentación
entre un sensor de nivel y un dispositivo de vertido.
También sería deseable llevar a cabo el
recubrimiento por electroescoria a un nivel variable de escoria en
una parte del molde conductora de corriente.
El cambio de nivel en un baño de escoria permite
cambiar el valor de entrada de calor en una palanquilla y que se
proporcione una fundición uniforme de la palanquilla a lo largo de
su altura.
También es racional suministrar el voltaje
eléctrico a la palanquilla que se va a recubrir en, por lo menos
dos lugares, es decir, en una sección del molde conductora de
corriente y más allá del molde.
Esto simplifica el sistema de suministro de
corriente a la palanquilla que se va a recubrir y aleja la mayor
parte de limitaciones para el tipo de palanquilla que se va a
recubrir.
Resulta preferible precalentar la palanquilla que
se va a recubrir antes del recubrimiento utilizando las condiciones
de cortocircuito.
Esta operación permite que el precalentamiento de
la palanquilla se realice directamente en el molde, eliminando así
el uso de medios de calor especiales, reduciendo el tiempo
requerido para fundir la capa exterior de la palanquilla que se va a
recubrir a expensas del calor, que se genera en un baño de escoria,
y también haciendo descender apreciablemente el tiempo total de
recubrimiento y el consumo de energía por tonelada de metal que se
recubre.
La Figura 1 muestra esquemáticamente la
disposición de las partes que se van a recubrir en un molde en
secciones, su conexión a una fuente de energía y la secuencia de
operaciones de vertido de la escoria fundida y el metal líquido en
el molde para su recubrimiento.
La Figura 2 muestra el esquema (magnificado) de
distribución de escorias y de metal en el molde en una condición
preparada del procedimiento de recubrimiento por electroescoria con
una extracción simultánea de la palanquilla recubierta.
El principio del procedimiento propuesto se
reduce a lo siguiente.
Una palanquilla que se va a recubrir 2 se monta
en un molde en secciones conductor de corriente 1 (Figura 1, a) y
se sitúa un eje de la palanquilla longitudinal en línea con un eje
longitudinal del molde. Éste se divide en secciones a lo largo de la
altura en una parte conductora de corriente 3 y la parte formadora
no conductora corriente 4. La parte superior del molde conductora
de corriente también se divide, como mínimo, en dos secciones 5.
Dichas secciones proporcionan una uniformidad en la distribución de
corriente y de calor.
La escoria se derrite en un horno
de fundición de flujo 6, por ejemplo
1/3CaF_{2}-1/3CaO-1/3Al_{2}O_{3},
y se vierten en un molde 1 hasta el nivel que se muestra en la
Figura 1, b. La fuente de energía 7 se desconecta en este momento.
De forma instantánea, la escoria altamente fluidas llenan la
totalidad de los huecos de aire 8 entre la secciones del molde,
incluyendo una parte de placa inferior 9 elemental. A continuación,
la fuente de energía 7 se conecta y la escoria se vierte, bien por
porciones o continuamente hasta un nivel definitivo, que se muestra
en la Figura 1, c, en una sección del molde conductora de corriente,
es decir, se cierra el circuito eléctrico y se inicia el proceso de
electroescoria. Después de ajustar las condiciones eléctricas
preestablecidas, se inicia el procedimiento de recubrimiento: se
realiza el vertido por porciones y/o continuo del metal líquido para
el recubrimiento, el cual se funde en una unidad separada 12 o en
el mismo horno de fundición de flujo 6, en un hueco entre la
palanquilla que se va a recubrir y la pared del molde, hasta el
nivel indicado en la Figura 1, d, y la palanquilla recubierta se
empieza a extraer del molde.
