ES2328698T3 - Colada en cinta de metales no ferrosos y ligeros y aparato para la misma. - Google Patents
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Abstract
Un aparato (10) de colada continua en cinta para colar de manera continua una tira (30) metálica, que comprende: al menos una cinta (12, 14) sin fin móvil que tiene una superficie de colada que define al menos parcialmente una cavidad (22) de colada, medios para hacer avanzar dicha al menos una cinta (12, 14) sin fin a través de la cavidad (22) de colada, medios para inyectar metal fundido en dicha cavidad de colada, y medios (20) para refrigerar dicha al menos una cinta sin fin a medida que pasa a través de la cavidad de colada, caracterizado porque dicha al menos una cinta sin fin tiene un espesor en el intervalo de 1 a 2 mm y está compuesta por una aleación de aluminio seleccionada del grupo constituido por los sistemas de aleación AA5XXX y AA6XXX.
Description
Colada en cinta de metales no ferrosos y ligeros
y aparato para la misma.
La presente invención se refiere a cintas de
colada empleadas en máquinas de colada en cinta usadas para la
colada de metales no ferrosos y ligeros tales como aluminio,
magnesio, cobre, cinc y sus aleaciones. Más particularmente, la
invención se refiere a cintas de colada de metales compuestas por
materiales que tienen buenas propiedades térmicas y físicas.
Se han usado máquinas de colada de doble cinta
para la colada de metales durante bastante tiempo. En las máquinas
de esta clase, cintas sin fin que giran en modelos de pistas de
carreras están colocadas una sobre la otra (o, en algunos casos,
una al lado de la otra) con los recorridos paralelos generalmente
planos de cada cinta colocados muy adyacentes entre sí para definir
un molde entre sí. Se introduce metal fundido en el molde en un
extremo y se saca el metal a través del molde mediante las
superficies de las cintas en movimiento. Se transfiere el calor
procedente del metal fundido a través de las cintas, y esta
transferencia está asistida por medios de refrigeración, tales como
pulverizadores de agua, que actúan en los lados opuestos de las
cintas en las regiones del molde. En consecuencia, el metal se
solidifica a medida que pasa a través del molde, y sale una tira o
placa metálica sólida del extremo opuesto del molde. Por ejemplo, se
describen máquinas de colada mejoradas de esta clase en las
patentes estadounidenses 4.008.750 y 4.061.177 expedidas
respectivamente el 22 de febrero de 1977 y el 6 de diciembre de
1977 al mismo cesionario que el de la presente solicitud. Las
máquinas de colada también usan sistemas de aplicación de
refrigerante de alta eficacia tales como los que se describen en la
patente estadounidense 4.193.440 expedida el 18 de marzo de 1980 al
mismo cesionario que el de la presente solicitud y en la
publicación de solicitud internacional WO 02/11922 presentada el 7
de agosto de 2001 también por el mismo cesionario que el de la
presente solicitud.
Estas máquinas de colada, con sus sistemas de
aplicación de refrigerante de alta eficacia, funcionan produciendo
una fina corriente de alta velocidad de refrigerante detrás de la
cinta de colada. Esto da como resultado un alto coeficiente de
transferencia de calor máxima entre el refrigerante y la cinta. La
cinta además "flota" sobre la capa de refrigerante en las
zonas críticas de la colada, en lugar de estar meramente soportada
entre poleas.
Las cintas usadas en las máquinas de colada de
esta clase están compuestas habitualmente por acero texturizado o,
menos comúnmente, por cobre. Se dan a conocer materiales de este
tipo, por ejemplo, en la patente estadounidense n.º 5.636.681
expedida el 10 de junio de 1997 al mismo cesionario que el de la
presente solicitud. Además, la patente estadounidense n.º 4.915.158
expedida el 10 de abril de 1990 y cedida a Hazelett
Strip-Casting Corporation da a conocer una cinta de
cobre que proporciona un soporte para un revestimiento cerámico. Sin
embargo, las cintas compuestas por estos materiales
(particularmente las compuestas por cobre) son caras de fabricar y
las cintas de cobre son susceptibles a "deformación plástica
permanente" (es decir, distorsión debida al manejo o a la falta
de sistemas de soporte externos). Además, las cintas de acero
tienden a tener conductividades térmicas que son adecuadas sólo
para la colada de aleaciones metales no ferrosos y ligeros de una
clase, mientras que las cintas de cobre tienen conductividades
térmicas adecuadas para aleaciones de metales no ferrosos y ligeros
de otra clase. Por ejemplo, pueden usarse cintas de acero
texturizado (por ejemplo, granallado) para muchas aleaciones de
aluminio de intervalo de congelación relativamente corto, tales como
aleaciones para aleta o lámina metálica, mientras que se requieren
cintas de cobre para aplicaciones críticas de superficies, por
ejemplo para aleaciones de aluminio para automóviles que tienen
intervalos de congelación más largos de lo normal. Se da a conocer
un procedimiento para la colada de aleaciones para automóviles de
este tipo usando la alta capacidad de flujo calorífico de las cintas
de cobre, en la patente estadounidense 5.616.189 expedida el 1 de
abril de 1997 al mismo cesionario que el de la presente solicitud.
