ES2218901T3 - LINGOTERA FOR THE CONTINUOUS COLADA OF ESSENTIALLY POLIGONAL METAL BARS. - Google Patents
LINGOTERA FOR THE CONTINUOUS COLADA OF ESSENTIALLY POLIGONAL METAL BARS.Info
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Abstract
Description
Lingotera para la colada continua de barras metálicas esencialmente poligonales.Ingot for continuous bar casting essentially polygonal metal.
La presente invención se refiere a una lingotera para la colada continua de barras esencialmente poligonales, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.The present invention relates to an ingot mold for continuous casting of essentially polygonal bars, of according to the preamble of claim 1.
En la colada continua, particularmente en la colada continua de acero, es vertido en continuo metal fundido a través de una abertura de alimentación en una cavidad de conformación de una lingotera, es constituida, mediante enfriamiento del fundido en las paredes de la cavidad de conformación, una costra de la barra de espesor progresivamente creciente, y es extraída en continuo, a través de una abertura de salida de la cavidad de conformación, una barra que, por regla general, presenta un núcleo todavía líquido y debe ser sometida, hasta la plena solidificación, a un enfriamiento posterior. De particular relevancia para la calidad de las barras obtenidas y para la productividad de la instalación de colada continua es la configuración de las paredes de la cavidad de conformación. La interacción entre la costra de la barra en formación y las paredes de la cavidad de conformación determina, por una parte, la transmisión térmica entre costra de la barra y las paredes de la cavidad de conformación y consecuentemente también el crecimiento de la costra de la barra. La interacción entre la costra de la barra y las paredes de la cavidad de conformación tiene también influencia sobre la magnitud de las fuerzas de rozamiento que deben superarse durante la extracción de una barra de la cavidad de conformación y que, a causa de la limitada estabilidad mecánica de la costra de la barra, en función de la composición química del fundido, no deben sobrepasar un determinado valor crítico, si se pretenden evitar indeseadas roturas de barra o perforaciones de barra, que reduzcan la productividad de la instalación de colada continua.In continuous casting, particularly in the continuous steel casting, it is continuously poured molten metal to through a feed opening in a cavity of conformation of an ingot mold, is constituted, by cooling of the fade in the walls of the forming cavity, a bar crust of progressively increasing thickness, and is extracted continuously, through an outlet opening of the conformation cavity, a bar that, as a rule, presents a nucleus still liquid and must be subjected, until full solidification, after cooling. Of particular relevance for the quality of the bars obtained and for the Productivity of the continuous casting facility is the configuration of the walls of the conformation cavity. The interaction between the crust of the forming bar and the walls of the conformation cavity determines, on the one hand, the thermal transmission between bar crust and the walls of the conformation cavity and consequently also growth from the crust of the bar. The interaction between the crust of the bar and the walls of the shaping cavity also has influence on the magnitude of friction forces that must overcome during the extraction of a bar from the cavity of conformation and that, because of the limited mechanical stability of the crust of the bar, depending on the chemical composition of the fused, they must not exceed a certain critical value, if they try to avoid unwanted bar breaks or perforations of bar, which reduce the productivity of the laundry facility keep going.
A fin de conseguir, durante la colada continua, una velocidad de colada lo más elevada posible y, simultáneamente, evitar roturas de barra o perforaciones de barra, las paredes de la cavidad de conformación deberían estar configuradas de tal manera que se obtenga un crecimiento de la costra de la barra lo más uniforme posible. Se conocen ya diversas medidas constructivas para optimizar el crecimiento de la costra de la barra. Con el fin de evitar la formación de rendijas entre las paredes de la cavidad de conformación y la costra de la barra a causa de la creciente contracción térmica en dirección hacia la abertura de salida, la cavidad de conformación se configura a modo de cono de colada, el cual tenga en consideración la contracción térmica de la barra.In order to achieve, during continuous casting, a casting speed as high as possible and, simultaneously, avoid bar breaks or bar perforations, the walls of the conformation cavity should be configured in such a way that you get a bar crust growth as much possible uniform. Various constructive measures are already known to optimize the growth of the bar crust. With the purpose of prevent the formation of slits between the walls of the cavity of conformation and crust of the bar because of the increasing thermal contraction towards the exit opening, the shaping cavity is configured as a casting cone, the which takes into account the thermal contraction of the bar.
La configuración óptima del cono de colada constituye un problema generalizado, debido a la pluralidad de parámetros que, como es sabido, ejercen una influencia sobre el crecimiento de la costra de la barra. Así por ejemplo, tienen importancia la composición química del metal fundido, la forma y la magnitud de la sección transversal de la cavidad de conformación y la velocidad de colada.The optimal configuration of the casting cone it constitutes a generalized problem, due to the plurality of parameters that, as is known, exert an influence on the bar crust growth. So for example, they have importance of the chemical composition of molten metal, the shape and the magnitude of the cross section of the conformation cavity and the casting speed.
En caso de cavidades de conformación angulares merecen una particular atención los mecanismos que determinan el crecimiento de la costra de la barra en las zonas angulares de la barra. Según la configuración del cono de colada existe el riesgo de que la costra de la barra resulte presionada, en las esquinas de la cavidad de conformación, con una fuerza de compresión excesivamente elevada contra las paredes de la cavidad de conformación y se origine así un atascamiento de la barra en la cavidad de conformación o bien, en otro caso extremo, que debido a la contracción térmica de la costra de la barra se favorezca en al menos una de las esquinas de la cavidad de conformación la creación de una rendija entre la costra de la barra y las paredes de la cavidad de conformación y, debido a esta creación de una rendija, resulte localmente disminuida la evacuación de calor. La reducción de la evacuación de calor en una esquina puede a su vez tener como consecuencia que la costra de la barra en la esquina crezca de forma claramente más lenta que en las superficies laterales de la cavidad de conformación o - en el caso extremo - vuelva incluso a fundirse y sufra una perforación. La creación de rendijas entre la costra de la barra y las paredes de la cavidad de conformación dificulta, además, la obtención de barras con una geometría exactamente controlada y da lugar a indeseados e incontrolables estirajes de la barra y a barras con defectos superficiales.In case of angular conformation cavities the mechanisms that determine the bar crust growth in the angular areas of the bar. Depending on the configuration of the casting cone, there is a risk of that the crust of the bar is pressed, in the corners of the shaping cavity, with a compression force excessively raised against the walls of the cavity of conformation and thus a sticking of the bar in the conformation cavity or, in another extreme case, that due to the thermal contraction of the bar crust is favored by minus one of the corners of the conformation cavity the creation of a slit between the crust of the bar and the walls of the conformation cavity and, due to this creation of a slit, the heat evacuation is locally reduced. The reduction of heat evacuation in a corner can in turn have as consequence that the crust of the bar in the corner grows from clearly slower than on the lateral surfaces of the conformation cavity or - in the extreme case - return even to melt and suffer a perforation. The creation of slits between the crust of the bar and the walls of the conformation cavity also makes it difficult to obtain bars with a geometry exactly controlled and results in unwanted and uncontrollable bar and bar stretches with superficial defects.
Adicionalmente, gradientes de temperatura pueden fomentar, en combinación con la contracción térmica de la costra de la barra, una variación de la forma de un área de sección transversal de una porción de barra en la cavidad de conformación en el camino de la porción de barra hacia la abertura de salida. Por consiguiente, para la optimización de un cono de colada es razonable emplear dos grados de libertad, descritos cuantitativamente por la dependencia espacial de la conicidad K, que describan la variación de la magnitud y de la forma de un área de sección transversal de la cavidad de conformación en el sentido de avance de la barra en función de la posición del área de sección transversal.Additionally, temperature gradients can promote, in combination with the thermal contraction of the crust of the bar, a variation of the shape of a section area cross section of a bar portion in the forming cavity in the path of the bar portion to the exit opening. By consequently, for the optimization of a casting cone is reasonable to employ two degrees of freedom, described quantitatively by the spatial dependence of the taper K, that describe the variation of the magnitude and shape of an area cross-section of the conformation cavity in the direction of advance of the bar depending on the position of the section area cross.
