ES2563653T3 - Retención de óxido durante la cofundición de metales - Google Patents

Abstract

Aparato para fundir un lingote de metal compuesto, que comprende: un molde anular de extreme abierto que tiene un extremo de alimentación y un extremo de salida, una pared de molde enfriada (!4) entre dicho extremo de alimentación y dicho extremo de salida, y un bloque inferior móvil adaptado para encajar dentro del extremo de salida y móvil en una dirección a lo largo del eje del molde anular, donde el extremo de alimentación del molde se divide en al menos dos cámaras de alimentación separadas, siendo cada cámara de alimentación adyacente a al menos otra cámara de alimentación, y donde los pares adyacentes de las cámaras de alimentación están separadas por un divisor (19); un dispositivo de alimentación para liberar metal (37) a cada cámara de alimentación para formar una piscina de metales fundidos (37) en cada cámara de alimentación durante la fundición, teniendo cada piscina una superficie externa (34, 46) mantenida a una altura vertical predeterminada, y Un separador de óxido de superficie (35, 35A, 35B, 35C, 35P, 35Q, 35X, 35Y, 35', 35", 35"', 35"") que se extiende en una de dichas cámaras de alimentación anteriores, teniendo dicho separador (35, 35A, 35B, 35C, 35P, 35Q, 35X, 35Y, 35', 35", 35"', 35"") un extremo inferior colocado durante la fundición en o por debajo de la altura vertical predeterminada de dicha superficie superior (34, 46) de la piscina de metales fundidos (37) de dicha una de dichas cámaras de alimentación, caracterizado por que dicho separador de óxido de superficie (35, 35A, 35B, 35C, 35P, 35Q, 35X, 35Y, 35', 35", 35"', 35"") está sostenido en dicho divisor (19) que separa dichos pares adyacentes de las cámaras de alimentación.

Description

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DESCRIPCION

Retencion de oxido durante la cofundicion de metales Campo de la tecnica

La presente invencion se refiere a la fundicion de metales, en particular (aunque no exclusivamente) aluminio y aleaciones de aluminio. Mas particularmente, la invencion se refiere a la cofundicion de capas de metal mediante tecnicas de fundicion en coquilla directa.

Tecnica anterior

Los lingotes metalicos normalmente se producen mediante fundicion directa en coquilla (CD). Esto implica verter un metal fundido en un molde que tiene paredes enfriadas, un extremo superior abierto y (tras el inicio) un extremo inferior abierto. El metal sale del extremo inferior del molde como un lingote de metal solido que desciende y se alarga a medida que procede operacion de fundicion. Dichas tecnicas de fundicion son particularmente adecuadas para la fundicion de aluminio y aleaciones de aluminio, pero tambien se pueden usar para otros metales.

Las tecnicas de fundicion de este tipo se tratan de forma extensa en la patente de Estados Unidos 6.260.602 de Wagstaff, concedida el 17 de julio de 2001, que se refiere exclusivamente a la fundicion de lingotes monoltticos, es decir lingotes hechos del mismo metal y fundidos como una sola capa. Tambien se sabe fundir varias capas de metal fundido en un aparato de fundicion mediante CD. Esto implica el uso de un divisor de algun tipo dentro del molde de fundicion para crear dos o mas compartimientos para diferentes piscinas de metales que forman diferentes capas de metal en el lingote colado. El divisor puede ser una lamina fina de metal que se alimenta continuamente en el molde cuando comienza la fundicion y que se incorpora en el lingote colado, o el divisor puede ser un elemento fijo relativamente corto o pared divisoria que permanece en su lugar en la entrada del molde y separa los metales hasta que esten lo suficientemente solido como para ponerse en contacto unos con otros sin mezclado de los metales fundidos. El aparato del tipo anterior (divisor movil) se divulga en, por ejemplo, la patente de EE.UU. 6.705.384 emitida el 16 de marzo de 2004 a Kilmer et al. (cuya divulgacion se incorpora en el presente documento por referencia). El aparato del ultimo tipo (pared divisoria fija) puede implicar la cofundicion simultanea de dos o mas capas o la cofundicion secuencial donde la pared divisoria generalmente se enfna. El aparato para la cofundicion secuencial se divulga en, por ejemplo, la publicacion de patente de Estados Unidos n.° . 2005/0011630 A1, publicada el 20 de enero de 2005 a nombre de Anderson et al. La solidificacion secuencia implica la fundicion de una primera capa (por ejemplo, una capa destinada como capa interna o nucleo) y, despues, posteriormente pero en la misma operacion de fundicion, la fundicion de una o mas capas de otros metales (por ejemplo, como capas revestimiento) en la primera capa una vez que se ha alcanzado un grado de solidificacion adecuado.

El documento WO 2004/112992 A2 divulga un aparato de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 y un metodo de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 10.

Aunque estas tecnicas son eficaces y exitosas, existe un continuo interes en la mejora de la calidad del lingote colado y, especialmente, la resistencia y la integridad de la union interfacial entre capas adyacentes o entre dichas capas y un divisor incorporado en el lingote colado. SI la union interfacial es debil o esta comprometida, la separacion de capas puede producirse durante la fundicion o el posterior laminado del lingote o se pueden formar “ampollas” durante el recocido del lingote. Adicionalmente, tambien existe un interes continuo en la evitacion de la formacion de grietas en la superficie externa del lingote colado producido de estas formas.

Por tanto, es un objeto de la invencion proporcionar un aparato para la fundicion de un lingote de metal compuesto o un metodo para la fundicion de un lingote compuesto que mejora la calidad del lingote colado.

Divulgacion de la invencion

El objeto se resuelve mediante un aparato para la fundicion de un lingote de metal compuesto de acuerdo con la reivindicacion 1. En las reivindicaciones dependientes del aparato se describen realizaciones preferidas del aparato.

En la realizacion descrita en la reivindicacion 1, el aparato tiene, preferentemente, uno o mas separadores de oxidos hacia abajo en una u otra de las camaras de alimentacion y teniendo cada una un extremo inferior colocado por debajo de la altura vertical predeterminada de la piscina de metales en una u otra de las camaras de alimentacion. Preferentemente, el separador de oxidos de la superficie (o cada uno) esta colocado adyacente a una pared divisoria controlada por temperatura o adyacente a una pared enfriada del molde.

