ES2904783T3 - Aparato y sistema de control de forma para molde dinámico para fundición en frío directa - Google Patents

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Craig Lee Shaber
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Abstract

Un aparato para fundir material, que comprende: primera y segunda paredes laterales opuestas (211); un primer y segundo conjuntos de pared de extremo (230; 240) que se extienden entre la primera y segunda paredes laterales (211), en donde la primera y segunda paredes laterales opuestas cooperan con el primer y segundo conjuntos de pared de extremo (230, 240) para formar un perfil de la cavidad del molde (250) que tiene la forma del perímetro de la cavidad del molde de forma generalmente rectangular; en donde al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas (211) comprende dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510), cada uno de los dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510) se aseguran a, al menos, una de la primera y segunda paredes laterales opuestas (211) en dos o más puntos de unión (450) dispuestos a lo largo de una altura de al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas (211), en donde cada uno de los dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510) están configurados para desplazarse con respecto a una línea recta entre un primer extremo de al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas y un segundo extremo de las al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas en respuesta a la recepción de una fuerza respectiva aplicada externamente desde la cavidad del molde a los dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510), en donde el desplazamiento respectivo en el primero de los dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510) con respecto a la línea recta es diferente de un desplazamiento en un segundo de los dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510) con respecto a la línea recta, y en donde una fuerza respectiva en cada uno de los dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510) cambia la curvatura del al menos uno de la primera y segunda paredes laterales opuestas entre el primer extremo y el segundo extremo de al menos una primera y segunda paredes laterales opuestas.

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato y sistema de control de forma para molde dinámico para fundición en frío directa
Campo tecnológico
La presente invención se refiere a un sistema, aparato y método para la fundición continua de metal y, más particularmente, a un mecanismo para controlar la forma de un molde de fundición en frío directa para controlar dinámicamente un perfil de un lingote fundido a partir molde durante el proceso de fundición.
Antecedentes
Los productos metálicos se pueden formar de diversas formas; sin embargo, numerosos métodos de conformado requieren primero un, palanquilla u otra pieza fundida que pueda servir como materia prima a partir de la cual se puede fabricar un producto final metálico, por ejemplo, mediante laminado o mecanizado. Un método de fabricación de un lingote o palanquilla es a través de un proceso de fundición semicontinuo conocido como fundición en frío directa, mediante el cual una cavidad de molde orientada verticalmente se sitúa sobre una plataforma que se traslada verticalmente hacia abajo en un pozo de fundición. Un bloque de partida puede estar situado en la plataforma y formar un fondo de la cavidad del molde, al menos inicialmente, para comenzar el proceso de fundición. El metal fundido se vierte en la cavidad del molde, después de lo cual el metal fundido se enfría, normalmente usando un fluido de enfriamiento. La plataforma con el bloque de partida sobre la misma puede descender al pozo de fundición a una velocidad predefinida para permitir que el metal salga de la cavidad del molde y descienda con el bloque de partida para solidificarse. La plataforma continúa descendiendo a medida que entra más metal fundido en la cavidad del molde y sale metal sólido de la cavidad del molde. Este proceso de fundición continua permite que se formen lingotes y palanquillas de metal de acuerdo con el perfil de la cavidad del molde y que tengan una longitud limitada únicamente por la profundidad del pozo de fundición y la plataforma accionada hidráulicamente que se mueve en la misma.
El documento US 4505321 A describe un método y un aparato para enfriar y soportar una hebra en un molde de placa de una instalación de fundición continua.
El documento US 3 911 996 A describe un método de fundición continua de un lingote de metal de sección sustancialmente rectangular.
El documento US 3537507 A describe un molde para la fundición continua o semicontinua de planchas.
El documento EP 0492176 A1 describe un molde ajustable para un aparato de fundición continua horizontal.
