ES2251105T3 - Sistema ajustable de alimentacion de metal fundido. - Google Patents
Sistema ajustable de alimentacion de metal fundido.Info
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Abstract
Un sistema de alimentación (12) para uso en la colada continua de metal fundido (14), comprendiendo el sistema de alimentación: una caja distribuidora (28), con una entrada (36) y una salida (46), que tiene una longitud y una anchura de flujo, aguas abajo de un caja (26) de cabeza que contiene un suministro de metal fundido, teniendo la caja distribuidora un forro aislante (50) a lo largo de al menos una superficie interior para reducir la pérdida de calor; un tablero (60) distribuidor de flujo alojado dentro de la caja distribuidora entre un borde aguas arriba (38) y un borde aguas abajo (48) de la caja distribuidora, incluyendo el tablero distribuidor de flujo al menos una perforación (66); una boquilla (30) de punta de alimentación aguas abajo de la caja distribuidora, incluyendo la boquilla un par de miembros (42, 44) de boquilla de punta de alimentación separados para definir una abertura (82) de la punta de alimentación en un borde aguas abajo del sistema de alimentación; caracterizado porque el tablero distribuidor de flujo define una sección superior (64) y una sección inferior (62) de la caja distribuidora, en donde una entrada (36) en el borde aguas arriba de la caja distribuidora está situada en la sección inferior de la caja distribuidora, y una salida (46) en el borde aguas abajo de la caja distribuidora está situada en la sección superior de la caja distribuidora, de tal manera que, durante la colada, el metal fundido llena sustancialmente la anchura de la sección inferior de la caja distribuidora antes de fluir hacia arriba a través de la perforación del tablero distribuidor y hacia la boquilla de la punta de alimentación.
Description
Sistema ajustable de alimentación de metal
fundido.
Esta invención se refiere en general a
dispositivos para la colada continua de metales fundidos y, más
particularmente, a un sistema y método mejorados de alimentación de
metal fundido y a un método para colada continua de alta
productividad.
La formación y colada de metales y aleaciones de
metales de diversas clases se ha realizado durante muchos años
empleando operaciones a escala comercial. Por ejemplo, se emplean
comúnmente máquinas de colada continua de rodillos gemelos, tales
como las mostradas en las patentes norteamericanas números 2.790.216
y 4.054.173. Las máquinas de colada descritas en dichos documentos
incluyen un par de rodillos de colada opuestos orientados en general
horizontalmente, que giran en sentido contrario y están refrigeradas
por agua. El metal fundido es encaminado a través de un sistema de
alimentación hacia la línea de agarre de los dos rodillos justo
antes del acercamiento más próximo de los rodillos. Típicamente, el
sistema de alimentación incluye una caja de cabeza aguas arriba y
una boquilla de punta de alimentación. El metal es dirigido desde la
caja de cabeza, a través de la boquilla de la punta de alimentación
y hacia la línea de agarre de los rodillos. A medida que el metal
entra en contacto con los rodillos de colada refrigerados por agua,
se extrae rápidamente el calor y el metal comienza a solidificarse.
El metal sólido se comprime entonces en forma de una lámina a medida
que atraviesa el espacio entre los rodillos de colada.
Las máquinas de colada convencionales de este
tipo son típicamente capaces de producir tiras de 6 mm de grosor a
unas tasas de productividad de aproximadamente 1,7 toneladas/m de
ancho/hora. Sin embargo, recientemente se ha desarrollado una nueva
generación de máquinas de colada para la colada de tiras delgadas a
alta velocidad de metal fundido. Estas máquinas de colada de nueva
generación son capaces de colar calibres menores de 1 mm.
Desarrollando la tecnología necesaria para colar de una manera más
fina y más rápida, es posible aumentar la productividad y reducir el
número necesario de pasadas de rodillos aguas abajo.
Específicamente, esta tecnología permite grandes aumentos de
productividad, una mayor capacidad de colada y, además, una calidad
mejorada en comparación con máquinas de colada
conven-
cionales.
cionales.
Con el fin de cumplir con los requisitos más
exigentes de esta última generación de máquinas de colada, existe la
necesidad de un sistema de alimentación de metal fundido mejorado.
Los sistemas de alimentación usados actualmente en máquinas de
colada convencionales no han sido capaces de manejar con éxito la
transición a requisitos mayores de flujo de producción. Por ejemplo,
los sistemas de alimentación usados actualmente en máquinas de
colada convencionales tienden a producir un flujo desigual y, a
menudo, turbulento a través de la boquilla de la punta de
alimentación cuando son hechos funcionar a velocidades elevadas.
Esta turbulencia está provocada por la presencia de deflectores, o
separadores, dentro de la boquilla de la punta de alimentación.
Típicamente, se incorporan uno o más deflectores a lo largo de la
anchura de la punta de alimentación para ayudar a manipular y
dirigir el flujo de metal fundido a través de la punta. El uso de
tales deflectores se describe en las patentes norteamericanas
números 4.303.181 y 4.641.767. Aunque se ha comprobado que este
diseño es suficiente en máquinas de colada convencionales que
funcionan a velocidades de producción nominales, a velocidades
elevadas la presencia de deflectores en la punta de alimentación
produce corrientes parásitas en el metal fundido mientras es
encaminado a través de la boquilla, lo cual, a su vez, provoca que
el flujo sea turbulento.
Adicionalmente, los sistemas de alimentación
usados actualmente en máquinas de colada continuas tienden a
producir un alto gradiente de temperatura en el metal fundido a
través de la anchura de la tira. Antes de entrar en la boquilla de
la punta de alimentación, el metal fundido se desplaza a través de
una caja de cabeza aguas arriba. Dado que es típico que la anchura
de la caja de cabeza sea significativamente menor que la anchura de
la boquilla de la punta de alimentación, un flujo desigual de metal
fundido puede alcanzar la punta de alimentación. Específicamente, el
metal fundido puede empezar a fluir a través de la sección central
de la boquilla de la punta de alimentación antes de que esté
presente una cantidad suficiente de metal para comenzar a fluir a
través de los bordes de la boquilla de la punta de alimentación. En
consecuencia, se produce un gradiente de temperatura en el metal
fundido a lo largo de la anchura de la boquilla de la punta de
alimentación, en donde típicamente la temperatura del metal fundido
es muy alta en el centro de la boquilla de la punta de alimentación.
Este gradiente de temperatura afecta al perfil de la lámina
colada.
Se han experimentado estos y otros problemas
cuando los diseños existentes de sistema de alimentación se han
usado en máquinas que funcionaban en la gama de calibre delgado a
alta velocidad. Muchos de los defectos de colada (por ejemplo,
combado, consunción, etc.) experimentados por la lámina colada
resultante son debidos a estos problemas asociados con el diseño del
sistema de alimentación. En consecuencia, existe la necesidad de un
sistema de alimentación de metal fundido para máquinas de colada
continua capaces de manejar los requisitos más exigentes inherentes
a la colada de calibre delgado a alta
velocidad.
velocidad.
El documento
EP-A-0 159 176 describe un aparato
para controlar el flujo de metal fundido procedente de un depósito
hacia un mecanismo de laminación. Para proporcionar un flujo
uniforme de metal fundido hacia un miembro de punta de boquilla, se
sitúa en el depósito un deflector que tiene una serie de
agujeros.
El documento
US-A-4.995.429 describe un aparato
de colada directa que comprende medios de distribución de flujo y
difusores dentro de una artesa para controlar un flujo de metal
fundido según el preámbulo de la reivindicación 1.
La presente invención proporciona un sistema de
alimentación de metal fundido mejorado para máquinas de colada
continua capaces de manejar la transición hacia los más altos
requisitos de producción asociados con la colada de calibre delgado
a alta velocidad. Adicionalmente, el sistema de alimentación de
metal fundido proporcionado por la presente invención puede
adaptarse para su uso en máquinas de colada convencionales a fin de
mejorar significativamente la productividad de máquinas de colada
convencionales.
La presente invención proporciona el sistema de
alimentación de la reivindicación independiente 1 y el método de la
reivindicación independiente 17. Las reivindicaciones subordinadas
especifican características preferidas, pero opcionales.
Se proporciona una boquilla de punta de
alimentación sin deflectores para eliminar los problemas de
turbulencia asociados con la presencia de deflectores en la punta de
alimentación. Eliminando los deflectores es posible introducir el
flujo de metal líquido en la punta de una manera no turbulenta a
velocidades suficientes adecuadas para satisfacer los requisitos de
flujo de producción incrementados. Adicionalmente, la boquilla de la
punta de alimentación es ajustable en su tamaño de abertura para
ayudar a la transición de colada de calibre convencional a delgado.
