ES2245883B1 - Procedimiento y equipo de colada semicontinua de aleaciones de zinc-aluminio-plata. - Google Patents
Procedimiento y equipo de colada semicontinua de aleaciones de zinc-aluminio-plata.Info
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Abstract
Procedimiento y equipo de colada semicontinua de aleaciones de Zinc-Aluminio-Plata. Se describe un procedimiento de fabricación de tochos, redondos, barras cilíndricas, etc. de aleaciones de la familia ZINAG mediante un proceso de colada semicontinua. El producto final obtenido posee propiedades superplásticas y además de reducir el coste de fabricación permite la obtención de piezas a bajo costo, lo cual facilita su aplicación industrial.
Description
Procedimiento y equipo de colada semicontinua de
aleaciones Zinc-Aluminio-Plata.
La presente invención se incluye en el campo de
los materiales estructurales. De forma más concreta, la invención
se refiere a un procedimiento y un equipo de colada semicontinua
para la fabricación de barras circulares de aleaciones base
Zinc-Aluminio-Plata (ZINAG) con una
microestructura de dendrita fina.
El producto final con esta microestructura
presenta unas propiedades mecánicas que facilitan su procesado
mecánico y la elaboración de diversas piezas con diferente
morfología. Con este proceso termomecánico se evitan estadios
previos, por ejemplo la colada en moldes permanentes, necesarios
hasta ahora para la fabricación de piezas, lo cual produce un
aumento significativo en el coste de producción.
El equipo es modular por lo que, en función de
las necesidades y/o requerimientos técnicos, cada uno de los
módulos pueden ser acoplados o no de forma individual. La lingotera
puede ser diseñada para cada uso particular en función del perfil
deseado por los consumidores del producto final.
El proceso de solidificación denominado colada
semicontinua, se aplica a metales y aleaciones para la obtención de
piezas de pequeñas dimensiones pero de gran longitud. Existen
procesos y equipos patentados de colada semicontinua de aleaciones
base aluminio, cobre y hierro entre otros (US 2003/0111207, EP
0947262, ES 2130088, US 4523627, US 6589474, US 6192971, por
ejemplo).
Los materiales y equipos del proceso de colada
semicontinua son seleccionados de manera exclusiva para cada metal
o aleación pues los parámetros térmicos y mecánicos dependen de las
características del metal o aleación empleados y de las
características deseadas en cada caso para el producto final.
En la patente ES 2203334 se describe un
procedimiento de fabricación y conformado superplástico para
obtener un producto superplástico de aleación ZINAG que comprende
la colada semicontinua del tipo molde permanente. La presente
invención se refiere al diseño de un procedimiento y un equipo para
la colada semicontinua de aleaciones de aleaciones
Zn-Al-Ag que permita obtener un
producto de aleación
ZINAG con estructura dendrítica fina, diversas formas y con acabados de alta calidad y resistencia mecánica óptimos. Para ello, se parte de la aleación obtenida tras la colada por lingotes que se describe en la patente ES 2203334 y se somete a un nuevo proceso de colada en equipos diseñados para conferir durante el procesado unos determinados gradientes de temperatura a la pieza que son críticos en los estadios de transición de liquido a sólido.
ZINAG con estructura dendrítica fina, diversas formas y con acabados de alta calidad y resistencia mecánica óptimos. Para ello, se parte de la aleación obtenida tras la colada por lingotes que se describe en la patente ES 2203334 y se somete a un nuevo proceso de colada en equipos diseñados para conferir durante el procesado unos determinados gradientes de temperatura a la pieza que son críticos en los estadios de transición de liquido a sólido.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un proceso para colada continua de la aleación llamada
ZINAG, para la obtención de productos de estructura dendrítica fina
y diversas formas, mediante el diseño de un equipo especial para
llevarlas a cabo.
Procedimiento y equipo de colada semicontinua de
aleaciones Zinc-Aluminio-Plata.
La invención se refiere a un procedimiento de
fabricación de materiales complejos a partir de la familia de la
aleación matriz ZINAG. El proceso incluye la fusión y posterior
colada semicontinua para obtener barras circulares con una
estructura dendrítica fina. El procedimiento consta de las
siguientes etapas:
- 1.
- Fusión de las aleaciones ZINAG, constituidas por Zinc-Aluminio y Plata, con contenidos de aluminio en el intervalo de 20-23% peso mientras que sus contenidos en plata varían de un 0,5-4,0% en peso.