En esa referencia, se encuentra que son adecuados flujos
caloríficos de hasta 4,5 MW/m^{2}, y tales flujos caloríficos
normalmente requieren el uso de cintas de Cu. Otras aleaciones de
largo intervalo de congelación, por ejemplo las descritas en Leone
et al., Alcan Belt Casting Mini-Mill Process,
mayo de 1989, se cuelan preferiblemente a flujos caloríficos
incluso mayores (superiores a 5 MW/m^{2}).
Sin embargo, debido a la mayor conductividad
térmica de las cintas de cobre, tales cintas no pueden usarse para
colar aleaciones de calibre ligero debido a la aparición de un
defecto de colada denominado "distorsión de la cáscara"
(producido por una variación en la sección transversal de un lingote
que resulta de regiones de mayor transferencia de calor formadas
adyacentes a regiones de baja transferencia de calor, es decir una
eliminación de calor desigual). Por consiguiente, cuando se usa el
aparato de colada para colar una variedad de aleaciones de metales
no ferrosos, frecuentemente es necesario cambiar las cintas de acero
a cobre o viceversa entre operaciones de colada. Esto lleva tiempo,
es caro y problemático. En máquinas de colada modernas del tipo
descrito anteriormente, se desea también que funcionen en un amplio
intervalo de rendimientos, lo que también requiere un fácil
funcionamiento a altos flujos caloríficos.
Además, los solicitantes han descubierto que las
cintas de acero texturizado requieren el uso de un sistema de
aplicación de agente de separación diferente que las cintas de cobre
(cepillos frente a cintas de atomización giratorias y una caja de
limpieza), de modo que es necesario cambiar el sistema de aplicación
de agente de separación cuando se cambian los sistemas de aleación.
La patente estadounidense n.º 3.414.043 expedida el 3 de diciembre
de 1968 a A. R. Wagner, da a conocer un procedimiento de colada en
el que se forma un molde entre tiras de un solo uso en avance. Las
tiras se componen del mismo material que el metal fundido (que no
está identificado), pero el material de tira puede incorporarse en
el producto final, lo que obviamente no es aceptable para máquinas
de colada en cinta.
La patente británica n.º 519.978 concedida a
Joseph Marcel Merle y aceptada el 11 de abril de 1940 describe una
forma inicial de máquina de colada de tiras que usa una cinta en
movimiento. La patente menciona la colada de metales ferrosos, por
ejemplo acero, y cobre y aleaciones de cobre. Se menciona brevemente
que la cinta puede estar compuesta por aluminio, pero sin más
detalles.
Por tanto, existe la necesidad de mejoras en las
cintas usadas en máquinas de colada en cinta del tipo descrito
anteriormente.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar cintas para máquinas de colada en cinta que son más
convenientes de fabricar y usar que las cintas convencionales
compuestas por cobre y/o acero texturizado.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar cintas para máquinas de colada que pueden usarse para
colar una amplia gama de tipos de aleación y que funcionan en un
amplio intervalo de velocidades de eliminación de calor sin tener
que cambiar las cintas entre los tipos de aleación.
Por tanto, se proporciona una invención, cuyas
características se exponen en las reivindicaciones adjuntas.
Según un aspecto de la presente invención, se
proporciona un aparato de colada continua en cinta para colar de
manera continua una tira metálica, que comprende: al menos una cinta
sin fin móvil que tiene una superficie de colada que define al
menos parcialmente una cavidad de colada, medios para hacer avanzar
dicha al menos una cinta sin fin a través de la cavidad de colada,
medios para inyectar metal fundido en dicha cavidad de colada, y
medios para refrigerar dicha al menos una cinta sin fin a medida que
pasa a través de la cavidad de colada, en el que dicha al menos una
cinta sin fin está compuesta por una aleación de aluminio
seleccionada del grupo constituido por los sistemas de aleación
AA5XXX y AA6XXX y tiene un espesor en el intervalo de 1 a 2 mm.