En la Patente US 4 207 941 se describe una lingotera que está prevista para la colada continua de barras esencialmente cuadradas. La cavidad de conformación de esta lingotera está constituida por un tubo cónico a lo largo de toda su extensión longitudinal, el cual comprende tres tramos longitudinales yuxtapuestos, diferenciables en cuanto a la magnitud y a la dependencia local de la conicidad: un tramo de entrada, que en el proceso de colada se halla por encima del nivel del acero líquido; un tramo central, en cuyo extremo superior se sitúa, durante el proceso de colada, el nivel del acero líquido y en el cual tiene lugar la solidificación inicial de la barra; y un tramo final, que apoya la costra de la barra en la abertura de salida.In US Patent 4 207 941 a ingot that is intended for continuous bar casting essentially square. The conformation cavity of this ingot is constituted by a conical tube along all its longitudinal extension, which comprises three sections longitudinal juxtaposed, differentiable in terms of magnitude and to the local dependence on conicity: an entry section, which in the casting process it is above the level of the steel liquid; a central section, whose upper end is located, during the casting process, the level of the liquid steel and in the which takes place the initial solidification of the bar; and a stretch end, which supports the crust of the bar in the opening of exit.
El tramo de entrada comprende cuatro zonas angulares curvadas, respectivamente unidas entre sí mediante zonas intermedias planas, lindando cada dos zonas intermedias en una de las zonas angulares en un ángulo recto entre sí. La conicidad es constante en la zona del tramo de entrada, es decir la amplitud de la cavidad de conformación disminuye linealmente a medida que aumenta la distancia desde la abertura de alimentación. En el tramo central la conicidad de la cavidad de conformación depende tanto de la distancia desde la abertura de alimentación como también de la posición en un plano transversal al sentido de avance de la barra. El tramo central se compone de zonas angulares curvadas, respectivamente unidas entre sí por una zona intermedia constituida a su vez por tres facetas planas, yuxtapuestas en un ángulo romo. La conicidad es máxima en las zonas angulares del tramo central, y aquí independientemente de la posición en el sentido de avance de la barra. Dos de las tres facetas que constituyen cada vez una de las zonas intermedias lindan con una respectiva zona angular y poseen la forma de triángulos que van ensanchándose linealmente en el sentido de avance de la barra en función de la distancia desde la abertura de alimentación. En cada una de las zonas angulares lindan respectivas dos de las facetas triangulares de zonas intermedias adyacentes en un ángulo de aprox. 92 grados entre sí. Con esta construcción de las zonas intermedias del tramo central la conicidad en cada una de las facetas es constante, siendo la conicidad en las facetas triangulares limítrofes a una de las prácticamente rectangulares zonas angulares la mayor. En los límites entre las facetas se producen saltos de conicidad.The entrance section comprises four zones curved angles, respectively joined together by zones flat intermediate, bordering every two intermediate zones in one of the angular areas at a right angle to each other. The taper is constant in the zone of the entrance section, that is to say the amplitude of the conformation cavity decreases linearly as Increase the distance from the feed opening. On the stretch central the conicity of the conformation cavity depends so much on the distance from the feed opening as well as the position in a plane transverse to the direction of advance of the bar. The central section consists of curved angular areas, respectively joined together by an intermediate zone constituted in turn by three flat facets, juxtaposed in a blunt angle. The taper is maximum in the angular areas of the central section, and here regardless of the position in the forward direction of the bar. Two of the three facets that constitute each time one of the intermediate zones border on a respective angular zone and they have the shape of triangles that widen linearly in the direction of advance of the bar depending on the distance from The feeding opening. In each of the angular zones they border two of the triangular facets of zones adjacent intermediates at an angle of approx. 92 degrees to each other. With this construction of the intermediate zones of the central section the taper in each of the facets is constant, being the conicity in the triangular facets bordering one of the practically rectangular angular areas the largest. In the boundary between facets conicity breaks occur.
En la zona del tramo final la cavidad de conformación posee la misma forma dodecagonal que en el límite entre el tramo final y el tramo central. Concretamente, la conicidad es en todo el tramo final constante y menor que la conicidad en la zona de las diversas facetas que constituyen el tramo central del tubo de lingotera. Por consiguiente, en la lingotera descrita en la US 4 207 941 la mayor parte del estrechamiento de la cavidad de conformación está concentrada en el tramo central y, en la zona del tramo central, en zonas planas, próximas a las esquinas, que van ensanchándose en el sentido de avance de la barra. Un inconveniente de esta lingotera consiste en que en las zonas dodecagonales de la cavidad de conformación no puede evitarse que la costra de la barra se desprenda localmente de las paredes de la cavidad de conformación y adopte una forma que, durante la extracción de la barra, no siga perfectamente a la forma de las paredes de la cavidad de conformación y cuya geometría sea solamente controlable de forma inexacta. La consecuencia de ello es, por una parte, una creación de rendijas entre la costra de la barra y las paredes de la cavidad de conformación, vinculada con una reducción local de la evacuación de calor. Por otra parte, pueden producirse incrementos locales de las fuerzas de compresión entre la costra de la barra y las paredes de la cavidad de conformación, de manera que las fuerzas de rozamiento no queden reducidas a un mínimo. Estos efectos limitan la velocidad de colada máxima, obtenible de forma rutinaria en el proceso de colada.In the area of the final section the cavity of conformation has the same dodecagonal shape as in the limit between the final section and the central section. Specifically, the conicity is in the entire final stretch constant and smaller than the taper in the area of the various facets that constitute the central section of the ingot tube. Therefore, in the ingot box described in US 4 207 941 most of the narrowing of the conformation cavity is concentrated in the central section and, in the zone of the central section, in flat areas, next to the corners, which are widening in the sense of advance of the bar. A drawback of this ingot box is that that in the dodecagonal zones of the conformation cavity no bar scab can be prevented from detaching locally of the walls of the conformation cavity and take a shape that, during the extraction of the bar, does not follow the shape of the walls of the conformation cavity and whose geometry is only inaccurately controllable. The consequence of this is, on the one hand, a creation of slits between the crust of the bar and the walls of the conformation cavity, linked with a local reduction of heat evacuation. On the other hand, local increases in compression forces may occur between the crust of the bar and the walls of the cavity of conformation, so that friction forces are not left reduced to a minimum. These effects limit the speed of laundry maximum, obtainable routinely in the casting process.
Por la EP-B-0 498 296, que constituye el preámbulo de la reivindicación 1, se conoce una lingotera para la colada continua de barras esencialmente poligonales. La lingotera comprende una cavidad de conformación con una abertura de alimentación y una abertura de salida de la barra. La cavidad de conformación está dotada, al menos en la zona de una longitud parcial de la lingotera, de conicidades de colada que son distintas a lo largo del perímetro de la cavidad de conformación en las zonas angulares y en las zonas intermedias entre las zonas angulares. En las zonas angulares se propone realizar la conicidad de forma reducida, igual a cero o incluso negativa. Hacia la mitad de la zona intermedia la conicidad debe aumentar a lo largo de una curva arqueada, a fin de evitar en las zonas intermedias rendijas de contracción entre la superficie de la barra y la pared de la lingotera.For EP-B-0 498 296, which constitutes the preamble of claim 1, is known an ingot bar for continuous bar casting essentially polygonal The ingot comprises a conformation cavity with a feed opening and an outlet opening of the bar. The conformation cavity is provided, at least in the area of a partial length of the ingot mold, of casting conicities that are different along the perimeter of the conformation cavity in the angular zones and in the intermediate zones between the zones angular. In the angular areas it is proposed to make the conicity in a reduced way, equal to zero or even negative. Halfway of the intermediate zone the conicity should increase along a arched curve, in order to avoid slits in the intermediate areas of contraction between the surface of the bar and the wall of the ingot
Partiendo de los citados inconvenientes del estado de la técnica, la finalidad de la presente invención consiste en crear, para la colada continua de barras esencialmente poligonales, una lingotera con una cavidad de conformación que permita una velocidad de colada más elevada.Starting from the aforementioned inconveniences of state of the art, the purpose of the present invention consists in creating, for continuous casting of bars essentially polygonal, an ingot mold with a conformation cavity that allow a higher casting speed.
Esta finalidad se consigue mediante una lingotera con la totalidad de las características de la reivindicación 1.This purpose is achieved through an ingot with all the features of claim 1.