El objeto se resuelve adicionalmente mediante un metodo para la fundicion de un lingote de metal compuesto de acuerdo con la reivindicacion 10. En las reivindicaciones dependientes del metodo se describen realizaciones preferidas del metodo.

Una realizacion de ejemplo proporciona un metodo de fundicion de un lingote compuesto que comprende la cofundicion de al menos dos capas metalicas de al menos dos piscinas de metales fundidos formados en un aparato

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de fundicion en coquilla directa, donde los metales de las piscinas de metal fundido son susceptibles a la formacion de oxido en la superficie. El metodo implica mantener una superficie superior de cada piscina de metales a una altura vertical predeterminada durante la fundicion y bloquear el movimiento del oxido de metal formado sobre la superficie superior de al menos uno de las piscinas hacia el borde de la piscina colocada por encima de una cara externa o interfaz metal-metal del lingote.

Tambien se describe un separador para su uso en un aparato de fundicion, comprendiendo el separador una tira alargada de material que es aislante termico y resistente al ataque por metales fundidos. La tira alargada tiene al menos dos posiciones de union que permiten que la tira se fije a una pared de un molde adyacente o pared divisoria del molde de un aparato de fundicion y generalmente tiene un borde inferior recto.

Breve descripcion de las figuras

En la descripcion siguiente se describen con mayor detalle realizaciones preferidas de la invencion con referencia a las figuras adjuntas, donde:

La figura 1 es una seccion transversal vertical de un molde de fundicion secuencial de la tecnica anterior para la fundicion de dos capas de revestimiento en las caras opuestas de una capa de nucleo, fundiendose las capas de revestimiento primero;

La figura 2 es una seccion transversal de un molde de la tecnica anterior similar a la de la figura 1 pero que muestra la fundicion de la capa del nucleo antes de las capas de revestimiento;

La figura 3 es una vista parcial de un lateral derecho de un aparato similar al de la figura 2 pero que muestra el uso de un separador de acuerdo con una realizacion de ejemplo preferida;

La Figura 4 es una vista en planta del aparato de la Figura 3;

La figura 5 es una vista parcial de un lateral derecho de un aparato similar al de la figura 1 pero que muestra el uso de separadores de acuerdo con una realizacion de ejemplo preferida;

La figura 6 es una vista similar a la de la figura 5 pero que muestra una realizacion que tiene un separador adicional;

La figura 7 es una vista similar a la de la figura 3 pero que muestra una pared divisoria elevada y un separador unido, se usa para formar un lingote con una unica capa de nucleo y una unica capa de revestimiento;

Las figuras 8 y 9 son vistas laterales de disenos alternativos para separadores de acuerdo con las realizaciones de ejemplo;

La figura 10 es una vista en perspectiva de dos separadores de diseno diferente unidos entre sf como lo estanan en una realizacion de ejemplo preferida;

La figura 11 es una vista en planta similar a la de la figura 4 pero que ilustra una realizacion de ejemplo alternativa adicional.

Realizaciones de ejemplo para llevar a cabo la invencion

La presente invencion se puede usar con cofundicion de varios tipos y es especialmente eficaz cuando se usa con un aparato de fundicion directa en coquilla del tipo descrito, por ejemplo en la publicacion de la patente de Estados Unidos n.° 2005/0011630 mencionada anteriormente. El tipo de aparato hace posible la fundicion de metales mediante solidificacion secuencial para formar al menos una capa externa (por ejemplo, una capa de revestimiento) en una capa interna (por ejemplo, una capa de nucleo) de un lingote metalico. En aras de la exhaustividad, aparatos de este tipo se describen brevemente a continuacion, aunque debe tenerse en cuenta que la invencion puede utilizarse tambien con otros tipos de aparatos de cofundicion, por ejemplo un aparato como se describe en la patente de Estados Unidos 6.705.384.

Cabe aclarar que los terminos "exterior" e "interior" para describir las capas de metal de un lingote se emplean en el presente documento en lmeas bastante generales. Por ejemplo, en una estructura de dos capas, estrictamente hablando no puede haber capa externa o capa interna como tales, pero una capa externa es una que normalmente esta destinada a estar expuesta al ambiente, al clima o al ojo cuando se ha fabricado en un producto final. Asimismo, la capa “externa” suele ser mas fina que la capa “interna”, normalmente, considerablemente asf y, por tanto, se proporciona como una capa de recubrimiento o revestimiento fina sobre la capa “interna” subyacente o lingote del nucleo. En el caso de los lingotes destinados para laminado en caliente y/o en fno para formar artfculos de laminas, a menudo es deseable recubrir las caras (de laminado) principales del lingote, en cuyo caso son capas “interna” y “externa” ciertamente reconocibles. La “capa interna” a menudo se denomina “nucleo” o “capa de nucleo” y la o las “capas externas” se denominan el “revestimiento” o “capa(s) de revestimiento”.

En la fundicion secuencial, es normal fundir el metal con el punto de fusion mas alto primero (es decir, el metal con la temperatura lfquida mas alta) y despues fundir el metal de fusion mas baja sobre una superficie de autosoporte del metal de fusion mas alta. El metal del punto de fusion mas alto puede formar una capa de revestimiento o, como alternativa, la capa de nucleo, de acuerdo con disenos de lingote y usos finales concretos. Aunque las capas de revestimiento se pueden formar en ambas superficies principales de una capa de nucleo, en ocasiones es preferible formar una capa de revestimiento en solo una de las superficies principales de una capa de nucleo.

La figura 2 muestra un ejemplo de un aparato de la tecnica anterior 10 adecuado para la cofundicion secuencial. El

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aparato ilustrado se usa para la fundicion de una capa de revestimiento externa 11 en ambas superficies laterales principales (caras de laminado) de una capa interna rectangular o capa de nucleo 12. Cabe destacar que en esta version del aparato, las capas de revestimiento externas 11 se solidifican primero (al menos parcialmente) durante el proceso de fundicion y, despues, la capa de nucleo 12 se funde en contacto con las superficies solidificadas de las capas externas. En el aparato mostrado en la figura 2 que tambien se divulga en la tecnica anterior, la capa de nucleo 12 se funde primero y las capas de revestimiento externas 11 se funden despues sobre las superficies solidificadas (Al menos parcialmente) de la capa de nucleo 12. Normalmente (aunque no necesariamente), el metal usado para las dos capas externas 11 es el mismo y este metal difiere del metal usado para la capa de nucleo 12. Tambien cabe destacar que, en el caso de la figura 1 y la figura 2, el aparato se puede usar para recubrir solo una superficie principal de la capa de nucleo 12 con una capa de revestimiento 11, como se explicara mas adelante.

