ES2247568T3 - Procedimiento para la fabricacion de un cilindro hueco de cobre o de una aleacion de cobre, asi como rodillo de colada a base de un cilindro hueco. - Google Patents
Procedimiento para la fabricacion de un cilindro hueco de cobre o de una aleacion de cobre, asi como rodillo de colada a base de un cilindro hueco.Info
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de un cilindro hueco (6) de cobre o de una aleación de cobre, en el cual una banda (2, 2a) de cobre o de una aleación de cobre es bobinada en varias capas (3) sobre un cuerpo soporte (1), en donde durante el bobinado las distintas capas (3) se unen por lo menos por zonas y después del bobinado se retira el cuerpo soporte.
Description
Procedimiento para la fabricación de un cilindro
hueco de cobre o de una aleación de cobre, así como rodillo de
colada a base de un cilindro hueco.
El invento se refiere por un lado a un
procedimiento para la fabricación de un cilindro hueco de cobre o
de una aleación de cobre. Por otro lado el invento está dirigido a
un rodillo de colada fabricado a partir de un rodillo hueco.
En la fabricación del material previo de pared
gruesa para planchas de coquillas, tubos de coquillas o rodillos de
colada se exigen determinadas propiedades de estructura y de
material del material de cobre. Sin embargo, debido a las
dimensiones de los diferentes productos, a menudo es un problema el
conseguir las características exigidas al material.
Especialmente para la fabricación de cilindros
huecos de colada se fabrican actualmente por lo general bloques
redondos del material deseado con las correspondientes dimensiones,
después se forjan y se taladran y se llevan finalmente sobre un
mandril para cilindros huecos forjados o laminados en anillo. Pero
dependiendo de las dimensiones exigidas pueden alternativamente
prensarse y/o estirarse bloques de colada a tubos de pared gruesa.
Por ello, también las máximas dimensiones y pesos del bloque de
colada limitan naturalmente las dimensiones del correspondiente
producto terminado. En el caso de materiales previos de pared
gruesa de gran formato se puede llegar por tanto a problemas de
calidad referentes a las exigencias al material, dependiendo de las
aleaciones y de la relación de las dimensiones diámetro exterior a
diámetro interior de los cilindros huecos así de como sus
longitudes.
Partiendo del estado de la técnica, el invento
tiene como base la misión de crear un procedimiento para la
fabricación de un cilindro hueco de cobre o una aleación de cobre
que especialmente permita la fabricación de productos de gran
formato en un gran campo de variaciones con una inversión reducida.
Además se debe poder preparar un rodillo de colada de gran formato
económico de fabricar.
La parte de proceso de esta misión quedará
resuelta con las características expuestas en la reivindicación
1.
Después se bobina una banda de cobre o de una
aleación de cobre en varias capas sobre un cuerpo soporte en donde
al bobinar las diferentes capas quedan estructuradas por lo menos
en forma de zonas. Después del bobinado se retira el cuerpo soporte.
Entonces tenemos un cilindro hueco.
Debido al bobinado de la banda en forma de capas
se fabrica un cilindro hueco con propiedades estructurales
homogéneas. Con ello es posible fabricar cilindros huecos con
diferentes propiedades de material y además con diferentes
materiales de la banda. Así por ejemplo en una banda de este tipo
se pueden integrar materiales de refuerzo como acero, fibras de
vidrio o fibras de carbono. De esta forma se pueden preparar
materiales compuestos totalmente nuevos con características de
resistencia más altas o con características de resistencia adaptadas
especialmente para cada exigencia.
En el marco del invento se obtiene otra ventaja
porque ahora ya no es necesario mantener disponibles bloques de
colada de gran volumen en determinadas dimensiones como material
previo. Solo se necesita disponer de materiales previos con las
correspondientes aleaciones de cobre en forma de bandas (bobinas).
De esta manera se obtiene una gran disponibilidad del material
previo con la consecuencia de que se puede prescindir de una
limitación en el peso al fundir y/o al forjar. Además debido a la
banda laminada fuertemente moldeada se puede alcanzar una fina
estructura homogénea independientemente del espesor final del
producto.
A partir de los cilindros huecos producidos de
esta manera se pueden fabricar a continuación de manera económica,
según se necesite, tubos de coquilla, tubos colados y también
placas para coquillas.
