ES2231920T3 - Horno de solera recto para afino de titanio. - Google Patents
Horno de solera recto para afino de titanio.Info
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Abstract
SE DESCRIBE UN HORNO DE SOLERA FRIA PARA EL REFINO DE METALES SELECCIONADOS, TALES COMO EL TITANIO. EL HORNO INCLUYE UNA SOLERA DE FUSION (30) Y UNA SOLERA DE TRANSPORTE (115), DISPUESTAS LINEALMENTE. UN PAR DE BARRERAS (120, 126) BLOQUEAN PARCIALMENTE EL FLUJO DE MATERIALES FUNDIDOS PARA MEZCLARLO, PERMITIENDO LA VAPORIZACION DE LAS IMPUREZAS E IMPIDIENDO QUE LAS SALPICADURAS DEL MATERIAL EN LA SOLERA DE FUNDICION CONTAMINEN EL PRODUCTO FINAL.
Description
Horno de solera recto para afino de titanio.
Esta invención se refiere a un horno de solera en
frío, según el preámbulo de la reivindicación 1 y a un método de
afino de un metal impuro, según el preámbulo de la reivindicación
12 y, por tanto, en general, al afino y moldeo por colada en
solera, en frío, de titanio y otros metales. En particular, la
invención se refiere a una técnica para el afino de titanio a
partir de diversos materiales de partida en un horno de solera en
frío mejorado. Durante la fusión pueden añadirse elementos de
fusión al titanio para lograr una aleación deseada.
Una técnica bien conocida para el afino de
titanio es el afino en solera en frío. En el afino en solera en
frío, la fuente de titanio no purificada de partida deseada, por
ejemplo, chatarra de titanio, esponja de titanio u otro material
que contenga titanio, se introduce en un horno. Normalmente, el
horno funciona a vacío o en una atmósfera inerte controlada. El
titanio se funde entonces, por ejemplo, usando fuentes de energía
deseadas tal como cañones de haz electrónico o antorchas de plasma.
Cuando el titanio fundido pasa a través del horno, las impurezas no
deseadas se evaporan, subliman, se disuelven o se depositan en el
fondo del lobo (película de metal que queda después de verter el
metal fundido).
El afino en solera en frío se denomina así debido
al uso de una solera de cobre refrigerada por agua. Durante el
funcionamiento del horno, la solera fría solidifica el titanio
fundido en contacto con la superficie fría en un lobo del material
que se está fundiendo. En un horno típico, la solera del horno se
fabrica de cobre, con canales en el cobre que llevan agua para
refrigerar el cobre y evitar que se funda. El titanio fundido que
se está afinando fluye entonces a través del lobo de titanio
solidificado, que llega a ser el conducto.
Un problema que puede producirse en el afino en
solera en frío es la salpicadura del titanio que se está fundiendo
desde la zona de fusión al interior de la zona del horno en la que
se produce el moldeo por colada del titanio. Esta salpicadura puede
introducir impurezas en el producto final.
En una patente de la técnica anterior que
describe una técnica para el afino de titanio, se emplea un horno en
el que el segmento de fusión forma un ángulo con respecto al
segmento de afino del horno. En este horno en ángulo, se emplea una
barrera de salpicadura para evitar que la salpicadura de titanio
sortee el proceso de afino mediante el transporte en la solera en
frío del metal fundido alrededor de la barrera. Véase la patente de
los EE.UU. concedida de nuevo 32.932, titulada "Cold Hearth
Refining" (Afino en solera en frío). Una desventaja
desafortunada de tales sistemas es que requieren un gran volumen de
cámara de fusión. Dado que el horno funciona a vacío o en un entorno
de presión reducida, un volumen de cámara excesivo contribuye
significativamente al coste y hace que la limpieza sea más
difícil.
Del documento WO 90/00627 se conoce un horno de
solera en frío que comprende dos soleras, una de los cuales forma
una solera combinada de fusión y transporte, mientras que la otra
forma una solera de transporte. En la solera de transporte se
proporcionan barreras parciales primera y segunda hechas de metal
solidificado al lobo.
Del documento
US-A-3 343 828 se conoce un horno de
solera en frío que comprende una única solera en frío con una parte
de fusión en la que se introduce el material de partida que va a
fundirse, y una parte de transporte con separadores parciales
hechos de grafito que se extienden de manera alterna desde los lados
opuestos de la solera para definir una trayectoria serpenteante
para el material fundido.
Del documento JP-A- 6 327 3555 se
conoce una artesa de colada para producir acero, que tiene una
entrada y una boquilla de salida dispuestas verticalmente por
encima y por debajo de la artesa de colada, y varios rebosaderos
transversales que se proyectan de manera alterna desde los lados
opuestos de la artesa de colada para definir una trayectoria
serpenteante para el acero fundido.