La abertura fija de la punta de los sistemas de alimentación
existentes provoca varios problemas durante la transición de colada
de calibre convencional a delgado. Eliminando los deflectores de la
boquilla, es posible proporcionar la opción de una abertura
ajustable de la punta de alimentación.
Se proporciona un sistema de control de la punta
de alimentación con la punta de alimentación ajustable para ajustar
automáticamente el tamaño de la abertura de la punta de
alimentación. Además, también puede proporcionarse un sistema de
control de separación de rodillos para ajustar automáticamente el
tamaño de la separación de rodillos entre un par de rodillos de
colada aguas abajo de la punta de alimentación. Esto ajusta
automáticamente las máquinas de colada según el tamaño de la
abertura de la punta de alimentación. Asimismo, se proporciona un
sistema de control de retroceso de la boquilla de la punta de
alimentación para ajustar automáticamente un retroceso de la
boquilla de la punta de alimentación con respecto a los rodillos de
colada. El sistema de control de retroceso de la boquilla de la
punta de alimentación se acopla operativamente al sistema de control
de la punta de alimentación, o al sistema de control de separación
de rodillos para ajustar automáticamente, unos con respecto a otros,
la abertura de la punta de alimentación, la separación de rodillos y
el retroceso de la punta de alimentación.
Aguas arriba de la boquilla de la punta de
alimentación, se dispone un tablero distribuidor de flujo a lo largo
de la anchura de la colada deseada. El tablero distribuidor de flujo
estabiliza y equilibra el flujo de metal antes de que entre en la
punta de alimentación aguas abajo. El tablero distribuidor de flujo
se aloja dentro de una caja distribuidora entre un borde aguas
arriba y un borde aguas abajo. El tablero distribuidor de flujo
divide generalmente la caja distribuidora en una sección inferior y
una sección superior y está orientado en general de manera
transversal al flujo de metal. La caja distribuidora está aislada
para impedir la pérdida de calor y también puede incluir una tapa
aislada cuando se funden anchuras de mayor tamaño. Además, la caja
distribuidora está equipada de manera ventajosa con precalentadores
que impiden aún más la pérdida de calor.
Como ya se sabe convencionalmente, el metal
fundido se introduce en la porción inferior de la caja distribuidora
procedente de una caja de cabeza aguas arriba. A medida que el metal
líquido fluye hacia la caja distribuidora, se le fuerza a llenar
toda la anchura de la porción inferior de la caja debido a la
presencia del tablero distribuidor de flujo. Más específicamente, el
metal fundido se limita a llenar la anchura de la caja distribuidora
mediante una pluralidad de perforaciones separadas a lo largo de la
anchura de la caja distribuidora de flujo. Las perforaciones, que
incluyen poros o canales de formas, tamaños y disposiciones
diferentes, optimizan hidrodinámicamente el flujo del metal hacia la
porción superior de la caja distribuidora y hacia la punta de
alimentación. El metal permea a través de las perforaciones a lo
largo del tablero distribuidor a velocidades diferentes dependiendo
de la configuración de poro o canal. Por tanto, es posible regular
el gradiente de temperatura a través de la anchura de la lámina
colada estabilizando el flujo de metal fundido a medida que entra en
la boquilla de la punta de alimentación.
Adicionalmente, se disponen unos divisores de
flujo para permitir que la caja distribuidora sea compartimentada a
fin de formar diferentes anchuras efectivas. Los divisores de flujo
pueden insertarse en la porción superior de la caja distribuidora en
posiciones transversales sustancialmente al tablero distribuidor de
flujo. Puede resultar deseable compartimentar la caja distribuidora
con el fin de aislar configuraciones diferentes de poro o canal a lo
largo de la anchura del tablero distribuidor de flujo. Por tanto,
los divisores de flujo pueden usarse en combinación con el tablero
distribuidor de flujo para manipular y/o equilibrar el gradiente de
temperatura del metal fundido a través de la anchura de la boquilla
de la punta de alimentación. Puede usarse la capacidad de
manipulación del flujo de metal y del gradiente de temperatura a
través de toda la anchura efectiva de colada para alterar y mejorar
el perfil de tira de la lámina colada resultante.
Estas y otras características y ventajas de la
presente invención se apreciarán a medida que la misma se comprende
mejor con referencia a la siguiente Descripción Detallada de las
Realizaciones Preferidas, cuando se la considere en relación con los
dibujos anexos, en los que:
La figura 1 es una vista en sección transversal
de un sistema de alimentación de metal fundido para una máquina de
colada continua de rodillos construida según los principios de la
presente invención;
La figura 2 es una vista en sección transversal
de una realización alternativa de la caja distribuidora de la figura
1, en la que la caja distribuidora está cerrada;
La figura 3 es una vista en planta del sistema de
alimentación de metal fundido de la figura 1;
La figura 4 es una vista en perspectiva del
sistema de alimentación de la figura 1;
La figura 5 es una vista parcial en sección
transversal del sistema de alimentación de la figura 4 tomada a lo
largo de la línea 5-5;
La figura 6A es una vista en perspectiva de
cuatro ejemplos de tableros distribuidores de flujo del sistema de
alimentación de la figura 1, teniendo cada uno de ellos una
configuración particular de perforación o canal;
La figura 6B es una vista parcial agrandada que
muestra un extremo de los tableros distribuidores de flujo de la
figura 6A;
La figura 7A es una vista lateral de una
realización de un conjunto de cartucho que puede usarse en relación
con el sistema de alimentación de metal fundido de la figura 1;
La figura 7B es una vista en planta del conjunto
de cartucho de la figura 7A, con la barra de soporte girada para
ilustrar mejor el conjunto;
La figura 8 es una vista parcial frontal en
sección transversal de la boquilla de la punta de alimentación de la
figura 1;
La figura 9 es una vista en sección transversal
agrandada de la boquilla de la punta de alimentación de la figura 1
y que muestra además una realización de un mecanismo de ajuste de
abertura de la punta de alimentación;
La figura 10 es una vista en sección transversal
ampliada de la boquilla de la punta de alimentación de la figura 9,
que muestra minimizada la abertura de la punta de alimentación;
La figura 11 es una vista lateral que ilustra
esquemáticamente la relación entre el sistema de control de
separación, el sistema de posicionamiento de la punta y el control
del orificio de boquilla de la punta; y
La figura 12 es una vista lateral de la caja
distribuidora del sistema de alimentación de la figura 1 con
divisores de flujo.
La figura 1 ilustra en sección transversal un par
de rodillos 10 refrigerados por agua de una máquina de colada de
rodillos convencional. Los ejes giratorios (no mostrados) de los dos
rodillos 10 son paralelos y los rodillos están accionados en la
dirección de movimiento del metal a través de la máquina de colada
continua (hacia la derecha en la figura 1). Los rodillos 10 pueden
ser impulsados por cualquier fuente, y preferiblemente son hechos
girar de forma independiente por motores, tales como un par de
motores de corriente continua (no mostrados). Los rodillos 10 se
refrigeran usualmente por un líquido refrigerante que atraviesa
canales circunferenciales, formados entre un núcleo de acero macizo
y una envuelta cilíndrica contraída sobre el núcleo, para
proporcionar un disipador térmico al metal fundido según es común en
la industria.
Un sistema de alimentación de metal fundido 12 de
la presente invención entrega metal fluido 14 al espacio o mordedura
entre los rodillos 10 para avanzar hacia la línea de agarre 16 de
los rodillos. La línea de agarre 16 se encuentra en el sitio en el
que los rodillos 10 están muy cerca uno de otro, también denominado
como separación de rodillos. Por tanto, el metal fluido 14 sale del
sistema de alimentación 12 y se aplica a una superficie 18 de los
rodillos 10. Típicamente, las superficies exteriores de los rodillos
10 están refrigeradas para proporcionar una alta tasa de
transferencia de calor y producir una rápida solidificación del
metal 14. El punto de congelación final del metal 14 se encuentra
normalmente justo antes de la línea de agarre 16 de los rodillos de
colada 10. Una lámina metálica congelada 20 así formada continúa a
través de la separación entre los rodillos de colada giratorios 10.
Este procedimiento reduce el grosor de la lámina metálica congelada
20 y forma una tira de metal sólido 22 que abandona los rodillos 10
en el lado opuesto al sistema de alimentación 12.