Breve resumen
La presente invención se refiere a un sistema, aparato y, más en particular, a un mecanismo para controlar la forma de un molde de fundición en frío directa para controlar dinámicamente un perfil de un lingote fundido a partir del molde durante el proceso de fundición como se describe en las reivindicaciones adjuntas 1 y 11. Las realizaciones proporcionan un aparato para fundir material que incluye: primera y segunda paredes laterales opuestas; primer y segundo conjuntos de pared de extremo que se extienden entre la primera y segunda paredes laterales, donde la primera y segunda paredes laterales opuestas cooperan con el primer y segundo conjuntos de pared de extremo para formar un perfil de la cavidad del molde que tiene la forma del perímetro de la cavidad de molde de forma generalmente rectangular. Al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas incluye dos o más miembros/miembros receptores de fuerza (regiones de contacto). Cada uno de los dos o más miembros receptores de fuerza está asegurado a al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas en dos o más puntos de unión dispuestos a lo largo de una altura de al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas, donde cada de los dos o más miembros receptores de fuerza están configurados para desplazarse con respecto a una línea recta entre un primer extremo de al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas y un segundo extremo de al menos una primera y segunda paredes laterales opuestas en respuesta a recibir una fuerza respectiva aplicada externamente desde la cavidad del molde a los dos o más miembros receptores de fuerza. El desplazamiento respectivo en el primero de los dos o más miembros receptores de fuerza con respecto a la línea recta es diferente del desplazamiento en un segundo de los dos o más miembros receptores de fuerza con respecto a la línea recta, y una fuerza respectiva en cada uno de los dos o más miembros receptores de fuerza cambian la curvatura de al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas entre el primer extremo y el segundo extremo de la al menos una primera y segunda paredes laterales opuestas.
Según algunas realizaciones, la fuerza respectiva en el primero de los dos o más miembros receptores de fuerza puede incluir una fuerza en una primera dirección, donde la fuerza respectiva en el segundo de los dos o más miembros receptores de fuerza puede incluir una fuerza en una segunda dirección, opuesta a la primera dirección. La fuerza respectiva en el primero de los dos o más miembros receptores de fuerza puede incluir una fuerza de una primera magnitud en una primera dirección, donde la fuerza respectiva en el segundo de los dos o más miembros receptores de fuerza puede incluir una fuerza de una segunda magnitud en la primera dirección, siendo la segunda magnitud diferente de la primera magnitud. La primera y segunda paredes laterales opuestas pueden incluir una superficie de fundición interior y una superficie exterior. Cada una de la primera y segunda paredes laterales opuestas puede incluir además una vejiga flexible dispuesta a lo largo de la superficie exterior, donde se define una cámara de fluido de enfriamiento entre cada pared lateral opuesta respectiva y la vejiga flexible respectiva. La superficie de fundición de cada una de la primera y segunda paredes laterales opuestas puede incluir una pluralidad de orificios en comunicación de fluidos con una cámara de fluido respectiva. Puede disponerse un deflector entre una cámara de fluido de enfriamiento y la pared lateral respectiva, donde el deflector incluye una pluralidad de orificios de restricción de flujo. La pluralidad de orificios en cada una de la primera y segunda paredes laterales opuestas pueden configurarse para dirigir el fluido de enfriamiento desde el canal de fluido de enfriamiento respectivo hacia un material fundido a medida que el material fundido avanza más allá de las superficies de fundición de la primera y segunda paredes laterales opuestas.
Las primera y segunda paredes laterales opuestas y los primer y segundo conjuntos de paredes laterales opuestas de realizaciones de ejemplo pueden cooperar para definir una cavidad de molde que tiene una forma definida por las paredes laterales opuestas y los conjuntos de pared de extremo. Las realizaciones de ejemplo de un aparato pueden incluir: primeros medios para aplicar una primera fuerza al primero de los dos o más miembros receptores de fuerza; y segundos medios para aplicar una segunda fuerza a un segundo de los dos o más miembros receptores de fuerza. Los primeros medios y los segundos medios pueden ser controlados por un solo controlador para cambiar la forma de la cavidad del molde de acuerdo con una o más propiedades del material a moldear. El primer medio y el segundo medio pueden configurarse para cambiar la forma de la cavidad del molde a medida que el material se moldea en base a una o más de una aleación de material fundido, una temperatura del material fundido que sale de la cavidad del molde, un perfil de temperatura del molde fundido material, o una forma del material fundido que sale de la cavidad del molde.