El documento
EP-A-0 124 667 se refiere a una
artesa de colada para el moldeo por colada de acero inoxidable, en
el que la dirección de flujo vertical es predominante.
El documento
GB-A-2 207 225 enseña un aparato
para fundir metales que comprende una única solera dividida por una
barrera en una parte de fusión y una parte de transporte, en la que
el material fundido fluye de una manera lineal desde la parte de
fusión a través de la parte de transporte hasta un molde.
La invención se define en las reivindicaciones 1
y 12.
El horno de solera en frío de esta invención
proporciona un sistema y una técnica de purificación mejorados. El
horno de solera en frío de la realización preferida tiene múltiples
segmentos que están conectados entre sí de una manera lineal. El
horno incluye una solera de fusión en la que se funde el titanio
usando fuentes de energía deseadas, por ejemplo, cañones de haz
electrónico. El titanio fundido fluye desde la solera de fusión
hasta una solera de transporte. Se introducen barreras en la
trayectoria de flujo en una posición deseada en la solera de
transporte. Estas barreras se extienden hacia el titanio fundido
para hacer que fluya de una manera tortuosa a medida que atraviesa
la solera. Esto proporciona un mezclado mejorado del flujo
controlado de titanio, permitiendo que las impurezas volátiles no
deseadas se evaporen o se disuelvan, mientras que las impurezas de
alta densidad se depositan en el fondo de la solera. Tras
circunnavegar las barreras, en el extremo de la solera de
transporte, se proporciona una zona de moldeo por colada en la que
el titanio fundido fluye hasta un molde, u otra estructura deseada,
para su solidificación.
En una realización, un horno de solera en frío
comprende un primer segmento en el que se introduce el material de
partida que va a fundirse. Se proporciona un segundo segmento que
está conectado al primer segmento para alojar el material de
partida fundido procedente del primer segmento. Los segmentos
primero y segundo se disponen linealmente. El segundo segmento
fluye hasta un molde o recipiente para la solidificación. Se
disponen una barrera primera y segunda entre el primer segmento y
el molde, extendiéndose cada barrera desde los lados opuestos de la
solera hasta el flujo del titanio fundido. Las barreras solapan
entre sí en el centro de la solera formando una protección frente a
la salpicadura. Las barreras juntas hacen que el material fundido
fluya en un patrón no lineal entre el primer segmento y el
recipiente. En algunas realizaciones de la invención, las barreras
también hacen que el titanio fundido caiga en cascada sobre un
saliente para mezclar adicionalmente el titanio y eliminar las
impurezas.
En otra realización de la invención, un método de
afino de un metal impuro incluye las etapas de introducir el metal
impuro en un horno de solera en frío mantenido en un entorno
controlado, teniendo el horno una solera de fusión en la que se
introduce el material de partida que va a fundirse. Una solera de
transporte está conectada a la solera de fusión, estando dispuestas
las dos soleras linealmente. En una posición deseada en la solera
de fusión, el material fundido se fuerza para que fluya de manera
tortuosa para crear una turbulencia adicional. Por todo el horno se
extraen los vapores que se forman a partir de las impurezas del
metal fundido. Tras pasar a través de la solera de transporte, el
metal fundido se deposita en un molde u otro recipiente donde se
enfría para que se solidifique.
La figura 1a es un diagrama esquemático que
ilustra una realización de la invención;
la figura 1b es una vista desde arriba de un
horno de afino en solera en frío y los sistemas de soporte que le
rodean;
la figura 2 es una vista en sección transversal
del horno mostrado en la figura 1b;
la figura 3 es otra vista en sección transversal
del horno de afino en solera en frío;
la figura 4 ilustra cómo pueden dirigirse los
cañones de haz electrónico para mantener el titanio en un estado
fundido;
la figura 5 es una vista desde arriba que ilustra
la disposición de la barrera;
la figura 6 es una vista en perspectiva de una
realización de las barreras utilizadas para mezclar el titanio
fundido; y
la figura 7 es una vista desde arriba de una
realización de la invención que emplea una solera de transporte y
un depósito.
La figura 1a es un dibujo esquemático que
representa la disposición conceptual de un horno 5 de solera en
frío según una realización de la invención. El material de partida
que contiene titanio y que normalmente es relativamente más puro,
se introduce en el horno 5 usando un alimentador 10 de barra o un
alimentador 20 a granel. El titanio cae dentro de una solera 30 de
fusión de cobre refrigerada por agua, en la que se calienta hasta
al menos su punto de fusión mediante los cañones 61, ..., 68 de haz
electrónico, de los cuales se representan cuatro. El titanio se
funde y fluye a través de la solera 115 de transporte refrigerada
por agua y finalmente hasta un molde o crisol 40 refrigerado por
agua en el que el titanio 73 fundido solidifica entonces en un
lingote 71. Tal como se describirá más adelante con más detalle,
este procedimiento purifica el titanio.