En la descripcion siguiente se hace referencia a la figura 1, pero cabe destacar que el aparato de la figura 2 funciona esencialmente del mismo modo, a excepcion de la inversion de las alturas de la superficie de las piscinas de metales proporcionadas para las capas de revestimiento y de nucleo. El aparato de la figura 2 incluye un montaje de molde para fundicion rectangular 12 que tiene paredes del molde 14 que forman parte de una camisa de agua 15 a partir de la cual una corriente o corrientes 16 circulantes de agua refrigerante se dispersan sobre las superficies externas de un lingote emergente 17. Los lingotes fundidos en un aparato de este tipo son, generalmente, de seccion transversal rectangular y normalmente tienen un tamano de hasta 10 pulgadas de anchura por 35 pulgadas de profundidad, pero los lingotes mas grandes o mas pequenos pueden fundirse de este modo, por ejemplo lingotes de gasta 85 pulgadas de anchura o incluso mas anchos. Normalmente se usan para laminado en una lamina de revestimiento en un laminado mediante procedimientos de laminado en caliente y en fno convencionales. Es importante obtener un buen grado de adherencia entre las capas internas y externas del lingote para prevenir la formacion de ampollas durante el recocido del lingote, de este modo, para que no se produzca la separacion de capas durante la fundicion o el laminado o uso del producto.

La porcion final de entrada 18 del molde esta separada por divisores formados por paredes divisorias 19 (en ocasiones denominados “divisores”, “coquillas” o “paredes de coquillas” en (en esta realizacion) tres camaras de alimentacion, una para cada capa de una estructura de lingote de tres capas. Las paredes divisorias 19, que a menudo estan hechas de cobre para una buena conductividad termica, se enfnan (por ejemplo se refrigeran o se controla la temperatura) por medio de un equipo de refrigeracion con agua enfriada (no mostrado en las figuras 1 y 2) poniendo en contacto las paredes divisorias por encima de los niveles de los metales fundidos. En consecuencia, las paredes divisorias se enfnan y solidifican el metal fundido que entra en contacto con ellas. De un modo similar, las paredes del molde 14, que tambien se enfnan con agua, se enfnan y solidifican el metal fundido que entra en contacto con ellas. El enfriamiento combinado proporcionado por las paredes del molde y las paredes divisorias se denomina enfriamiento “primario” del metal porque es el enfriamiento mas responsable de crear un lingote solidificado embrionario que emerge del molde y porque es el enfriamiento que el metal se encuentra primero a medida que pasa por el molde. Como indican las flechas A, se suministra a las camaras de dos lados el mismo metal desde los depositos de metal 23 y, como indica la flecha B, se suministra a la camara central un metal diferente de un deposito de metal fundido 24. A cada una de las tres camaras se suministra metal fundido hasta un nivel deseado a traves de boquillas de liberacion de metal fundido 20 equipada cada una con un regulador ajustable (no mostrado) para mantener la superficie superior de la piscina de metales fundidos resultante a una altura vertical predeterminada a lo largo de la fundicion. Una unidad de bloque inferior verticalmente movil 21 inicialmente cierra el extremo inferior abierto 22 del molde y despues se baja durante la fundicion (como indica la flecha C) al tiempo que sujeta el lingote compuesto embrionario 17 a medida que sale del molde. Por tanto, el molde tiene una abertura en el extremo de descarga por la cual sale el lingote embrionario. Las corrientes de agua 16 estan colocadas a una distancia corta de la abertura del extremo de descarga y proporcionan un enfriamiento “secundario” destinado a eliminar mas calor del lingote embrionario despues de que salga del molde para garantizar, de este modo, un enfriamiento y solidificacion rapidos del interior del lingote.

Las realizaciones de ejemplo de la presente invencion se describen con referencia al aparato del tipo anterior, pero debe tenerse en cuenta que se pueden usar otras realizaciones de ejemplo con el aparato de cofundicion de otros tipos.

Cuando los metales que se estan fundiendo son susceptibles a la formacion de oxidos en la superficie, que es cierto para el aluminio y aleaciones de aluminio asf como a muchos otros metales (por ejemplo, aleaciones de cobre y magnesio), se forma una capa de oxido (que normalmente es solida a las temperaturas de fundicion) sobre las superficies externas de las piscinas de metales en el molde de fundicion. Los inventores de la presente invencion han observado que, en un aparato de este tipo, el oxido tiende a moverse durante la fundicion en una direccion desde los centros o lmeas centrales de las superficies superiores de las piscinas hacia los bordes externos. Esto puede ser por las corrientes termicas por debajo de las superficies externas del metal fundido a medida que se esta vertiendo o, posiblemente, por el menisco metalico adyacente a las superficies del molde 14 o las paredes divisorias 19 giran hacia abajo y la capa de oxido cae por la gravedad en la depresion creada por el menisco. De hecho, el movimiento del oxido puede ser el resultado de una combinacion de estas y otras razones. Tambien se ha observado que el oxido en los bordes de la superficie de metal fundido puede descender por y alrededor de la superficie externa de la capa de metal emergente a medida que el metal baja por el molde. Por tanto, el oxido puede recubrir la cara de metal externa recien formada del lingote o la interfaz metal/metal de revestimiento/nucleo entre las capas de fundicion. Ademas del oxido, algunos metales forman residuos solidos en forma de grumos o

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precipitados que flotan en la superficie y dichos solidos tambien se pueden estirar sobre las caras reden fundidas o interfaces del lingote. El oxido y los residuos metalicos introducidos de este modo en la interfaz metal-metal pueden dar lugar a una reduccion de la adherencia de las capas metalicas, es decir un deterioro de la union metalurgica limpia deseada. Asimismo, al menos para ciertos metales, el oxido o residuos llevados a la cara externa del lingote pueden interferir con la dinamica de enfriamiento en la pared del molde y puede conducir a la formacion de grietas en la superficie en las superficies externas del lingote colado. Claramente, los efectos de estos tipos son indeseables.