La lingotera según la invención comprende una cavidad de conformación con al menos tres zonas angulares y tres zonas intermedias entre las zonas angulares y con un cono de colada. La conicidad varía al menos en la zona de una longitud parcial del cono de colada a lo largo de una línea periférica en un área de sección transversal en una o varias de las zonas intermedias de tal modo que la conicidad disminuya hacia el medio de la respectiva zona intermedia. Esta configuración del cono de colada tiene en consideración la tendencia de una costra de la barra, en formación en la cavidad de conformación, a contraerse, debido a su estabilidad mecánica y bajo la influencia del perfil de temperaturas inducido en la costra de la barra y de la presión ferrostática durante el enfriamiento durante la extracción de la barra, más fuertemente en las zonas angulares que en el medio de las zonas intermedias. Además, en la lingotera según la invención está previsto que en la zona de la citada longitud parcial la línea periférica entre las zonas angulares constituya una curva lisa, es decir una curva cuya tangente a lo largo del recorrido de la curva no varíe repentinamente su dirección. De esta manera se evita que en la superficie de la costra de la barra, entre las zonas angulares de la cavidad de conformación, se formen cantos que - en función de la forma del cono de colada - puedan dar lugar a indeseadas creaciones de rendijas o a fuerzas de compresión localmente incrementadas entre la costra de la barra y las paredes de la cavidad de conformación. Merced a estas medidas se evita la creación de rendijas en todo el perímetro de la cavidad de conformación, se consigue un crecimiento de la costra de la barra uniforme por todo el perímetro de la cavidad de conformación y se reducen las fuerzas de rozamiento entre la costra de la barra y las paredes de la cavidad de conformación. De esta manera resulta posible la colada con una velocidad de colada más elevada. Adicionalmente, merced al menor rozamiento, puede aumentarse la distancia entre el nivel del acero líquido y la abertura de salida de la cavidad de conformación, con la consecuencia de que la costra de la barra es más gruesa en la abertura de salida y presenta una mejorada estabilidad mecánica.The ingot according to the invention comprises a conformation cavity with at least three angular zones and three intermediate zones between the angular zones and with a cone of wash. The taper varies at least in the area of a length partial of the casting cone along a peripheral line in a cross-sectional area in one or more of the zones intermediate so that the taper decreases towards the middle of the respective intermediate zone. This cone configuration casting takes into account the tendency of a crust of the bar, in formation in the conformation cavity, to contract, due to its mechanical stability and under the influence of the profile of Induced temperatures in the crust of the bar and pressure ferrostatic during cooling during extraction of the bar, more strongly in the angular areas than in the middle of the intermediate zones In addition, in the ingot bar according to the invention it is planned that in the area of said partial length the line peripheral between the angular zones constitutes a smooth curve, it is say a curve whose tangent along the path of the curve Don't suddenly change your address. This prevents on the surface of the bar crust, between the zones angles of the conformation cavity, edges are formed that - in function of the shape of the casting cone - can lead to unwanted creations of slits or compression forces locally increased between bar crust and walls of the conformation cavity. Thanks to these measures, the creation of slits throughout the perimeter of the cavity of conformation, a crust growth of the bar is achieved uniform throughout the perimeter of the conformation cavity and reduce frictional forces between the bar crust and the conformation cavity walls. This way it turns out casting with a higher casting speed possible. Additionally, thanks to the lower friction, the distance between the level of the liquid steel and the outlet opening of the conformation cavity, with the consequence that the scab of the bar is thicker at the exit opening and presents a Improved mechanical stability.
De acuerdo con una forma de realización de la lingotera según la invención, el cono de colada está configurado en un tramo parcial de la cavidad de conformación.According to an embodiment of the ingot according to the invention, the casting cone is configured in a partial section of the conformation cavity.
Para crear las condiciones para un crecimiento uniforme de la costra de la barra está previsto que la conicidad varíe en función de la distancia respecto al extremo del lado de alimentación del cono de colada. De acuerdo con una forma de realización preferente de la lingotera según la presente invención, la conicidad en el medio de las zonas intermedias en la zona de la longitud parcial es independiente de la distancia respecto al extremo del lado de alimentación del cono de colada, es decir la amplitud de la cavidad de conformación varía, con respecto al medio de las zonas intermedias, linealmente en función de la distancia respecto al extremo del lado de alimentación del cono de colada. En el extremo del lado de alimentación del cono de colada la conicidad en y/o junto a las zonas angulares es primero esencialmente mayor que en el medio de las zonas intermedias, pero disminuye al menos parcialmente de forma no lineal y/o lineal y/o parabólicamente en función de la distancia respecto al extremo del lado de alimentación del cono de colada. En el extremo del lado de salida del cono de colada la conicidad en y/o junto a las zonas angulares puede ser igual o incluso menor que la conicidad en el medio de las zonas intermedias.To create the conditions for growth uniform crust of the bar is provided that the taper vary depending on the distance from the end of the side of laundry cone feed. According to a way of preferred embodiment of the ingot mold according to the present invention, the taper in the middle of the intermediate zones in the area of the partial length is independent of distance from end of the feed side of the casting cone, ie the amplitude of the conformation cavity varies, with respect to the medium of intermediate zones, linearly as a function of distance with respect to the end of the feed side of the casting cone. In the end of the feed side of the casting cone the taper in and / or next to the angular areas is first essentially greater than in the middle of the intermediate zones, but decreases at least partially nonlinearly and / or linearly and / or parabolically in function of the distance from the end of the side of laundry cone feed. At the end of the exit side of the cone of laundry the conicity in and / or next to the angular zones it can be the same or even less than the taper in the middle of the intermediate areas
Un crecimiento uniforme de la costra de la barra puede por ejemplo conseguirse, mediante la lingotera según la invención, con una conicidad que en el medio de las zonas intermedias, y como promedio sobre toda la longitud del cono de colada, sea de 0 - 0,7%/m, preferentemente de 0,2 - 0,6%/m, y adopte en y/o junto a las zonas angulares, como promedio sobre toda la longitud del cono de colada, un valor del orden de 0,7 - 1,5%/m, preferentemente de 0,8 - 1,3%/m.Uniform bar crust growth it can be achieved, for example, by means of the ingot bar according to the invention, with a conicity that in the middle of the zones intermediate, and on average over the entire length of the cone of laundry, be 0 - 0.7% / m, preferably 0.2 - 0.6% / m, and adopt in and / or next to the angular zones, on average over the entire length of the casting cone, a value of the order of 0.7 - 1.5% / m, preferably 0.8-1.3% / m.