En la realización ilustrada, el sistema de
alimentación 12 se muestra inclinado hacia arriba con un ángulo
\beta con respecto a la horizontal o cota de nivel, de modo que el
metal 14 que está siendo colado se desplaza ligeramente "colina
arriba". Preferiblemente, este ángulo es de unos 15 grados. Para
acomodar la orientación inclinada del sistema de alimentación, se
gira una línea central 24 a través de los rodillos de colada 10 con
un ángulo sustancialmente complementario á respecto de la vertical.
Alternativamente, el sistema de alimentación 12 puede orientarse en
un plano generalmente horizontal con el rodillo de colada superior
10 directamente por encima del rodillo inferior. El sistema de
alimentación de metal fundido proporcionado en la práctica de esta
invención es adecuado para su uso en casi cualquier orientación de
esta clase.
La presente invención proporciona un sistema de
alimentación mejorado 12 útil particularmente en operaciones de
colada continua. El sistema de alimentación 12 comprende
generalmente una caja 26 de cabeza, una caja distribuidora abierta o
caja de distribución 28 adyacente a la caja de cabeza y aguas abajo
de la misma, y una boquilla de punta de alimentación 30 adyacente a
la caja distribuidora y aguas abajo de la misma. El metal fundido se
alimenta típicamente hacia la caja 26 de cabeza desde un horno de
conservación y un sistema de transferencia (no mostrados), en donde
la aleación de metal que se ha de colar se mantiene a la temperatura
deseada. Durante la colada, el metal 14 fluye desde la caja 26 de
cabeza hacia la caja distribuidora 28 a través de una salida 32 en
un borde aguas abajo 34 de la caja de cabeza. Una entrada
complementaria 36 está situada en un borde aguas arriba 38 de la
caja distribuidora 28 para recibir el metal 14 desde la caja 26 de
cabeza. Desde la caja distribuidora 28, el metal 14 fluye a través
de una salida 46 en un borde aguas abajo 48 de la caja distribuidora
hacia un camino de alimentación 40 entre un par de miembros 42, 44
de boquilla de punta de alimentación.
El sistema de alimentación 12 de la presente
invención contiene además diversas características y ventajas
únicas, que incluyen: una caja distribuidora forrada con una capa
aislante y que incorpora un elemento de calentamiento interno; un
tablero distribuidor de flujo para estabilizar y equilibrar el flujo
de metal que se está introduciendo en la boquilla de la punta de
alimentación; divisores de flujo para aislar diversos patrones de
flujo a través del tablero distribuidor de flujo; una boquilla de
punta de alimentación sin deflectores con una abertura de punta de
alimentación ajustable, y un sistema automático para ajustar el
tamaño de la abertura de la boquilla de la punta de alimentación.
Estas características funcionan enteramente de manera conjunta para
formar un sistema de alimentación de metal fundido mejorado para
colada continua de calibre delgado a alta velocidad. Cada una de
estas características se expone con más detalle a continuación.
En una realización actualmente preferida, la caja
distribuidora 28 está construida de un material estructural capaz de
soportar altas temperaturas y el ambiente desapacible de la colada
según es conocido por los versados en la técnica de la colada. Por
ejemplo, la caja distribuidora 28 puede construirse de un material
de tablero de aglomerado tal como un material de tablero de fibras
cerámicas de alta densidad. BNZ Corporation suministra un tablero de
aglomerado adecuado bajo el nombre "Marinite BNZ A", o
alternativamente "Marinite BNZ A HP". Este tablero de
aglomerado tiene una densidad de aproximadamente 1041 kg/m^{3} (65
libras/pie cúbico).
La caja distribuidora 28 se aísla entonces con un
forro aislante 50. Según se ilustra, el forro 50 puede fijarse
directamente a la pared interior de la caja distribuidora 28 usando
un adhesivo de alta temperatura y fijadores, por ejemplo tornillos.
Sin embargo, la fijación también puede realizarse mediante remaches,
pernos, conexiones mecanizadas o cualesquiera otros dispositivos o
métodos conocidos por los expertos por su trabajo con materiales
aislantes y maquinaria de colada.
Preferiblemente, todo el interior de la caja
distribuidora 28 está forrado, incluyendo el fondo. Sin embargo, la
pérdida de calor de la caja distribuidora 28 puede reducirse de
manera ventajosa colocando el forro 50 a lo largo de al menos una
pared. Proporcionando un forro aislante 50 en al menos una porción
de la caja distribuidora 28, se reduce la pérdida de calor del
interior de la caja y se aumenta la eficiencia y capacidad
operativas.
El forro aislante 50 comprende un material que
tiene una baja conductividad térmica tal como un tablero de baja
densidad fabricado a partir de una fibra cerámica. Este tablero de
baja densidad 50 no tiene la resistencia mecánica del tablero de
aglomerado, pero tiene una conductividad térmica inferior y es, por
tanto, un mejor aislante. El tablero de baja densidad 50 tiene
preferiblemente una densidad de entre unos 160 kg/m^{3} (10
libras/pie cúbico) y unos 481 kg/m^{3} (30 libras/pie cúbico) y,
más preferiblemente unos 384 kg/m^{3} (24 libras/pie cúbico). Por
ejemplo, Western Industrial Ceramics, Inc. de California puede
suministrar un tablero adecuado de baja densidad 50 bajo el nombre
comercial de "MagnaBoard". Sin embargo, pueden usarse otros
forros aislantes o materiales aislantes 50.
Haciendo referencia ahora a la figura 2, la caja
distribuidora 28 se muestra equipada con una tapa 51. Esta
realización es preferible cuando se cuelan anchos mayores y puede
solicitarse cuando se cuelan anchos enteros a velocidades de
producción modernas. Más específicamente, cuando se cuelan anchos de
al menos 122 cm (48 pulgadas), se emplea preferiblemente una caja
distribuidora cerrada 28, tal como la caja ilustrada. Sin embargo,
también puede usarse una caja distribuidora cerrada 28 para todas
las operaciones de colada continua. Cuando se cuelan anchos menores,
la tapa 51 u otra caja distribuidora cerrada 28 es menos necesaria
dado que se pierde menos
calor.
calor.
Según se ilustra, la tapa 51 está construida de
un modo similar al de la caja distribuidora 28 e incluye una porción
tablero de aglomerado y también puede incluir una porción 53 de
forro aislante. La porción 53 de forro aislante se extiende
preferiblemente hacia el interior de la caja distribuidora 28 para
al menos garantizar el contacto con el metal fundido que fluye
durante las operaciones de colada. Sin embargo, el forro aislante 53
también puede sumergirse parcialmente en el metal para garantizar un
aislamiento adecuado. De manera similar al forro 50, el forro 53 de
la tapa también puede construirse a partir de un tablero de fibras
cerámicas de baja densidad que se sujeta a la porción de tablero de
aglomerado estructural.
La tapa 51 puede acoplarse a la caja
distribuidora 28 según una serie de maneras. Por ejemplo, la tapa 51
puede atornillarse o engancharse a la caja distribuidora 28.
Alternativamente, la tapa 51 puede incluir una porción en cuña
formada a partir de un tablero de aglomerado en forma de escalón que
se extiende hacia el interior de la caja 28 para formar un ajuste
por cuña. Una junta estanca, tal como una junta estanca de manta de
fibra cerámica compresible, puede colocarse entre la tapa 51 y la
caja 28 para limitar adicionalmente la pérdida de calor.
Haciendo referencia de nuevo a la figura 1, la
caja distribuidora 28 se precalienta normalmente en un horno de baja
temperatura a aproximadamente 204ºC (400ºF). Sin embargo, también
puede usarse aire caliente desecado según se conoce comúnmente. Si
la caja distribuidora 28 no se precalienta adecuadamente puede
provocar problemas de distribución de calor y gaseamiento por
recogida de la humedad inherente del conjunto de caja distribuidora.
Además, el uso de aire sólo ha demostrado ser generalmente
insuficiente para precalentar adecuadamente la caja distribuidora 28
antes del arranque. Por tanto, sería deseable precalentar también la
caja distribuidora 28 antes del arranque.
Haciendo referencia a la figura 2, la realización
ilustrada incorpora un elemento de calentamiento 55 para precalentar
la caja distribuidora 28. Según se muestra, el elemento de
calentamiento 55 es un elemento de calentamiento eléctrico embutido
dentro del forro aislante 50. El elemento de calentamiento 55
también puede fijarse al lado interior o exterior del forro 50 según
se conoce por los versados en la técnica. Cuando se usa una caja
distribuidora 28 con una tapa 51, el elemento de calentamiento está
embutido preferiblemente dentro de la porción aislante 53. Esto
puede eliminar la necesidad de elementos de calentamiento 55 dentro
de los lados de la caja distribuidora 28.