De acuerdo con las realizaciones de ejemplo de la presente invencion, el movimiento del oxido (y residuos metalicos si estan presentes) en la superficie en las piscinas de metales fundidos proporcionados para fundicion en un molde de fundicion DC se bloquea, se restringe o se sujeta en algunos o todos las piscinas de metales o al menos algunas de las areas de las piscinas de metales, de modo que se evita que el oxido de un area central de la piscina migre a uno o mas bordes de la superficie de la piscina durante la fundicion. Esto reduce la cantidad de oxido (y residuos metalicos) disponibles para disponer sobre una o mas de las caras o interfaces internas del lingote a medida que se funde. Por supuesto, todavfa se puede formar oxido en los bordes de los lados expuestos de las piscinas de metales, incluso si la mayor parte del oxido se ha sujetado, pero en estas regiones del borde la capa de oxido tiende a ser bastante fina porque el metal de la superficie baja rapidamente por el molde a medida que se forma el lingote y, por tanto, no permanece expuesto a la atmosfera durante mucho tiempo.

A medida que el oxido que se forma sobre el metal fundido es menos densa que el propio metal, flota sobre la superficie del metal fundido. El movimiento del oxido y/o los residuos metalicos en la superficie flotante desde el centro hacia los bordes de la piscina de metales puede retenerse o restringirse ffsicamente, por ejemplo por medio de un “separador” solido en contacto o sumergido en la superficie de la piscina de metales fundidos anterior. Se evita que el oxido u otros residuos solidos retenidos de este modo, especialmente adyacentes a una superficie de fundicion del aparato de fundicion, descienda sobre una cara recien fundida o interfaz metal-metal del lingote colado y, por tanto, no puede interferir con las caractensticas deseadas de la superficie solida o interfaz a medida que se forma.

Aunque una restriccion ffsica preferida de este tipo se denomina en el presente documento “separador”, cabe destacar que el separador generalmente permanece estatico y no elimina el oxido de la superficie metalica, sino que simplemente retiene su movimiento sobre la superficie hacia la region del borde. El dispositivo funciona como separador en el sentido de que restringe el movimiento del oxido sobre una corriente de metal fundido que fluye por debajo del separador o el movimiento bajo los efectos de la gravedad formada por un menisco cercano. El separador no restringe significativamente el flujo del metal fundido debajo de la capa de oxido. El separador se puede conocer por otros nombres, tales como un “bloqueante de oxidos”, Deflector”, “dispositivo de retencion de oxidos”, dispositivo de contencion de oxidos” o “restriccion de oxidos” en cuanto a que restringe, bloquea, sujeta, contiene o restringe el movimiento del oxido desde el centro hacia al menos un borde lateral de una piscina de metales, cuyo movimiento tendna lugar de forma natural si no fuera por la presencia de dicha restriccion ffsica. Por comodidad, el termino “separador” se usa en lo sucesivo en esta descripcion y/o las reivindicaciones de esta memoria descriptiva.

El movimiento del oxido (y otros residuos flotantes) generalmente se puede restringir simplemente poniendo en contacto la propia capa de oxido, pero el separador se empuja preferentemente a traves de la capa de oxido, de modo que se sumerge en el metal fundido de la piscina de metales subyacente. De este modo, la profundidad de la penetracion del separador en el metal fundido debena mantenerse, preferentemente, a un mmimo para evitar ejercer una influencia indebida sobre el flujo de metal fundido durante la operacion de fundicion. Por tanto, el metal fundido puede fluir bajo el separador sin una desviacion significativa. Por otro lado, el oxido (y otros residuos) que flotan sobre la superficie de la piscina no puede sortear el separador porque el oxido tiene una densidad demasiado baja como para descender en el metal fundido para pasar por debajo del extremo inferior del separador y el extremo superior del separador esta hecho para que se extienda demasiado arriba por encima de la superficie de la piscina para que el oxido pase por encima. Idealmente, el separador debena proyectarse a una distancia adecuada en el metal fundido para acomodar cualquier variacion ligera de la altura vertical del metal fundido durante la operacion de fundicion. Preferentemente, esta distancia es de gasta 8 mm por debajo de la superficie, mas preferentemente en el intervalo de 3 a 5 mm y, lo mas preferentemente, aproximadamente 3 mm (por ejemplo, 3 mm ± 20 %) por debajo de la superficie superior del metal fundido, pero se pueden elegir diferentes distancias para aparatos de fundicion de diferentes tipos.

Aunque el separador puede tener cualquier tamano o forma, preferentemente esta en forma de una tira o barra alargada preferentemente fina de seccion transversal generalmente rectangular que se sujeta con su eje largo generalmente horizontal y su eje corto generalmente vertical o con una suave pendiente desde la vertical. Lo mas preferentemente, el separador debena ser lo bastante grueso para una resistencia, longevidad y resistencia a la rotura adecuadas, pero no apreciablemente mas grueso de lo necesario para estas caractensticas. A medida que el espesor del separador aumenta, existe una posibilidad creciente de extraccion de calor indebida del metal fundido que da lugar a la formacion de estructuras cristalinas no deseables. Asimismo, en algunas realizaciones de ejemplo puede desearse un determinado grado de flexion del separador, de modo que el separador puede ser lo bastante fino como para permitirlo. El espesor real dependera de la naturaleza del material del que esta formado el separador y las caractensticas previstas del diseno, pero normalmente no es superior a aproximadamente 3 cm y, preferentemente, no superior a 2 cm, mas preferentemente inferior a 1 cm e incluso mas preferentemente de

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aproximadamente 0,3 cm o incluso menos. En una realizacion de ejemplo particularmente preferida, el grueso del material del separador tiene un espesor de 6 mm (o mas), pero el separador tiene una superficie ahusada en un lado que reduce el espesor a 3 mm en el extremo inferior, donde el separador penetra en el metal. Esto da al separador una Buena resistencia estructural en general, al tiempo que proporciona una estrechez optima donde contacta con el metal fundido. Por supuesto, los separadores ahusados de este tipo pueden proporcionarse con otras dimensiones.

Generalmente, el separador tiene un extremo inferior recto de modo que se sumerge en el metal fundido por la misma cantidad a lo largo de su longitud y, preferentemente, esta asegurado a un soporte estacionario en los puntos (generalmente al menos dos puntos) adyacentes a su extremo superior y/o en sus extremos longitudinales y se proyecta hacia abajo suficientemente para permitir que su extremo inferior se sumerja ligeramente en la piscina de metal como ya se ha descrito.