Según otro aspecto de la invención, se
proporciona un procedimiento de colada de un metal fundido en forma
de tira, que comprende: proporcionar al menos una cinta de colada
con un espesor en el intervalo de 1 a 2 mm, compuesta por una
aleación de aluminio y que tiene una superficie de colada que define
al menos parcialmente una cavidad de colada seleccionada del grupo
constituido por los sistemas de aleación AA5XXX y AA6XXX y tiene un
espesor en el intervalo de 1 a 2 mm, hacer avanzar de manera
continua dicha al menos una cinta de colada a través de la cavidad
de colada, suministrar el metal fundido a una entrada de la cavidad
de colada, refrigerar dicha al menos una cinta de colada a medida
que pasa a través de la cavidad de colada, y recoger de manera
continua la tira colada resultante de una salida de la cavidad de
colada.
Según aún otro aspecto de la invención, se
proporciona una cinta de colada adaptada para su uso en un aparato
de colada continua, teniendo la cinta de colada un espesor de 1 a 2
mm y está compuesta por una aleación de aluminio seleccionada de
los sistemas de aleación AA5XXX y AA6XXX.
La cinta de colada de la invención
preferiblemente tiene un límite elástico de al menos 100 MPa y una
conductividad térmica superior a 120 W/m-K.
La cinta de colada de la invención puede usarse
para colar metales no ferrosos y ligeros tales como aluminio,
magnesio, cobre, cinc y sus aleaciones, especialmente aleaciones de
aluminio tales como los sistemas de aleación Al-Mg,
Al-Mg-Si,
Al-Fe-Si y
Al-Fe-Mn-Si.
Se ha descubierto inesperadamente que las cintas
de aluminio tienen propiedades únicas que las hacen adecuadas para
la operación de colada en cinta flexible requerida en las máquinas
de colada en cinta modernas. En tales máquinas de colada, se
requiere que las cintas permanezcan estables (sin deformación
permanente) bajo intensas tensiones térmicas, y se requiere que
cumplan con la curva de entrada en el extremo aguas arriba de la
cavidad de colada, incluso cuando "flotan" sobre una capa de
refrigerante. La combinación de propiedades requeridas para lograr
tal rendimiento es complicada, y depende, por ejemplo, de la
conductividad térmica, resistencia, módulo y coeficientes de
expansión térmica de los materiales.
La presente invención tiene la ventaja de que
las cintas de aleación de aluminio son más fáciles de fabricar (más
económicas) que las cintas o bien de acero o bien de cobre. Las
cintas de aluminio experimentan menos "deformación plástica
permanente" que las cintas de cobre típicas. La deformación
plástica permanente es la tendencia de una cinta o tira metálica a
adoptar una deformación permanente cuando se somete a fuerzas de
distorsión térmica. Las cintas que resisten la deformación plástica
permanente vuelven elásticamente a su forma original cuando se
elimina la tensión de distorsión térmica. Se cree que la deformación
plástica permanente está gobernada por la rigidez específica
(módulo de Young/densidad) y la resistencia específica (límite
elástico/densidad) favoreciendo los valores superiores de ambas una
resistencia a la deformación plástica permanente. Las aleaciones de
aluminio son generalmente superiores al cobre en este aspecto. Se
prefiere particularmente que las cintas de aleación de aluminio
tengan límites elásticos en el intervalo de más de 100 MPa para
garantizar resistencia a la deformación plástica permanente.
Se ha descubierto que las cintas de aluminio
pueden conferir una calidad superficial mejorada a ciertas
aleaciones, tales como aleaciones para aleta y lámina metálica del
tipo de Al-Fe-Si o
Al-Fe-Si-Mn, y
ofrecer un intervalo más amplio de colabilidad que las cintas o
bien de acero o bien de cobre. Tales aleaciones también se denominan
con frecuencia "aleaciones de corto intervalo de congelación"
y en el pasado han presentado ciertos problemas durante la colada
en cinta. Por ejemplo, las aleaciones para aleta y lámina metálica
pueden colarse sobre cintas de acero texturizado o revestidas con
cerámica. Las placas coladas fabricadas sobre estas cintas están
libres de distorsión de la cáscara, pero tienen una capa de
segregación superficial diferenciada. Si las aleaciones se cuelan
sobre cintas de cobre, la calidad superficial es buena, pero la
calidad interna de la placa no es aceptable debido a distorsión de
la cáscara. Cuando se colaron las aleaciones para láminas metálicas
sobre cintas de aluminio, la placa resultante estaba libre tanto de
segregación superficial como de distorsión de la cáscara. Las
cintas de aluminio también puede mejorar la calidad superficial
sobre en aleaciones para automóviles de Al-Mg y
Al-Mg-Si reduciendo la cantidad de
distorsión de la cáscara que se encuentra cuando se cuelan tales
aleaciones sobre cintas de cobre.