Un elemento de calentamiento preferido 55 es un
miembro de calentamiento eléctrico tal como un calentador del tipo
de cable eléctrico que está embutido dentro del forro aislante 53
justo por debajo de la superficie. El elemento de calentamiento 55
puede tener bobinas de alambre que están formadas dentro del tablero
de baja densidad 53 unos 3,2 mm (1/8 de pulgada) a 9,5 mm (3/8 de
pulgada) por debajo de la superficie adyacente al metal fundido. En
Western Industrial Ceramic, Inc. de California puede obtenerse un
elemento de calentamiento adecuado 55, tal como un elemento
calentador bobinado de una sola fase de 220V o de ajuste variable de
340V. Sin embargo, también pueden ser adecuados otros tipos, tamaños
y localizaciones de elementos de calentamiento según es conocido por
los versados en la técnica.
Antes del arranque, el elemento de calentamiento
55 puede activarse para precalentar el interior de la caja
distribuidora 28. Preferiblemente, la caja distribuidora 28 puede
precalentarse a más de 538ºC (1.000ºF). Sin embargo, también pueden
usarse diferentes temperaturas y duraciones de precalentamiento
dependiendo de la colada y de otras condiciones.
Según se describió anteriormente, los diseños
existentes de sistema de alimentación tienden a producir un amplio
gradiente de temperatura en el metal fundido a través del ancho de
la tira o pieza colada, debido principalmente a la disposición de
los sistemas de alimentación existentes. Las dimensiones relativas
de los componentes del sistema de alimentación se ilustran mejor en
las figuras 3 a 5. La boquilla 30 de la punta de alimentación define
generalmente un ancho completo 58 de colada y el ancho de la caja
distribuidora 28 es sustancialmente el mismo que el de la boquilla
de la punta de alimentación. Sin embargo, la caja 26 cabeza y la
salida 32 de la caja de cabeza, a través de la cual se introduce el
metal fundido 14 en la porción aguas abajo del sistema de
alimentación, son significativamente más estrechas.
En una realización ejemplar de la presente
invención, se dispone una salida ranurada 32 de aproximadamente 2,54
cm (una pulgada) por 7,62 cm (tres pulgadas) en el borde aguas abajo
de la caja 26 de cabeza, a través de la cual el metal 14 fluye hacia
una caja distribuidora 28 de aproximadamente168 cm (sesenta y seis
pulgadas) de ancho. Según se describió previamente, la diferencia de
dimensiones de los componentes adyacentes del sistema de
alimentación puede producir un flujo desigual de metal 14 hacia la
boquilla 30 de la punta de alimentación y un gradiente de
temperatura a través del ancho 58 de colada.
Para minimizar las diferencias de flujo y los
gradientes de temperatura del metal fundido que fluye desde la caja
distribuidora 28 y hacia la boquilla de la punta de alimentación, la
presente invención incluye un tablero distribuidor de flujo 60 que
está alojado dentro de la caja distribuidora. El tablero
distribuidor de flujo 60 está posicionado entre el borde aguas
arriba 38 y el borde aguas abajo 48 de la caja distribuidora 28 y se
extiende a través de un ancho efectivo de la caja. Por tanto, el
tablero distribuidor de flujo 60 define una sección inferior 62 y
una superior 64 de la caja distribuidora que efectivamente recorren
toda la longitud de la caja distribuidora.
El tablero distribuidor de flujo 60 está
posicionado dentro de la caja distribuidora 28 para aislar la
entrada 36 de la salida mayor 46. La entrada 36 del borde aguas
arriba 38 de la caja distribuidora 28 está situada en la sección
inferior 62 de la caja distribuidora y la salida 46 del borde aguas
abajo de la caja distribuidora está situada en la sección superior.
La presencia del tablero distribuidor de flujo 60 en la caja
distribuidora 28 impide que el metal fundido 14 que fluye hacia la
sección inferior 62 llene transversalmente toda la anchura 58 de la
caja distribuidora antes de atravesar el tablero distribuidor de
flujo para entrar en la sección superior 64 y en el interior de la
boquilla 30 de la punta de alimentación.
Se disponen una pluralidad de perforaciones o
canales 66 a lo largo del ancho del tablero distribuidor 60 para
permitir que el flujo de metal circule hacia la boquilla 30 de la
punta de alimentación. Según se puede ver en las figuras 6A y 6B,
las perforaciones 66 constan de una serie de aberturas separadas a
través del ancho del tablero 60. Alternativamente, puede disponerse
una sola perforación, tal que un canal 66. Cada una de las
perforaciones 66 transcurre desde una superficie inferior 67 hasta
una superficie superior 69 para permitir que el metal fundido 14
pase a su través.
Una vez que se ha llenado la sección inferior 64
de la caja distribuidora 28, incluyendo todo la anchura en sentido
transversal, el metal fundido 14 de la sección inferior 62 de la
caja distribuidora es forzado entonces hacia arriba a través de las
aberturas 66 del tablero distribuidor de flujo 60 en dirección a la
sección superior 64 de la caja distribuidora y hacia la boquilla 30
de la punta de alimentación. El resultado es un flujo constante y
uniforme de metal en dirección a la boquilla 30 de la punta de
alimentación 30 a través de toda la anchura de la punta.
Los versados en la técnica deben darse cuenta de
que es posible manipular el patrón de flujo del metal, incluyendo
volumen, velocidad y equilibrio térmico, variando el tamaño, forma y
disposición (conjuntamente "la configuración") de las
perforaciones o canal(es) 66 del tablero distribuidor de
flujo 60. Puede ser deseable usar configuraciones diferentes de
perforaciones o canales, separaciones, etc., dependiente de la
colada particular. Por ejemplo, la velocidad de colada particular,
aleación, calibre de colada e incluso el ancho de la punta de la
operación de colada pueden afectar la configuración deseada. Se
muestran en las figuras 6A y 6B ejemplos de diversas
configuraciones. Sin embargo, los ejemplos mostrados son meramente
ilustrativos y no limitan de ninguna manera la gama de
configuraciones que pueden usarse para controlar y manipular el
flujo de metal con la presente invención.
Según se mencionó anteriormente, el sistema de
alimentación 12 está configurado preferiblemente para colada
inclinada hacia arriba según se ilustra mejor en la figura 1. El
tablero distribuidor de flujo 60 está orientado preferiblemente
dentro de la caja distribuidora 28 en dirección paralela a la
horizontal, con independencia de la orientación de todo el sistema
de alimentación 12. El tablero distribuidor de flujo 60
proporcionado por la práctica de la presente invención es adecuado,
sin embargo, para uso con otras orientaciones.
En una realización, el tablero distribuidor de
flujo 60 está acuñado por un ajuste de fricción entre los bordes
aguas arriba y aguas abajo 38 y 48 de la caja distribuidora 28. Más
específicamente, el tablero distribuidor de flujo 60 está acuñado
entre los forros aislantes opuestos 50 fijados a los bordes opuestos
38 y 48. Pueden usarse un divisor 68 de flujo o una pluralidad de
divisores de flujo para ayudar a retener el tablero distribuidor 60
en la caja distribuidora 28 durante operaciones de colada según se
describirá con mayor detalle a continuación. Sin embargo, pueden
usarse cualesquiera medios bien conocidos en la técnica para fijar
el tablero distribuidor 60 dentro de la caja distribuidora 28 a fin
de formar la sección inferior 62 y la sección superior 64.
Una de las dificultades asociadas al uso de un
tablero distribuidor 60 de flujo es la retirada e inserción del
tablero en la caja distribuidora 28, particularmente durante la
operación de colada. Por tanto, en una realización actualmente
preferida, se dispone un conjunto 70 de cartucho, según se ilustra
mejor en las figuras 7A y 7B, el cual incluye el tablero
distribuidor de flujo 60 acoplado a unas unidades de soporte
verticales opuestas y separadas 72. Además, una barra de soporte 74
que tiene mangos 76 se extiende entre las unidades de soporte
verticales 72.
El cartucho 70 es un conjunto retirable que se
inserta o posiciona dentro de la caja distribuidora 28,
preferiblemente justo después del arranque, y se puede retirar o
reinsertar dentro de la caja en cualquier momento durante la
operación de colada. El cartucho 70 puede cambiarse o alterarse,
incluyendo el cambio del tablero distribuidor de flujo 60, para
modificar la distribución de flujo. Pueden usarse cartuchos
diferentes 70 dependiendo de la aleación, calibre, velocidad y ancho
de la punta del proceso de colada. Acoplando el tablero distribuidor
de flujo 60 a los mangos 76 de la barra de soporte 74, se
proporciona un método fácil para retirar o insertar con seguridad el
tablero distribuidor de flujo 60.