La figura 1b es una vista desde arriba de un
horno 5 de solera en frío y el área de manipulación del material.
La figura 1b pretende representar la disposición general del horno
cuando se ve desde arriba, junto con el equipo de soporte que le
rodea. El material de partida de titanio se suministra al horno 5
mediante un alimentador 10 de material en barra o de electrodo y,
en algunas realizaciones, mediante alimentador 20 de chatarra o
esponja de titanio. En el horno 5, el titanio se funde y fluye
generalmente desde la parte inferior de la figura 1b hacia la parte
superior. Tras el afino, los materiales se solidifican en formas
deseadas usando moldes individuales o múltiples de diversas
configuraciones. El lingote solidificado se retira en la cámara
inferior. (La operación de moldeo por colada se representa en la
figura 2 y se describe más adelante). Se proporcionan carros 45 y
46 para retirar y transportar los lingotes de colada tras la
solidificación. Además, se permite un espacio alrededor del horno
para una estación 42 de mantenimiento para la revisión de la tapa
del horno, los cañones de haz electrónico y los sistemas
relacionados.
El horno 5 mostrado en la figura 1b incluye
varios componentes principales: un recinto 50 para mantener las
condiciones ambientales deseadas dentro del horno, una solera 30 de
fusión para fundir el titanio y un área 40 de colada que contiene
moldes para moldear por colada el titanio en formas deseadas.
Generalmente, la materia prima de titanio, la chatarra de titanio,
la esponja de titanio u otro material sólido que contenga titanio,
o el material que contiene un elemento deseado con el que alear el
titanio, se introduce por uno o ambos alimentadores 10, 20 de
material en la solera 30 de fusión. La solera 30 de fusión recibe
energía procedente fuentes de calentamiento para fundir el titanio
de partida. El titanio se funde, usando preferiblemente cañones de
haz electrónico o antorchas de plasma, aunque también pueden
emplearse otras fuentes. Una vez fundido en la solera 30, el
titanio fluye a través de una solera 115 de transporte hasta la
cámara 40 de moldeo en la que se moldea por colada en la forma
deseada. A medida que el titanio avanza a través del horno, se
eliminan las impurezas evaporadas mediante bombas 90 de vacío,
representadas esquemáticamente.
En la figura 1b no se muestra una sala de control
en la que se sitúan los operarios y el equipo para controlar el
horno. También se representa una estación 42 de mantenimiento del
cañón y la tapa. Cuando el horno tiene que limpiarse o mantenerse
de otro modo, se retira la parte superior del horno (no mostrada) y
se coloca en la estación de mantenimiento para permitir el acceso al
horno. Cuando se requiere el mantenimiento en los cañones de haz
electrónico (descritos más adelante) que se usan para fundir el
titanio, esto también puede realizarse en la estación de
mantenimiento.
El diagrama de la figura 1b también representa el
uso de diferentes moldes y diferentes carros para el producto de
titanio terminado. El titanio fluye hasta el área 40 de colada en
el que se moldea por colada en las formas deseadas. El carro 45 se
representa llevando dos lingotes cilíndricos, mientras que el carro
46 se representa llevando un único bloque rectangular.
La figura 1b también representa una disposición
para bombas 90 de vacío. Se muestran ocho de las bombas en el
extremo de alimentación del horno, y se muestran dos bombas en el
extremo de moldeo por colada del horno. Las bombas 90 de vacío, tal
como bombas auxiliares de vapor de aceite, bombas de difusión,
ventiladores y bombas mecánicas mantendrán un vacío en la cámara
suficiente para hacer funcionar los cañones de haz electrónico y
realizar el afino. Esta disposición tiene la ventaja de extraer más
de la impureza que contiene el vapor en el extremo de fusión de la
solera en la que se origina. Dado que la mayor parte de la
evaporación de las impurezas, por ejemplo cloruros de magnesio, se
produce en la solera principal, se colocan bombas de vacío
adicionales en esa región. Esto minimiza el movimiento de la
impureza hacia la parte de moldeo por colada del horno, en la que
la impureza podría dar como resultado defectos en el titanio que se
está moldeando por colada. Un purgador 85 de condensado separa las
bombas de vacío de la solera 30 de fusión. El purgador de condensado
comprende preferiblemente un colector y un depósito de captación
subyacente sobre el que se depositan o condensan materiales
particulados o gaseosos de la atmósfera del horno. Esto evita que el
material entre en las bombas de vacío, mejorando el rendimiento de
las bombas. Usando el sistema descrito junto con la figura 1a, el
colector puede retirarse periódicamente para su limpieza o
sustitución.
