ES2610582T3 - Dispositivo de enfriamiento de doble chorro para molde de colada semicontinua vertical - Google Patents

Abstract

Dispositivo de enfriamiento de un molde de colada semicontinua vertical con enfriamiento directo de placas de laminación o lingotes de extrusión (3), constituido por dos hileras de agujeros, situadas por todo el perímetro interior de la cavidad del molde, en su parte inferior de salida de la placa o lingote, cada una de las hileras de agujeros situándose cerca de un plano perpendicular al eje vertical del correspondiente molde, caracterizado por lo que: a) Las dos hileras de agujeros están unidas a una sola y misma cámara de líquido refrigerante (2) provista en el cuerpo del correspondiente molde, b) La primera hilera de los correspondientes agujeros, o sea la más alta dentro del molde vertical, o también la antepuesta por lo que se refiere a la distribución del líquido, está unida a la correspondiente cámara (2) mediante canales que permiten la proyección (4) del correspondiente líquido refrigerante sobre la correspondiente placa o lingote (3) con un ángulo de incidencia de 32 + 5 grados con respecto al eje vertical del molde, c) La segunda hilera de los correspondientes agujeros, o sea la más baja dentro del molde vertical, o también la pospuesta por lo que se refiere a la distribución del líquido, está unida a la correspondiente cámara (2) mediante canales que permiten la proyección (5) del correspondiente líquido refrigerante sobre la correspondiente placa o lingote (3) con un ángulo de incidencia de 22 + 5 grados con respecto al eje vertical del molde, d) Los agujeros de la segunda hilera, la más baja o también la pospuesta por lo que se refiere a la distribución del líquido, se sitúan sensiblemente en la mediatriz del intervalo entre dos agujeros de la primera hilera, o sea la más alta o la antepuesta, de acuerdo con el eje vertical del molde.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo de enfriamiento de doble chorro para molde de colada semicontinua vertical Campo de la invencion

La invencion se refiere al campo de fabricacion de semiproductos como las placas de laminacion y los lingotes de extrusion de aleaciones de aluminio mediante colada semicontinua vertical.

Mas precisamente, la invencion se refiere a un dispositivo y un proceso de enfriamiento directo, provistos de dos hileras de chorros, que garantizan un temple progresivo y continuo del producto en curso de solidificacion, y especialmente durante la fase de arranque de colada, con el fin de controlar y minimizar el fenomeno de alabeo, y que autorizan un laminado en caliente, o extrusion, ulterior sin aserrado previo del pie de colada, y eso sin roturas ni grietas.

La lingotera puede o no constar, en su superficie de trabajo, de un inserto de grafito con el fin de mejorar el estado de superficie en regimen permanente.

Los productos pueden destinarse a la fabricacion de cualquier aplicacion en forma de chapas, bandas, perfiles o piezas de forja obtenidas por extrusion.

Estado de la tecnica

Tfpicamente, las placas de laminacion y los lingotes de extrusion se fabrican por colada en un molde, o lingotera, vertical colocado sobre una mesa de colada por cima de un foso o pozo de colada.

El molde es de seccion rectangular en el caso de las placas o circular en el caso de los lingotes, con los extremos abiertos, a no ser el extremo inferior que esta cerrado al principio de la colada por un falso fondo que se desplaza hacia abajo gracias a un descensor durante la colada de la placa o lingote, el extremo superior destinandose al suministro de metal.

El molde y el falso fondo definen la cavidad en la que se cuela el metal.

Al principio del proceso de colada, el falso fondo se situa en su posicion mas alta en el molde. En cuanto este vertido y enfriado el metal, tfpicamente con agua, el falso fondo baja a una velocidad predeterminada. El metal solidificado se saca entonces por la parte inferior del molde, asf se forma la placa o lingote.

Ese tipo de moldeo donde el metal extrafdo del molde se enfna directamente por impacto de un lfquido refrigerante, se conoce con el nombre de colada semicontinua, tfpicamente vertical, con enfriamiento directo.

Con la colada semicontinua, la dificultad radica en conseguir pasar de la velocidad nula de principio de formacion del producto a la velocidad de regimen permanente.

Este paso se traduce en una deformacion del pie de placa, conocida por el especialista con el nombre de alabeo. De ser demasiado marcado, lo que se produce cuando el pie se enfna de forma demasiado violenta, el alabeo puede engendrar lo que el especialista llama "goteos", que a veces pueden degenerar en "enganche", es decir el bloqueo de la placa en su molde. El alabeo asociado a un regimen de enfriamiento inadaptado puede desembocar, de forma menos catastrofica, en la ruptura del pie o en grietas en el pie. Dichas roturas o grietas son perjudiciales porque pueden propagarse en regimen permanente, conduciendo asf al rechazo del producto, y si no, impiden por lo menos el laminado en caliente de la placa sin aserrado del pie para restaurar la integridad del producto.

Por ultimo, un alabeo que no cause ningun rechazo de colada se traduce sin embargo en variaciones de seccion del producto que pueden impedir el laminado de los productos sin aserrado del pie.