La figura 1 es una vista lateral simplificada de
una máquina de colada continua de doble cinta a la que puede
aplicarse la presente invención;
la figura 2 es una vista ampliada de la parte de
salida de la máquina de colada en la figura 1;
la figura 3 es una sección transversal parcial
ampliada de una máquina de colada de doble cinta en la región en la
que se introduce un metal fundido en la cavidad de colada;
las figuras 4a y 4b son micrografías que
muestran el efecto de una cinta de acero frente a una cinta de
aluminio sobre la segregación superficial de una placa en bruto de
colada de una aleación para lámina metálica;
las figuras 5a y 5b son radiografías que
muestran el efecto de una cinta de aluminio frente a una cinta de
cobre sobre la estructura interna de una placa en bruto de colada de
la misma aleación para lámina metálica que en las figuras 4a y
4b;
las figuras 6a y 6b son radiografías que
muestran el efecto de una cinta de aluminio frente a una cinta de
cobre sobre la estructura interna de una placa en bruto de colada de
una aleación de Al-Mg;
las figuras 7a y 7b son fotografías ópticas que
muestran el efecto de una cinta de aluminio frente a una cinta de
cobre sobre la estructura superficial de una placa en bruto de
colada de la misma aleación que en las figuras 6a y 6b; y
las figuras 8a y 8b son fotografías ópticas que
muestran el efecto de una cinta de aluminio frente a una cinta de
cobre sobre la estructura superficial de una placa en bruto de
colada de una aleación de
Al-Mg-Si.
Las figuras 1 y 2 muestran (en forma
simplificada) una máquina 10 de colada de doble cinta para la colada
continua de un metal fundido tal como aleación de aluminio fundida
en forma de una tira. La presente invención puede aplicarse, pero
en modo alguno de manera exclusiva, a las cintas de colada dadas a
conocer, por ejemplo, en las patentes estadounidenses n.º^{s}
4.061.177 y n.º 4.061.178. Se observa que los principios de la
presente invención también pueden implementarse satisfactoriamente
en la cinta de colada de un sistema de colada de una sola cinta. A
continuación se explican brevemente la estructura y el
funcionamiento de la máquina de colada continua en cinta de las
figuras 1 y 2.
Tal como se muestra en las figuras 1 y 2, la
máquina 10 de colada incluye un par de cintas 12 y 14 de colada sin
fin flexibles, que está soportada cada una de las cuales por una
polea 16 superior y una polea 17 inferior en un extremo y un
cojinete 18 de líquido superior y un cojinete 19 de líquido inferior
en el otro extremo. Cada polea se monta de manera que puede girar
sobre una estructura de soporte de la máquina y se acciona mediante
medios impulsores adecuados. Con el fin de una mayor simplicidad, la
estructura de soporte y los medios impulsores no se ilustran en las
figuras 1 y 2. Las cintas 12 y 14 de colada se disponen para
discurrir sustancialmente paralelas entre sí (preferiblemente con
un pequeño grado de convergencia) sustancialmente a la misma
velocidad a través de una región en la que definen una cavidad 22
de colada (también denominada molde) entre ellas, es decir entre
superficies de colada adyacentes de las cintas. La cavidad 22 de
colada puede ajustarse en anchura, dependiendo del espesor deseado
de la tira metálica que se está colando. Se suministra metal fundido
de manera continua a la cavidad 22 de colada en el sentido de la
flecha 24 a través de la entrada 25 mientras que se refrigeran las
cintas en sus reversos, por ejemplo, mediante impacto directo de
líquido 20 refrigerante en las superficies del reverso.
En el aparato ilustrado, la trayectoria del
metal fundido que se está colando es sustancialmente horizontal con
un pequeño grado de pendiente descendente desde la entrada 25 hasta
la salida 26 de la cavidad de colada.