La figura 2 es una vista en sección transversal
del horno de afino de titanio mostrado en la vista desde arriba en
la figura 1b. La estructura 3 de soporte se representa
esquemáticamente y tiene una superficie 6 superior en la que se
sitúa el horno. El recinto 50 contiene el horno. El alimentador 10
de barra y el alimentador 20 de chatarra descritos anteriormente se
representan en el lado a mano izquierda del dibujo. Una guía de
deslizamiento y una carretilla 8 adjunta se representan por encima
del recinto 50. La carretilla se utiliza para levantar la tapa 51
del recinto 50 desde el recinto 50 para el transporte hasta la
estación 42 de mantenimiento. Por encima del recinto 50 se sitúa
diverso equipo de apoyo para hacer funcionar el horno, tal como
suministros de energía, sistemas de agua y vacío y otros servicios
53.
La figura 2 representa adicionalmente la manera
en la que se extrae el titanio moldeado por colada del horno. Una
vez realizado el afino del titanio, éste fluye hacia abajo hasta la
cámara 100 de moldeo y solidifica en un lingote de la configuración
deseada. La figura 2 representa la cámara 100 de moldeo en su
posición 102 replegada desde recinto 50. Durante el proceso de
moldeo, la superficie 101 superior de la cámara 100 de moldeo se
pone en contacto con la superficie 54 inferior del recinto 50. Las
dos superficies se unen entre sí y se sellan, permitiendo que las
bombas de vacío acopladas al recinto 50 disminuyan la presión en la
cámara 100 de moldeo. En ese momento, el elevador 74 hidráulico se
extenderá completamente, de manera que la superficie inferior del
molde esté en su posición superior para moldear por colada el
lingote. A medida que el titanio se moldea por colada, el elevador
74 hidráulico se repliega. Una vez que se ha completado el proceso
de moldeo, no se afina titanio adicional y el elevador hidráulico
se repliega hasta la posición ilustrada en la figura 2. La cámara
100 de moldeo se separa entonces del recinto 50 de horno, tal como
se representa. Uno de los carros, por ejemplo, el carro 45,
representado en la figura 1b, puede usarse entonces para extraer el
material de moldeo por colada y la cámara de moldeo desde la
posición por debajo del horno. Una vez que esto ocurre, otro carro
46, también representado en la figura 1b, puede moverse hasta su
posición para el siguiente moldeo por colada.
La figura 3 es una representación esquemática que
muestra detalle adicional delhorno 5 representado generalmente en
las figuras 1b y 2. El material de titanio sólido se introduce en
el horno 5 en la figura 3 desde uno o más alimentadores 10, 20. En
la realización representada, se emplean dos alimentadores.
Preferiblemente, cada uno de los alimentadores es por sí mismo un
alimentador dual en el sentido de que cada alimentador incluye un
bloqueo de carga para permitir proporcionar dos fuentes separadas
de material. El uso de alimentadores duales permite que una parte
del alimentador dual se cargue con material de partida y se bombee
hasta vacío, mientras que la otra parte se emplea para introducir
titanio en la cámara de fusión. El alimentador 10 es un alimentador
dual de barra o de electrodo, mientras que el alimentador 20 es un
alimentador dual de material particulado, que suministran material
desde uno u otro de los alimentadores 22, 24. Las piezas sólidas
suministradas desde el alimentador 20 pueden consistir en pequeñas
chatarras de material que contiene titanio que va a reciclarse. El
alimentador de electrodo, por el contrario, normalmente se utiliza
para la introducción de una barra o lingote de titanio o un montaje
fabricado de piezas más pequeñas.
El material de partida se introduce en el recinto
a vacío (o atmósfera controlada) del horno usando un bloqueo de
carga u otro enfoque similar. En algunas realizaciones de la
invención, el titanio en chatarra que entra desde el alimentador 20
se introduce preferiblemente llevándose en una tolva que gira para
depositar las piezas de titanio en el baño fundido presente en la
solera 30 de fusión. La tolva minimiza el chapoteo y salpicadura
del titanio fundido. En el caso de que se esté introduciendo una
varilla o barra desde el alimentador 10 de electrodo, el material se
funde continuamente desde el extremo de la varilla o barra usando
un cañón de haz electrónico o antorcha de plasma a medida que llega
a la solera 30 de fusión.
Además de alimentar titanio sólido sin afinar,
los alimentadores 10 y 20 pueden utilizarse para introducir metales
deseados para alearse con el titanio. Por ejemplo, utilizando los
alimentadores puede introducirse aluminio para crear una aleación
de titanio - aluminio. Los alimentadores también están acoplados
normalmente a balanzas para pesar que permiten medir la cantidad de
titanio u otro material introducido, permitiendo así un control más
estrecho de los constituyentes de la aleación deseada. En una
realización, el alimentador de material particulado es del orden de
12 pies por 6 pies por 12 pies, mientras que el alimentador de
electrodo es de aproximadamente ocho pies por 4 pies por 14 pies.