Para limitar el alabeo, es conocido por el especialista lo de extraer menos calor del producto durante la fase de arranque de colada que en regimen permanente. Para ello, se desarrollaron diferentes tecnologfas (pulsacion, inyeccion de CO2 en el agua de arranque, uso de lingoteras en V y de falsos fondos abombados). Las tecnicas mas eficientes consisten en reducir suficientemente el flujo refrigerante durante el arranque para obtener un regimen de calefaccion estable, que extrae mucho menos calor que el regimen de ebullicion nucleada o el regimen de escorrentfa. Ademas, se sabe que la velocidad de alabeo es una funcion creciente de la velocidad de arranque, lo que conduce a arrancar la colada a una velocidad que suele ser inferior a la velocidad de colada de regimen permanente. Por lo cual, es conocido por el especialista que los parametros mas importantes son la velocidad de llenado y la temperatura de colada, la baja extraccion de calor al principio de la fase de arranque, gracias a una cantidad de agua suficientemente pequena con una eficacia termica adaptada en relacion con su calidad, una velocidad de arranque apropiada con respecto al flujo de agua inicial y por ultimo, al final de la fase de arranque, una rampa de aumento de velocidad de colada y de incremento del flujo de agua de enfriamiento que permite alcanzar

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los parametros de velocidad y de enfriamiento adaptados para el regimen permanente de colada mientras garantiza el buen estado del pie y la minimizacion de su alabeo.

Esto puede obtenerse con lingoteras conocidas con el nombre de "Waterhole" (moldes con agujeros) cuya estructura interior y diametros de agujeros permiten obtener muy pequenos flujos mientras garantizan una muy buena uniformidad del flujo a lo largo del molde.

Estos moldes comprenden bien sea una hilera horizontal de agujeros o dos hileras superpuestas.

La solicitud WO 2005/092540A1 y las patentes US 7 007 739 B2, US 5 518 063, US 5 582 230 y US 5 685 359, de "Wagstaff Inc." divulgan un sistema de riego secuencial, en un primer tiempo con una primera hilera de agujeros con una incidencia de 22°, que permite obtener el regimen de calefaccion del arranque, a la que se superpone una segunda hilera de chorros procedentes de agujeros a 45° que ponen fin a la calefaccion y garantizan un enfriamiento suficiente en regimen permanente. La gran diferenciacion entre el regimen con hilera de chorros con baja incidencia y el regimen con riego por los dos chorros de los que uno tiene alta incidencia, se reivindica de forma explfcita por "Wagstaff Inc.".

Cada uno de estos dos sistemas (con una o dos hileras como indicado mas arriba) presenta desventajas:

- Los moldes del tipo "Waterhole" con una hilera de agujeros permiten obtener efectivamente un regimen de calefaccion con pequeno flujo lineal, pero son muy sensibles a la calidad del agua. En efecto, por una parte el flujo lineal mmimo accesible con una sola hilera de agujeros no es tan pequeno como cuando solo la mitad de los agujeros riega el producto, como en los moldes de "Wagstaff Inc." comercializados con los nombres de "Epsilon™" o "LHC™" (este ultimo teniendo un inserto de grafito en las caras de trabajo). Por lo tanto, el punto de funcionamiento de estos moldes con una hilera de agujeros es, por construccion, mas cercano a la transicion hacia la ebullicion nucleada, es decir al punto calificado como de Leidenfrost en la curva de Nukiyama conocida por el especialista, es decir que una pequena variacion de flujo a lo largo del molde, de temperatura del agua o de calidad del agua, facilmente puede hacer pasar el punto de funcionamiento de la calefaccion hacia la ebullicion nucleada. Por lo cual, dichos moldes no pueden utilizarse correctamente cuando el agua esta demasiado fna, o cuando es susceptible a variaciones de calidad periodicas.

- Por su parte, los moldes con enfriamiento secuencial ("Epsilon™" y "LHC™" de "Wagstaff Inc.") son mucho menos sensibles a la calidad del agua, porque su punto de funcionamiento esta mas alejado del punto de Leidenfrost, debido al flujo muy pequeno de arranque obtenido cuando solo la mitad de los agujeros riega el producto, y que ademas es con baja incidencia. Sin embargo, esta tecnologfa presenta distintas desventajas:

- La primera desventaja de esta tecnologfa, que reivindica explfcitamente la diferenciacion entre el primer y el segundo regimen de riego, es el fenomeno de doble alabeo.

En efecto, un primer alabeo se produce al arrancar con la primera hilera de chorros con una incidencia de 22°. Pero un segundo alabeo se produce durante la activacion de los chorros a 45°. Cabe notar que el fenomeno mecanico de alabeo no se para repentinamente, sino que sigue surtiendo efectos hasta ya tarde durante la colada, o sea aim de longitud de colada y mas. Este sistema de riego secuencial contribuye a alargar significativamente este regimen mecanico transitorio de alabeo. Durante el laminado en caliente ulterior de la placa, esto se traduce en un riesgo de agrietamiento entre el primero y el segundo alabeo y en los consiguientes rechazos de laminado. Asf, los moldes de la tecnica anterior se optimizaron a partir del unico criterio de recubrimiento durante la colada y no de la resistencia al laminado de los pies de placa asf formados.