Se suministra metal fundido a la cavidad 22 de
colada mediante un canal o una artesa adecuados (no mostrado) que
se dispone en la entrada 25 de la cavidad 22 de colada. Por ejemplo,
puede usarse el inyector de metal fundido descrito en la patente
estadounidense n.º 5.636.681, que está cedida al cesionario de esta
solicitud, para suministrar metal fundido a la máquina 10 de
colada. Aunque no se muestra, se proporciona un dique marginal a
cada lado de la máquina para completar el cerramiento de la cavidad
22 de colada en sus bordes. Se entenderá que en el funcionamiento
de la máquina de colada, el metal fundido suministrado a la entrada
25 de la cavidad 22 de colada avanza a través de la cavidad 22 de
colada hasta la salida 26 de la misma por medio del movimiento
continuo de las cintas 12, 14. Durante el desplazamiento a lo largo
de la cavidad 22 de colada (molde en movimiento), se transfiere
calor desde el metal a través de las cintas 12, 14 y se elimina de
ahí mediante el refrigerante 20 suministrado, y así el metal
fundido se va solidificando progresivamente desde sus caras superior
e inferior hacia dentro en contacto con las superficies de colada
de las cintas. El metal fundido se solidifica por completo antes de
alcanzar la salida 26 de la cavidad de colada y sale de la salida 26
en el sentido mostrado por la flecha 27 en forma de una tira 30
colada sólida, continua (figura 2), cuyo espesor se determina por
medio de la anchura de la cavidad 22 de colada definida por las
superficies de colada de las cintas 12 y 14. La anchura de la tira
30 colada corresponde a la de las cintas 12, 14 de colada.
Según la presente invención, se usa aluminio o
una aleación de aluminio como material para las cintas 12, 14 de
colada para las máquinas 10 de colada de doble cinta, especialmente
que van a usarse para la colada de metales no ferrosos y ligeros,
tales como aluminio, magnesio, cobre, cinc o sus aleaciones. Aunque
la mayoría de las aleaciones de aluminio son adecuadas para el
material de las cintas, las aleaciones de Al-Mg
(tipo AA5XXX) o Al-Mg-Si (tipo
AA6XXX) son particularmente adecuadas puesto que proporcionan el
funcionamiento con flujo calorífico estable más amplio posible, y
así son las más adecuadas para su uso en máquinas de colada usadas
para múltiples tipos de producto y/o que funcionan en un intervalo
de velocidades de colada. Son aleaciones particularmente preferidas
AA5754, AA5052 y AA6061.
En general, puede emplearse cualquier aleación
de aluminio que pueda soldarse fácilmente, de un calibre adecuado y
un buen límite elástico (preferiblemente de al menos 100 MPa) que
esté o bien endurecida por deformación o bien tratada con calor.
Las cintas de la invención se fabrican normalmente con un espesor en
el intervalo de 1 a 2 mm, aunque pueden proporcionarse cintas más
delgadas o más gruesas para aplicaciones específicas.
Es sorprendente el hecho de que las cintas de
colada compuestas por aleaciones de aluminio pueden usarse para la
colada de metales similares. Anteriormente los inventores de la
presente invención creían que la distorsión térmica de una cinta de
aluminio, refrigerada en la superficie del reverso, mediante el
impacto de aluminio fundido debido a la alta expansión térmica del
aluminio en comparación tanto con el acero como con el cobre
degradaría la calidad superficial del lingote colado. Sin embargo,
siempre que exista una refrigeración suficiente a través de la
sección transversal de las cintas, por ejemplo suministrada mediante
chorros de agua (preferiblemente que fluyen a alta velocidad) que
se emiten desde boquillas de refrigeración sobre las superficies
traseras de las cintas, pueden usarse cintas de aleación de
aluminio de manera eficaz y segura para la colada de metales no
ferrosos y ligeros. Además, el uso de un agente de separación y una
tensión de la cinta adecuados permite que tenga lugar un proceso de
colada seguro, de alta calidad.
Además se ha descubierto sorprendentemente que
las aleaciones para aleta y lámina metálica, que normalmente se
cuelan sobre cintas de acero texturizado, pueden colarse mejor con
una mejor calidad superficial sobre cintas de aleación de aluminio.
Normalmente, estas aleaciones para aleta y lámina metálica son del
sistema Al-Fe-Si o
Al-Fe-Mn-Si, y
tienen composiciones que comprenden: Fe en una cantidad del 0,06% en
peso al 2,2% en peso, Si en una cantidad del 0,05% en peso al 1,0%
en peso, y pueden incluir Mn hasta el 1,5% en peso.
Además, las cintas de aluminio proporcionan una
capacidad de colada de una amplia gama de aleaciones de aluminio
tales como aleaciones de Al-Fe-Si de
corto intervalo de congelación y aleaciones de Al-Mg
de largo intervalo de congelación sobre un tipo de cinta, en lugar
de tener que cambiar entre cintas de acero y de cobre para
diferentes aleaciones. No parece haber ningún límite para la clase
de aleación de aluminio que puede colarse sobre las cintas de la
presente invención.
Tal como se indicó anteriormente, las cintas de
aleación de aluminio de la presente invención pueden emplearse para
colar metal fundidos similares debido a la refrigeración que tiene
lugar para impedir que las cintas se calienten por encima de una
temperatura a la que se ven distorsionadas, se ablandan o se funden.