En el aparato de fundicion DC del tipo mostrado en las figuras 1 y 2, es normal proporcional un molde generalmente rectangular que tiene dos caras largas y dos extremos mas cortos. Esto produce un lingote rectangular que tiene dos caras de laminado grandes opuestas y dos extremos estrechos opuestos. El separador de las realizaciones de ejemplo esta colocado, preferentemente, paralelo a las caras largas del molde y cerca de una pared del molde o pared divisoria. Las paredes del molde y las paredes divisorias son donde las caras del lingote, o las interfaces metal-metal, se forman durante la fundicion y donde se desea la proteccion frente al oxido o residuos flotantes. La distancia del separador desde la pared del molde adyacente o pared divisoria normalmente se determina segun lo siguiente. El separador se puede colocar en cualquier lugar en un compartimento de metal fundido del molde de fundicion, ya que cualquier contacto con el oxido metalico puede tener un efecto de restriccion. No obstante, preferentemente se coloca cerca de la pared del molde o pared divisoria y, mas preferentemente, lo mas cerca posible sin producir ningun contacto o congestion en esta parte del molde, siempre que el espacio no sea tan cerca que se produzcan caractensticas de enfriamiento inusuales o flujo de metal. Claramente, cuando mas cerca esta el separador a la pared del molde o pared divisoria, mayor proteccion se obtendra frente al oxido o residuos en la superficie sobre el resto de la superficie del metal fundido. Normalmente, el espacio desde la pared del molde o la pared divisoria no es superior a aproximadamente 5 cm y, preferentemente, no es superior a aproximadamente 3 cm, con un intervalo mas preferido de 3 mm a 15 mm, pero puede variar segun lo dicten las circunstancias.

El separador esta hecho, preferentemente, de un material aislante termico que aguante el ataque por el metal fundido con el que se va a usar. El uso de un material aislante termico reduce la perdida de calor desde el metal fundido, especialmente cuando el separador se apoya en una pared del molde enfriada o pared divisoria y, por tanto, ayuda a evitar la formacion indeseable de estructuras cristalinas presolidificadas en el metal fundido. Preferentemente, el separador esta hecho de un material no metalico e, idealmente, o es reactivo, tiene una expansion baja, es resistente al choque termico, no humectante (para el metal fundido), material ceramico aislante, por ejemplo un material refractario basado en oxido de circonio laminado compuesto denominado RSLE-57®. Este material se puede obtener en Zircar Refractory Composites, Inc. of Florida, New York 10921, EE.UU.

Aunque puede ser deseable proteger cada cara principal o interfaz metal-metal de un lingote de la contaminacion con oxido proporcionando un separador adyacente a cada pared del molde larga o pared divisoria, de modo que requiera dos separadores en cada camara de alimentacion del molde, generalmente es mas habitual proteger solo una o dos de estas caras donde es probable que surjan problemas causados por la presencia de oxido o residuos. De hecho, en algunos casos, solo una parte de una cara principal o interfaz metal-metal puede requerir proteccion. Por ejemplo, al fundir algunos lingotes, se observa que existe una reduccion de la adherencia interfacial solo hacia los extremos longitudinales del lingote y la adherencia en el centro es adecuada. Esto se puede producir porque los extremos longitudinales del lingote tienen mas exposicion al enfriamiento primario y secundario y, por tanto, se enfnan mas rapidamente que el centro del lingote. En consecuencia, en lugar de proporcionar un unico separador que se extiende completamente desde un borde mas corto del molde al otro, se pueden proporcionar dos separadores cortos distintos, cada uno de los cuales se extiende una distancia corta hacia dentro desde un borde mas corto del molde que cubre la region donde se producen problemas de adherencia pero deja un hueco en el separador en el centro del molde. Aunque se puede esperar que el oxido de la superficie sorteana dichos separadores moviendose alrededor de sus extremos mas internos a las posiciones que requieren proteccion, se ha descubierto que el oxido y los residuos de la superficie tienden a moverse directamente desde la lmea central de la piscina de metales a angulos rectos hacia el lado largo mas cercano del molde, por lo que dos separadores cortos distintos proporcionan una proteccion adecuada contra el movimiento del oxido y los residuos hacia las areas que requieren proteccion. Como alternativa, puede haber situaciones donde solo la parte central de una cara del lingote o interfaz metal-metal requiere proteccion del oxido, de modo que en estos casos se puede usar un separador central corto (que no se extiende a los extremos del molde).

Tambien es el caso de que alquinos metales pueden requerir menos proteccion frente al oxido y los residuos de la superficie que otros, de modo que solo se tiene que proporcionar uno o mas separadores a las piscinas de metales que requieran dicha proteccion. Por ejemplo, las aleaciones de aluminio que contienen 0,5 % en peso o mas de magnesio tienen, en particular, necesidad de proteccion frente al oxido de la superficie.

Los separadores pueden estar apoyados en el molde de cualquier forma conveniente que deje sus extremos inferiores libres para sumergirse en la superficie de metal fundido. No obstante, convenientemente, los separadores pueden estar sostenidos desde las paredes divisorias adyacentes o las paredes del molde. De acuerdo con la

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invencion, un separador esta sostenido en la divisoria como se describe con detalle en la reivindicacion 1, donde la divisoria puede estar formada, como en esta realizacion, por una pared divisoria. Las paredes divisorias en el aparato del tipo anterior tienen una altura fija en el molde durante la fundicion y, por tanto, proporcionan un soporte eficaz para los separadores. Deseablemente se debena proporcionar alguna forma de aislamiento termico o rotura de puente termico entre los separadores y las paredes divisorias o las paredes del molde porque las paredes pueden estar enfriadas o refrigeradas y, por los motivos proporcionados anteriormente, es indeseable eliminar cantidades significativas de calor desde el metal fundido a traves de los separadores. En realizaciones preferidas, el separador se puede proporcionar con al menos dos orificios pasantes y pernos o tornillos alargados se pueden pasar a traves de los orificios y usarse para fijar el separador a una pared divisoria o pared del molde. Los pernos o tornillos pueden estar provistos de espaciadores o arandelas aislantes tanto para separar los separadores de las paredes divisorias o paredes del molde mediante una distancia adecuada como para proporcionar una rotura de puente termico. Preferentemente, la union se puede producir a traves de tornillos que encajan en orificios pasantes mecanizados y roscados en una pared divisoria. Idealmente, el modo de union de los separadores permite que los separadores se desplacen hacia arriba una determinada distancia desde una posicion de operacion. Esto evita problemas durante el inicio de las operaciones de moldeo cuando el bloque inferior limita con los extremos inferiores de las paredes divisorias con el fin de formar compartimentos cerrados requeridos para evitar la mezcla del metal hasta que se ha producido un grado de solidificacion del metal. Dado que los separadores cuelgan por debajo de las paredes divisorias, deben poder moverse hacia arriba cuando el bloque inferior se eleva a la posicion de inicio. Dicho movimiento vertical se puede acomodar pasando los pernos, tornillos etc. usados para fijar los separadores a las paredes divisorias o paredes del molde sin apretar a traves de las ranuras alargadas verticalmente en los separadores. Los extremos superiores de las ranuras alargadas proporcionan la posicion mdice que determina la posicion del extremo inferior del separador durante el uso normal, pero el bloque inferior puede empujar los separadores hacia arriba desde estas posiciones cuando sea necesario.