Para minimizar las fuerzas de compresión que actúan entre la costra de la barra y las paredes de la cavidad de conformación, que por regla general son máximas en las zonas angulares, pueden aplicarse diversas medidas - solas o combinadas entre sí. De acuerdo con una forma de realización de la lingotera según la invención, la línea periférica en un plano de sección transversal de la cavidad de conformación en la zona de la longitud parcial es al menos parcialmente curvada y/o rectilínea. En cada una de las zonas intermedias tiene lugar, entre una de las zonas angulares adyacentes y el medio de la zona intermedia, una inversión de la curvatura. Por consiguiente, una línea periférica con una trayectoria continua de la curvatura presenta, entre el medio de la zona intermedia y las zonas angulares adyacentes, un punto de inversión.To minimize the compression forces that they act between the crust of the bar and the walls of the cavity of conformation, which as a rule are maximum in the zones angular, various measures can be applied - alone or in combination each. According to an embodiment of the ingot according to the invention, the peripheral line in a section plane cross section of the conformation cavity in the length zone partial is at least partially curved and / or rectilinear. In each one of the intermediate zones takes place, between one of the zones adjacent angles and the middle of the intermediate zone, a curvature inversion. Therefore, a peripheral line with a continuous trajectory of the curvature presents, between the middle of the intermediate zone and the adjacent angular zones, a investment point
Una ulterior forma de realización de la lingotera según la invención se caracteriza porque en la zona de la longitud parcial cada tramo de la línea periférica en un área de sección transversal de la cavidad de conformación entre las zonas angulares es representable por una curva universal que - normalizada respecto a sus valores extremos - es independiente de la distancia respecto al extremo del lado de alimentación del cono de colada. Esta predeterminación de una curva universal posee diversas ventajas. Desde el punto de vista de la técnica de fabricación resulta la ventaja de que de este modo el cono de colada es caracterizable mediante solamente pocos parámetros. Es por ejemplo suficiente la indicación de la función universal, que presenta una coordenada local como variable, y de la trayectoria de la conicidad en las zonas angulares y en el medio de la zona intermedia como función de la distancia respecto al extremo del lado de alimentación del cono de colada. Una parametrización particularmente sencilla de la línea periférica resulta en caso de una ilustración como parábola de cuarto orden. Además, un análisis de las fuerzas de compresión entre la costra de la barra y las paredes de la cavidad de conformación muestra que con esta forma de la línea periférica resultan fuerzas de compresión particularmente reducidas. Una condición previa para fuerzas de compresión lo más reducidas posible es una reducida curvatura de la línea periférica. Esta condición se realiza, por ejemplo, mediante una línea periférica con un punto de inversión entre el medio de una de las zonas intermedias y una de las zonas angulares adyacentes.A further embodiment of the ingot according to the invention it is characterized in that in the area of the length partial each section of the peripheral line in a sectional area cross section of the conformation cavity between the angular areas it is representable by a universal curve that - normalized with respect to at its extreme values - it is independent of distance from at the end of the feed side of the casting cone. Is Default of a universal curve has several advantages. From the point of view of the manufacturing technique results in advantage that in this way the casting cone is characterizable by only few parameters. For example, the indication of the universal function, which presents a coordinate local as a variable, and the path of conicity in angular zones and in the middle of the intermediate zone as a function of the distance from the end of the cone feed side of laundry. A particularly simple parameterization of the line peripheral results in case of an illustration as a parable of Fourth order In addition, an analysis of compression forces between the crust of the bar and the walls of the cavity of conformation shows that with this form of the peripheral line particularly low compression forces result. A precondition for the lowest compression forces possible is a reduced curvature of the peripheral line. Is condition is realized, for example, by a peripheral line with an investment point between the middle of one of the zones intermediate and one of the adjacent angular areas.
Un crecimiento de la costra de la barra particularmente uniforme puede conseguirse si dos de los tramos de la línea periférica adyacentes a una de las zonas angulares determinan un ángulo que en la zona de la longitud parcial sea independiente de la distancia respecto al extremo del lado de alimentación del cono de colada. De acuerdo con una forma de realización de la lingotera según la invención, la misma presenta una cavidad de conformación cuya área de sección transversal en el extremo del lado de alimentación del cono de colada comprende zonas angulares con un ángulo de esquina de 90° y cuyas zonas intermedias lindan entre sí, en toda la longitud del cono de colada, en un ángulo recto. Este concepto de diseño se basa en que una barra que en la zona de la solidificación inicial presente un área de sección transversal rectangular tiene la tendencia, durante el enfriamiento en la lingotera durante la extracción de la barra, a contraerse de tal modo que en la proximidad inmediata de las esquinas las superficies laterales de la barra incidan entre sí en un ángulo recto. Este mantenimiento del ángulo en el curso del proceso de contracción es un resultado de la interacción de las propiedades mecánicas de la costra de la barra con el perfil de temperaturas resultante en la costra de la barra y la presión ferrostática que actúa sobre la costra de la barra.A growth of the bar crust particularly uniform can be achieved if two of the sections of the peripheral line adjacent to one of the angular areas determine an angle that in the area of partial length is independent of the distance from the end of the side of laundry cone feed. According to a way of embodiment of the ingot bar according to the invention, it has a forming cavity whose cross-sectional area in the end of the feed side of the casting cone comprises zones angles with a corner angle of 90 ° and whose intermediate zones adjoin each other, in the entire length of the casting cone, in a right angle. This design concept is based on a bar that in the area of the initial solidification present a sectional area rectangular cross has the tendency, during cooling in the ingot mold during the extraction of the bar, to contract such that in the immediate proximity of the corners the side surfaces of the bar impact each other at an angle straight. This maintenance of the angle in the course of the process of contraction is a result of the interaction of properties Mechanical crusts of the bar with the temperature profile resulting in the crust of the bar and the ferrostatic pressure that It acts on the crust of the bar.
La cavidad de conformación de la lingotera según la invención puede presentar, en las zonas angulares, gargantas huecas con un radio de 2 - 8% de la amplitud de la abertura de salida.The cavity of the ingot mold according the invention may have, in the angular areas, throats gaps with a radius of 2 - 8% of the amplitude of the opening of exit.
A continuación se describirá un ejemplo de realización preferente de la invención, con relación a los dibujos adjuntos, en los cuales:An example of preferred embodiment of the invention, in relation to the drawings attachments, in which:
La Fig. 1 es una vista en sección longitudinal de una lingotera según la invención, con un tubo de lingotera constitutivo de una cavidad de conformación;Fig. 1 is a longitudinal sectional view of an ingot according to the invention, with an ingot tube constituting a conformation cavity;
la Fig. 2 es una vista en sección transversal de una porción longitudinal de la lingotera según la invención, según el plano II - II en la Fig. 1;Fig. 2 is a cross-sectional view of a longitudinal portion of the ingot bar according to the invention, according to the plane II-II in Fig. 1;
la Fig. 3 es una ilustración funcional esquemática de un tramo de una línea periférica de una sección transversal de la cavidad de conformación de la lingotera de la Fig. 1 a lo largo del plano 25;Fig. 3 is a functional illustration schematic of a section of a peripheral line of a section cross section of the cavity of the ingot mold of the Fig. 1 along plane 25;
la Fig. 4 muestra la dependencia local de la conicidad de la lingotera según la Fig. 1 en el sentido longitudinal de la lingotera a lo largo de distintos caminos;Fig. 4 shows the local dependence of the taper of the ingot according to Fig. 1 in the direction length of the ingot mold along different paths;
la Fig. 5 es una ilustración normalizada de un tramo de las líneas periféricas de diversas secciones transversales de la cavidad de conformación de la lingotera según la Fig. 1; yFig. 5 is a standardized illustration of a section of the peripheral lines of various cross sections of the cavity of the ingot mold according to Fig. 1; Y
la Fig. 6 muestra una comparación entre una línea periférica según la Fig. 5 y una correspondiente línea periférica de una barra cuadrada después de una predeterminada contracción térmica.Fig. 6 shows a comparison between a line peripheral according to Fig. 5 and a corresponding peripheral line of a square bar after a predetermined contraction thermal
Las Figs. 1 y 2 muestran sendas vistas en sección longitudinal y en sección transversal, respectivamente, del mismo ejemplo de realización de una lingotera según la presente invención. La lingotera comprende un tubo de lingotera 5, el cual constituye una cavidad de conformación 10 con un cono de colada 10', una abertura de alimentación 11 y una abertura de salida 12. Por razones de simplificación, las ilustraciones según las Figs. 1 y 2 se concentran - en correspondencia con la presente problemática - en el tubo de lingotera 5, particularmente en la geometría del cono de colada 10'. Componentes adicionales, que configuren una lingotera utilizable en el proceso de colada, han sido omitidos en dichas Figs. 1 y 2.Figs. 1 and 2 show paths seen in section longitudinal and in cross-section, respectively, of the same exemplary embodiment of an ingot mold according to the present invention. The ingot comprises a ingot tube 5, which constitutes a forming cavity 10 with a casting cone 10 ', a feed opening 11 and an outlet opening 12. By simplification reasons, the illustrations according to Figs. 1 and 2 they concentrate - in correspondence with this problem - in ingot tube 5, particularly in cone geometry 10 'wash. Additional components, which configure a ingot can be used in the casting process, they have been omitted in said Figs. 1 and 2.