La figura 3 muestra una sección transversal de una cinta de colada
en una máquina de colada en cinta durante la colada de metal. La
irregularidad de la superficie de la cinta se ha exagerado en este
dibujo para la facilidad de visualización. En la figura 3, se
vierte metal 32 no ferroso y/o ligero fundido (por ejemplo, una
aleación de aluminio) desde el extremo de una boquilla 34 sobre una
superficie 36 de colada de una cinta 38 de colada en movimiento,
excepto porque el metal permanece separado de la superficie 36 de
colada de la cinta por una delgada capa 40 de gas. La superficie de
la cinta también tiene una capa 42 de agente de separación, por
ejemplo una capa de polímero líquido o una capa de polvo de
grafito, que la separa de la capa de gas. Se prefiere el uso de una
capa de agente de separación líquido en la presente invención, pero
no es esencial. La capa de agente de separación ayuda a formar la
capa 40 de gas aislante. En el lado opuesto de la cinta 38 a la
superficie 36 de colada, una capa 44 de agua de refrigeración está
en contacto con la cinta para efectuar una refrigeración adecuada.
En el caso de una máquina de colada de doble cinta, existe la misma
estructura en la parte superior del metal 32 fundido, aunque esta
estructura no se muestra en la figura 3.
La superficie 36 de colada permanece
significativamente protegida frente a la alta temperatura del metal
por la capa 40 de gas y, en un grado mucho menor, por la capa 42 de
agente de separación. Por consiguiente, el metal de la cinta nunca
se ve sometido a una temperatura lo suficientemente alta como para
producir problemas de distorsión o fundido. Se aplica el
refrigerante al reverso de la cinta mediante cualquier medio
conveniente, siempre que proporcione una extracción de calor
suficiente para garantizar que la temperatura de la cara caliente
de la cinta permanece preferiblemente por debajo de 120ºC y que la
caída de temperatura a lo largo de la cinta es preferiblemente
inferior a 90ºC. El aparato de aplicación de refrigerante descrito,
por ejemplo, en la patente estadounidense 4.193.440 puede
proporcionar una refrigeración suficiente de una manera sumamente
uniforme.
Tal como se indicó anteriormente, las aleaciones
de aluminio tienen conductividades térmicas intermedias a las del
acero y el cobre. La conductividad térmica de las cintas es un
factor importante para el procedimiento de colada. Si es baja, el
metal se enfría más lentamente en el molde de colada. Si es alta, el
metal se enfría más rápidamente. La velocidad a la que se elimina
el calor procedente del metal fundido (flujo calorífico), depende
en cierto grado de la conductividad térmica de la cinta.
Generalmente, para un tipo particular de aleación, existe un
intervalo de flujo calorífico que da como resultado una calidad del
producto adecuada. Una cinta que da como resultado un flujo
calorífico aproximadamente en la mitad de este intervalo se
considera la más adecuada para colar el tipo de aleación. Para
aleaciones de corto intervalo de congelación, las cintas compuestas
por aleaciones de aluminio dan como resultado un flujo calorífico
intermedio, y por tanto, son las más adecuadas para colar las
aleaciones de este tipo. Las cintas de cobre y de acero tienden a
funcionar eficazmente en cualquier extremo del intervalo deseado de
flujos caloríficos, requiriendo así el cambio de las cintas para
adaptarse a aleaciones de diferentes composiciones, mientras que las
cintas de aleación de aluminio pueden usarse para todas las
aleaciones del tipo indicado.
En máquinas de colada en cinta del tipo descrito
en el presente documento, un parámetro de funcionamiento crítico es
el flujo calorífico máximo que puede sostenerse antes de que la
cinta se deforme permanentemente, dando como resultado una cola
inferior y la necesidad de sustituir la cinta de colada. El máximo
flujo calorífico sostenible depende de la transferencia de calor
entre el refrigerante y la cinta. Normalmente, los coeficientes de
transferencia de calor pueden oscilar entre 10
kW/m-K y 60 kW/m-K dependiendo de la
ubicación. La tabla 1 enumera el intervalo de flujos caloríficos
sostenibles posibles para cintas de diferentes materiales en este
intervalo de coeficiente de transferencia de calor y mismas
condiciones de funcionamiento (incluyendo, espesor de la cinta). Se
muestran en la tabla valores para una cinta de acero típica, un
material de cinta de cobre tal como se describe en el documento US
4.915.158 y las cintas de aleación de aluminio de los tipos
Al-Mg y
Al-Mg-Si.