En algunas formas del aparato de moldeo, las paredes divisorias pueden doblarse o cambiar de forma a diferentes tiempos en la operacion de moldeo, por ejemplo al proporcionar compensacion del hinchado de la parte de atras durante la fase inicial de la fundicion. Si dicha pared divisoria se usa para sostener un separador adyacente, solo se deben usar para el soporte las partes de la pared divisoria que no cambian de forma o posicion, de otro modo el separador se puede agrietar o romper a medida que la pared divisoria se mueve. Como alternativa, se puede proporcionar al separador ranuras extendidas horizontalmente para recibir los pernos y tornillos de fijacion. Por tanto, las ranuras permiten que un separador adecuadamente flexible siga el cambio de forma de la pared divisoria sin agrietarse ni romperse.

Cuando se usa el aparato de fundicion para revestimiento de un lado de una capa de nucleo, se puede usar el aparato de la figura 1 o la figura 2, pero con una de las paredes divisorias elevadas por encima de la posicion de operacion y los niveles de metales ajustados en caso necesario. Si se desea proteger la cara no revestida del lingote del arrastre de oxido en dicho aparato, se puede proporcionar un separador adyacente a la pared del molde en el lado no revestido del molde. El separador puede estar sostenido de la pared divisoria elevada, de modo que no hay necesidad de contemplar la union del separador a la propia pared del molde.

Las figuras 3 y 4 de las figures adjuntas muestran dos disposiciones de fundicion preferidas donde se usan uno o mas separadores. Estas figures muestran solo un lado de un aparato del tipo mostrado en la figura 1 o la figura 2. El otro lado puede ser una imagen especular de la parte ilustrada. De nuevo, se indica que el aparato de fundicion de las figuras 1 y 2 es simplemente de ejemplo del aparato de cofundicion con el que se pueden usar las realizaciones de ejemplo, y las realizaciones de ejemplo se pueden usar con un aparato de cofundicion que usa cofundicion simultanea o secuencia, con pares divisorias enfriadas o no enfriadas o un divisor alimentado de forma continua (lamina o tira) que se incorpora en el lingote. No obstante, el tipo de aparato de fundicion mostrado en las figuras 1 y 2 es el preferido actualmente para su uso con las realizaciones de ejemplo y se ilustra en las figuras.

En la figura 3, una capa de nucleo 12 se vierte primero y despues una capa de revestimiento 11 se vierte sobre una superficie de la capa de nucleo. En esta disposicion, el oxido de superficie formado sobre la superficie 34 del metal de nucleo fundido 37 se puede disponer sobre la cara recien formada 38 y despues procede a traves de la superficie de la capa de revestimiento 11 y sobre la cara exterior del lingote debajo del molde 15. Dado que el oxido tiene este medio de escape, existe una tendencia reducida para que el oxido penetre en la interfaz metal-metal 30, pero es deseable proteger la cara externa del lingote de la presencia del oxido del nucleo. Por tanto, un separador 35 se coloca estrechamente adyacente a la superficie interna 32 de una pared divisoria 19 provista de un canal de enfriamiento 33. Por tanto, se bloquea el movimiento del oxido de metal formado sobre la superficie externa 34 de la piscina de metales del nucleo 37 hacia dentro del separador 35 que puede tener un espesor de, por ejemplo, 50 a 2.000 Angstroms, hacia la region adyacente de la pared divisoria 19 y, por tanto, no puede proceder hacia debajo de la superficie 38 y a traves de la superficie de la capa de revestimiento 11. Esto limita la cantidad de oxido presente entre la capa de revestimiento y el molde 15 a medida que se vierte la capa de revestimiento 11.

La figura 4 es una vista en planta del aparato de la figura 3 que muestra que los separadores 35 se proporcionan en cada lado de la piscina 37 de metal para la capa de nucleo 12 y que los separadores se extienden completamente a lo largo del molde de fundicion desde un lado corto 43 del mismo al otro 44 y que son paralelos a las paredes divisorias 19 y estan separados ligeramente de las paredes divisorias. El metal fundido se alimenta continuamente en los compartimentos a traves de conductos de liberacion de metales 20-

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10

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La figura 5 muestra una disposicion (denominada la disposicion de “coquilla inversa”) donde la capa de revestimiento

11 se vierte primero y la capa de nucleo 12 se vierte sobre una superficie de la capa de revestimiento 11. En este caso, el oxido formado en el metal 37 de la capa del nucleo no puede escapar a traves de la superficie de la capa de revestimiento 11 (que es superior) y, por tanto, se puede disponer por la cara interna recien formada 38 de la capa de nucleo y penetran en la interfaz metal-metal 30. Esto tambien puede ser cierto para el oxido formado sobre la superficie de la capa de revestimiento 11 que se puede disponer por la cara interna recien formada 40 de la capa de revestimiento. Con el fin de proteger la interfaz metal-metal del arrastre de oxido de este modo, se colocan dos separadores 35A y 35B uno a cada lado de la pared divisoria 19. Estos separadores reducen o elimina el oxido que se dispone sobre la cara recien formada 40 de la capa de revestimiento 11 y la cara recien formada 38 de la capa de nucleo 12 y, por tanto, en la interfaz metal-metal 30. En esta disposicion de “coquilla inversa”, el metal para el nucleo

12 puede ser, por ejemplo, aleacion de aluminio AA3004 y el metal para las capas de revestimiento 11 puede ser, por ejemplo, aleaciones de aluminio 7072 para producir suministros de alcantarillado.