- 2.
- Homogenización de la aleación fundida a una temperatura de 425-500ºC.
- 3.
- Colada por gravedad (a temperatura constante) por las paredes de un horno tubular y una distancia corta.
- 4.
- Recogida de la aleación colada en un molde cuyo diseño confiere a la aleación sus características de volumen y longitud además de una estructura de grano fino debido a que presenta unos gradientes de temperatura elevados.
El equipo de colada semicontinua vertical está
constituido por tres módulos.
- A.
- Módulo de fusión en el que se encuentra un horno (2) tubular (eléctrico fijo o del tipo de inducción) en el cual está instalado un crisol de fusión (1) que, a su vez, está acoplado a un conducto tubular (5) conectado a un segundo módulo de alimentación.
- B.
- Módulo de alimentación que comprende un segundo horno de paso eléctrico (7) constituido por una sección de post-calentamiento, una cavidad para alojar un recipiente contenedor (6) del material previamente fundido y una sección de solidificación, la cual está constituida por una lingotera (14) con área de refrigeración y donde se ubica el molde requerido (16).
- C.
- Módulo de desalojo constituido por un pistón tractor (11) rematado en su extremos superior por un husillo para el desalojo del producto final en movimiento lento continuo.
La figura 1a muestra un corte longitudinal del
equipo de colada semicontinua para la aleación y la figura 1b
representa el boceto del equipo de colada continua.
La figura 2 muestra una vista frontal y lateral
del equipo de colada continua. En la figura se indican los ejes de
corte correspondientes a las figuras siguientes: Eje de corte
A-A (figura 1), eje de corte B-B
corresponde a la figura 3a y el eje de corte C-C
figura 3b.
La figura 3a muestra un corte longitudinal de la
figura 2 según el eje de corte "B-B", es
decir, es una representación del corte longitudinal del modulo B,
mientras que la figura 3b se representa un corte transversal según
lo indica en la figura 2 (eje de corte C-C), es
decir, una sección transversal del horno de fusión del modulo
B.
Para facilitar la compresión del proceso, a
continuación se ilustra la invención mediante un ejemplo que es
ilustrativo y no establece los límites en cuanto a condiciones,
eficacia o aplicaciones de la
invención.
invención.
Se prepara una carga aproximadamente de 5 kg de
la aleación ZINAG, previamente colada por técnicas convencionales
del tipo de molde permanente, por lo cual ésta se somete a un
calentamiento.
El material producto de este proceso es
depositado en un crisol de fusión cerámico (1) a una temperatura
aproximadamente de 425-500ºC dependiendo del tipo
de aleación, es decir, de su contenido en
plata.
plata.
El crisol a su vez se localiza dentro de un horno
eléctrico (2), o se puede optar por una fuente inducción de
calentamiento, el cual tiene un acoplamiento de un vástago (3) de
cerámica refractaria, con la finalidad de bloquear la tobera (4)
del crisol (1).
Una vez la aleación está fundida se trasiega del
módulo "A", hacia el módulo "B", a través del conducto
cerámico (5), posicionado en trayectoria vertical, en el cual se
acopla a un contenedor alimentador (6), dispuesto en forma
horizontal y asimétricamente en un segundo horno (7), ya sea del
tipo eléctrico o de inducción. El módulo (8) se caracteriza por que
su parte externa superior se recubre mediante una tapa desmontable
(9) de material refractario. Asimismo, su parte interna (10) se
recubre por una capa de cemento refractario (para este caso se
puede optar por ladrillos refractarios) y externamente por una pared
de fibra cerámica rematada con paredes de laminas de acero
galvanizado. La base inferior tiene orificios (11) que tienen una
función de alimentación y desalojo del material fundido y se
caracterizan por estar dispuestos en un área no concurrente.
El material de la aleación
Zn-Al-Ag, fundido en estas
condiciones tiene que mantenerse a una temperatura estable de
450ºC. Considerando que no deben existir fluctuaciones de
temperatura, la estabilidad de esta temperatura tiene que
permanecer constante desde la salida del material (4) del crisol (1)
hasta la descarga (12) del contenedor alimentador (6), que tiene
una geometría diseñada de forma que no permite formación de
turbulencias que pudieran dar lugar a material defectuoso en su
estructura granular por porosidad del material. Por ello, el
contenedor (6), está estructurado de tal forma que contiene una
cámara de vacío (13) en su parte interior, con el objeto de que los
gases atrapados en el líquido se liberen fácilmente conformando una
estructura granular.