- La segunda desventaja atane al abombamiento del pie, prolongado debido al flujo muy pequeno de riego de la primera fase de arranque de colada.

- La tercera desventaja es la incompatibilidad de esta tecnologfa con la colada de aleaciones calificadas como duras. En efecto, estas suelen caracterizarse por una alta sensibilidad al agrietado en caliente por una parte, y por lo que rapidamente aparecen tensiones muy importantes durante el enfriamiento. Es imperativo limitar todos los gradientes locales de temperatura que puedan traducirse en tensiones interiores localmente muy importantes. Ahora bien, por una parte la fase de riego con flujo muy pequeno es susceptible al agrietado en caliente, y eso por dos razones: el tiempo excesivo pasado por el metal de superficie en la zona peligrosa de fraccion solidificada (presencia de una fraccion lfquida residual fragilizante) antes del impacto situado muy abajo de los chorros a 22°, y el espacio excesivo entre los chorros a 22° que crean gradientes termicos locales susceptibles al inicio de agrietados, por otra parte la aplicacion repentina de un segundo riego con alta incidencia despues del regimen con baja incidencia crea precisamente las condiciones de aparicion de un gradiente termico local muy alto y de las consiguientes tensiones.

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Problema planteado

La presente invencion propone una solucion al problema de doble alabeo y de calidad del pie de placa, sin las desventajas que se observaron para las soluciones ya existentes, entre otras cosas y en particular para las aleaciones duras.

Pretende optimizar el arranque de la colada no solo a partir de un criterio de recubrimiento durante el arranque, sino tambien a partir de un criterio de transformabilidad ulterior por laminado en caliente.

Pretende ampliar igualmente el campo de aplicabilidad a todos los tipos de aleaciones de aluminio.

Es de notar al respecto que todas las aleaciones de aluminio de que se trate en lo que sigue se designan, salvo indicacion contraria, segun las designaciones definidas por la "Aluminum Association" en las "Registration Record Series" que publica periodicamente.

Objeto de la invencion

La invencion tiene por objeto un dispositivo de enfriamiento de un molde de colada semicontinua vertical con enfriamiento directo de placas de laminacion o lingotes de extrusion 3, constituido por dos hileras de agujeros, situadas por todo el penmetro interior de la cavidad del molde, en su parte inferior de salida de la placa o lingote 3, cada una de las hileras de agujeros situandose cerca de un plano perpendicular al eje vertical del correspondiente molde, caracterizado por lo que:

a) Las dos hileras de agujeros estan unidas a una sola y misma camara de lfquido refrigerante 2 provista en el cuerpo del correspondiente molde,

b) La primera hilera de los correspondientes agujeros, o sea la mas alta dentro del molde vertical, o tambien la antepuesta por lo que se refiere a la distribucion del lfquido, esta unida a la correspondiente camara 2 mediante canales que permiten la proyeccion 4 del correspondiente lfquido refrigerante sobre la correspondiente placa o lingote 3 con un angulo de incidencia de 32 +13/-5, y preferentemente + 5, grados con respecto al eje vertical del molde,

c) La segunda hilera de los correspondientes agujeros, o sea la mas baja dentro del molde vertical, o tambien la pospuesta por lo que se refiere a la distribucion del lfquido, esta unida a la correspondiente camara 2 mediante canales que permiten la proyeccion 5 del correspondiente lfquido refrigerante sobre la correspondiente placa o lingote 3 con un angulo de incidencia de 22 + 5 grados con respecto al eje vertical del molde,

d) Los agujeros de la segunda hilera, la mas baja o tambien la pospuesta por lo que se refiere a la distribucion del lfquido, se situan sensiblemente en la mediatriz del intervalo entre dos agujeros de la primera hilera, o sea la mas alta o la antepuesta, de acuerdo con el eje vertical del molde.

Segun un modo de realizacion preferente, las dos hileras de agujeros y los correspondientes canales se organizan con respecto a la camara de lfquido refrigerante 2 para poder distribuir simultaneamente el correspondiente lfquido con flujos y velocidades sensiblemente iguales en las dos hileras de agujeros, tanto durante la fase de arranque como durante el regimen permanente de la colada. Esto se obtiene utilizando agujeros de diametros sensiblemente iguales en una misma hilera y entre las dos hileras.

Preferentemente, las dos hileras de agujeros del correspondiente dispositivo de enfriamiento se situan la una con respecto a la otra de modo que produzcan chorros 4 y 5 que, si estan tendidos, forman en cualquier momento de la colada, tanto durante el arranque como durante el regimen permanente, impactos sobre la superficie sensiblemente vertical que contiene la cara de trabajo del molde, separados uno de otro por una distancia comprendida entre 10 y 40 mm segun la direccion vertical.

Preferentemente tambien, el diametro de cada uno de los correspondientes agujeros de cada hilera es de 3 +1 mm.

Ventajosamente, el espacio entre dos agujeros adyacentes en una misma hilera esta comprendido entre 10 y 30 mm.