Las realizaciones no reivindicadas de un aparato proporcionado en este documento pueden incluir un controlador, donde el desplazamiento del primer miembro receptor de fuerza y el desplazamiento del segundo miembro receptor de fuerza se realizan en respuesta a al menos una de una desaceleración inesperada del líquido en la cavidad del molde o retroalimentación desde un accionador que aplica una fuerza respectiva a uno o ambos del primer miembro receptor de fuerza y el segundo miembro receptor de fuerza. Las realizaciones pueden incluir dos o más miembros de posición fija, donde los dos o más miembros de posición fija pueden configurarse para resistir el movimiento de la primera y segunda paredes laterales opuestas en respuesta a una fuerza respectiva aplicada en uno o más de los dos o más receptores de fuerza. miembros. La primera y segunda paredes laterales opuestas pueden incluir cada una, una parte superior y una parte inferior. La parte superior de al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas puede desplazarse cerca del primer miembro receptor de fuerza una primera distancia con respecto a la línea recta entre el primer extremo de al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas y el segundo extremo de la al menos una primera y segunda paredes laterales opuestas. La parte inferior de al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas puede desplazarse cerca del primer miembro receptor de fuerza una segunda distancia con respecto a la línea recta entre el primer extremo de al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas y el segundo extremo de las al menos una primera y segunda paredes laterales opuestas, definiendo así un ahusamiento entre una porción superior de la cavidad del molde y una porción inferior de la cavidad del molde.
Las realizaciones reivindicadas descritas en el presente documento proporcionan un sistema para fundir metal como se describe en la reivindicación 11 adjunta. El sistema incluye: un controlador; un molde que incluye una primera pared lateral, una segunda pared lateral opuesta a la primera pared lateral, un primer conjunto de pared de extremo y un segundo conjunto de pared de extremo opuesto al primer conjunto de pared de extremo. La primera pared lateral, la segunda pared lateral, el primer conjunto de pared de extremo y el segundo conjunto de pared de extremo cooperan para definir una cavidad de molde que tiene un perfil de cavidad de molde. La primera pared lateral y la segunda pared lateral se extienden cada una entre un primer extremo en el primer conjunto de pared de extremo y un segundo extremo en el segundo conjunto de pared de extremo. El sistema incluye un primer miembro/miembro receptor de fuerza (región de contacto) de la primera pared lateral ubicada frente a la cavidad del molde y asegurada a la primera pared lateral en dos o más puntos de unión dispuestos a lo largo de una altura de la primera pared lateral, donde una primera la fuerza aplicada al primer miembro receptor de fuerza es controlada por el controlador y provoca un primer desplazamiento de la primera pared lateral en el primer miembro receptor de fuerza. Un segundo miembro/miembro receptor de fuerza (región de contacto) de la primera pared lateral está ubicado frente a la cavidad del molde y asegurado a la primera pared lateral en dos o más puntos de unión dispuestos a lo largo de una altura de la primera pared lateral, desplazada con respecto al primer miembro receptor de fuerza a lo largo de una longitud de la primera pared lateral entre el primer extremo y el segundo extremo de la primera pared lateral, donde una segunda fuerza aplicada al segundo miembro receptor de fuerza es controlada por el controlador y provoca un desplazamiento de la primera pared lateral en el segundo miembro receptor de fuerza. El primer desplazamiento es diferente al segundo desplazamiento. El desplazamiento de la primera pared lateral da como resultado una curvatura de la primera pared lateral entre el primer extremo y el segundo extremo de la primera pared lateral.