La solera de fusión será del orden de 5 pies por 5 pies por 3 pies
de profundidad.
Una ventaja importante de tener múltiples
alimentadores es que el titanio de partida puede cargarse desde
ambos lados del horno con velocidades de alimentación controlables
independientemente. Esto permite variar la composición del titanio
moldeado por colada, por ejemplo, enriqueciéndolo con ciertos
elementos que dependen de la aleación deseada.
La figura 4 representa cómo se mantiene el
titanio en un estado fundido mediante una configuración de fuentes
de energía o fuentes 61 - 68 de calentamiento. Las fuentes 62, 64,
66 y 68 están ocultas detrás de la fuente 61, 63, 65 y 67,
respectivamente. En una realización preferida, las fuentes de
calentamiento son cañones de haz electrónico que funcionan a
aproximadamente 600 - 750 kilowatios. Estos cañones de haz
electrónico son suficientes para mantener el titanio en un estado
fundido en toda la solera. Dado que el horno 5 es un horno de solera
en frío, la solera del horno se refrigerará mediante un
refrigerante deseado, tal como el agua. De esta manera, se forma
una capa de titanio sólido adyacente a las superficies de la
solera, formando el lobo para separar el titanio fundido de la
solera. Cuando el titanio fundido fluye a través del lobo, se
evaporan más contaminantes volátiles dentro del titanio, mientras
que los contaminantes de mayor densidad se depositan en el fondo.
Las bombas 90 de difusión de vacío (véase la figura 1b) acopladas
al recinto, retiran los contaminantes evaporados, purificando así
el titanio. Dado que el material introducido inicialmente en el
horno tiene más contaminantes y por tanto produce más gas de
impureza, se emplean más bombas en el extremo corriente arriba del
sistema. Esto se describe adicionalmente más adelante.
Los cañones de haz electrónico, u otras fuentes
de calor, deben elevar la temperatura del titanio sólido
introducido en la cámara hasta al menos la temperatura de fusión,
aproximadamente 1650ºC. Normalmente, esto se logra mediante cañones
61 - 64 electrónicos. Cuando el titanio fluye desde la cámara 30 de
fusión, cañones 65 - 68 de haz electrónico adicionales mantienen el
titanio en un estado fundido. Estos cañones de haz electrónico se
disponen asimétricamente alrededor de la trayectoria de flujo y el
haz de cada uno puede dirigirse o barrerse alrededor de la región
deseada de las soleras del horno. Esto permite que se calienten
todas las partes de la solera. El número de cañones de haz
electrónico se escoge para proporcionar redundancia, permitiendo
que uno o más fallen o se apaguen para su mantenimiento sin cesar el
proceso de afino.
En la representación de la figura 7, una solera
115 de transporte conecta la solera 30 de fusión con la zona 112 de
moldeo por colada del horno. La zona de moldeo por colada se
muestra realizando el moldeo por colada de un lingote 71. Este
lingote se moldea por colada permitiendo que el titanio fundido
fluya a través de la solera a un molde cilíndrico. Una vez en este
molde, el titanio se enfría y solidifica. Tal como se ha descrito,
puede emplearse cualquier configuración de molde deseada. El molde
cilíndrico se usa sólo con objeto de explicación.
La figura 5 ilustra otro aspecto del horno de
esta invención. En la realización preferida, un par de barreras 120,
126 se extienden hasta el titanio fundido en una posición deseada
en la solera 115 de transporte, entre la solera 30 de fusión y la
región 122 de moldeo por colada para bloquear parcialmente el flujo
de titanio. En esta representación se está moldeando por colada un
único lingote cilíndrico de gran diámetro. Estas barreras 120, 126
hacen que el titanio fundido que fluye desde la solera de fusión
tome una trayectoria tortuosa antes de fluir hasta la cámara 40 de
moldeo. Esta trayectoria introduce turbulencia para el titanio
fundido y permite que se eliminen impurezas adicionales por
evaporación de las impurezas en la superficie del titanio, mediante
disolución o mediante depósito en el fondo de la solera.
Adicionalmente, las barreras evitan la salpicadura del titanio
desde la solera de fusión o los alimentadores, donde es
relativamente impuro, hasta la cámara de moldeo por colada, donde es
relativamente puro.