Para las cintas de aluminio, la conductividad
térmica preferida es superior a 120 W/m-K y el
límite elástico preferido debe ser superior a 100 MPa. Las
aleaciones de aluminio de la tabla 1 superan ambas estos límites
preferidos. Tal como puede observarse mediante esta tabla, las
cintas de aleación de aluminio proveen un intervalo de flujos
caloríficos críticos que puede ser más amplio que el del acero, y se
solapan con la parte del intervalo del cobre en la zona en la que
se llevan a cabo la mayoría de operaciones de colada de aleaciones
de bajo intervalo de congelación.
Naturalmente, este rendimiento puede modificarse
adicionalmente (reducción en el flujo calorífico máximo) aplicando
revestimientos, capas de separación y otros acabados a las cintas
tales como anodización superficial. También se prefiere que las
cintas se doten de una superficie texturizada.
La invención se ilustra adicionalmente con
referencia al ejemplo a continuación. Este ejemplo no pretende
limitar el alcance de la presente invención.
Ejemplo
1
Se coló una aleación de aluminio usada
normalmente para un producto típico de lámina metálica de
Al-Fe-Si (AA1145) a un espesor de
10 mm cada vez sobre cintas de 1,52 mm (0,060 pulgadas) de espesor
de aleación de aluminio AA5754 en un banco de pruebas de doble
cinta. Se texturizaron las cintas aplicando una cinta abrasiva a la
superficie para producir ranuras sustancialmente longitudinales que
tenían una rugosidad, medida de manera transversal a las ranuras,
de aproximadamente 635 micrómetros (25 micropulgadas de R_{a}) (el
valor de rugosidad superficial (R_{a}) es la media aritmética de
la rugosidad superficial). También se colaron muestras comparativas
sobre cintas de acero fuertemente texturizado y de Cu ligeramente
texturizado. Se comparan micrografías de la superficie del material
colado sobre las cintas de acero y de aluminio en las figuras 4a y
4b y muestra que las cintas de acero (figura 4a) dan como resultado
la producción de una capa segregada superficial mientras que las
cintas de aleación de aluminio (figura 4b) no lo hicieron. Se
comparan radiografías del interior de las placas coladas producidas
sobre cintas de Cu y de aleación de aluminio en las figuras 5a y 5b,
respectivamente, y muestran que las cintas de Cu (figura 5a)
inducen distorsión de la cáscara en el material (aparecen zonas
como regiones rodeadas por bandas claras) mientras que las cintas de
Al (figura 5b) no lo hacen.
Ejemplo
2
Se coló una aleación de aluminio
Al-Mg (AA5754) usada normalmente para aplicaciones
en automóviles a un espesor de 10 mm cada vez sobre cintas de 1,52
mm (0,060 pulgadas) de espesor de aleación de aluminio AA5754 en un
banco de pruebas de doble cinta. Se texturizaron las cintas tal como
se describió en el ejemplo 1. También se colaron muestras
comparativas sobre cintas de Cu ligeramente texturizado. No se
realizaron coladas sobre cintas de acero ya que la calidad
superficial es excesivamente mala cuando se cuela sobre tales
cintas. Se comparan radiografías (radiografías a través del
espesor) del interior de placas coladas producidas sobre cintas de
Cu y de aleación de aluminio en las figuras 6a y 6b,
respectivamente, y muestran que las cintas compuestas por Cu
(figura 6a) inducen distorsión de la cáscara en el material
(aparecen zonas como manchas claras en la radiografía) mientras que
el AI (figura 6b) no lo hace. También se obtuvieron imágenes ópticas
de las superficies de las dos piezas coladas y se comparan para
placas producidas sobre cintas de Cu y de aluminio en las figuras
7a y 7b, respectivamente. La figura 7a muestra los defectos
superficiales circulares característicos de la distorsión de la
cáscara que resultan del uso de una cinta de Cu en una máquina de
colada de este tipo, mientras que la figura 7b muestra una
superficie libre de defectos que resulta del uso de cintas de
aluminio.
Ejemplo
3
Se coló una aleación de aluminio
Al-Mg-Si (AA6111) también usada
normalmente para aplicaciones en automóviles a un espesor de 10 mm
cada vez sobre cintas de 1,52 mm (0,060 pulgadas) de espesor de
aleación de aluminio AA5754 en un banco de pruebas de doble cinta.
Se texturizaron las cintas tal como se describió en el ejemplo 1.
También se colaron muestras comparativas sobre cintas de Cu
ligeramente texturizado. No se realizaron coladas sobre cintas de
acero ya que la calidad superficial es generalmente mala cuando se
cuela sobre tales cintas. Se obtuvieron imágenes ópticas de las
superficies de las dos piezas coladas y se comparan para placas
producidas sobre cintas de Cu y de aluminio en las figuras 8a y 8b,
respectivamente. La figura 8a muestra que la calidad superficial
que resulta del uso de una cinta de Cu en una máquina de colada de
este tipo es de nuevo peor que la que resulta del uso de una cinta
de Al tal como se ilustra la figura 8b.