Según las características de la reivindicación 2
la banda puede ser conducida en un ángulo de 90º respecto del eje
longitudinal del cuerpo soporte. También se pueden bobinar dos o
más bandas en paralelo una junto a otra. Las bandas vecinas se
enlazan por sus bordes de banda. El ancho y el numero de las bandas
determinan la longitud de los cilindros huecos que hay que
fabricar.
Las características de la reivindicación 3 prevén
otro método de bobinar. Según éstas la banda puede ser alimentada
en un ángulo que se desvía 90º respecto del eje longitudinal del
cuerpo soporte. Esto se realiza oscilando sobre toda la longitud
del cilindro hueco que se va a fabricar, exactamente a manera de
capas desde un extremo del cuerpo soporte hasta el otro
extremo.
Según las características de la reivindicación 4,
para poder unir perfectamente las distintas capas del bobinado,
durante el bobinado de las capas se libera a su superficie exterior
de las capas de oxido que se adhieren. Esto puede producirse
inmediatamente antes de la unión. Formas de procedimiento adecuadas
para ello son el cepillado y/o el decapado.
También el calentamiento de por lo menos la capa
exterior del bobinado (reivindicación 5) sirve para la mejor unión
de las diferentes capas unas con otras. El calentamiento puede ser
realizado, por ejemplo, por inducción.
Las características de la reivindicación 6 prevén
otra posibilidad de bobinar y de unir. Después de ello el bobinado
y la unión de las capas se realizará bajo atmósfera de gas
protector o bajo vacío.
La unión de las capas puede ser realizada de
diferentes modos y maneras. Según la reivindicación 7 las capas se
unen por compresión. Esto se lleva a cabo bajo presión alta.
Especialmente puede emplearse la compresión llamada isostática en
caliente (Hippen).
También se puede pensar en una soldadura según la
reivindicación 8.
De acuerdo con las características de la
reivindicación 9 es adecuado si las capas se unen por soldadura
dura. Requisitos previos para una correcta soldadura dura son
superficies libres de óxidos, una atmósfera bajo gas de protección
pero en donde no se debe guardar ningún gas entre las capas, o el
empleo de vacío.
En este contexto está considerado especialmente
ventajoso si según las características de la reivindicación 10 la
banda es introducida inclinada desde arriba respecto al cuerpo
soporte colocado horizontal formando una rendija de bobinado en
forma de V, en donde en la rendija de bobinado está situado un
material de soldar líquido con alto contenido en fósforo con efecto
desoxidante en una atmósfera de gas protector o bajo vacío y por lo
menos la capa exterior de bobinado del cuerpo soporte esta mantenida
a temperatura de soldadura. En este procedimiento, en la rendija de
bobinado se encuentra siempre una cantidad de soldadura con lo que
todos los espacios intermedios que se producen entre las capas se
llenan con soldadura. Si se calienta por lo menos la capa exterior
de bobinado se puede disponer continuamente en la rendija de
bobinado, durante el bobinado, de una cantidad suficiente de
soldadura fundida. Preferentemente la soldadura se lleva a cabo
bajo vacío.
La temperatura en la rendija de soldadura debería
corresponder aproximadamente con la temperatura del material de
soldar más 50ºC.
Las características de la reivindicación 11
presentan preferentemente como aplicación cuando por lo menos se
introducen dos bandas en un ángulo de 90º respecto del eje
longitudinal del cuerpo soporte. Dependiendo del ancho de las bandas
los cilindros huecos terminados de bobinar pueden ser ensamblados
coaxialmente unos con otros. Aquí es especialmente adecuada la
soldadura por chorro de electrones o la soldadura por escariador
porque para los cilindros huecos bobinados se utilizan por lo
general materiales de desecho endurecidos. Sus propiedades no se ven
influidas negativamente prácticamente nada o solo ligeramente.
A partir de un cilindro hueco bobinado se puede
fabricar sin problemas por lo menos un tubo previo para un tubo de
coquilla. También durante el proceso de bobinado se podría crear un
tubo previo con propiedades del material graduadas si se emplean
diferentes materiales previos. Estos pueden ser introducidos tanto
en sentido longitudinal del cilindro hueco como también en sentido
radial.