La figura 6 representa en detalle adicional las
barreras 120 y 126 descritas anteriormente, junto con la solera 115
de transporte. La estructura representada en la figura 6 es
particularmente beneficiosa para moldear por colada aleaciones de
titanio sumamente puras. El flujo de titanio a través de la
estructura mostrada en la figura 7 es en el sentido de la flecha
118. La primera 120 barrera incluye una muesca, mostrada
generalmente en la región 150. La segunda barrera 126 incluye una
muesca 153 similar, pero situada en el lado opuesto de la solera
115 de transporte. El suministro de las barreras y las muescas crea
una trayectoria tortuosa para el flujo del metal y fuerza una
cascada vertical desde una sección de la solera a la siguiente. La
cascada se logra porque la muesca 150 está separada una distancia
ligeramente superior del suelo de la solera que la muesca 153. En
otras palabras, la muesca 153 está más cerca del fondo de la solera
115. Esto ayuda a atrapar impurezas que son más pesadas que el
titanio y, por tanto, que se han depositado en el fondo de la
solera, y evita que fluyan hasta la región de moldeo por colada. Una
ventaja adicional de la estructura es que el lobo de titanio que
solidifica contra la solera y las barreras está dividido en tres
piezas separadas, y ninguna de las tres solidifica alrededor de las
barreras. Esto permite una retirada más fácil del lobo cuando sea
necesario.
La figura 7 representa otra realización de la
solera. En la figura 7, se muestra la solera 30 de fusión y la
solera 115 de transporte. También se representa la región de moldeo
por colada y la cámara 40 de moldeo. Entre la solera 115 de
transporte y la región 40 de moldeo se sitúa una solera 115 de
depósito. El depósito se proporciona en el nivel de alimentación en
la primera región 71 de moldeo de lingote. Dado que el depósito 105
está en una elevación ligeramente inferior que la solera 115 de
transporte, habrá una cascada de titanio fundido desde la solera de
transporte hasta la solera de depósito. Sin embargo, la solera de
depósito está en la misma elevación que el primer molde 71 de
lingote. Esto permite que el titanio fluya de una manera horizontal
hasta el molde 71. De esta manera se minimiza el deterioro de la
superficie del lingote a partir del flujo en cascada.
Un problema encontrado frecuentemente en la
alimentación de titanio en chatarra en los hornos de afino es el
chapoteo o la salpicadura. Cuando las piezas de materia prima de
titanio golpean el baño fundido, se produce salpicadura que, si no
se controla, puede contaminar el titanio afinado. Además, la
salpicadura crea la necesidad de que el horno se limpie más
frecuentemente.
Lo anterior ha sido una descripción de una
realización preferida de la invención. Aunque la descripción se ha
realizado en lo que se refiere al afino de titanio, también puede
realizarse el afino de otros metales usando el procedimiento y el
aparato descritos.
Claims (10)
1. Horno de solera en frío que comprende:
un segmento (30) de fusión en el que el material
de partida se introduce para fundirse,
un segmento (115) de transporte dispuesto próximo
al segmento (30) de fusión para alojar el material de partida
fundido del mismo, estando el segmento (30) de fusión y el segmento
(115) de transporte dispuestos linealmente,
un molde (40) acoplado al segmento (115) de
transporte para alojar el material fundido, mediante el cual el
material de partida se funde en el segmento (30) de fusión y fluye
a través del segmento (115) de transporte hasta el molde (40),
siendo el segmento (115) de transporte más largo en la dirección del
flujo del material fundido que el segmento (30) de fusión, y
barreras (120, 126) parciales que se extienden a
través de la trayectoria de flujo del material fundido
caracterizado porque
el segmento (115) de transporte se refrigera por
refrigerante y es más estrecho que el segmento (30) de fusión en
una dirección perpendicular a la dirección del flujo del material
fundido,
las barreras (120, 126) parciales son elementos
estructurales refrigerados por refrigerante del segmento (115) de
transporte que se extienden desde los lados opuestos del segmento
(115) de transporte hasta obstruir parcialmente el flujo de
material fundido a través del segmento (115) de transporte, y
cada barrera (120, 126) parcial refrigerada por
refrigerante comprende una región inferior elevada por encima de
una superficie de fondo del segmento (115) de transporte
refrigerado por refrigerante y una región superior que tiene una
muesca (153), estando colocadas las muescas (153) de las barreras
(120, 126) parciales adyacentes en los lados opuestos del segmento
(115) de transporte para forzar así el material fundido para que
fluya de una manera tortuosa a través del segmento (115) de
transporte, mientras atrapa impurezas en el fondo del segmento
(115) de transporte.
2. Horno de solera en frío según la
reivindicación 1, caracterizado porque una de las muescas
(150) está separada una distancia mayor de la superficie de fondo
del segmento (115) de transporte que una muesca (153) adyacente.
3. Horno de solera en frío según la
reivindicación 1 o 2, caracterizado porque las barreras
(120, 126) están dispuestas paralelas entre sí y separadas por una
distancia inferior a la anchura de la solera (115) de
transporte.
4. Horno de solera en frío según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las barreras
(120, 126) solapan en el centro del segmento (115) de transporte
para evitar que el material salpicado durante la fusión del
material de partida alcance el molde (40).