Seccionando la parte del molde conductora de
corriente, es decir, la conexión en serie por lo menos de dos
segmentos aislados, no sólo proporciona la distribución de
corriente y de calor uniforme en la escoria y en el baño de metal,
sino que también energiza su rotación intensiva hasta cientos de
giros por minuto. De este modo, tal y como se muestra en la Figura
2, la superficie del baño de escoria y la interface entre el metal y
el baño de escoria no presentan una forma plana perfecta, tal y
como se muestra en la parte derecha de la Figura 2, sino que
presentan una forma próxima a una parabólica de giro (parte
izquierda de la Figura 2). Precisamente este hecho explica el
riesgo de cortocircuitar las secciones formadoras conductoras de
corriente y las no conductoras de corriente, así como su posible
daño durante el vertido de metal líquido. Para evitarlo, se utiliza
el vertido de metal en una cantidad preestablecida inferior al
volumen de la sección formadora del molde, limitado por la
palanquilla que se va a recubrir, por el frente de solidificación
del metal revestido y por un plano horizontal que separa las
secciones del molde conductoras de corriente y las no conductoras
de corriente.
En el caso de utilizar únicamente el suministro
de una porción de metal de relleno en el molde, el volumen de las
porciones suministradas se determina con la ayuda de un sensor de
nivel especial 11 montado en una sección formadora del molde no
conductora de corriente, y gracias a la retroalimentación flexible
entre el sensor de nivel y un dispositivo de vertido 12, se
controla el proceso de suministro de una porción de metal al molde
sobre el procedimiento de recubrimiento general.
A diferencia del proceso de electroescoria
convencional con un nivel de escoria constante en el molde,
incluyendo un molde conductor de corriente, el procedimiento
propuesto emplea un cambio gradual en el nivel del baño de escoria
en una parte del molde conductora de corriente para proporcionar
una fundición uniforme de la palanquilla a lo lago de su altura
durante el procedimiento de recubrimiento. Debido a los cambios en
los ratios entre la corriente y la tensión, se permite la reacción
ante cambios en los parámetros de calor del proceso durante el
curso del recubrimiento.
La corriente se suministra a la palanquilla que
se va a recubrir, dependiendo de las condiciones tecnológicas
definitivas, bien en la parte superior o inferior de la
palanquilla, o bien en ambas partes. Cuando sea necesario utilizar
el precalentamiento preliminar de la palanquilla con anterioridad
al recubrimiento de un elemento auxiliar (por ejemplo, un tercero)
se puede emplear un conductor de corriente.
Para reducir el tiempo necesario para la
fundición de la capa exterior de la palanquilla que se va a
recubrir a expensas del calor, generado en un baño de escoria, se
precalienta la palanquilla, montada en el molde, con anterioridad al
recubrimiento mediante una corriente de cortocircuito. Esta
operación permite que se reduzca enormemente el tiempo total de
recubrimiento y que se recorte el consumo de la energía eléctrica
específica.
En un caso real de recubrimiento utilizando el
procedimiento propuesto, los datos concretos son los
siguientes:
El diámetro interior de la parte de formación no
conductora de corriente del molde es de 620 mm, similar al diámetro
interior de una sección cargada de corriente, compuesta de dos
partes, conectadas en serie a un terminal común del transformador
del horno de una frecuencia industrial y una capacidad de 2500 KW.
La altura de la parte formadora es de 350 mm, mientras que la de la
parte conductora de corriente es de 200 mm. El eje que se va a
recubrir, realizado en acero de baja aleación del tipo 4140, ASTM,
presenta un diámetro de 500 mm y una longitud total de 2500 mm.
1800 mm están revestidos con acero del tipo D2 de la misma norma.
Se monta una placa inferior unos 15 mm por debajo del corte superior
de la sección no conductora de corriente y se vierten entre 21,8 y
22 Kg. de escoria hasta el nivel de 20 mm sobre el corte inferior
de las secciones conductoras de corriente. Se deja la escoria hasta
su completa solidificación en los huecos de la placa inferior
-pared del molde, sección no conductora de corriente- sección
conductora de corriente, y en los huecos entre las semi secciones
conductoras de corriente. Después de la solidificación de la escoria
en los huecos mencionados, se conecta el suministro eléctrico de la
instalación y se vierte una siguiente porción de la escoria fundida
hasta el nivel de 500 mm por encima del corte inferior de las
secciones cargadas de corriente. La energía del molde se establece
ente 580 y 600 kW. Después de establecer las condiciones eléctricas
preseleccionadas, se lleva a cabo el vertido de la porción de metal
líquido (la porción es de 4,5 a 5,0 Kg.) en el interior de un hueco
entre la palanquilla que se va a recubrir y la pared del
molde. El ratio de extracción se mantiene al nivel de 6 a 8 mm/min.