Especialmente ventajosa es la reivindicación 12
cuando para formar un rodillo de colada el cilindro hueco terminado
está provisto con un recubrimiento o con un casquillo de desgaste
que presentan una elevada resistencia al desgaste.
Cuando la banda es introducida separada un ángulo
de 90º respecto del eje longitudinal del cuerpo de soporte se
producen en las caras frontales del cilindro hueco numerosos puntos
de golpe que deben ser considerados como críticos tanto por lo que
se refiere a las puras solicitaciones como superficie de colada como
también a las solicitaciones por desgaste en los cierres laterales
de los rodillos de colada (cierres de borde). Para evitar aquí
defectos, las características de la reivindicación 13 prevén que
para la formación de un rodillo de colada el cilindro hueco
terminado bobinado está provisto a lo largo de las aristas de borde
con listones de borde de forma anular. Después de la
correspondiente mecanización de las caras frontales del cilindro
hueco estos listones de borde se unen a las capas de bobinado. Se
eliminan las superficies de golpe críticas con numerosos finales de
bandas que allí terminan y en las caras frontales se consigue una
solicitación no crítica.
Los listones de borde pueden estar sujetos de
diferentes formas. Ventajoso es por ejemplo la soldadura blanda, la
soldadura o la compresión isostatica en caliente. También se puede
pensar en un calado. El material de los listones de borde puede
ser del mismo tipo que la banda. Pero también se puede elegir otro
tipo de material. Es ventajoso, por ejemplo, el seleccionar un
material con propiedades de desgaste especialmente buenas. La
conductividad térmica debería ser lo más parecida posible a la del
material de la banda.
Las características de la reivindicación 14
permiten convertir en una placa un cilindro hueco definitivamente
bobinado de tal manera que el cilindro hueco es dividido por un
plano que corta por su eje longitudinal y entonces es extendido en
una placa. En conexión con esto puede ser moldeada después para ser
una placa de coquilla.
Dependiendo del caso de aplicación de un cilindro
hueco puede ser ventajoso y especialmente para su configuración como
un rodillo de colada, si toda la superficie periférica de colada
del rodillo de colada está recubierta. En este caso hay que tener
en cuenta como criterio la capacidad de los listones de borde para
ser recubiertos. El recubrimiento de las superficies exteriores
puede llevarse a cabo galvánicamente. También puede pensarse en la
aplicación de una capa de proyección térmica. Además se pueden
colocar casquillos de desgaste completos.
Rodillos de colada fabricados según con el
procedimiento acorde con el invento están descritos en las
reivindicaciones 15 y 16.
A continuación se describe el invento con más
detalle sobre la base de los ejemplos constructivos representados
en los dibujos. Se muestra:
Figura 1 el bobinado de un cilindro hueco
esquemáticamente en sección vertical;
Figura 2 una sección horizontal a través de la
representación de la figura 1 a lo largo de la línea
II-II vista en la dirección de la flecha IIa;
Figura 3 una sección horizontal a través de la
representación de la figura 1 a lo largo de la línea
II-II vista en la dirección de la flecha IIa, de
acuerdo con otro ejemplo constructivo;
Figura 4 un rodillo de colada en perspectiva
esquemática;
Figura 5 una sección longitudinal a través de la
representación de la figura 4 a lo largo de la línea
V-V vista en la dirección de la flecha Va,
representada a escala aumentada;
Figura 6 en perspectiva, un cilindro hueco con
una hendidura longitudinal;
Figura 7 en perspectiva, el cilindro hueco de la
figura 6 en forma de placa extendida;
Figura 8 en la vista, dos cilindros de colada de
una maquina de colada colocados uno junto al otro
y
y
Figura 9 el detalle IX de la figura 8 en sección
representado a escala aumentada
En la figura 1 está denominado con 1 un cuerpo
soporte de acero, cilíndrico, capaz de girar mediante un
accionamiento no representado en detalle. Sobre este cuerpo soporte
1 se bobinará en varias capas 3 una banda 2 hecha de una aleación de
cobre. La dirección del bobinado está identificada con WR. Aunque
en la figura 1 existe una distancia entre las diferentes capas 3,
durante el bobinado las capas 3 se apoyan directamente con su
superficie unas sobre otras.