Según se ilustra, dos unidades de soporte
verticales 72 están acopladas a la superficie superior 69 del
tablero distribuidor de flujo 60. Las unidades de soporte verticales
72 pueden acoplarse al tablero distribuidor de flujo 60 por
cualesquiera medios bien conocidos en la técnica, tal como tornillos
u otros fijadores convencionales. Los versados en la técnica deben
darse cuenta de que pueden usarse alternativamente con la presente
invención unidades de soporte más o menos verticales 72.
La finalidad principal de las unidades de soporte
verticales 72 es facilitar la retirada e inserción del tablero
distribuidor de flujo 60 y no compartimentar la caja distribuidora
28. Por tanto, las unidades de soporte vertical 72 incluyen
preferiblemente una abertura 78 que se extiende a través de las
unidades de soporte verticales de modo que no se impida el flujo de
metal fundido a través de la sección superior 64 de la caja
distribuidora. Sin embargo, las unidades de soporte verticales 72
están diseñadas preferiblemente para recibir un inserto 80 para
cerrar la abertura, de tal manera que cada unidad de soporte
vertical también puede actuar como un divisor de flujo, según se
describe con mayor detalle a continuación. Los insertos 80 pueden
insertarse o retirarse de las unidades de soporte verticales 72 en
cualquier momento durante la operación de colada para controlar o
manipular el flujo de metal compartimentando la caja distribuidora
28, sin afectar el funcionamiento del restante conjunto 70 de
cartucho.
Para facilitar el control y manipulación del
flujo de metal fundido, durante el proceso de colada se dispone
preferiblemente de diferentes conjuntos 70 de cartucho que tienen
tableros distribuidores de flujo 60 con configuraciones diferentes.
Si se desea un flujo de metal fundido diferente, el conjunto 72 de
cartucho de la caja distribuidora 28 puede retirarse fácilmente
usando los mangos 76 de la barra de soporte 74, y un conjunto de
cartucho diferente 70, que tiene un tablero distribuidor de flujo 60
con la configuración adecuada para producir el flujo de metal
fundido deseado, puede ser insertado dentro de la caja distribuidora
sin que sea necesario detener el proceso de colada.
Haciendo ahora referencia de nuevo a la figura 1,
el flujo de metal pasa hacia la caja distribuidora 28 y a través del
tablero distribuidor 60 de flujo antes ser introducido en la
boquilla 30 de la punta de alimentación. La boquilla 30 de la punta
de alimentación es adyacente a la caja distribuidora 28 y está aguas
abajo de la misma, y comprende un par de miembros 42, 44 de punta de
alimentación, que forman, respectivamente, los miembros superior e
inferior de la boquilla de la punta de alimentación. Los miembros
42, 44 de punta de alimentación están separados definiendo el camino
de alimentación 40 para el metal que a traviesa la boquilla 30.
El camino de alimentación 40 está alineado
preferiblemente con la salida 46 en el borde aguas abajo 48 de la
caja distribuidora 28 para recibir el flujo de metal una vez que
éste ha penetrado a través del tablero distribuidor 60. El camino de
alimentación 40 continúa por toda la longitud de la boquilla y
finaliza en una abertura 82 de la punta de alimentación que tiene
una anchura de abertura total correspondiente aproximadamente a la
anchura deseada de la lámina que se está colando.
Unos tabiques extremos convencionales 92, según
se muestran mejor en las figuras 3 y 8, cierran ambos extremos de la
boquilla 30 de la punta de alimentación y ayudan a definir la
anchura de la lámina que se está colando. Preferiblemente, los
tabiques extremos 92 están fabricados de un material de junta
compresible, tal como un material de papel fibroso laminado según se
usa comúnmente en operaciones de colada. Pueden usarse unas placas
extremas 84 para mantener en posición los tabiques extremos e
impedir que los miembros 42, 44 de boquilla queden cerrados
conjuntamente.
La anchura de una lámina preparada en una
operación típica de fabricación puede diferir de vez en cuando y la
anchura máxima de colada depende de la anchura de los rodillos de
colada 10. Es común una anchura de 1-1/2 a 2
metros.
En una realización actualmente preferida, los
miembros 42, 44 de boquilla de la punta de alimentación están
sujetos a un soporte de punta. El uso de un soporte de punta puede
añadir una rigidez y resistencia necesarias a la boquilla de la
punta de alimentación. El soporte de la punta comprende una placa
superior 86 y una placa inferior 88. Puede construirse una placa
superior adecuada 86 a partir de metal dulce y una placa inferior
adecuada 88 a partir de una colada de meehanita para un alabeo
reducido. Sin embargo, pueden usarse otros materiales conocidos por
los versados en la técnica de la colada. El miembro 42 de boquilla
de punta de alimentación superior está fijado a la placa 86 de
soporte de punta superior y el miembro 44 de boquilla de punta de
alimentación inferior está fijado a la placa 88 de soporte de punta
inferior.
Los miembros 42, 44 de boquilla pueden fijarse a
los soportes 86, 88 de la punta por cualquier medio bien conocido en
la técnica. En la realización ilustrada en la figura 8, se fijan
unos tapones cerámicos 90 a la placa 86, 88 de punta respectiva.
Cada tapón 90 está roscado, o adaptado de cualquier otra manera,
para fijación a un sujetador 76 que acopla cada miembro 42, 44 de
boquilla al soporte 86, 88 de punta respectivo. Para reducir costes,
los tapones 90 pueden taladrarse y roscarse enteramente llenando la
base de un ligamento de fibra cerámica moldeable para formar una
superficie lisa de camino de flujo.
La boquilla 30 de la punta de alimentación
proporcionada en la presente invención es una boquilla de punta de
alimentación sin deflectores. El término "sin deflectores" hace
referencia a la ausencia de deflectores o separadores en la boquilla
entre los miembros 42, 44 de punta de alimentación. A diferencia de
la mayoría de los diseños de sistemas de alimentación existentes, el
camino de alimentación 40 no está obstruido por deflectores cuando
se dirige el flujo de metal a través de la punta. Por tanto, puede
introducirse el metal en la punta 30, y dirigirlo a través de la
misma, según un flujo constante uniforme a velocidades suficientes
para cumplir con los más altos requisitos de flujo de producción de
la colada de calibre delgado a alta velocidad. En particular, no se
experimenta turbulencia alguna en la boquilla 30 de la punta de
alimentación a pesar de las velocidades incrementadas de colada.
Adicionalmente, la boquilla 30 de la punta de
alimentación es ajustable, proporcionando así un control de orificio
de boquilla. Específicamente, es posible ajustar el hueco o
separación de descarga 82 entre los miembros de boquilla 42, 44. La
opción de orificio de punta ajustable permite hacer más grande el
hueco de descarga 82 para un calibre convencional y hacerlo más
pequeño para una colada de calibre delgado, dando como resultado un
mayor control sobre todo el proceso de colada. Los diseños de punta
de alimentación existentes tienen una abertura fija de la punta que
puede causar problemas durante la transición de una colada
convencional a una colada de calibre delgado (por ejemplo,
controlando el retroceso de la punta, fallos de tabiques extremos,
etc.). De este modo, el diseño 30 de la punta de alimentación sin
deflectores permite que la abertura 82 de la punta sea ajustable
durante el funcionamiento.
Haciendo referencia a la figura 8, junto con las
figuras 9 y 10, se describirá una realización de un mecanismo
automático de ajuste de boquilla 95 para la abertura 82 de la punta
de alimentación. En particular, el hueco de boquilla o abertura 82
de la punta se ajusta moviendo la placa 86 de soporte de punta
superior con respecto a la placa 88 de soporte de punta inferior.
Más específicamente, un sistema de accionamiento 97 está acoplado al
sistema de alimentación 12 y adaptado para ajustar la posición de la
placa 86 de soporte de punta superior con respecto a la placa
inferior 88 (refiérase a la figura 4). El sistema de accionamiento
97, que incluye preferiblemente un motor de avance gradual y un
reductor de engranajes, está acoplado a un sistema mecánico 99 que
cambia la posición relativa de los miembros 42, 44 de boquilla de la
punta de alimentación y así el tamaño de la abertura 82 de la punta
de alimentación.