Aunque la presente invención se ha descrito con
referencia a varias realizaciones preferidas, la descripción es
ilustrativa de la invención y no ha de interpretarse como limitante
de la invención. A los expertos en la técnica pueden ocurrírseles
diversas modificaciones y variaciones sin apartarse del alcance de
la invención tal como se define mediante las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (15)
1. Un aparato (10) de colada continua en cinta
para colar de manera continua una tira (30) metálica, que
comprende:
al menos una cinta (12, 14) sin fin móvil que
tiene una superficie de colada que define al menos parcialmente una
cavidad (22) de colada,
medios para hacer avanzar dicha al menos una
cinta (12, 14) sin fin a través de la cavidad (22) de colada,
medios para inyectar metal fundido en dicha
cavidad de colada, y
medios (20) para refrigerar dicha al menos una
cinta sin fin a medida que pasa a través de la cavidad de
colada,
caracterizado porque dicha al menos una
cinta sin fin tiene un espesor en el intervalo de 1 a 2 mm y está
compuesta por una aleación de aluminio seleccionada del grupo
constituido por los sistemas de aleación AA5XXX y AA6XXX.
2. El aparato según la reivindicación 1, en el
que la aleación de aluminio se selecciona del grupo constituido por
AA5754, AA5052 y AA6061.
3. El aparato según la reivindicación 1, en el
que dicha al menos una cinta (12, 14) de colada tiene un límite
elástico de al menos 100 MPa.
4. El aparato según la reivindicación 1, en el
que dicha al menos una cinta (12, 14) de colada tiene una
conductividad térmica superior a 120 W/(m.k).
5. El aparato según la reivindicación 1, que es
una máquina (10) de colada de doble cinta que tiene dos de dichas
cintas (12, 14) sin fin compuestas por dicha aleación de
aluminio.
6. Un procedimiento de colada de un metal
fundido en forma de tira (30), que comprende: proporcionar al menos
una cinta (12, 14) de colada que tiene una superficie de colada que
define al menos parcialmente una cavidad (22) de colada, hacer
avanzar de manera continua dicha al menos una cinta de colada a
través de la cavidad de colada, suministrar el metal fundido a una
entrada (25) de la cavidad de colada, refrigerar dicha al menos una
cinta de colada a medida que pasa a través de la cavidad de colada,
y recoger de manera continua la tira (30) colada resultante de una
salida (26) de la cavidad de colada, caracterizado porque
dicha al menos una cinta sin fin tiene un espesor en el intervalo
de 1 a 2 mm y porque dicha aleación de aluminio se selecciona del
sistema de aleación AA5XXX y AA6XXX.
7. El procedimiento según la reivindicación 6,
en el que la etapa de suministrar metal fundido a la cavidad de
colada comprende suministrar una aleación de
Al-Fe-Si o
Al-Fe-Mn-Si.
8. El procedimiento según la reivindicación 6,
en el que la etapa de suministrar metal fundido a la cavidad de
colada comprende suministrar una aleación de Al-Mg o
Al-Si-Mg.
9. El procedimiento según la reivindicación 6,
que comprende además una etapa de aplicar un agente de separación a
dicha superficie de colada antes de que se haga avanzar dicha al
menos una cinta (12, 14) a través de la cavidad (22) de colada.
10. El procedimiento según la reivindicación 6,
que comprende proporcionar una cinta que tiene un límite elástico
de al menos 100 MPa como dicha cinta de colada.
11. El procedimiento según la reivindicación 6,
que comprende proporcionar una cinta que tiene una conductividad
térmica superior a 120 W/(m.k) como dicha al menos una cinta de
colada.
12. Una cinta (12, 14) de colada adaptada para
su uso en un aparato de colada continua caracterizada porque
dicha cinta de colada tiene un espesor de 1 a 2 mm y está compuesta
por una aleación de aluminio seleccionada de los sistemas de
aleación AA5XXX y AA6XXX.
13. La cinta de colada según la reivindicación
12, en la que la cinta (12, 14) de colada tiene un límite elástico
de al menos 100 MPa.
14. La cinta de colada según la reivindicación
12, en la que la cinta (12, 14) de colada tiene una conductividad
térmica superior a 120 W/(m.k).
15. La cinta de colada según la reivindicación
12, en la que la cinta (12, 14) de colada está compuesta por una
aleación seleccionada de AA5754, AA5052 y AA6061.
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