5. Horno de solera en frío según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el segmento
(30) de fusión incluye una primera serie de fuentes (61, 63) de
calor para fundir el material de partida y el segmento (115) de
transporte incluye una segunda serie de fuentes (65) de calor para
mantener el material de partida en un estado fundido.
6. Horno de solera en frío según la
reivindicación 5, caracterizado porque las fuentes (61, 63,
65, 67) de calor comprenden cañones de haz electrónico.
7. Horno de solera en frío según la
reivindicación 6, caracterizado porque los cañones (61, 63,
65, 67) de haz electrónico están dispuestos de manera que se
mantenga el material en un estado fundido en el segmento (30) de
fusión y el segmento (115) de transporte, pero en un estado sólido
a lo largo de las paredes y el fondo de los segmentos (30, 115) de
fusión y de transporte.
8. Método de afino de un material impuro usando
el horno de solera en frío según una de las reivindicaciones 1 a 7,
caracterizado por
mantener el horno a vacío,
introducir el metal impuro en el segmento (30) de
fusión,
fundir el metal impuro en el segmento (30) de
fusión,
transportar el metal fundido en el segmento (115)
de transporte,
hacer que el material fundido fluya de una manera
tortuosa en posiciones seleccionadas cuando fluye a través del
segmento (115) de transporte mediante las barreras (120, 126)
parciales,
extraer del horno (5) los gases formados por el
material fundido para eliminar así las impurezas del material,
depositar el material fundido, menos las
impurezas eliminadas como gases, en el molde (40), y
refrigerar el material fundido para
solidificarlo.
9. Método según la reivindicación 8,
caracterizado por hacer que el material fundido fluya a
través de una cascada vertical formada por las barreras (120, 126)
primera y segunda.
10. Método según la reivindicación 8 o 9,
caracterizado porque la etapa de fundir el material impuro
comprende dirigir al menos un cañón (61, 63) de haz electrónico
hacia el material impuro para calentarlo hasta su temperatura de
fusión, pero no lo suficientemente caliente para fundir el material
solidificado a lo largo de los lados del segmento (30) de
fusión.
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|---|---|---|---|---|
| US5972282A (en) * | 1997-08-04 | 1999-10-26 | Oregon Metallurgical Corporation | Straight hearth furnace for titanium refining |
| DE19852747A1 (de) * | 1998-11-16 | 2000-05-18 | Ald Vacuum Techn Ag | Verfahren zum Einschmelzen und Umschmelzen von Materialien zum Herstellen von homogenen Metallegierungen |
| US6264884B1 (en) * | 1999-09-03 | 2001-07-24 | Ati Properties, Inc. | Purification hearth |
| DE19960362C1 (de) * | 1999-12-14 | 2001-05-10 | Ald Vacuum Techn Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Stranggußblöcken aus Titanlegierungen |
| US6496529B1 (en) | 2000-11-15 | 2002-12-17 | Ati Properties, Inc. | Refining and casting apparatus and method |
| US8891583B2 (en) | 2000-11-15 | 2014-11-18 | Ati Properties, Inc. | Refining and casting apparatus and method |
| US6561259B2 (en) * | 2000-12-27 | 2003-05-13 | Rmi Titanium Company | Method of melting titanium and other metals and alloys by plasma arc or electron beam |
| DE10156336A1 (de) * | 2001-11-16 | 2003-06-05 | Ald Vacuum Techn Gmbh | Verfahren zur Herstellung von Legierungs-Ingots |
| WO2005084850A1 (en) * | 2004-02-05 | 2005-09-15 | Titanium Metals Corporation | Method and apparatus for perimeter cleaning in cold hearth refining |
| WO2006041491A1 (en) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Titanium Metals Corporation | Method of assembling feedstock for cold hearth refining |
| US7322397B2 (en) * | 2004-11-16 | 2008-01-29 | Rmi Titanium Company | Continuous casting of reactionary metals using a glass covering |
| US7803211B2 (en) | 2005-09-22 | 2010-09-28 | Ati Properties, Inc. | Method and apparatus for producing large diameter superalloy ingots |