La invencion tambien tiene por objeto un proceso de realizacion del correspondiente dispositivo de enfriamiento como se ha descrito anteriormente para la colada semicontinua vertical con enfriamiento directo de placas de laminacion o lingotes de extrusion 3, en el que el flujo total de agua de enfriamiento para el conjunto de los agujeros de las dos hileras, o sea el flujo que sale de la camara de lfquido refrigerante 2, esta comprendido entre 0,3 y 0,8 l/min por cm lineal de penmetro de molde, al principio de la fase transitoria de arranque de la colada, fase durante la que el flujo de lfquido refrigerante y la velocidad de colada no alcanzaron su valor de regimen permanente como se ha descrito en el parrafo "Estado de la tecnica", y se aumenta despues para alcanzar el flujo requerido para el regimen permanente de colada tipicamente de 1 l/cm/mi o mas.

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Mas preferentemente, el correspondiente flujo de agua al principio de la fase transitoria de arranque de la colada esta comprendido entre 0,4 y 0,6 l/cm/min.

De manera ventajosa, el Kquido refrigerante se lleva simultaneamente al conjunto de los agujeros de las dos hileras durante la fase de arranque de colada, de modo que el fenomeno de alabeo se produce de manera progresiva, repartida y continua, mientras resulta minimizado por el flujo del correspondiente lfquido.

Segun un modo de realizacion particular, el proceso de realizacion del correspondiente dispositivo de enfriamiento para la colada semicontinua vertical de placas de laminacion 3, utiliza un molde de colada provisto de un falso fondo plano cuyos rebordes estan comprendidos en un plano sensiblemente horizontal.

Segun un modo de realizacion mas ventajoso aun, se utiliza un molde de colada provisto de un falso fondo abombado, o tambien un molde de colada provisto de un falso fondo plano con reborde curvado, de modo que, en ambos casos, el centro de las caras del producto este sometido, durante la fase de arranque de colada, al enfriamiento directo por el lfquido refrigerante, antes de que las zonas de la cara de laminacion mas alejadas del centro de dicha cara hayan salido del molde.

Por ultimo, el correspondiente proceso de realizacion del correspondiente dispositivo de enfriamiento para la colada semicontinua vertical con enfriamiento directo de placas de laminacion o lingotes de extrusion 3, puede utilizar un molde de colada provisto, en su superficie de trabajo, de un inserto de grafito 1.

Descripcion de las figuras

La figura 1 representa la longitud de calefaccion en milfmetros, obtenida en el caso del ejemplo 1, segun el flujo lineal inicial de arranque de la colada, en l/cm de penmetro de molde y por minuto, para tres tipos de moldes de mismo formato 2600 x 350 mm:

- Un molde con una sola hilera de agujeros con una incidencia de chorro de 30° (referencia 30, sfmbolos cuadrados),

- Un molde con dos hileras de agujeros con incidencias de 45 y 22° respectivamente, activados simultaneamente (referencias 45/22, sfmbolos circulares),

- Un molde con dos hileras de agujeros con incidencias de 32 y 22° respectivamente, segun la invencion (referencias 32/22, asteriscos).

La figura 2 representa la variacion de la temperatura de superficie de las placas del ejemplo 1, medida sensiblemente a media anchura a la salida del molde, en °C, segun el mismo flujo y para los mismos moldes con las mismas referencias que anteriormente.

Destacan tres zonas: la zona I sin calefaccion, la zona II con calefaccion estable y buen estado del pie de colada, la zona III con calefaccion pero agrietamiento en caliente del pie.

La figura 3 representa la evolucion del alabeo, obtenido en el caso del ejemplo 1, en milfmetros, segun el flujo lineal inicial de arranque de la colada, en l/cm lineal de penmetro de molde y por minuto, para tres tipos de moldes identicos a los anteriores y con las mismas referencias.

La figura 4 representa el tamano de las celdas de solidificacion, en mm, de acuerdo con la distancia hasta la costra de fundicion, en mm, obtenidas en regimen permanente en una placa del ejemplo 2. Los sfmbolos en asterisco son relativos al molde con dos hileras de agujeros con incidencias de 32° y 22° e inserto de grafito, segun la invencion, y los sfmbolos en cfrculo a un molde LHC™ de "Wagstaff" con dos hileras de agujeros con incidencias de 45° y 22°.

La figura 5 representa las formas tfpicas de bandas obtenidas por laminado en caliente de un pie de placa (solo se dibujo media anchura), a la izquierda a partir de una placa colada con un molde segun la invencion, a la derecha con un molde LHC™ de "Wagstaff" 45/22 con enfriamiento secuencial durante la fase de arranque de constitucion del pie.

La figura 6 representa una vista en seccion de un molde segun la invencion, provisto de un inserto de grafito 1 en la cara de trabajo, su unica camara de agua en 2, la placa colada 3 representandose en el extremo izquierdo inferior de la seccion, con un sombreado uniforme, con los dos haces incidentes a 32 y 22° de lfquido refrigerante, respectivamente 4 y 5.

Segun este modo de realizacion, la camara consta de una pared o diafragma 6, provisto(a) de por lo menos un orificio 7, con el fin de regularizar el flujo de lfquido suministrado.

