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

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

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.

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.

Listado de los símbolos de referencia

\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).

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.