El controlador puede configurarse para ajustar el primer desplazamiento del primer miembro receptor de fuerza y el segundo desplazamiento del segundo miembro receptor de fuerza durante un proceso de fundición utilizando el molde. El controlador puede ajustar el primer desplazamiento y el segundo desplazamiento en respuesta a al menos una de las propiedades del metal que se está fundiendo o un perfil del metal que sale del molde.
Según algunas realizaciones, la primera pared lateral y la segunda pared lateral del molde pueden incluir cada una, una pluralidad de orificios para dirigir el fluido de enfriamiento a lo largo del metal que sale del molde durante el proceso de fundición. Puede definirse un canal de fluido de enfriamiento a lo largo de la primera pared lateral fuera de la cavidad del molde, donde el canal de fluido de enfriamiento puede definirse entre la primera pared lateral y una vejiga flexible. La primera fuerza y la segunda fuerza pueden configurarse para aplicarse al primer miembro receptor de fuerza y al segundo miembro receptor de fuerza en direcciones opuestas. Cada una de la primera pared lateral y la segunda pared lateral pueden definir en ellas un canal de fluido de enfriamiento respectivo y una pluralidad de orificios de fluido de enfriamiento. El sistema puede incluir un suministro de fluido de enfriamiento, donde el suministro de fluido de enfriamiento puede configurarse para proporcionar fluido de enfriamiento a cada uno de los respectivos canales de fluido de enfriamiento para ser rociado a través de la pluralidad de orificios hacia un material fundido que sale de la cavidad del molde en diferentes ángulos.
Breve descripción de los dibujos
Habiendo descrito así la invención en términos generales, ahora se hará referencia a los dibujos adjuntos, que no están necesariamente dibujados a escala, y en donde:
La Figura 1 ilustra un ejemplo de realización de un molde de fundición en frío directa según la técnica anterior;
La Figura 2 ilustra un lingote formado mediante fundición en frío directa según la técnica anterior;
La Figura 3 ilustra una vista superior de un molde de fundición en frío directa que tiene lados con un perfil de curvatura ajustable según una realización de ejemplo de la presente invención;
La Figura 4 ilustra una vista desde abajo de un molde de fundición en frío directa que tiene lados con un perfil de curvatura ajustable según una realización de ejemplo de la presente invención;
La Figura 5 representa un conjunto de pared lateral de un molde de fundición en frío directa según una realización de ejemplo de la presente invención;
La Figura 6 representa otra vista de un conjunto de pared lateral de un molde de fundición en frío directa según una realización de ejemplo de la presente invención;
La Figura 7 ilustra una vista de componente de una pared lateral y un miembro receptor de fuerza de un conjunto de pared lateral de un molde de fundición en frío directa en una configuración recta de acuerdo con una realización de ejemplo de la presente invención;
La Figura 8 ilustra una vista de la cara trasera de una parte de un conjunto de pared lateral de un molde de fundición en frío directa según una realización de ejemplo de la presente invención;
La Figura 9 ilustra la vista del componente de una pared lateral y un miembro receptor de fuerza de un conjunto de pared lateral de un molde de fundición en frío directa en una configuración curva de acuerdo con una realización de ejemplo de la presente invención;
La Figura 10 representa un extremo de una parte de un conjunto de pared lateral de un molde de enfriamiento directo según una realización de ejemplo de la presente invención;
La Figura 11 ilustra un mecanismo para la distribución de fuerza a lo largo de una pared lateral de un conjunto de pared lateral de un molde de enfriamiento directo según una realización de ejemplo de la presente invención;
La Figura 12 ilustra una vista en corte de una pared lateral de un molde de enfriamiento directo según una realización de ejemplo de la presente invención;
La Figura 13 ilustra una vista de perfil de una pared de molde de un molde de enfriamiento directo que incluye una superficie de fundición interior según una realización de ejemplo de la presente invención;
La Figura 14 ilustra una vista superior de un molde de enfriamiento directo que tiene paredes laterales ajustables según una realización de ejemplo de la presente invención;
La Figura 15 ilustra una vista superior de un molde de enfriamiento directo que tiene paredes laterales ajustables según otro ejemplo de realización de la presente invención;
La Figura 16 representa un conjunto de marco de molde que incluye una pluralidad de moldes de enfriamiento directo según una realización de ejemplo de la presente invención; y
La Figura 17 ilustra dos conjuntos de paredes laterales adyacentes de conjuntos de moldes de enfriamiento directo adyacentes según una realización de ejemplo de la presente invención.