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Descripcion de la invencion

Para que ante todo el producto este regado por un flujo muy pequeno, se utiliza el sistema de dos hileras de chorros.

Pero la solicitante observo que basta con dividir el flujo entre dos hileras de chorros simultaneamente activadas para obtener el efecto de calefaccion requerido.

No se necesita ninguna activacion secuencial de las dos hileras de chorros 4 y 5. Asf, se activan simultaneamente para evitar la desventaja observada en caso de riego secuencial, a saber el fenomeno demasiado marcado de doble alabeo y la prolongacion exagerada del regimen mecanico transitorio de arranque que origina un abombamiento del pie prolongado.

El angulo de incidencia de los chorros es un parametro esencial de la invencion.

La incidencia de la primera hilera de chorros que riega el producto es la mas directa. Ahora bien, la solicitante noto que cuanto mas directa sea dicha incidencia, menos extendido esta el campo de flujos donde la calefaccion es estable. Por lo tanto, la primera hilera de chorros 4 que riega el producto ha de tener una incidencia del orden de 32 + 13 -5, y preferentemente 32 + 5°, para permitir el establecimiento de un regimen estable de calefaccion. Por lo tanto, la segunda hilera de chorros 5 ha de tener una incidencia aun mas baja, y de forma tal que la distancia de impacto entre las dos hileras de chorros sea suficiente para que el regimen de calefaccion tenga tiempo para establecerse. De hecho, dos hileras de chorros demasiado cercanas son equivalentes a una hilera unica de chorros. Tfpicamente, la segunda hilera de chorros 5 tiene una incidencia del orden de 22 + 5° de modo que la distancia vertical entre los impactos de los chorros procedentes de cada una de las dos hileras este comprendida entre 10 y 40 mm.

Asf, se obtiene un efecto de temple progresivo espacialmente con un enfriamiento moderado, obtenido por una primera hilera, y despues por una segunda hilera de chorros unos veinte milfmetros mas abajo. La progresividad espacial del temple puede mejorarse en direccion lateral gracias al uso de falsos fondos abombados o con rebordes curvados.

Pero la invencion consiste tambien en obtener un efecto de temple progresivo temporalmente, gracias al aumento progresivo y simultaneo del flujo de agua en las dos hileras de chorros, lo que permite evitar el fenomeno particularmente marcado de doble alabeo inherente a la tecnologfa de chorros secuenciales.

Esto permite reparar asimismo los puntos debiles frente al agrietado en caliente situados entre los chorros de la primera hilera debido a su distancia. Estos puntos calientes se enfnan rapidamente con la segunda serie de chorros con baja incidencia situados sensiblemente en la mediatriz del intervalo entre los chorros de la primera hilera, lo que permite un temple progresivo de la superficie del metal.

La solicitante observo que el uso de hileras de chorros con incidencias de 32° y 22° permitfa obtener un regimen de calefaccion estable para aguas fnas (hasta 10°C) y para flujos lineales significativamente mas importantes (hasta 0,6 l/cm/min) que para las tecnologfas ya existentes. Asf, el regimen de arranque obtenido es muy resistente y garantiza un grado de recubrimiento cercano al 100 % durante la colada. Durante el laminado en caliente de placas no aserradas, tambien se demostro la ausencia total de agrietados en los extremos y a la orilla, gracias a la integridad de la suela y a la ausencia de perturbacion de la seccion vinculada a un fenomeno exagerado de doble alabeo.

La solicitante observo asimismo que, durante la colada de aleaciones duras, las grietas de superficie en regimen permanente, observadas en el caso de un molde con simple hilera de chorros, se eliminan con un molde con dos hileras de chorros con incidencias de 32° y 22°. La invencion se va a entender mas detalladamente gracias a los siguientes ejemplos, aunque no tengan ningun caracter limitativo.

Ejemplos

Ejemplo 1

Se colaron placas de laminacion en formato 2600 mm x 350 mm de aleacion del tipo AA7449 en moldes con agujeros para enfriamiento por agua ("Waterhole") de diferentes tipos:

Un molde con una sola hilera horizontal de agujeros de 3,2 mm de diametro separados entre ellos por 6 mm, con una incidencia de chorro de agua de enfriamiento en la placa a la salida del molde de 30° con respecto al eje vertical. Se sometieron a prueba flujos lineales de agua de enfriamiento, durante el arranque de la colada, de 0,45 a 0,51 1 por cm lineal de penmetro de molde /min. A continuacion se incremento el flujo para alcanzar 1 l/cm/min en regimen permanente.

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Un molde con dos hileras de agujeros horizontales superpuestas, activadas simultaneamente, todos los agujeros teniendo un diametro de 3,2 mm y estando separados entre ellos en cada hilera por 12 mm, en el que los impactos de los chorros procedentes de estas dos hileras estan separados uno de otro segun el eje vertical por 18 mm, cada uno de los agujeros de la hilera inferior situandose sensiblemente en la mediatriz del intervalo entre dos agujeros de la hilera superior.

La incidencia, simultanea en este caso, de los chorros de agua de enfriamiento en la placa a la salida del molde era de 45° y 22° con respecto al eje vertical.