| US7803212B2 (en) | 2005-09-22 | 2010-09-28 | Ati Properties, Inc. | Apparatus and method for clean, rapidly solidified alloys |
| US7578960B2 (en) * | 2005-09-22 | 2009-08-25 | Ati Properties, Inc. | Apparatus and method for clean, rapidly solidified alloys |
| US8748773B2 (en) * | 2007-03-30 | 2014-06-10 | Ati Properties, Inc. | Ion plasma electron emitters for a melting furnace |
| JP5690586B2 (ja) * | 2007-03-30 | 2015-03-25 | エイティーアイ・プロパティーズ・インコーポレーテッド | ワイヤ放電イオンプラズマ電子エミッタを含む溶解炉 |
| US7798199B2 (en) | 2007-12-04 | 2010-09-21 | Ati Properties, Inc. | Casting apparatus and method |
| FR2928641B1 (fr) * | 2008-03-14 | 2010-03-26 | Centre Nat Rech Scient | Procede de purification de silicium pour applications photovoltaiques |
| JP5393120B2 (ja) * | 2008-12-05 | 2014-01-22 | 東邦チタニウム株式会社 | 金属チタンの電子ビーム溶解装置およびこれを用いた溶解方法 |
| KR20170036810A (ko) * | 2009-02-09 | 2017-04-03 | 도호 티타늄 가부시키가이샤 | 전자빔 용해로에서 용제된 열간 압연용 티탄 슬래브와 그 용제 방법 및 열간 압연용 티탄 슬래브의 압연 방법 |
| US20110308760A1 (en) * | 2009-02-09 | 2011-12-22 | Hisamune Tanaka | Apparatus for production of metallic slab using electron beam, and process for production of metallic slab using the apparatus |
| US8747956B2 (en) | 2011-08-11 | 2014-06-10 | Ati Properties, Inc. | Processes, systems, and apparatus for forming products from atomized metals and alloys |
| US11150021B2 (en) * | 2011-04-07 | 2021-10-19 | Ati Properties Llc | Systems and methods for casting metallic materials |
| JP5639548B2 (ja) * | 2011-08-22 | 2014-12-10 | 株式会社神戸製鋼所 | チタン鋳塊の製造方法 |
| US10155263B2 (en) * | 2012-09-28 | 2018-12-18 | Ati Properties Llc | Continuous casting of materials using pressure differential |
| CN102914163B (zh) * | 2012-11-14 | 2014-09-17 | 西南铝业（集团）有限责任公司 | 合金熔炼设备及其流槽 |
| CN103267419B (zh) * | 2013-01-10 | 2016-06-29 | 重庆剑涛铝业有限公司 | 铝熔流槽 |
| US9050650B2 (en) * | 2013-02-05 | 2015-06-09 | Ati Properties, Inc. | Tapered hearth |
| JP7095470B2 (ja) * | 2018-08-02 | 2022-07-05 | 日本製鉄株式会社 | チタン鋳塊またはチタン合金鋳塊の製造方法および製造装置 |
| CN112680614B (zh) * | 2020-11-23 | 2022-02-15 | 昆明理工大学 | 免锻直轧Ti-Al-Nb-Zr-Mo合金铸锭的冷阴极EB炉熔炼方法 |
| CN115627369A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-01-20 | 昆明理工大学 | 一种eb炉熔炼海绵钛块切片生产纯钛ta1的方法 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3343828A (en) * | 1962-03-30 | 1967-09-26 | Air Reduction | High vacuum furnace |
| US4190404A (en) * | 1977-12-14 | 1980-02-26 | United Technologies Corporation | Method and apparatus for removing inclusion contaminants from metals and alloys |
| AU1420183A (en) * | 1983-05-03 | 1984-11-08 | Aikoh Co. Ltd. | Tundish for steel casting |
| JPS6277427A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-09 | Kobe Steel Ltd | 電子ビ−ム溶解・鋳造装置 |
| US4750542A (en) * | 1987-03-06 | 1988-06-14 | A. Johnson Metals Corporation | Electron beam cold hearth refining |
| JPS63273555A (ja) * | 1987-05-01 | 1988-11-10 | Nippon Steel Corp | 溶鋼中の介在物低減効果の優れたタンデイツシユ |
| DE3723912A1 (de) * | 1987-07-18 | 1989-01-26 | Leybold Ag | Vorrichtung zum schmelzen von metallen |
| US4961776A (en) * | 1988-07-11 | 1990-10-09 | Axel Johnson Metals, Inc. | Cold hearth refining |
| US4932635A (en) * | 1988-07-11 | 1990-06-12 | Axel Johnson Metals, Inc. | Cold hearth refining apparatus |
| US4823358A (en) * | 1988-07-28 | 1989-04-18 | 501 Axel Johnson Metals, Inc. | High capacity electron beam cold hearth furnace |
| US5222547A (en) * | 1990-07-19 | 1993-06-29 | Axel Johnson Metals, Inc. | Intermediate pressure electron beam furnace |
| US5171357A (en) * | 1991-12-16 | 1992-12-15 | Axel Johnson Metals, Inc. | Vacuum processing of particulate reactive metal |
| WO1993012272A1 (en) * | 1991-12-18 | 1993-06-24 | Nobuyuki Mori | Method of and apparatus for casting crystalline silicon ingot by electron beam melting |
| US5503655A (en) * | 1994-02-23 | 1996-04-02 | Orbit Technologies, Inc. | Low cost titanium production |
| US5972282A (en) * | 1997-08-04 | 1999-10-26 | Oregon Metallurgical Corporation | Straight hearth furnace for titanium refining |
-
1998
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