Descripción detallada
Las realizaciones ejemplares de la presente invención se describirán ahora más completamente a continuación con referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestran algunas, pero no todas las realizaciones de la invención. De hecho, la invención puede realizarse de muchas formas diferentes y no debe interpretarse como limitada a las realizaciones expuestas en el presente documento; más bien, la presente invención se limita al alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Las realizaciones de la presente invención se refieren en general al diseño de un molde de fundición en frío directa para facilitar un perfil de lingote más consistente. La fundición en frío directa vertical es un proceso que se utiliza para producir lingotes o palanquillas que pueden tener grandes secciones transversales para su uso en una variedad de aplicaciones de fabricación. El proceso de fundición en frío directa vertical comienza con una mesa horizontal que contiene una o más cavidades de molde orientadas verticalmente dispuestas en ella. Cada una de las cavidades del molde se cierra inicialmente en la parte inferior con un bloque de inicio o tapón de inicio para sellar la parte inferior de la cavidad del molde. El metal fundido se introduce en cada cavidad del molde a través de un sistema de distribución de metal para llenar las cavidades del molde. A medida que el metal fundido se aproxima al fondo del molde, adyacente al bloque de inicio se solidifica, el bloque de inicio se mueve verticalmente hacia abajo a lo largo de una trayectoria lineal. El movimiento del bloque de partida puede ser causado por una plataforma bajada hidráulicamente a la que se fija el bloque de partida. El movimiento del bloque de partida verticalmente hacia abajo extrae el metal solidificado de la cavidad del molde mientras se introduce metal fundido adicional en las cavidades del molde. Una vez iniciado, este proceso se mueve en un estado relativamente estable para un proceso de fundición semicontinuo que forma un lingote de metal que tiene un perfil definido por la cavidad del molde y una altura definida por la profundidad a la que se mueven la plataforma y el bloque de partida.
Durante el proceso de fundición, el propio molde se enfría para favorecer la solidificación del metal antes de que el metal salga de la cavidad del molde a medida que el bloque de partida avanza hacia abajo y se introduce un fluido de enfriamiento en la superficie del metal cerca de la salida de la cavidad del molde a medida que se funde el metal para extraer calor del lingote de metal fundido y solidificar el metal fundido dentro de la cáscara ahora solidificada del lingote. A medida que el bloque de partida avanza hacia abajo, el fluido de enfriamiento se puede rociar directamente sobre el lingote para enfriar la superficie y extraer calor del interior del núcleo del lingote.
El proceso de fundición en frío directa permite fundir lingotes de una amplia variedad de tamaños y longitudes, junto con diferentes formas de perfil. Si bien la palanquilla circular y el lingote rectangular son los más comunes, son posibles otras formas de perfil. Las palanquillas de perfil circular se benefician de una forma uniforme, donde la distancia desde la superficie externa alrededor de la palanquilla hasta el núcleo es equivalente en todo el perímetro. Sin embargo, los lingotes rectangulares carecen de esta uniformidad de profundidad de superficie a núcleo y, por lo tanto, tienen desafíos adicionales a considerar durante el proceso de fundición en frío directa.