El cono de colada 10' está configurado en una porción longitudinal 15' de la cavidad de conformación 10, entre un área de sección transversal 24 en la proximidad de la abertura de alimentación 11 y la abertura de salida 12. Para la mejor apreciación de la geometría del cono de colada 10', en las Figs. 1 y 2 se ha dibujado el estrechamiento de la cavidad de conformación 10, creciente en dirección hacia la abertura de salida 12, de forma exageradamente grande. Concretamente, la Fig. 2 muestra una vista de planta de una porción longitudinal del tubo de lingotera 5, delimitada, por una parte, por el área de sección transversal 24 y, por otra parte, por un área de sección transversal 25 entre el área de sección transversal 24 y la abertura de salida 12. La Fig. 1, a su vez, ilustra una sección longitudinal según la línea I-I en la Fig. 2.The casting cone 10 'is configured in a longitudinal portion 15 'of the forming cavity 10, between a cross sectional area 24 in the vicinity of the opening of power 11 and outlet opening 12. For the best assessment of the geometry of the casting cone 10 ', in Figs. one and 2 the narrowing of the conformation cavity has been drawn 10, increasing towards the outlet opening 12, so exaggeratedly large. Specifically, Fig. 2 shows a view of plan of a longitudinal portion of the ingot tube 5, delimited, on the one hand, by the cross-sectional area 24 and, on the other hand, by an area of cross section 25 between the cross sectional area 24 and the outlet opening 12. Fig. 1, in turn, illustrates a longitudinal section along the line I-I in Fig. 2.
La cavidad de conformación 10 comprende cuatro zonas angulares 13 en forma de gargantas huecas. Las zonas angulares 13 están unidas entre sí por medio de zonas intermedias 14', 14'', 14''', 14'''' en forma de superficies curvas. En la Fig. 1 se indica la trayectoria de las zonas angulares 13 por medio de respectivas líneas 13, resultantes como línea de intersección entre la superficie delimitadora de la cavidad de conformación y las superficies diagonales de la cavidad de conformación 10.The conformation cavity 10 comprises four angular areas 13 in the form of hollow throats. The zones angles 13 are joined together by means of intermediate zones 14 ', 14' ', 14' '', 14 '' '' in the form of curved surfaces. In Fig. 1 indicates the trajectory of the angular zones 13 by means of respective lines 13, resulting as an intersection line between the delimiting surface of the forming cavity and the diagonal surfaces of the forming cavity 10.
Según se desprende de la Fig. 2, los tramos de la línea periférica de la cavidad de conformación 10, que en el área de sección transversal 24 unen entre sí cada dos zonas angulares 13, son líneas rectas. Los correspondientes tramos 26', 26'', 26''', 26'''' de la línea periférica 26 de la cavidad de conformación 10 en el área de sección transversal 25 son parcialmente líneas curvas. Cada dos de los tramos 26', 26'', 26''', 26'''' inciden entre sí, en una de las zonas angulares 13, en un ángulo recto, determinado como ángulo de intersección de las tangentes de los respectivos tramos en la correspondiente zona angular 13.As can be seen from Fig. 2, the sections of the peripheral line of the conformation cavity 10, which in the area of cross section 24 join each other two angular zones 13, They are straight lines. The corresponding sections 26 ', 26' ', 26' '', 26 '' '' of the peripheral line 26 of the forming cavity 10 in cross sectional area 25 are partially lines curves Each of the sections 26 ', 26' ', 26' '', 26 '' '' impact each other, in one of the angular zones 13, at a right angle, determined as the angle of intersection of the tangents of the respective sections in the corresponding angular zone 13.
Tal como se indica en las Figs. 1 y 2, la amplitud de la cavidad de conformación 10 disminuye en el medio 32, en dirección hacia la abertura de salida 12, linealmente en función de la distancia Z respecto al extremo del lado de alimentación del cono de colada 10'. En y/o junto a las zonas angulares 13 la amplitud de la cavidad de conformación 10 en el extremo del lado de alimentación 24 del cono de colada 10' disminuye primero de modo considerablemente mayor en función de la distancia respecto al extremo del lado de alimentación 24 del cono de colada 10' que en el medio 32 de las zonas intermedias 14', 14'', 14''', 14''''. Sin embargo, al aproximarse a la abertura de salida, la variación relativa de la amplitud de la cavidad de conformación 10, determinada en y/o junto a una de las zonas angulares 13, disminuye en función de la distancia Z y alcanza valores del mismo orden de magnitud que la variación relativa de la amplitud, determinada en el medio 32 de las zonas intermedias 14', 14'', 14''', 14''''.As indicated in Figs. 1 and 2, the amplitude of the conformation cavity 10 decreases in the middle 32, towards the exit opening 12, linearly in function of the distance Z from the end of the side of 10 'wash cone feed. In and / or next to the zones angular 13 the amplitude of the conformation cavity 10 in the end of feed side 24 of casting cone 10 'decreases first so considerably greater depending on the distance with respect to the end of the feed side 24 of the casting cone 10 'than in the middle 32 of the intermediate zones 14', 14 '', 14 '' ', 14`` ''. However, when approaching the exit opening, the relative variation of the amplitude of the conformation cavity 10, determined in and / or next to one of the angular zones 13, decreases depending on the distance Z and reaches values of the same order of magnitude than the relative variation of the amplitude, determined in the middle 32 of the intermediate zones 14 ', 14' ', 14' '', 14 '' ''.
El cono de colada 10' puede caracterizarse cuantitativamente mediante indicación de la conicidad K, que a este respecto está definida como cociente de la magnitud del gradiente de la amplitud de la cavidad de conformación 10 y de la amplitud, determinada cada vez para un lugar definido, en las zonas angulares 13 y en las zonas intermedias 14', 14'', 14''', 14'''' en unidades de %/m. De acuerdo con esta definición, la conicidad K en uno de los tramos 26', 26'', 26''' y 26'''' para el medio 32 de las zonas intermedias 14', 14'', 14''', 14'''' y las zonas angulares 13, respectivamente, es caracterizable por las siguientes fórmulas:The casting cone 10 'can be characterized quantitatively by indication of the taper K, which at this respect is defined as a quotient of the magnitude of the gradient of the amplitude of the conformation cavity 10 and the amplitude, determined each time for a defined place, in the angular areas 13 and in the intermediate zones 14 ', 14' ', 14' '', 14 '' '' in units of% / m. According to this definition, the conicity K in one of sections 26 ', 26' ', 26' '' and 26 '' '' for the middle 32 of the zones intermediate 14 ', 14' ', 14' '', 14 '' '' and angular zones 13, respectively, it is characterized by the following formulas:
K_{M}(Z) = \frac{100}{W_{M}} \frac{d}{dZ} W_{M}(Z) [%/m]
\hskip4cmpara Z = Z_{2}K_ {M} (Z) = \ frac {100} {W_ {M}} \ frac {d} {dZ} W_ {M} (Z) [% / m]
\ hskip4cmfor Z = Z_ {2}
YY
K_{E}(Z) = \frac{100}{W_{E}} \frac{d}{dZ} W_{E}(Z) [%/m]
\hskip4cmpara Z = Z_{2}K_ {E} (Z) = \ frac {100} {W_ {E}} \ frac {d} {dZ} W_ {E} (Z) [% / m]
\ hskip4cmfor Z = Z_ {2}
refiriéndose los índices "M" y "E" al medio 32 y a las zonas angulares 13, respectivamente, indicando las magnitudes W_{M} y W_{E}, según la Fig. 2, la media amplitud de la cavidad de conformación 10 en el medio 32 de las zonas intermedias 14', 14'', 14''' y 14'''' y en y/o junto a una de las zonas angulares 13, respectivamente, y designando Z_{2} la distancia del área de sección transversal 25 respecto al extremo del lado de alimentación 24 del cono de colada 10'.referring to the indexes "M" and "E" to medium 32 and to the angular zones 13, respectively, indicating the magnitudes W_ {M} and W_ {E}, according to Fig. 2, the average amplitude of the forming cavity 10 in the middle 32 of the zones intermediate 14 ', 14' ', 14' '' and 14 '' '' and in and / or next to one of the angular zones 13, respectively, and designating Z 2 the distance of the cross-sectional area 25 from the end the feed side 24 of the casting cone 10 '.