Según se ilustra en las figuras 9 y 10, el
sistema de accionamiento 97 está acoplado a un eje 100 que acciona
una cuña macho 102. La cuña macho 102 se aplica deslizablemente a
una corredera hembra estrechada fija 104 que está acoplada a la
placa de soporte de punta superior 86. La corredera puede acoplarse
directamente a la placa de soporte de punta superior 86. Las cuñas
102 y 104 están conformadas (inclinadas) de tal manera que al hacer
avanzar hacia delante la cuña macho 102 aumenta igualmente el tamaño
de la abertura 82 de la punta de alimentación, y la abertura 82 de
la punta de alimentación disminuye relativamente a medida que el
sistema de accionamiento 99 retira la cuña. Pueden disponerse unos
topes mecánicos para impedir el bloqueo de la abertura 82 de la
punta de boquilla, o una abertura de punta inadecuadamente
grande.
Preferiblemente, el mecanismo de ajuste
automático 95 de la boquilla comprende un par de conjuntos de
motor/reductor de engranaje complementarios 97 y unos conjuntos de
cuña mecánica 99 que funcionan conjuntamente. Según se ilustra, cada
sistema de accionamiento 97 puede colocarse en un lado cualquiera de
la caja distribuidora 28 y del conjunto de cuña respectivo 99
adyacente al lado respectivo de la boquilla 30. Sin embargo, también
pueden usarse otros mecanismos de ajuste automático de la boquilla
así como su emplazamiento con respecto al sistema de alimentación
12. El funcionamiento del mecanismo de ajuste automático 95 de la
boquilla también puede automatizarse y ligarse a un sistema
inteligente con control de retroalimentación según se expondrá
adicionalmente a continuación.
El ajuste de la abertura 82 de la punta de
alimentación también puede realizarse y controlarse manualmente, tal
como mediante tornillos tipo acme que mueven a la fuerza los
soportes 86 y 88 de la punta uno con relación al otro, o
alternativamente accionan el conjunto de cuña según se describió
anteriormente. Además, pueden usarse calibres, tales como calibres
de cuadrante, para verificar y ajustar adecuadamente el hueco 82.
Sin embargo, puede usarse cualquier sistema de tipo mecánico para
ajustar el hueco 82 según conocen los versados en la técnica.
Haciendo referencia ahora de nuevo a la figura 3
junto con la figura 8, se dispone una junta separadora compresible
78 en cada extremo respectivo de la caja distribuidora 28. Las
juntas separadoras 78 impiden que se desprendan los tabiques
extremos 92, así como que la punta 30 de boquilla resulte dañada
durante la transición de una colada convencional a una colada de
calibre delgado. La junta separadora 78 hace transición de la caja
distribuidora más estrecha 28 a la boquilla 30 de punta de
alimentación más ancha. La caja distribuidora más estrecha 28 se usa
para proporcionar un lugar de soporte al mecanismo de ajuste 97 de
la boquilla de la punta de alimentación. Las juntas separadoras
compresibles 78 son preferiblemente secciones recortadas de un papel
fibroso de alta temperatura, tal como una junta de papel de fibras
cerámicas laminado. Sin embargo, también pueden usarse otros
materiales de sellado como los que serán conocidos por los versados
en la técnica.
Haciendo referencia ahora a la figura 11, las
máquinas de colada de rodillos convencionales tienen un sistema de
control de espacio de separación de rodillos y un sistema de
posicionamiento de la punta de alimentación que trabajan
independientemente uno respecto del otro. El sistema de control del
espacio de los rodillos permite ajustar el espacio 16 de los
rodillos (aumentando el espacio para calibres más altos y
disminuyendo el espacio para calibres más bajos) en cualquier
momento durante la operación de colada continua. El sistema de
posicionamiento de la punta de alimentación permite ajustar la
posición de la boquilla de la punta de alimentación, el retroceso 94
de la punta (moviéndola hacia delante en dirección al espacio de los
rodillos, o moviéndola hacia atrás fuera del espacio de los
rodillos) en cualquier momento durante la operación de colada
continua.
Con el fin de controlar más precisamente, por
consistencia, la salida de flujo de metal durante la colada, sería
ventajoso automatizar el control del espacio 16 de los rodillos, el
retroceso 94 de la punta y el tamaño del espacio o separación del
orificio 82 de la punta de alimentación, de tal manera que el
espacio 16 de los rodillos sería la variable principal, y el
posicionamiento de la punta y el control del tamaño serían las
variables seguidoras. En otras palabras, las características de
posicionamiento de la punta y ajuste de control del orificio del
sistema de máquina de colada son unidas o entrelazadas
electrónicamente, usando un controlador de lógica programable (PLC)
u otros medios adecuados, con el control del espacio de los rodillos
de tal manera que responden automáticamente cuando se establece un
espacio específico 16 de los rodillos. Como resultado, el espacio 16
de los rodillos, el retroceso 94 de la punta y el tamaño 82 del
orificio de la punta de alimentación pueden controlarse
independientemente uno de otro, o bien automáticamente uno con
relación a otro. Tal característica de automatización facilitará un
control más preciso y la repetición del proceso de colada, lo cual
es necesario para un rendimiento óptimo.
Por ejemplo, haciendo referencia a la figura 11,
si el espacio 16 de los rodillos se reduce de 5,84 mm (0,230
pulgadas) a 4,50 mm (0,177 pulgadas), entonces el retroceso 94 de la
punta de 57,15 mm (2,250 pulgadas) y el orificio 82 de la punta de
alimentación de 6,86 mm (0,270 pulgadas) cambiarían
proporcionalmente, o según estuviera programado para permitir la
holgura necesaria. Si este cambio no se realiza, la boquilla 30 de
la punta de alimentación podría romperse dado que los rodillos 10 se
cierran para disminuir el espacio 16 de los rodillos. Si el espacio
16 de rodillo se reduce de 5,84 mm (0,230 pulgadas) a 4,50 mm (0,177
pulgadas), pero se desea mantener el mismo retroceso 94 de la punta
de 57,15 mm (2,250 pulgadas), entonces podría programarse un cambio
del orificio 82 de la punta de alimentación de 6,86 mm (0,270
pulgadas) a 5,51 mm (0,217 pulgadas) para habilitar la holgura
requerida. Alternativamente, si se desea mantener el orificio 82 de
la punta en 6,86 mm (0,270 pulgadas) a medida que se reduce el
espacio 16 de los rodillos a 4,50 mm (0,177 pulgadas), entonces
podría programarse un cambio del retroceso 94 de la punta de 57,15
mm (2,250 pulgadas) a 62,74 mm (2,470 pulgadas) para habilitar la
holgura requerida.
Los versados en la técnica advertirán que la
relación precisa entre el espacio 16 de los rodillos, el retroceso
94 de la punta y el tamaño 82 del orificio de la punta de
alimentación dependerá de una serie de parámetros, incluyendo, pero
sin estar limitado a ellos: la aleación que se está colando, la
calidad de tira, el requisito de extrusión y el caudal máximo.
Dependiendo de los parámetros exactos, puede ser deseable ajustar
únicamente el retroceso de punta 94, sólo el orificio 82 de la punta
de alimentación, o tanto el retroceso de la punta como el orificio
de la punta de alimentación.
En una realización actualmente preferida, los
divisores de flujo 68 están dispuestos para controlar y manipular el
flujo de metal compartimentando la caja distribuidora 28 según se
ilustra mejor en las figuras 4 y 5. Esto puede ser particularmente
deseable cuando están presentes diferentes configuraciones 66 de
poro o canal a lo largo de la anchura del tablero 60 distribuidor de
flujo (que se muestra mejor en la figura 6B). Los divisores 68 de
flujo pueden usarse para aislar las diferentes configuraciones 66 de
perforación o canal en el tablero distribuidor 60 a fin de impedir
la mezcla del flujo respecto de las diferentes configuraciones,
regular los caudales diferentes y lograr una temperatura uniforme a
través de la anchura de la caja distribuidora 28, y así de la punta
30 de boquilla de alimentación. Una ventaja particular de los
divisores 68 de flujo es que permiten que el gradiente de
temperatura entre compartimentos sea manipulado a lo largo de la
anchura del tablero 60 distribuidor de flujo permitiendo la
capacidad de alterar el perfil de tira.
Los divisores 68 de flujo se insertan dentro de
la caja distribuidora 28 entre los bordes aguas arriba 38 y aguas
abajo 48 de la caja distribuidora en posiciones sustancialmente
transversales al tablero 60 distribuidor de flujo Pueden formarse
unas ranuras de ajuste 96 en los bordes aguas arriba y aguas abajo
de la caja distribuidora para recibir los divisores 68 de flujo.