Se sometieron a prueba flujos lineales totales (es decir para el conjunto de los agujeros de las dos hileras) de agua de enfriamiento, durante el arranque de la colada, de 0,55 a 0,60 l por cm lineal de penmetro de molde /min. A continuacion se incremento el flujo para alcanzar 1 l/cm/min en regimen permanente.

Un molde segun la invencion, con dos hileras de agujeros horizontales superpuestas, todos los agujeros teniendo un diametro de 3,2 mm y estando separados entre ellos en cada hilera por 12 mm, cada uno de los agujeros de la hilera inferior situandose sensiblemente en la mediatriz del intervalo entre dos agujeros de la hilera superior.

Las incidencias de los chorros de agua de enfriamiento, activados simultaneamente, en la placa a la salida del molde eran de 32° y 22° con respecto al eje vertical, creando impactos separados verticalmente por una distancia de 18 mm.

Se sometieron a prueba flujos lineales totales (es decir para el conjunto de los agujeros de las dos hileras) de agua de enfriamiento, durante el arranque de la colada, de 0,45 a 0,60 l por cm lineal de penmetro de molde /min.

A continuacion se incremento el flujo para alcanzar 1 l/cm/min en regimen permanente.

En los tres casos la temperatura del agua de enfriamiento era de 15 + 2°C.

En todos los casos se midio la longitud de calefaccion a la salida del molde por el metodo conocido con el nombre de "ISTM" ("Ingot Surface Temperature Measurement") que consiste en medir la temperatura de superficie de la placa, clavando un termopar de contacto en la correspondiente superficie debajo del impacto del chorro inferior de enfriamiento, en registrar la temperatura durante un descenso de 5 mm de la placa y en repetir la operacion durante toda la fase transitoria de arranque de la colada.

La curva de temperatura de acuerdo con la longitud de placa colada presenta una etapa a partir del origen cuyo fin bastante repentino corresponde al final de la calefaccion para una longitud que corresponde a la "longitud de calefaccion" representada en ordenadas en la figura 1 segun el flujo lineal de arranque.

Es de notar que la calefaccion se obtiene unicamente, para un molde con simple hilera de chorros con una incidencia de 30° (referencia 30), para un flujo lineal de arranque inferior o igual a 0,45 l/cm/min. En el caso de los moldes con dos hileras de chorros (referencias 45/22 y segun la invencion referencias 32/22), esta puede obtenerse para flujos lineales de arranque de hasta 0,6 l/cm/min.

Asf, para una temperatura de agua dada, los moldes con dos hileras de chorros (activados simultaneamente) permiten obtener una calefaccion estable para flujos de arranque mas importantes que un molde con simple hilera de chorros. No hay influencia significativa de los angulos de incidencia sobre la longitud colada afectada por la calefaccion durante el arranque.

Tambien se midio la temperatura de superficie de las placas, sensiblemente a media anchura a la salida del molde, por el metodo conocido con el nombre de "ISTM" ya mencionado.

Su valor se representa en ordenadas, aun segun el flujo lineal de arranque y para los mismos moldes que anteriormente, en la figura 2 donde destacan tres zonas: la zona I sin calefaccion, la zona II con calefaccion estable y buen estado del pie de colada, la zona III con calefaccion pero agrietamiento en caliente del pie.

Es de notar que esta temperatura es mucho mas estable segun el flujo de agua en el caso del molde con dos hileras de chorros con incidencias de 32° y 22° activados simultaneamente, segun la invencion (referencias 32/22), que en el caso del molde con dos hileras de chorros con incidencias de 45° y 22° activados simultaneamente (referencias 45/22) que originan el agrietamiento en caliente del pie con un pequeno flujo (0,55 l/cm/min), lo que reduce el campo de funcionamiento a un campo muy restringido y que, en el caso del molde con simple hilera de chorros a 30°, no permite obtener una calefaccion estable para flujos de agua estrictamente superiores a 0,451/cm/min a dicha temperatura de agua.

Esta gran sensibilidad de la temperatura de superficie del producto al flujo lineal de arranque, la solicitante la atribuye respectivamente a la desestabilizacion de la pelfcula de calefaccion por los chorros a 45° y a la falta de progresividad del enfriamiento en el caso del molde con simple hilera de chorros a 30°.

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Asf, la configuracion de los moldes de la tecnica anterior, con dos hileras de chorros con incidencias de 45° y 22° (referencias 45/22) no se adapta a la colada de aleaciones duras, e incluso en ausencia de secuenciacion de los chorros.

En comparacion, el molde segun la invencion (referencias 32/22) puede utilizarse para flujos lineales de entre 0,4 y 0,6 l/cm/min, lo que es particularmente ventajoso porque este amplio campo de flujos permite compensar, en particular, una variacion eventual de temperatura del agua.

En resumen, el molde segun la invencion permite obtener una calefaccion estable en el campo de temperaturas optimas de superficie de producto y en un amplio intervalo de flujos de arranque, lo que los otros tipos de molde de la tecnica anterior no permiten.

Por ultimo, se midio y registro el alabeo obtenido en la placa gracias a una "camara de video".