La Fig. 3 sirve para la introducción de coordenadas X e Y para la representación de un tramo 26' de la línea periférica 26 en el plano 25 en forma de una función Y = Y(X, Z = Z_{2}), con la distancia Z_{2} del área de sección transversal 25 respecto al extremo del lado de alimentación 24 del cono de colada 10' como parámetro. Los demás tramos 26'', 26''' y 26'''' pueden ser tratados de manera análoga. En la Fig. 3 se han dibujado ángulos rectos 13' que marcan, respectivamente, el ángulo que determina el tramo 26' con uno de los tramos adyacentes 26'' y 26''' en las zonas angulares 13, respectivamente definidos por las tangentes ilustradas como líneas de trazos, horizontales o verticales, respectivamente. El origen del sistema de coordenadas está situado de tal modo que el tramo 26' quede limitado al intervalo [-\DeltaY_{máx}- 0] en el eje de las Y y al intervalo [-L/2, L/2] en el eje de las X, siendo L = 2 W_{E}(Z_{2}). Mediante flechas P_{W} se indican en la Fig. 3 puntos de inversión en el tramo 26' de la línea periférica 26, los cuales marcan una inversión del signo de la curvatura a lo largo de la línea periférica 26.Fig. 3 serves for the introduction of X and Y coordinates for the representation of a 26 'section of the peripheral line 26 in plane 25 in the form of a function Y = Y (X, Z = Z_ {2}), with the distance Z_ {2} from the area of cross section 25 with respect to the end of the side of feed 24 of the casting cone 10 'as a parameter. Others sections 26 '', 26 '' 'and 26' '' 'can be treated in an analogous way. Right angles 13 'have been drawn in Fig. 3 that mark, respectively, the angle that determines section 26 'with one of adjacent sections 26 '' and 26 '' 'in angular zones 13, respectively defined by the tangents illustrated as lines of strokes, horizontal or vertical, respectively. The origin of coordinate system is located in such a way that section 26 ' is limited to the interval [- \ DeltaY_ {max} - 0] on the axis of the Y and the interval [-L / 2, L / 2] on the axis of the X, where L = 2 W_ {E} (Z_ {2}). By arrows P_ {W} they are indicated in the Fig. 3 inversion points in section 26 'of the peripheral line 26, which mark an inversion of the sign of the curvature at peripheral line length 26.
Mediante simulaciones por ordenador se optimizó la geometría de la lingotera según la presente invención de la siguiente manera. Las simulaciones se basaban en un modelo que describe el crecimiento de una costra de la barra en una masa de acero fundido teniendo en consideración el flujo térmico a través de la costra de la barra, las propiedades mecánicas de la costra de la barra y la presión ferrostática. Se analizaron diversas formas Y = Y (X, Z = Z_{2}) de las zonas intermedias 14', 14'', 14''' y 14''''. Para la optimización se tuvieron en cuenta diversos criterios:Computer simulations optimized the geometry of the ingot mold according to the present invention of the Following way. The simulations were based on a model that describes the growth of a bar crust in a mass of cast steel taking into account the thermal flow through of the bar crust, the mechanical properties of the crust of the bar and ferrostatic pressure. Various forms were analyzed and = Y (X, Z = Z 2) of intermediate zones 14 ', 14' ', 14' '' and 14`` ''. For the optimization, several were taken into account criteria:
- a)to)
- Debería evitarse la creación de rendijas entre la costra de la barra y las paredes de la cavidad de conformación.The creation of slits between the crust of the bar and the walls of The conformation cavity.
- b)b)
- El crecimiento de la costra de la barra debería producirse lo más uniformemente posible por toda la periferia de un área de sección transversal.The growth of bar crust should occur as evenly possible throughout the periphery of a sectional area cross.
- c)c)
- Para velocidades de extracción de la barra prefijadas la costra de la barra debería ser lo más gruesa posible en la abertura de salida.For speeds of bar removal preset bar crust should be as thick as possible in the exit opening.
- d)d)
- Las fuerzas de compresión entre la costra de la barra y las paredes de la cavidad de conformación deberían ser lo más reducidas posible.The forces of compression between the crust of the bar and the walls of the cavity conformation should be as small as possible.
Las simulaciones se realizaron en el ejemplo de un tubo de lingotera 5 de cobre, partiéndose del supuesto de que el nivel del acero líquido se halla en el extremo superior 24 del cono de colada 10' y la longitud del tramo parcial 15', que constituye el cono de colada 10', está comprendida entre 600-1000 mm.The simulations were performed in the example of a copper ingot tube 5, based on the assumption that the liquid steel level is at the upper end 24 of the casting cone 10 'and the length of the partial section 15', which constitutes the casting cone 10 ', is comprised between 600-1000 mm
Resultados cuantitativos de las simulaciones se ilustran en las Figs. 4-6 para un tubo de lingotera 5 optimizado según los arriba citados criterios. La línea continua (a) describe la conicidad K = K_{E}(Z) en y/o junto a las zonas angulares 13, y la línea de trazos (b) la conicidad K = K_{M}(Z) en el medio 32 de las zonas intermedias 14', 14'', 14''' y 14'''' en función de la distancia Z respecto al extremo del lado de alimentación 24 del cono de colada 10'. Las dos curvas están respectivamente normalizadas respecto a K_{M}(Z). Z se indica en unidades de la longitud L_{K} del tramo parcial 15', es decir de la extensión longitudinal del cono de colada 10' en la dirección de colada. Tal como se desprende de la Fig. 4, la conicidad K_{M}(Z) es constante. La conicidad K_{E}(Z) es, en el extremo del lado de alimentación 24 del cono de colada 10', aproximadamente en un factor 8 mayor que K_{M}(Z) y disminuye, a medida que aumenta la distancia Z, al menos parcialmente de forma no lineal y/o parabólica y/o lineal. La trayectoria de K_{M}(Z) es relacionable con K_{E}(Z) < K_{M}(Z) para Z > 0,6 L_{K}. Por consiguiente, la simulación da a entender que la conicidad K varía de tal modo, al menos en la zona de un tramo parcial 15 del cono de colada 10' (véase la Fig. 1) a lo largo de una línea periférica de un área de sección transversal cualquiera, por ejemplo del área de sección transversal 25, que la conicidad K disminuya hacia el medio de las zonas intermedias 14', 14'', 14 ''' y 14''''.Quantitative results of the simulations are illustrated in Figs. 4-6 for an ingot tube 5 optimized according to the above criteria. The line continues (a) describe the conicity K = K_ {E} (Z) at and / or next to the angular zones 13, and the dashed line (b) the conicity K = K_ {M} (Z) in the middle 32 of the intermediate zones 14 ', 14``, 14 '' 'and 14' '' 'depending on the distance Z from the end of the feed side 24 of the casting cone 10 '. Both curves are respectively normalized with respect to K_ {M} (Z). Z is indicated in units of length L_ {K} of the partial section 15 ', that is to say the longitudinal extension of the 10 'casting cone in the casting direction. As it follows of Fig. 4, the taper K_ {M} (Z) is constant. The taper K_ {E} (Z) is, at the end of the side of feed 24 of the casting cone 10 ', approximately in a factor 8 greater than K_ {M} (Z) and decreases, as Z distance increases, at least partially non-linearly and / or parabolic and / or linear. The path of K_ {M} (Z) is related to K_ {E} (Z) <K_ {M} (Z) for Z > 0.6 L_ {K}. Therefore, the simulation implies that the conicity K varies in such a way, at least in the area of a partial section 15 of the casting cone 10 '(see Fig. 1) at along a peripheral line of a cross-sectional area any, for example of the cross-sectional area 25, that the conicity K decrease towards the middle of intermediate zones 14 ', 14``, 14 '' 'and 14' '' '.