Preferiblemente, estas ranuras de ajuste se recortan o se forman de
cualquier otra manera dentro del forro aislante 50. Los divisores 68
de flujo están conformados preferiblemente para complementar la
sección transversal de la sección superior 64 de la caja
distribuidora 28 y así impedir el flujo y definir la anchura
efectiva de la caja distribuidora.
En la realización ilustrada en la figura 1, en la
que el sistema de alimentación 12 está orientado para colada
"inclinada hacia arriba", puede resultar necesario inclinar
correspondientemente un borde inferior 98 de los divisores 68 de
flujo, según se ilustra en la figura 12. Por ejemplo, el borde
inferior 98 debería inclinarse para complementar el "ángulo de
inclinación hacia arriba". Sin embargo, debe observarse que puede
usarse una variedad de formas diferentes para los divisores 68 de
flujo de la presente invención, y que la forma de los divisores
vendrá dictada en gran medida por la configuración del sistema de
alimentación 12, incluyendo la caja distribuidora 28, la aleación
que se está colando y la velocidad y anchura de colada. Además, debe
advertirse que el patrón de flujo deseado y la configuración de las
perforaciones 66 en el tablero 60 distribuidor de flujo pueden
dictar el número y lugar deseados de los divisores 68 de flujo. Por
tanto, aunque la figura 4 ilustra el uso de dos divisores 68 de
flujo, el sistema de alimentación 12 dispuesto según los principios
de la presente invención contempla el uso, según sea necesario, de
más o menos divisores. De igual manera, los divisores 68 de flujo
ilustrados en la figura 4 están orientados sustancialmente en
perpendicular a los bordes 38, 48 de la caja distribuidora 28, y en
una realización alternativa de la presente invención los divisores
68 de flujo pueden estar inclinados con relación a los bordes de la
caja distribuidora.
Con referencia a la figura 12, puede disponerse
un asa 100 en un borde superior de los divisores 68 de flujo para
ayudar a la instalación y retirada seguras del tablero respecto de
la caja distribuidora 28. Según se muestra, el asa 100 puede
extenderse más allá de la superficie superior abierta de la caja
distribuidora 28 para permitir una fácil instalación y mantenimiento
de los tableros 60 distribuidores de flujo.
Según se describió anteriormente, cuando el
conjunto de cartucho 70 ilustrado en las figuras 7A y 7B se emplea
con la presente invención, pueden introducirse los insertos 80
dentro de las unidades de soporte verticales 72, de modo que las
unidades de soporte verticales actúan como los divisores 68 de
flujo. Pueden usarse divisores 68 de flujo adicionales en relación
con el conjunto 70 de cartucho si resulta necesario para
proporcionar una compartimentación deseada de la caja distribuidora
28.
Se describirá una realización del funcionamiento
del sistema de alimentación 12 previsto en la presente invención e
ilustrado generalmente en la figura 1, cuando se usa en una
operación de colada continua. El sistema de alimentación 12 se
calienta previamente, con preferencia en un horno. El sistema de
alimentación 12 se retira del horno, o de otro precalentador, y se
precalienta adicionalmente la caja distribuidora 28 usando los
elementos de calentamiento 55. Tras obtener una temperatura de
precalentamiento suficiente, se permite que el metal fundido 14
fluya hacia la sección inferior 62 de la caja distribuidora 28 a
través de la salida 32 en la caja de cabeza aguas arriba 26. La
presencia del tablero 60 distribuidor de flujo en la caja
distribuidora 28 limita el flujo del metal fundido 14 y fuerza al
flujo a llenar toda la anchura de la caja distribuidora antes de
subir a través de las aberturas 66 del tablero 60 distribuidor de
flujo y hacia la sección superior 64 de la caja distribuidora.
El forro aislante 50, dentro de la caja
distribuidora 28, impide una pérdida masiva de calor y el
enfriamiento del metal fundido. El conjunto 51 de tapa y el forro
adjunto 53 impiden además que esta pérdida de calor del metal
fundido salga de la caja 28.
Tras llenar la sección inferior 62 de la caja
distribuidora 28, el metal 14 fluye a través de las perforaciones 66
hacia la sección superior 64 de la caja y luego hacia la boquilla 30
de la punta de alimentación. Mente este procedimiento, el tablero 60
distribuidor de flujo ayuda a estabilizar y equilibrar el flujo de
metal a lo largo de toda la anchura de colada efectiva 58.
Según se describió anteriormente, pueden usarse
diferentes tamaños, configuraciones y espaciamientos de las
perforaciones, o bien una configuración de canal alternativa 66
dependiendo de la velocidad y calibre particulares de la operación
de colada. Cuando sea necesario, el conjunto 70 de cartucho puede
retirarse y reemplazarse por un conjunto de cartucho diferente que
tiene un tablero 60 distribuidor de flujo con una configuración
diferente de perforación o canal 66.
Se emplea un dispositivo de medición de
temperatura 104 para medir la temperatura del metal fundido 14 que
sale fuera de la caja distribuidora 28 y a través de la boquilla 30
de la punta de alimentación. Preferiblemente, este dispositivo de
medición de temperatura 104 comprende una pluralidad de termopares
que se extienden dentro del camino de flujo y proporcionan
retroalimentación respecto a la temperatura del metal fundido. Los
termopares 104 están separados a través de la anchura de colada 58
para indicar si el gradiente de temperatura a través de la anchura
de colada es el deseado. De este modo, los termopares 104, que
pueden ser, por ejemplo, cinco termopares separados aproximadamente
43 cm (17 pulgadas) entre centros, indican si el cartucho 70 y,
particularmente, el tablero 60 distribuidor de flujo están
estabilizando adecuadamente el flujo y el gradiente de temperatura y
si deben reemplazarse por un tablero distribuidor de flujo que tenga
una configuración diferente de perforaciones.
En la realización ilustrada, los termopares están
embutidos en la placa 86 de punta superior y se extienden a través
del miembro 42 de boquilla superior y dentro del camino 40 de flujo
de metal adecuadamente 6,4 mm (1/4 pulgadas). Los termopares son
demasiado pequeños para crear turbulencias o corrientes parásitas.
Los termopares 104 se conectan de vuelta a un ordenador o
registrador de datos (no mostrado) sobre una base sustancialmente
continua para permitir una vigilancia constante del gradiente de
temperatura de flujo a través de la anchura de colada 58. Según
sabrán los versados en la técnica, también pueden usarse otros
dispositivos y métodos de medición de temperatura para lograr
información de retroalimentación similar, o aceptable de otra
manera, sobre el gradiente de temperatura a través de la anchura de
colada 58.
Los divisores 68 de flujo pueden insertarse
dentro de la caja distribuidora 28 para compartimentar y definir una
anchura efectiva de la caja y aislar configuraciones diferentes del
tablero 60 distribuidor de flujo. El uso de los divisores 68 de
flujo permite la manipulación del flujo de metal a través de toda la
anchura de colada 58 para permitir, por ejemplo, la alteración del
gradiente de temperatura que afecta al perfil de tira durante la
operación. Desde la caja distribuidora 28, el flujo de metal es
introducido dentro del camino de alimentación 40 de la boquilla 30
de la punta de alimentación.
La boquilla 30 de la punta de alimentación no
tiene deflectores lo cual permite un flujo constante uniforme de
metal a través de la punta de alimentación a pesar de los aumentos
de las velocidades de colada. Además, la abertura 82 de la punta de
la boquilla 30 es ajustable de modo que puede aumentarse o
disminuirse durante las transiciones de colada convencional a colada
de calibre delgado. Además, el control del espacio 16 de los
rodillos, el retroceso 94 de la punta y la abertura 82 de la punta
de alimentación pueden automatizarse usando sistemas vigilados bajo
el control de un ordenador. Además, estos sistemas de control pueden
comunicarse entre sí para una operación síncrona y más
eficiente.
Aunque se han mostrado y descrito diversas
realizaciones de esta invención, será evidente para los versados en
la técnica que son posibles muchas más modificaciones sin apartarse
de los presentes conceptos inventivos. Por ejemplo, aunque el
sistema de alimentación de la presente invención se ha descrito
principalmente para su uso en máquinas de colada continua de calibre
delgado a alta velocidad, debe advertirse que el sistema de
alimentación aquí descrito puede retocarse para su uso en máquinas
de colada convencionales. Incluso a velocidades nominales de
producción, el sistema de alimentación mejorado mejorará
significativamente la productividad de máquinas de colada
convencionales. Por tanto, ha de comprenderse que, dentro del
alcance de las reivindicaciones adjuntas, esta invención puede
practicarse de otra manera distinta de la específicamente
descrita.