El nivel de escorias en el molde durante el recubrimiento desciende
progresivamente de 50 mm a 20 mm por encima del corte inferior de la
sección conductora de corriente. Cada porción siguiente del metal
de recubrimiento se suministra por medio de una señal del sensor de
nivel, que indica el descenso en el nivel del metal líquido en la
sección formadora del molde por debajo del nivel establecido del
sensor.
La invención se puede utilizar en la metalurgia,
y en este campo, se puede obtener la mayor eficiencia en la
producción y la reparación de partes de sección cilíndrica
alargadas, como por ejemplo ruedas de molinos, ruedas de máquinas de
fundición continua de palanquillas, rodillos para mesas de ruedas
de molino, rodillos de hornos de calor, etc.
Claims (6)
1. Procedimiento de recubrimiento por
electroescoria de palanquillas alargadas de sección circular,
utilizando un molde en secciones (1) con una parte conductora de
corriente (3) y una parte formadora no conductora de corriente (4),
que incluye montar la palanquilla (2) que se va a recubrir en dicho
molde, verter una escoria fundida, que es electroconductora en
estado fundido y no electroconductora en estado sólido, y un metal
líquido de recubrimiento, en el interior de un hueco entre la
palanquilla que se va a recubrir y la pared del molde, y llevar a
cabo el procedimiento de recubrimiento por electroescoria con una
extracción simultánea de la palanquilla recubierta,
caracterizado porque la escoria fundida se vierte en el
interior del hueco entre la palanquilla que se va a recubrir y la
pared del molde en por lo menos dos etapas, vertiéndose la primera
porción de escoria en una cantidad suficiente como para llenar la
totalidad de los huecos de aire (8) entre las secciones del molde,
seguidamente, la escoria se solidifica por completo en dichos
huecos y, a continuación, se suministra el voltaje eléctrico a la
parte del molde conductora de corriente y a la palanquilla que se va
a recubrir, y se vierte la segunda o las siguientes porciones de la
escoria fundida, se fija el molde conductor de corriente para las
condiciones eléctricas de inicio del procedimiento de recubrimiento
por electroescoria y se crea un campo magnético en el molde,
después de lo cual se vierte el metal líquido de recubrimiento y el
procedimiento de recubrimiento por electroescoria se lleva a cabo a
una rotación estable de la escoria fundida y el metal líquido que se
crea en el molde bajo la acción de una fuerza creada por un campo
electromagnético.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se vierte el metal líquido de
recubrimiento en una cantidad menor que el volumen de la parte
formadora del molde no conductora de corriente (4).
3. Procedimiento según la reivindicaciones 1 y 2,
caracterizado porque el metal líquido de recubrimiento se
vierte en porciones, determinándose el volumen de cada una de las
porciones con la ayuda de un sensor (11) de nivel del metal líquido,
cargado en una parte formadora del molde no conductora de corriente
(4).
4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
3, caracterizado porque el procedimiento de recubrimiento
por electroescoria se lleva a cabo a un nivel de escoria variable
en una parte del molde conductora de corriente (3).
5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
4, caracterizado porque el voltaje eléctrico se suministra a
la palanquilla (2) que se va a recubrir en por lo menos dos puntos,
es decir, en la sección conductora de corriente (3) y más allá del
molde.
6. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
5, caracterizado porque la palanquilla (2) que se va a
recubrir se precalienta antes del recubrimiento en una condición de
cortocircuito.
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