La Fig. 5 muestra la forma Y = Y (X, Z = Z_{2}), adaptada a los parámetros de la Fig. 4, de la línea periférica 26 del área de sección transversal 25, con la distancia Z_{2} del área de sección transversal 25 respecto al extremo del lado de alimentación del cono de colada 10' como parámetro. En la Fig. 5 se ilustran las curvas Y = Y(X, Z = Z_{2}) normalizadas para diversos Z_{2} con respecto a las magnitudes, introducidas en la Fig. 3, \DeltaY_{máx} y L = 2 W_{E} (Z_{2}), variando \DeltaY_{máx} para los parámetros de la Fig. 4 evidentemente con Z_{2}. En esta forma normalizada resulta, tal como se ilustra en la Fig. 5, para la línea periférica de un área de sección transversal cualquiera de la cavidad de conformación 10, una forma ilustrable mediante una única función universal con una variable X/L y que cumple los arriba citados criterios de optimización. La curva de la Fig. 5 puede aproximarse mediante una parábola de cuarto orden. La misma es una función lisa de X, es decir no presenta variaciones bruscas de inclinación en función de X y posee puntos de inversión P_{w} aproximadamente en la mitad entre el medio 32 de las zonas intermedias 14', 14'', 14''', 14'''' (X = 0) y las zonas angulares 13 (X = \pm L/2).Fig. 5 shows the form Y = Y (X, Z = Z_ {2}), adapted to the parameters in Fig. 4, of the line peripheral 26 of cross-sectional area 25, with distance Z 2 of the cross-sectional area 25 relative to the end of the feed side of the casting cone 10 'as a parameter. In the Fig. 5 illustrates the curves Y = Y (X, Z = Z2) normalized for various Z 2 with respect to the magnitudes, entered in Fig. 3, ΔY_ {max} and L = 2 W_ {E} (Z_ {2}), varying \ DeltaY_ {max} for the parameters of the Fig. 4 evidently with Z2. In this normalized form it turns out, as illustrated in Fig. 5, for the peripheral line of an area of any cross-section of the cavity of conformation 10, an illustrable form by a single function universal with a variable X / L and that meets the above mentioned optimization criteria The curve in Fig. 5 can be approximated through a parable of the fourth order. It is a smooth function of X, that is to say it does not show abrupt variations in inclination function of X and has investment points P_ {w} approximately in half between the middle 32 of the intermediate zones 14 ', 14' ', 14 '' ', 14' '' '(X = 0) and angular zones 13 (X = ± L / 2).
La línea de trazo continuo en la Fig. 6 representa la curva de la Fig. 5 para el caso en que Z_{2} = 300 mm y el área de sección transversal 24 en el extremo del lado de alimentación del cono de colada 10' sea un cuadrado con una amplitud L = 108 mm. Concretamente, \DeltaY_{máx} se halla en el intervalo \DeltaY_{máx} < 1 mm.The solid line in Fig. 6 represents the curve of Fig. 5 for the case where Z2 = 300 mm and the cross-sectional area 24 at the end of the side of 10 'pour cone feed be a square with a amplitude L = 108 mm. Specifically, \ DeltaY_ {max} is in the interval \ DeltaY_ {max} <1 mm.
Dentro del marco de los citados criterios de optimización, los parámetros expuestos en las Figs. 4 - 6 pueden modificarse dentro de ciertos límites sin influenciar excesivamente las propiedades de la lingotera según la presente invención. Así por ejemplo, podría renunciarse a la exigencia evidenciada por la Fig. 5 de que la forma de las zonas intermedias 14', 14'', 14''' y 14'''' esté representada por una única, adecuadamente normalizada función de una variable y la indicación de las conicidades K_{E}(Z) y K_{M}(Z). Una renuncia a esta exigencia se traduce, dentro de ciertos límites, en variaciones tolerables, que pueden compensarse mediante una correspondiente variación de las trayectorias de K_{E}(Z) y K_{M}(Z). Sin embargo, una ventaja de la solución ilustrada en la Fig. 5 consiste en que la forma propuesta de las zonas intermedias 14', 14'', 14''', 14'''' puede caracterizarse con particularmente pocos parámetros y la fabricación de correspondientes paredes de la cavidad de conformación, por ejemplo con ayuda de máquinas-herramienta con gobierno numérico, resulta simplificada.Within the framework of the aforementioned criteria of optimization, the parameters set out in Figs. 4-6 can modify within certain limits without unduly influencing The ingot mold properties according to the present invention. So for example, the requirement evidenced by the Fig. 5 that the shape of the intermediate zones 14 ', 14' ', 14' '' and 14 '' '' is represented by a single, properly standardized function of a variable and the indication of conicities K_ {E} (Z) and K_ {M} (Z). A waiver of this requirement translates, within certain limits, into variations tolerable, which can be compensated by a corresponding variation of the trajectories of K_ {E} (Z) and K_ {M} (Z). However, an advantage of the illustrated solution in Fig. 5 is that the proposed form of the zones intermediate 14 ', 14' ', 14' '', 14 '' '' can be characterized with particularly few parameters and the manufacture of corresponding walls of the forming cavity, by example with the help of machine tools with Numerical government is simplified.
Comparaciones entre diversas geometrías del cono de colada 10' muestran que la lingotera según la presente invención permite esperar un uniforme crecimiento de la costra de la barra si la conicidad K_{M} en el medio de las zonas intermedias 14', 14'', 14''' y 14'''', como promedio por toda la longitud del cono de colada 10', es de 0 - 0,7%/m, preferentemente de 0,2 - 0,6%/m, y la conicidad K_{E} en y/o junto a las zonas angulares 13, como promedio por toda la longitud del cono de colada 10', adopta un valor del orden de 0,7 - 1,5%/m, preferentemente de 0,8 - 1,3%/m.Comparisons between different cone geometries pouring 10 'show that the ingot according to the present invention it allows to expect a uniform growth of the bar crust if the taper K_ {M} in the middle of intermediate zones 14 ', 14``, 14 '' 'and 14' '' ', on average for the entire length of the cone 10 ', is 0-0.7% / m, preferably 0.2-0.6% / m, and the taper K_ {E} in and / or next to the angular zones 13, such as average over the entire length of the 10 'casting cone, adopts a value of the order of 0.7 - 1.5% / m, preferably 0.8 - 1.3% / m.
Esencial es la exigencia de que la línea periférica de un área de sección transversal de la cavidad de conformación 10 en la zona del cono de colada 10' debe ser, entre las zonas angulares 13, una curva lisa. Investigaciones han demostrado que variaciones abruptas puntuales de la dirección de la tangente, al seguir un punto entre las zonas angulares 13, favorecen la creación de rendijas entre la pared de la cavidad de conformación y la costra de la barra en las inmediaciones de dicho punto y perturban localmente el crecimiento de la costra de la barra, incluso aunque la dirección de la tangente al pasar por dicho punto varíe abruptamente en sólo 2°.Essential is the requirement that the line peripheral of a cross-sectional area of the cavity of conformation 10 in the area of the casting cone 10 'must be, between the angular areas 13, a smooth curve. Investigations have shown that sharp abrupt variations in the direction of the tangent, following a point between the angular areas 13, favor the creation of slits between the wall of the cavity of shaping and crusting of the bar in the vicinity of said point and locally disturb the growth of the crust of the bar, even though the direction of the tangent when passing through this point varies abruptly by only 2 °.