Su valor, o sea la longitud de reborde de la placa que se levanta, se representa en ordenadas en la figura 3, aun segun el flujo lineal de arranque y para los mismos moldes que anteriormente.

Destaca que el alabeo obtenido con el molde segun la invencion (referencias 32/22) es significativamente mas pequeno que el que se obtiene con los otros moldes para flujos de arranque inferiores a 0,6 l/cm/min, lo que muestra la ventaja del temple progresivo obtenido con esta tecnologfa de riego con dos chorros simultaneos e incidencias optimizadas.

Ejemplo 2

Se colaron placas de laminacion en formato 1810 mm x 510 mm de aleacion del tipo AA3104 a la velocidad de 55 mm/min con moldes de dos tipos:

Un molde segun la invencion, con dos hileras de agujeros horizontales superpuestas, activadas simultaneamente (incidencias 32 y 22°), todos los agujeros teniendo un diametro de 3,2 mm y estando separados entre ellos en cada hilera por 12 mm, y generando impactos sobre el producto separados verticalmente por unos 18 mm, cada uno de los agujeros de la hilera inferior situandose en la mediatriz del intervalo entre dos agujeros de la hilera superior.

El molde estaba provisto de un inserto de grafito en todas sus superficies de trabajo.

Un molde LHC™ de "Wagstaff', cuyos impactos de los chorros tambien estan separados verticalmente por 18 mm.

La temperatura del agua de enfriamiento era de 15 + 2°C.

En la parte de la placa que corresponde al regimen permanente de colada, se midio el tamano de las celdas de solidificacion con la ayuda del algoritmo de analisis de imagenes p*, a distintas distancias de la costra de fundicion.

Dicho algoritmo p* se describe perfectamente en las publicaciones de Ph. Jarry, M. Boehm y S. Antoine, "Quantification of spatial distribution of as-cast microstructural features.", Light Metals 2001, New Orleans, TMS. Proceedings publicados por J.L. Anjier, asf como de Ph. Jarry y A. Johansen, "Characterisation by the p* method of eutectic aggregates spatial distribution in 5xxx and 3xxx aluminium alloys cast in wedge moulds and comparison with sdas measurements.", Solidification of Aluminum Alloys Symposium, Light Metals 2004, Charlotte, TMS. Proceedings publicados por Men G. Chu, Douglas A. Granger y Qingyou Han.

Los resultados se representan en la figura 4 que expone el tamano de las celdas de solidificacion, en mm, segun la distancia a la costra de fundicion, en mm, los sfmboios en asterisco siendo relativos al molde segun la invencion, los sfmbolos en cfrculo al molde LHC del tipo "Wagstaff'.

Se comprueba que el molde segun la invencion permite obtener una estructura de colada, en la periferia de placa, que presenta tamanos de celda comparables (+ 2 mm) a los que se obtienen con el molde LHC™, y un espesor de zona cortical parecido, inferior a los 10 mm. Por lo tanto, la respuesta metalurgica obtenida es sensiblemente identica a la que el molde LHC™ permite.

Ejemplo 3

Se colaron placas de laminacion en formatos 1670 mm x 610 mm y 1810 mm x 510 mm, de aleacion del tipo AA5182, con las mismas configuraciones de moldes que para el ejemplo 2.

A continuacion las placas se laminaron en caliente sin aserrado de los pies de colada.

EP ePMhy

Las formas tipicas de las bandas obtenidas se representan en media anchura en la figura 5, a la izquierda en el caso de la placa colada con un molde segun la invencion (enfriamiento por riego con dos chorros simultaneos con incidencias optimizadas 32°/22° e inserto de grafito en todas las caras de trabajo), a la derecha con un molde LHC™ de "Wagstaff Inc." utilizado durante el arranque con un enfriamiento secuencial a 22 y despues 45°.

5

Se observa que en este ultimo caso se produjeron agrietados a la orilla debido a las variaciones de seccion del producto vinculadas a los dos alabeos generados, para el primero, por la primera secuencia de riego con una incidencia de 22° y, para el segundo, por la superposicion de la segunda secuencia con una incidencia de 45°.

10 La placa producida por el molde segun la invencion presenta un alabeo simple y repartido que no genera pues ningun agrietado durante el laminado en caliente.

Claims (12)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   EP $8-(0242717

   REIVINDICACIONES

   1. Dispositivo de enfriamiento de un molde de colada semicontinua vertical con enfriamiento directo de placas de laminacion o lingotes de extrusion (3), constituido por dos hileras de agujeros, situadas por todo el penmetro interior de la cavidad del molde, en su parte inferior de salida de la placa o lingote, cada una de las hileras de agujeros situandose cerca de un plano perpendicular al eje vertical del correspondiente molde, caracterizado por lo que:

   a) Las dos hileras de agujeros estan unidas a una sola y misma camara de lfquido refrigerante (2) provista en el cuerpo del correspondiente molde,

   b) La primera hilera de los correspondientes agujeros, o sea la mas alta dentro del molde vertical, o tambien la antepuesta por lo que se refiere a la distribucion del lfquido, esta unida a la correspondiente camara (2) mediante canales que permiten la proyeccion (4) del correspondiente lfquido refrigerante sobre la correspondiente placa o lingote (3) con un angulo de incidencia de 32 + 5 grados con respecto al eje vertical del molde,