La banda 2 es conducida formando una rendija de
bobinado 4 en forma de ángulo en V, oblicuamente desde arriba hacia
el cuerpo soporte 1 horizontal. En la rendija de bobinado 4 se
encuentra una soldadura 5 liquida con alto contenido en fósforo
con efecto desoxidante bajo vacío. El vacío no se puede observar en
detalle. Por lo menos la capa de bobinado 3 exterior del cuerpo
bobinado 6 será mantenida a temperatura de soldadura de manera no
apreciable en detalle, especialmente de forma inductiva.
Cuando se ha alcanzado el espesor de pared WD
previsto del cuerpo bobinado 6 formado por las capas de bobinado 3
sobre el cuerpo soporte 1 se interrumpe la alimentación de la banda
2 y se retira el cuerpo soporte 1. Entonces tenemos un cilindro
hueco.
Según la figura 2, la banda 2 puede ser
introducida en un ángulo \alpha de 90º respecto del eje
longitudinal del cuerpo soporte 1. En este caso la longitud L del
cilindro hueco 6 bobinado se corresponde con la anchura B de la
banda 2.
Pero también se puede pensar que según la figura
3 se conduce una banda estrecha 2a en un ángulo \beta diferente
de 90º respecto del eje longitudinal del cuerpo soporte 1. En este
caso la banda 2a queda bobinada sobre el cuerpo soporte 1 oscilando
a un lado y a otro en la dirección de la flecha PF desde su cara
frontal 8 izquierda hasta la cara frontal 9 derecha y a
continuación en la dirección de la flecha PF1 desde la cara frontal
9 derecha hasta la cara frontal izquierda
8.
8.
Tanto en la figura 2 como también en la figura 3
las capas 3 no están representadas en detalle.
Las figuras 4 y 5 permiten apreciar una forma
constructiva en la que dos cilindros huecos 6 bobinados según las
representaciones de las figuras 1 y 2 están unidos coaxialmente uno
con otro. La unión de ambas caras frontales 10,11 de los cilindros
huecos 6 se realiza por ejemplo utilizando por ejemplo, la
soldadura por chorro de electrones. El punto de unión está
identificado con 12.
La figura 5 muestra además que para la formación
de un cilindro de colada 13 ambos cilindros huecos 6 unidos uno
con otro están provistos con un recubrimiento 14 que presenta una
alta resistencia al desgaste. Este recubrimiento 14 puede ser
aplicado también en forma de un casquillo de desgaste sobre ambos
cilindros huecos 6.
Las figuras 6 y 7 presentan una forma
constructiva en la que un cilindro hueco 6 totalmente bobinado ha
sido separado por un plano E-E que corta su eje
longitudinal 15 y a continuación este cilindro hueco 6 hendido ha
sido extendido en una placa 16 según las flechas VII. Esta placa 16
puede ser moldeada después en una placa de coquilla.
En la figura 8 está representada esquemáticamente
una maquina de colada 17 con dos rodillos de colada 13. Con DR
están identificadas las direcciones de giro de los rodillos de
colada 13. Para la formación de un cilindro de colada 13 un cilindro
hueco 6 bobinado según las figuras 1 y 3 está provisto a lo largo
de las aristas de borde 18 con listones de borde 19 de forma anular
(figuras 8 y 9). Con este fin, y de acuerdo con la figura 9, se
mecaniza en ángulo recto una zona 20 de aristas de borde de un
cilindro hueco 6 y en esta zona 20 mecanizada de aristas de borde
se introduce un listón de borde 19 de forma anular. Mediante estos
listones de borde 19 se elimina la superficie de choque crítica con
los numerosos finales de banda que sobresalen y en las caras
frontales se obtiene un esfuerzo no crítico.
La fijación de los listones de borde 19 puede
realizarse por soldadura con estaño, soldadura dura o por
compresión isostatica en caliente. También se puede pensar en un
calado.
En las figuras 8 y 9 los sellos laterales (edge
dams) de los rodillos de colada 13 de una maquina de colada 17
están identificados con el 21.
Los rodillos de colada 13 pueden estar unidos
sobre núcleos de acero 22 especialmente por compresión isostática
en caliente. Esto se puede apreciar esquemáticamente en la figura 4
por el guiado de la línea de trazos.