Claims (21)
1. Un sistema de alimentación (12) para uso en la
colada continua de metal fundido (14), comprendiendo el sistema de
alimentación:
una caja distribuidora (28), con una entrada (36)
y una salida (46), que tiene una longitud y una anchura de flujo,
aguas abajo de un caja (26) de cabeza que contiene un suministro de
metal fundido, teniendo la caja distribuidora un forro aislante (50)
a lo largo de al menos una superficie interior para reducir la
pérdida de calor;
un tablero (60) distribuidor de flujo alojado
dentro de la caja distribuidora entre un borde aguas arriba (38) y
un borde aguas abajo (48) de la caja distribuidora, incluyendo el
tablero distribuidor de flujo al menos una perforación (66);
una boquilla (30) de punta de alimentación aguas
abajo de la caja distribuidora, incluyendo la boquilla un par de
miembros (42, 44) de boquilla de punta de alimentación separados
para definir una abertura (82) de la punta de alimentación en un
borde aguas abajo del sistema de alimentación;
caracterizado porque el tablero
distribuidor de flujo define una sección superior (64) y una sección
inferior (62) de la caja distribuidora, en donde una entrada (36) en
el borde aguas arriba de la caja distribuidora está situada en la
sección inferior de la caja distribuidora, y una salida (46) en el
borde aguas abajo de la caja distribuidora está situada en la
sección superior de la caja distribuidora, de tal manera que,
durante la colada, el metal fundido llena sustancialmente la anchura
de la sección inferior de la caja distribuidora antes de fluir hacia
arriba a través de la perforación del tablero distribuidor y hacia
la boquilla de la punta de alimentación.
2. Un sistema de alimentación según la
reivindicación 1, en el que la perforación del tablero distribuidor
de flujo está dimensionada y configurada para limitar al menos una
porción del metal fundido que fluye hacia arriba a través de la al
menos una perforación y hacia la boquilla de la punta de
alimentación.
3. Un sistema de alimentación según la
reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la al menos una
perforación del tablero distribuidor de flujo comprende una
pluralidad de aberturas separadas a lo largo de la anchura del
tablero distribuidor de flujo.
4. Un sistema de alimentación según la
reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la perforación del
tablero distribuidor de flujo comprende un canal que se extiende
sustancialmente a través de la anchura del tablero distribuidor de
flujo.
5. Un sistema de alimentación según cualquier
reivindicación precedente y que además comprende al menos un divisor
(68) de flujo, transversal sustancialmente al tablero distribuidor
de flujo, dentro de la sección superior de la caja distribuidora
para compartimentar y definir una anchura efectiva de la caja
distribuidora.
6. Un sistema de alimentación según la
reivindicación 5, en el que los bordes aguas arriba y aguas abajo de
la caja distribuidora contienen una serie de pares de ranuras (96)
de ajuste opuestas, estando destinado cada par opuesto a recibir un
divisor de flujo.
7. Un sistema de alimentación según cualquier
reivindicación precedente, en el que el forro aislante dentro de la
caja distribuidora comprende un forro de baja densidad que cubre
sustancialmente toda la superficie interior de la caja distribuidora
en contacto con el metal fundido.
8. Un sistema de alimentación según la
reivindicación 7 y que además comprende una tapa (51) que tiene un
forro aislante (53) para cubrir la caja distribuidora y reducir la
pérdida de calor.
9. Un sistema de alimentación según cualquier
reivindicación precedente, en el que el forro aislante comprende un
tablero de fibras cerámicas de baja densidad.
10. Un sistema de alimentación según cualquier
reivindicación precedente y que además comprende un elemento de
calentamiento (55) montado dentro de la caja distribuidora.
11. Un sistema de alimentación según la
reivindicación 10, en el que el elemento de calentamiento comprende
un elemento calentador eléctrico embutido dentro del forro aislante
montado en el interior de la caja distribuidora.
12. Un sistema de alimentación según cualquier
reivindicación precedente, en el que la separación entre los
miembros de punta de alimentación es ajustable.
13. Un sistema de alimentación según la
reivindicación 12 y que además comprende:
un sistema de control de la punta de alimentación
para ajustar automáticamente el espacio entre los miembros de punta
de alimentación; y
un sistema de control de hueco de separación de
rodillos para ajustar automáticamente el tamaño de un hueco (16) de
separación entre un par de rodillos de máquina de colada aguas
abajo,
en el que el sistema de control de la punta de
alimentación está acoplado operativamente al sistema de control del
hueco de los rodillos para ajustar automáticamente el tamaño de la
abertura de la punta de alimentación y el hueco de los rodillos uno
con relación a otro.
14. Un sistema de alimentación según la
reivindicación 13 y que además comprende:
un sistema de control de retroceso de la punta de
alimentación para ajustar automáticamente un retroceso (94) de la
boquilla de la punta de alimentación respecto de los rodillos de
colada,
en el que el sistema de control del retroceso de
la boquilla de la punta de alimentación está acoplado operativamente
al sistema de control de la punta de alimentación o al sistema de
control del hueco de los rodillos para ajustar automáticamente el
tamaño de la abertura de la punta de alimentación, el hueco de los
rodillos y el retroceso de la boquilla de la punta de alimentación
unos respecto de otros.
15. Un sistema de alimentación según cualquier
reivindicación precedente y que además comprende:
un par de unidades de soporte verticales (72)
acopladas al tablero distribuidor de flujo para formar un conjunto
(70) de cartucho, y
una barra de soporte (74) que tiene un mango (76)
que se extiende entre las unidades de soporte verticales para
facilitar la retirada del conjunto de cartucho de la caja
distribuidora.
16. Un sistema de alimentación según la
reivindicación 15 y que además comprende al menos un inserto (80),
sustancialmente transversal al tablero distribuidor de flujo, dentro
de la sección superior de la caja distribuidora, y en el que cada
una de las unidades de soporte verticales comprende una ranura para
recibir el al menos el inserto, de tal manera que las unidades de
soporte verticales actúan como un divisor de flujo para
compartimentar la caja distribuidora.
17. Un método de colar metal fundido en forma de
láminas, comprendiendo el método los pasos de:
proporcionar una caja distribuidora (28) que
tiene una anchura y una profundidad aguas abajo de un caja (26) de
cabeza que contiene un suministro de metal fundido (14), teniendo la
caja distribuidora un forro aislante (50) para reducir la pérdida de
calor y alojando un tablero (60) distribuidor de flujo entre un
borde aguas arriba (38) y un borde aguas abajo (48) de la caja
distribuidora para definir una sección superior (64) y una sección
inferior (62) de la caja distribuidora, estando situada una entrada
(36) del borde aguas arriba de la caja distribuidora en la sección
inferior de la caja distribuidora y estando situada una salida (46)
del borde aguas abajo de la caja distribuidora en la sección
superior de la caja distribuidora, incluyendo el tablero
distribuidor de flujo al menos una perforación (66) que establece
comunicación entre las secciones superior e inferior;
proporcionar una boquilla (30) de punta de
alimentación que tiene un hueco de punta de alimentación aguas abajo
respecto de la caja distribuidora;
permitir que entre metal fundido en la sección
inferior de la caja distribuidora desde la caja de cabeza;
restringir el flujo de metal fundido hacia la
boquilla de la punta de alimentación hasta que el metal fundido haya
llenado la anchura de la sección inferior de la caja distribuidora;
y
permitir que entre metal fundido en la boquilla
de la punta de alimentación a través de la perforación del tablero
distribuidor de flujo tras llenar la anchura de la sección inferior
de la caja distribuidora.
18. Un método según la reivindicación 17 y que
además comprende el paso de precalentar la caja distribuidora antes
del paso de permitir que el metal fundido entre en la caja
distribuidora desde la caja de cabeza.
19. Un método según la reivindicación 18, en el
que el paso de precalentar la caja distribuidora comprende el paso
de excitar un elemento de calentamiento (55) embutido dentro de un
forro aislante presente en el interior de la caja distribuidora.
20. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 19 y que además comprende el paso de insertar
un divisor de flujo dentro de la caja distribuidora para definir la
anchura de la caja distribuidora.
21. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 20 y que además comprende el paso de ajustar
el tamaño del hueco de la punta de alimentación en la boquilla de
dicha punta de alimentación.
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