   c) La segunda hilera de los correspondientes agujeros, o sea la mas baja dentro del molde vertical, o tambien la pospuesta por lo que se refiere a la distribucion del lfquido, esta unida a la correspondiente camara (2) mediante canales que permiten la proyeccion (5) del correspondiente lfquido refrigerante sobre la correspondiente placa o lingote (3) con un angulo de incidencia de 22 + 5 grados con respecto al eje vertical del molde,

   d) Los agujeros de la segunda hilera, la mas baja o tambien la pospuesta por lo que se refiere a la distribucion del lfquido, se situan sensiblemente en la mediatriz del intervalo entre dos agujeros de la primera hilera, o sea la mas alta o la antepuesta, de acuerdo con el eje vertical del molde.
2. 2. Dispositivo segun la reivindicacion 1 caracterizado por lo que los diametros de los agujeros son sensiblemente iguales, en una misma hilera y entre dos hileras, para poder distribuir simultaneamente el correspondiente lfquido con flujos y velocidades sensiblemente iguales en las dos hileras de agujeros, tanto durante la fase de arranque como durante el regimen permanente de la colada.
3. 3. Dispositivo de enfriamiento segun una de las reivindicaciones 1 o 2 caracterizado por lo que las dos hileras de agujeros se situan la una con respecto a la otra de modo que produzcan chorros (4 y 5) que, si estan tendidos, forman en cualquier momento de la colada, tanto durante el arranque como durante el regimen permanente, impactos sobre la superficie sensiblemente vertical que contiene la cara de trabajo del molde, separados uno de otro por una distancia comprendida entre 10 y 40 mm segun la direccion vertical.
4. 4. Dispositivo de enfriamiento segun una de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado por lo que el diametro de cada uno de los correspondientes agujeros de cada hilera es de 3 +1 mm.
5. 5. Dispositivo de enfriamiento segun una de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado por lo que el espacio entre dos agujeros adyacentes en una misma hilera esta comprendido entre 10 y 30 mm.
6. 6. Proceso de realizacion del correspondiente dispositivo de enfriamiento segun una de las reivindicaciones 1 a 5 para la colada semicontinua vertical con enfriamiento directo de placas de laminacion o lingotes de extrusion (3), caracterizado por lo que el flujo total de agua de enfriamiento para el conjunto de los agujeros de las dos hileras, o sea el flujo que sale de la camara de lfquido refrigerante (2), esta comprendido entre 0,3 y 0,8 l/min por cm lineal de penmetro de molde, al principio de la fase transitoria de arranque de la colada, es decir la fase durante la que el flujo de lfquido refrigerante y la velocidad de colada no alcanzaron su valor de regimen permanente, y se aumenta despues para alcanzar el flujo requerido para el regimen permanente de colada.
7. 7. Proceso segun la reivindicacion 6 caracterizado por lo que el correspondiente flujo de agua al principio de la fase transitoria de arranque de la colada esta comprendido entre 0,4 y 0,6 l/cm/min.
8. 8. Proceso segun una de las reivindicaciones 6 o 7 caracterizado por lo que el lfquido refrigerante se lleva simultaneamente al conjunto de los agujeros de las dos hileras durante la fase de arranque de colada.
9. 9. Proceso de realizacion del correspondiente dispositivo de enfriamiento segun una de las reivindicaciones 6 a 8, para la colada semicontinua vertical de placas de laminacion (3), caracterizado por lo que utiliza un molde de colada provisto de un falso fondo plano cuyos rebordes estan comprendidos en un plano sensiblemente horizontal.
10. 10. Proceso de realizacion del correspondiente dispositivo de enfriamiento segun una de las reivindicaciones 6 a 8, para la colada semicontinua vertical de placas de laminacion (3), caracterizado por lo que utiliza un molde

    5

    10

    15

    EP 28-(0R4g7'|7

    de colada provisto de un falso fondo abombado, de modo que el centro de las caras del producto este sometido, durante la fase de arranque de colada, al enfriamiento directo por el lfquido refrigerante, antes de que las zonas de la cara de laminacion mas alejadas del centro de dicha cara hayan salido del molde.
11. 11. Proceso de realizacion del correspondiente dispositivo de enfriamiento segun una de las reivindicaciones 6 a 8, para la colada semicontinua vertical de placas de laminacion (3), caracterizado por lo que utiliza un molde de colada provisto de un falso fondo plano con reborde curvado, de modo que el centro de las caras del producto este sometido, durante la fase de arranque de colada, al enfriamiento directo por el lfquido refrigerante, antes de que las zonas de la cara de laminacion mas alejadas del centro de dicha cara hayan salido del molde.
12. 12. Proceso de realizacion del correspondiente dispositivo de enfriamiento para la colada semicontinua vertical con enfriamiento directo de placas de laminacion o lingotes de extrusion (3) segun una de las reivindicaciones 6 a 11 caracterizado por lo que utiliza un molde de colada provisto, en su superficie de trabajo, de un inserto de grafito (1).