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{ 1 \+ - \+ cuerpo soporte\cr 2 \+ - \+ banda\cr 2a \+ - \+ banda\cr 3 \+ - \+ capas\cr 4 \+ - \+ rendija de bobinado\cr 5 \+ - \+ soldadura con estaño en 4\cr 6 \+ - \+ cuerpo de bobinado (cilindro hueco)\cr 7 \+ - \+ eje longitudinal de 1\cr 8 \+ - \+ cara frontal de 1\cr 9 \+ - \+ cara frontal de 1\cr 10 \+ - \+ cara frontal de 6\cr 11 \+ - \+ cara frontal de 6\cr 12 \+ - \+ punto de unión\cr 13 \+ - \+ rodillo de colada\cr 14 \+ - \+ recubrimiento\cr 15 \+ - \+ eje longitudinal de 5\cr 16 \+ - \+ placa\cr 17 \+ - \+ maquina de colada\cr 18 \+ - \+ aristas de borde de 6\cr 19 \+ - \+ listones de borde\cr 20 \+ - \+ zona de aristas de borde\cr 21 \+ - \+ sellos para 13\cr 22 \+ - \+ núcleo de acero\cr B \+ - \+ anchura de 2\cr DR \+ - \+ dirección de giro de 13\cr E-E \+ - \+ plano a través de 15\cr L \+ - \+ longitud de 6\cr PF \+ - \+ flecha\cr PF1 \+ - \+ flecha\cr WR \+ - \+ dirección de bobinado\cr \alpha \+ - \+ ángulo\cr \beta \+ - \+ ángulo\cr}
Claims (16)
1. Procedimiento para la fabricación de un
cilindro hueco (6) de cobre o de una aleación de cobre, en el cual
una banda (2,2a) de cobre o de una aleación de cobre es bobinada en
varias capas (3) sobre un cuerpo soporte (1), en donde durante el
bobinado las distintas capas (3) se unen por lo menos por zonas y
después del bobinado se retira el cuerpo soporte (1).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que la banda (2) es conducida en un ángulo (\alpha) de 90º
respecto del eje longitudinal (7) del cuerpo soporte (1).
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que la banda (2a) es conducida en un ángulo (\beta) que se separa
de 90º respecto del eje longitudinal (7) del cuerpo soporte
(1).
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que durante el bobinado de las capas
(3) sus superficies exteriores son liberadas de las capas de óxido
adheridas.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que durante el bobinado de las capas
(3) se calienta como mínimo la capa exterior (3).
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que el bobinado y unión de las capas
(3) se lleva a cabo bajo un gas de protección o bajo vacío.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que las capas (3) se unen por
compresión.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que las capas (3) se unen por
soldadura.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que las capas (3) se unen por
soldadura dura.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en
el que la banda (2,2a) es conducida formando una rendija de
bobinado (4) en forma V oblicuamente desde arriba hacia el cuerpo
soporte (1) horizontal, en donde en la rendija de bobinado (4) se
coloca un material de soldadura (5) liquido con alto contenido en
fósforo con efecto desoxidante en una atmósfera de gas de
protección o bajo vacío, y por lo menos la capa de bobinado (3)
exterior del cuerpo bobinado (6) (cilindro hueco) es mantenida a
temperatura de soldadura.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 10 en el que por lo menos dos cilindros huecos
(6) bobinados terminados están unidos uno con otro
coaxialmente.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que para formar un rodillo de colada
(13) por lo menos un cilindro hueco (6) bobinado terminado es
provisto con un recubrimiento (14) que presenta una resistencia al
desgaste elevada o con un casquillo de desgaste (14).
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que para formar un rodillo de colada
(13) por lo menos un cilindro hueco (6) bobinado terminado es
provisto con unos listones de borde (19) en forma anular a lo largo
de las aristas de borde (18).
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que por lo menos un cilindro hueco
(6) bobinado terminado es dividido por un plano
(E-E) que corta a su eje longitudinal (15) y este cilindro hueco (6) hendido es convertido en una placa (16).
(E-E) que corta a su eje longitudinal (15) y este cilindro hueco (6) hendido es convertido en una placa (16).
15. Rodillo de colada (13) que está formado por
lo menos por una banda (2,2a) de cobre o de una aleación de cobre
devanada para convertirse en un cilindro hueco (6).
16. Rodillo de colada (13) según la
reivindicación 15, que está formado por lo menos por dos cilindros
huecos (6) bobinados unidos coaxialmente uno con el otro.
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