La lingotera (14) está constituida por una
envolvente en cuya parte interna se encuentra un serpentín de
enfriamiento seccionado por conectores de alimentación y salida de
agua (15), que constituye además el conducto del molde deseado (16),
la cual presenta altos gradientes de temperatura comprendidos entre
70-110ºC/cm por lo que se forman las tres fases del
material considerando a la primera fase como estado líquido a la
temperatura de trabajo, la segunda fase está caracterizada como la
zona donde el material se encuentra en estado pastoso
(semi-sólido) y finalmente el tercer estado sólido a
una temperatura de 330-230ºC. La cavidad (16), de la
lingotera (14) esta rematada por su parte inferior en forma
cónica.
Claims (10)
1. Procedimiento de colada semicontinua de
aleaciones zinc-aluminio-plata
caracterizado porque consta de las siguientes etapas: (1)
fusión de la aleación en horno eléctrico a una temperatura
comprendida entre 425ºC y 500ºC, dependiendo del contenido en plata
de la aleación, (2) homogenización de la aleación fundida a una
temperatura de 450ºC, (3) colada por gravedad a temperatura
constante en un horno tubular eléctrico o de inducción y (4)
recogida de la aleación colada una lingotera con área de
refrigeración donde se ubica el molde requerido.
2. Procedimiento de colada semicontinua de
aleaciones zinc-aluminio-plata,
según reivindicación 1, caracterizado porque la aleación de
partida está constituida por un 20-23% de aluminio
y su contenido en plata varía en el intervalo
0,5-4,0%, siendo el resto zinc hasta la suma total
del 100% en peso.
3. Procedimiento de colada semicontinua de
aleaciones zinc-aluminio-plata,
según reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa de
moldeo en lingotera (4) la interfase líquido-sólido
presenta altos gradientes de temperatura comprendidos entre
70-110ºC/cm que permite obtener una estructura
dendrítica fina.
4. Equipo de colada semicontinua de aleaciones
zinc-aluminio-plata,
caracterizado por estar formado por tres módulos: 1) módulo
de fusión en el que se alojan un horno eléctrico o de inducción
acoplado concéntricamente a un crisol de fusión que, a su vez, se
acopla a un segundo módulo de alimentación a través de un vástago;
2) módulo de alimentación integrado por un segundo horno con las
mismas características que el primer horno construido por una
sección de calentamiento y una cavidad para alojar un recipiente
contenedor del material previamente fundido y una lingotera y 3)
módulo de desalojo.
5. Equipo de colada semicontinua de aleaciones
zinc-aluminio-plata, según
reivindicación 4, caracterizado porque el recipiente
contenedor forma, a su vez, una cámara de liberación de los gases
atrapados en el material líquido.
6. Equipo de colada semicontinua de aleaciones
zinc-aluminio-plata, según
reivindicación 4 y 5, caracterizado porque la entrada y
salida del recipiente contenedor están dispuestos de una forma no
concurrente para disminuir la formación de turbulencias que inciden
en la formación de porosidad y algunos otros posibles defectos del
material solidificado.
7. Equipo de colada semicontinua de aleaciones
zinc-aluminio-plata, según
reivindicación 4, caracterizado porque el tubo de descarga
del crisol así como el vástago para ocluir la salida del material
líquido son de tipo cerámico.
8. Equipo de colada semicontinua de aleaciones
zinc-aluminio-plata, según
reivindicación 4, caracterizado porque la lingotera tiene una
la cámara de moldeo con un sistema de refrigeración continua donde
el líquido refrigerante es agua y el material pasa por tres fases:
estado líquido, estado pastoso (semi-sólido) y
estado sólido.
9. Equipo de colada semicontinua de aleaciones
zinc-aluminio-plata, según
reivindicación 4 y 8, caracterizado porque la lingotera
presenta una salida de tipo cónico con el objetivo principal de
mejorar la extracción del material solidificado y que, a su vez,
está unido en la parte inferior a un tubo fabricado de materiales
refractarios.
10. Equipo de colada semicontinua de aleaciones
zinc-aluminio-plata, según
reivindicación 4, caracterizado porque el módulo de desalojo
del material solidificado tiene un pistón tractor rematado en un
extremo superior por un husillo para el desalojo en movimiento
lento continuo.
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