La figura 6 es una disposicion similar a la de la figura 5 excepto porque se ha anadido un separador adicional 35C en la capa de revestimiento adyacente a la pared del molde 15. Esto evita ademas que el oxido formado sobre la superficie de la capa de revestimiento 11 se disponga sobre la cara externa del lingote entre la capa de revestimiento 11 y el molde 15.

La figura 7 muestra una disposicion en la cual no hay revestimiento en el lado derecho del lingote colado (pero se proporciona una capa de revestimiento (no mostrada) en el lado izquierdo). Por esta razon, la pared divisoria 19 se eleva desde su posicion de operacion normal y se puede mover lateralmente mas cerca a la pared lateral del molde 45. Un separador 35 se fija a la pared divisoria elevada 19 y tiene una longitud suficiente para el extremo inferior 47 para que penetre en la superficie externa 46 de la piscina de metales del nucleo 37. Dado que la pared divisoria no se usa, tampoco se enfna. En consecuencia, el separador se puede fijar directamente a la pared divisoria 19 sin proporcionar ningun tipo de espaciador o rotura de puente termico. El separador 35 protege del arrastre de oxido a la cara externa 49 del lingote 17 a medida que se forma, lo que hace que su superficie sea menos susceptible a agrietarse o romperse. Los lingotes del revestimiento de un solo lado formados de este modo se pueden usar, por ejemplo, para producir laminas de soldadura para tubos intercambiadores de calor. El lado no revestidor de la capa de nucleo forma el interior del intercambiador de calor expuesto al medio de enfriamiento. La aleacion AA3003 se puede usar para la capa de nucleo y las aleaciones AA4343 o 4045 se pueden usar para la capa de revestimiento unica. Estas aleaciones del nucleo son especialmente propensas al agrietamiento en la superficie expuesta durante la fundicion y, por tanto, se benefician de la realizacion de ejemplo ilustrada.

Las figuras 8, 9 y 10 son vistas que muestran diferentes disenos de separadores. La figura 8 muestra un diseno que es particularmente adecuado para su uso en el lado de revestimiento de una pared divisoria. El separador de longitud completa 35 consiste en dos partes 35' y 35" de igual longitud. Estas dos partes se colocan en contacto adyacente en el centro y unidas ngidamente a una pared divisoria en esta posicion, por ejemplo mediante pernos o tornillos que pasan a traves de orificios circulares pequenos 50. Los puntos de union restantes no son ngidos y se pueden conseguir mediante pernos o tornillos que pasan a traves de ranuras alargadas horizontalmente 51 que permiten un grado de movimiento horizontal entre el separador y la pared divisoria. Esto acomoda una flexion convexa hacia fuera de la pared divisoria durante la fundicion. Las dimensiones entre los puntos de union esencialmente se alargan en respuesta a la flexion y se evita el dano al separador 35 (tal como fractura o separacion).

La figura 9 muestra un separador 35 (mostrado en parte) hecho de varias piezas pequenas de dos tipos, mostradas como 35"' y 35"". La pieza 35"' es una pieza del extremo y la pieza 35"" es una pieza interna. Se puede formar un separador de cualquier longitud adecuada uniendo dichas piezas junto con una pieza del extreme 35"' en cada extremo del separador. Este diseno es particularmente adecuado para su uso en el lado del nucleo de una pared divisoria. En una version donde no se requiere descender por debajo del borde inferior de una pared divisoria, las piezas se pueden proporcionar con orificios circulares que son ligeramente mas grandes que los diametros de los cierres (por ejemplo, pernos o tornillos) usados para fijar las piezas a la pared divisoria. Esto permite algun movimiento limitado a medida que la pared divisoria se flexiona durante la fundicion. Dado que los separadores laterales del nucleo solo experimentan una flexion concava hacia dentro durante la fundicion que les coloca bajo compresion, el grado de movimiento permisible no tiene que ser tan grande como para los separadores laterales del revestimiento. En la realizacion ilustrada de la figura 9, los orificios de union 53 estan en forma de ranuras alargadas verticalmente para permitir un grado de movimiento hacia arriba y hacia abajo. Este diseno se usa cuando el borde inferior del separador se extiende por debajo del borde inferior de la pared divisoria a la que esta unido, de modo que requiere retraccion durante el procedimiento de inicio.

La figura 10 muestra dos separadores 35X y 35Y unidos por pernos 55. Estos separadores pueden estar colocados sobre lados opuestos de la pared divisoria (no mostrados) y sus bordes inferiores 56 y 57 estan colocados a diferentes alturas verticales para coincidir con las diferentes alturas de las superficies de las piscinas de metales en cada lado de la pared divisoria.

La figura 11 es una vista en planta de la disposicion de la fundicion de la figura 5 excepto que ilustra una realizacion de ejemplo donde se usan dos pares de separadores cortos 35P y 35Q en cada capa de revestimiento adyacente a las paredes divisorias 19 en lugar de un solo separador continuo que se extiende completamente de un lado corto 43

del molde al otro 44. Estos pares de separadores protegen la interfaz metalica entre las capas 11 y 12 de los efectos adversos de la contaminacion por el oxido de la superficie unicamente en los bordes longitudinales del lingote colado, donde la adherencia interfacial es mas vulnerable para la realizacion ilustrada.

5 En el aparato donde el divisor es movil y se alimenta continuamente en el molde para su incorporacion en el lingote colado, un separador colocado adyacente al divisor no se puede sostener o unir al propio divisor. En su lugar, el separador puede estar unido a la pared del molde adyacente a sus extremos longitudinales (lados cortos) o puede estar unido a otros medios de soporte proporcionados en la entrada del molde, por ejemplo una superestructura unida al molde o a otro equipo externo.

10

Los lingotes se han fundido con exito en aparatos del tipo mostrado en las figuras 3 y 4 usando las combinaciones de aleaciones mencionadas en la descripcion de estas figuras. La disposicion de la figura 3 dio lingotes que teman una tendencia reducida al agrietamiento en la superficie externa del lingote y la disposicion de la figura 4 dio lingotes que teman buenas uniones en la interfaz metal-metal 30. Por el contrario, los resultados de ultrasonidos mostraron

15 que cuando el oxido penetraba en la interfaz durante la fundicion de acuerdo con otras disposiciones, la interfaz no estaba bien unida (interfaz claramente visible en el resultado de ultrasonidos).