La línea de trazos en la Fig. 6 describe un tramo de una línea periférica de la cavidad de conformación de una lingotera cuyo cono de colada se amolda a la "contracción natural" de la costra de la barra. Esta línea de trazos es en principio comparable con la curva de trazo continuo en la Fig. 6 por cuanto ambas curvas se refieren tanto a lingoteras cuyas cavidades de conformación presentan junto al nivel del acero líquido la misma área de sección transversal cuadrada con la amplitud L = 108 mm, como también a la misma distancia Z = Z_{2} respecto al extremo superior del respectivo cono de colada. En el caso de la lingotera representativa de la contracción natural de la costra de la barra se determinó en qué medida una costra de la barra que se forma junto al nivel del acero líquido con contorno cuadrado varía su forma durante la extracción de la barra, a raíz de los gradientes de temperatura, de las propiedades mecánicas de la costra de la barra y de la presión ferrostática, y se adaptó iterativamente la forma del cono de colada de tal modo que no se produjera creación de rendija alguna y en todos los lugares de la costra de la barra el flujo térmico fuera igual. Tal como muestra la línea de trazos en la Fig. 6, la contracción natural requiere también una mayor conicidad en las zonas angulares 13 en comparación con la conicidad en el medio 32 de las zonas intermedias 14', 14'', 14''', 14''''. Sin embargo, la comparación con la línea de trazo continuo en la Fig. 6 indica una serie de particularidades. El concepto de la "contracción natural" da lugar a zonas intermedias 14', 14'', 14''', 14'''' que en el medio 32 son, en una amplia zona, esencialmente planas (en la Fig. 6 para -0,3 < X/L < 0,3). En la proximidad de las zonas angulares 13 (en la Fig. 6 para X/L > 0,3) las zonas intermedias están curvadas en forma de S, presentando una línea periférica en un área de sección transversal de la cavidad de conformación 10, en la zona de los tramos curvados en forma de S de las zonas intermedias 14', 14'', 14''', 14'''', respectivos puntos de inversión. La posición de los puntos de inversión y el ancho de los tramos curvados en forma de S de las zonas intermedias 14', 14'', 14''', 14'''' depende fuertemente de la distancia Z_{2} respecto al extremo del lado de alimentación 24 del cono de colada 10', particularmente para pequeños Z_{2}. En comparación con la lingotera optimizada, representada en la Fig. 6 por los parámetros de las Figs. 4 y 5 y por la línea de trazo continuo, el concepto de la contracción natural da lugar a formas de las zonas intermedias que en un área de sección transversal de la cavidad de conformación 10 junto a las zonas angulares 13 y en una zona que va ensanchándose a medida que aumenta la distancia Z_{2} están considerablemente más curvadas y, por consiguiente, presentan también una mayor variación relativa de la conicidad K a lo largo de la línea periférica de un área de sección transversal, con respecto al ancho de los tramos curvados en forma de S. Investigaciones indican que en una lingotera que se amolde a la contracción natural el crecimiento de la costra de la barra reacciona de forma sensible a pequeñas variaciones de la forma de las zonas intermedias. Consecuencia de ello es una mayor tendencia a la creación de rendijas en las zonas angulares 13 y, como promedio por toda la longitud del cono de colada 10', a mayores fuerzas de compresión en comparación con la lingotera representada por los parámetros de las Figs. 4 y 5. Por consiguiente, una lingotera representada por los parámetros de las Figs. 4 y 5 resulta apropiada para mayores velocidades de extracción.The dashed line in Fig. 6 describes a section of a peripheral line of the conformation cavity of a ingot mold whose casting cone conforms to the "contraction natural "bar crust. This dashed line is in principle comparable to the continuous line curve in Fig. 6 since both curves refer to ingot bars whose shaping cavities present next to the steel level liquid the same square cross sectional area with the amplitude L = 108 mm, as well as at the same distance Z = Z 2 with respect to the upper end of the respective casting cone. In the case of the ingot representative of the natural contraction of the bar crust it was determined to what extent a crust of the bar that forms next to the level of the contoured liquid steel square varies its shape during bar extraction, following of temperature gradients, of the mechanical properties of the crust of the bar and the ferrostatic pressure, and adapted iteratively the shape of the casting cone so that it is not produced any slit creation and in all places of the bar crust the thermal flow was the same. As shown the dashed line in Fig. 6, natural contraction requires also greater conicity in angular areas 13 in comparison with the taper in the middle 32 of the zones intermediate 14 ', 14' ', 14' '', 14 '' ''. However, the comparison with the solid line in Fig. 6 indicates a series of particularities The concept of "natural contraction" gives place in intermediate areas 14 ', 14' ', 14' '', 14 '' '' than in the middle 32 are, in a wide area, essentially flat (in Fig. 6 for -0.3 <X / L <0.3). In the vicinity of the angular areas 13 (in Fig. 6 for X / L> 0.3) the intermediate zones are curved in an S shape, presenting a peripheral line in an area of cross section of the forming cavity 10, in the zone of the S-shaped curved sections of the intermediate zones 14 ', 14' ', 14' '', 14 '' '', respective reversal points. The position of the investment points and the width of the sections S-shaped curves of intermediate zones 14 ', 14' ', 14' '', 14 '' '' depends strongly on the distance Z_ {2} from the end of feed side 24 of casting cone 10 ', particularly for small Z2. In comparison with the optimized ingot, represented in Fig. 6 by the parameters of Figs. 4 and 5 and along the continuous line, the concept of natural contraction gives rise to forms of intermediate zones that in a cross-sectional area of the shaping cavity 10 next to the angular zones 13 and in an area that goes widening as the distance Z_ {2} increases are considerably more curved and therefore have also a greater relative variation of the conicity K along of the peripheral line of a cross-sectional area, with with respect to the width of the curved sections in the form of S. Research indicates that in an ingot mold that conforms to the natural shrinking bar crust growth reacts sensitively to small variations in the way the intermediate zones Consequence of this is a greater trend to the creation of slits in angular areas 13 and, as average over the entire length of the 10 'casting cone, at greater compression forces compared to the ingot represented by the parameters of Figs. 4 and 5. Therefore, a ingot represented by the parameters of Figs. 4 and 5 It is appropriate for higher extraction speeds.
Mediante la lingotera según la presente invención es por ejemplo posible producir barras de acero con una sección transversal cuadrada con una longitud de lado de 108 mm a una velocidad de extracción superior a 6 m/min.Through the ingot according to the present invention it is for example possible to produce steel bars with a section transverse square with a side length of 108 mm at a extraction speed exceeding 6 m / min.
Los resultados arriba discutidos son aplicables a cavidades de conformación rectilíneas y curvadas. Los citados resultados no son únicamente aplicables a lingoteras para la colada continua de barras esencialmente cuadradas. Los mismos son transferibles a lingoteras para la colada de barras esencialmente poligonales con al menos tres zonas angulares y tres zonas intermedias. En tales lingoteras resulta ventajoso que dos de las zonas intermedias lindantes con una de las zonas angulares constituyan un ángulo de esquina que sea independiente de la distancia respecto al extremo del lado de alimentación del cono de colada. En cuanto a la forma de las zonas intermedias, es aplicable todo lo expuesto en relación con las Figs. 4, 5 y 6.The results discussed above are applicable to rectilinear and curved conformation cavities. Cited results are not only applicable to ingot molds for laundry Continuously of essentially square bars. They are transferable to ingot bars for bar casting essentially polygonal with at least three angular zones and three zones intermediate. In such ingot bars it is advantageous that two of the intermediate areas bordering on one of the angular zones constitute a corner angle that is independent of the distance from the end of the feed side of the cone of wash. As for the shape of the intermediate zones, it is applicable everything stated in relation to Figs. 4, 5 and 6.
La anteriormente citada forma de realización de la lingotera según la presente invención se refiere a un cono de colada cuyas líneas periféricas entre las zonas angulares en el extremo del lado de alimentación del cono de colada 10' consistan de líneas rectas y que, a medida que aumente la distancia respecto al extremo del lado de alimentación 24 del cono de colada 10', presenten una creciente curvatura convexa. Dentro del marco del concepto en el que se basa la invención es también concebible que las líneas periféricas de la cavidad de conformación sean rectilíneas en la abertura de salida 12, entre las zonas angulares 13, y estén curvadas de forma cóncava en el extremo del lado de alimentación 24 del cono de colada. Dentro del ámbito del concepto según la invención no es obligatorio - a diferencia del diseño de la forma de realización ilustrada en las Figs. 1 y 2 - que todas las zonas intermedias de una cavidad de conformación con un área de sección transversal esencialmente poligonal presenten una curvatura convexa creciente a medida que aumente la distancia respecto al extremo del lado de alimentación del cono de colada. En una cavidad de conformación con área de sección transversal esencialmente rectangular pueden ya conseguirse mejoras en el sentido de los objetivos en que se basa la presente invención si al menos una zona intermedia o por ejemplo dos zonas intermedias opuestas presentan una curvatura convexa creciente, según el modelo de las Figs. 4 y 5, en el sentido de avance de la barra.The aforementioned embodiment of The ingot mold according to the present invention refers to a cone of laundry whose peripheral lines between the angular areas in the end of the feed side of the casting cone 10 'consist of straight lines and that, as the distance increases at the end of the feed side 24 of the casting cone 10 ', have a growing convex curvature. Within the framework of concept on which the invention is based it is also conceivable that the peripheral lines of the conformation cavity are rectilinear in the outlet opening 12, between the angular zones 13, and are concavely curved at the end of the side of 24 feed of the casting cone. Within the scope of the concept according to the invention is not mandatory - unlike the design of the embodiment illustrated in Figs. 1 and 2 - that all intermediate zones of a conformation cavity with an area of essentially polygonal cross section have a curvature increasing convex as the distance from the end of the feed side of the casting cone. In a cavity of conformation with essentially cross-sectional area rectangular improvements can already be achieved in the sense of objectives on which the present invention is based if at least one zone intermediate or for example two opposite intermediate zones have an increasing convex curvature, according to the model of Figs. 4 and 5, in the direction of advance of the bar.
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