Asimismo, cuando los separadores 35 se eliminaron de una disposicion de acuerdo con la figura 3. Se observo que el oxido iba, alternativamente, desde una cara y despues a la otra del lingote a medida que se vertfa.

20

Claims (12)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   65

   REIVINDICACIONES

   1. Aparato para fundir un lingote de metal compuesto, que comprende:

   un molde anular de extreme abierto que tiene un extremo de alimentacion y un extremo de salida,

   una pared de molde enfriada (!4) entre dicho extremo de alimentacion y dicho extremo de salida, y

   un bloque inferior movil adaptado para encajar dentro del extremo de salida y movil en una direccion a lo largo

   del eje del molde anular,

   donde el extremo de alimentacion del molde se divide en al menos dos camaras de alimentacion separadas, siendo cada camara de alimentacion adyacente a al menos otra camara de alimentacion, y donde los pares adyacentes de las camaras de alimentacion estan separadas por un divisor (19);

   un dispositivo de alimentacion para liberar metal (37) a cada camara de alimentacion para formar una piscina de metales fundidos (37) en cada camara de alimentacion durante la fundicion, teniendo cada piscina una superficie externa (34, 46) mantenida a una altura vertical predeterminada, y

   Un separador de oxido de superficie (35, 35A, 35B, 35C, 35P, 35Q, 35X, 35Y, 35', 35", 35"', 35"") que se extiende en una de dichas camaras de alimentacion anteriores, teniendo dicho separador (35, 35A, 35B, 35C, 35P, 35Q, 35X, 35Y, 35', 35", 35"', 35"") un extremo inferior colocado durante la fundicion en o por debajo de la altura vertical predeterminada de dicha superficie superior (34, 46) de la piscina de metales fundidos (37) de dicha una de dichas camaras de alimentacion, caracterizado por que

   dicho separador de oxido de superficie (35, 35A, 35B, 35C, 35P, 35Q, 35X, 35Y, 35', 35", 35"', 35"") esta sostenido en dicho divisor (19) que separa dichos pares adyacentes de las camaras de alimentacion.
2. 2. El aparato de la reivindicacion 1 que tiene uno o mas separadores de oxido de superficie adicionales (35, 35A, 35B, 35C, 35P, 35Q, 35X, 35Y, 35', 35", 35"', 35"") que descienden en dicho una u otra de dichas camaras de alimentacion y teniendo cada uno un extremo inferior colocado en o por debajo de dicha altura vertical predeterminada de dicha piscina de metales (37) en dicha una y otra de dichas camaras de alimentacion.
3. 3. El aparato de la reivindicacion 1, donde dicho separador de oxido de superficie (35, 35A, 35B, 35C, 35P, 35Q, 35X, 35y, 35', 35", 35"', 35"") esta colocado adyacente a dicho divisor (19).
4. 4. El aparato de la reivindicacion 1, donde dicho separador (35, 35A, 35B, 35C, 35P, 35Q, 35X, 35Y, 35', 35", 35"', 35"") esta hecho de un material refractario aislante termico.
5. 5. El aparato de la reivindicacion 1, donde dicho separador (35, 35A, 35B, 35C, 35P, 35Q, 35X, 35Y, 35', 35", 35"', 35"") se extiende completamente a traves de dicha camara de alimentacion.
6. 6. El aparato de la reivindicacion 1, donde dicho separador (35, 35A, 35B, 35C, 35P, 35Q, 35X, 35Y, 35', 35", 35"', 35"") se extiende solo parcialmente a traves de dicha camara de alimentacion.
7. 7. El aparato de la reivindicacion 1, donde dicho divisor (19) es una pared divisoria enfriada (32).
8. 8. El aparato de la reivindicacion 1, donde dicho divisor es una tira metalica alimentada continuamente en dicho molde durante la fundicion e incorporada en el lingote colado.
9. 9. El aparato de la reivindicacion 1, donde dicho extremo inferior de dicho separador de oxido de superficie (35, 35A, 35B, 35C, 35P, 35Q, 35X, 35Y, 35', 35", 35"', 35"") esta colocado por debajo de la altura vertical predeterminada de dicha superficie superior (34, 46) por una distancia de hasta 8 mm.
10. 10. Un metodo de fundicion de un lingote compuesto que comprende la cofundicion de al menos dos capas metalicas (11, 12) de al menos dos piscinas de metales fundidos (37) formados dentro de un molde de un aparato de fundicion en coquilla directa, siendo dichos metales (37) de dichas piscinas de metales fundidos (37) susceptibles a la formacion de oxido en la superficie, manteniendo una superficie superior (34, 46) de cada piscina de metales (37) a una altura vertical predeterminada en dicho molde durante la fundicion y restringiendo el movimiento del oxido de metal formado en dicha superficie superior (34, 46) de al menos uno de dichas piscinas hacia un borde de dicha piscina colocada por encima de una superficie externa (34, 46) o interfaz metal-metal (3) de dicho lingote, caracterizado por que el movimiento del oxido de metal formado en dicha superficie superior (34, 46) de al menos uno de dichos piscinas hacia un borde de dicha piscina se restringe usando un separador de oxido de superficie ((35, 35A, 35B, 35C, 35P, 35Q, 35X, 35Y, 35', 35", 35"', 35"") sostenido sobre un divisor (19) del aparato en coquilla directa que separan un par de camaras de alimentacion del aparato de fundicion en coquilla directa.
11. 11. El metodo de la reivindicacion 10, donde dicho movimiento de dicho oxido de metal esta restringido por la colocacion de un extremo inferior del separador de oxido de superficie (35, 35A, 35B, 35C, 35P, 35Q, 35X, 35Y, 35', 35", 35"', 35"") en o debajo de dicha superficie superior (34, 46) adyacente a dicho borde de dicha piscina de metales (37).
12. 12. El metodo de la reivindicacion 11, donde dicho movimiento se restringe proporcionando dos separadores del oxido de superficie (35, 35A, 35B, 35C, 35P, 35Q, 35X, 35Y, 35', 35", 35"', 35"") para dicha piscina de metales y

    colocando cada separador del oxido de superficie (35, 35A, 35B, 35C, 35P, 35Q, 35X, 35Y, 35', 35", 35"', 35"") adyacente a un borde diferente y opuesto de dicha piscina.