Un molde de fundición en frío directa para producir un lingote con un perfil rectangular no tiene una cavidad de molde perfectamente rectangular debido a la deformación del lingote al enfriarse después de salir de la cavidad del molde. La parte del lingote que sale de la cavidad del molde cuando descienden la plataforma y el bloque de partida retiene un núcleo fundido o al menos parcialmente fundido dentro de la carcasa solidificada. A medida que el núcleo se enfría y solidifica, el perfil externo del lingote cambia de modo que el perfil de la cavidad del molde, mientras define la forma del lingote final enfriado, no tiene una forma o perfil idéntico al del lingote final enfriado.
La Figura 1 es una realización de ejemplo de un molde de fundición en frío directa convencional 100 que se recibiría dentro de un conjunto de mesa o marco de un sistema de fundición en frío directa. Como se muestra, el molde 100 incluye primera 110 y segunda 120 paredes laterales opuestas que se extienden entre primera 130 y segunda 140 las paredes de extremo de la cavidad del molde. La primera y segunda paredes laterales opuestas 110, 120 y la primera y segunda paredes de extremo 130, 140 se combinan para formar la cavidad de molde 150 que tiene un perfil generalmente rectangular. La primera y segunda paredes laterales opuestas 110, 120 tienen una forma arqueada, o al menos cierto grado de curvatura con respecto al perfil de la pared. Esta forma permite que el lingote colado tenga lados opuestos sustancialmente planos durante una operación de fundición en estado estable del proceso de fundición en frío directa. Las paredes de extremo 130 y 140 también pueden tener una forma específica, que puede incluir una curvatura, una serie de lados planos dispuestos en forma arqueada, una curvatura compuesta o un lado recto, por ejemplo. La parte de "estado estacionario" del proceso de fundición, como se describe en este documento, es la parte del proceso de fundición después de la fase de puesta en marcha inicial o la fase de puesta en marcha de la fundición y antes del final del proceso de fundición o la fase de finalización de la fundición. La fundición en estado estacionario se produce cuando el perfil de temperatura en la parte del lingote que sale de la cavidad del molde permanece constante o casi constante. Se pueden desear diferentes parámetros de control de la fundición en cada fase de la fundición, desde la fase inicial hasta la fase de estado estable y la fase final, según el tipo de material que se va a fundir.
Si bien los moldes de fundición en frío directa se han diseñado y desarrollado para generar un lingote que tiene lados sustancialmente planos en su perfil rectangular para la porción de lingote producida durante una parte de estado estable del proceso de fundición, el proceso de puesta en marcha de la fundición en frío directa incluye desafíos que distinguir el proceso de la fase de fundición inicial y la porción inicial del lingote formado durante el proceso de la fase de fundición inicial de la fase de estado estacionario del proceso de fundición y la parte del lingote formada durante la fundición en estado estacionario.
Durante la fase de puesta en marcha de la fundición en frío directa, los altos gradientes térmicos inducen tensiones térmicas que provocan la deformación del lingote de formas distintas a las experimentadas durante la fase de estado estacionario de la fundición. Debido a los cambios en los gradientes térmicos y las tensiones experimentadas en la fase de puesta en marcha en comparación con la fase de estado estable de la fundición, una cavidad de molde de perfil constante da como resultado un perfil no uniforme de la porción de lingote fundida durante la fase de puesta en marcha, también conocido como el tope, y el lingote fundido durante la fase de fundición en estado estacionario. Dado que la parte producida durante la fundición en régimen permanente constituye la mayor parte del lingote, el perfil del molde puede diseñarse de manera que los lados y extremos opuestos de un lingote sean sustancialmente planos. Esto puede dar como resultado que un tope del lingote formado durante la fase de puesta en marcha carezca de lados sustancialmente planos, como se ilustra en la sección transversal del lingote fundido de la Figura 2. La realización ilustrada de la Figura 2 representa una sección transversal básica de una lingotera durante el proceso de fundición. Como se ilustra, el metal 161 fundido se recibe dentro de la cavidad del molde, entre las paredes laterales del molde 110 y 120, donde el metal fundido pasa a metal sólido cerca del sumidero indicado por la línea discontinua 163. El bloque de partida 157 de la posición ilustrada ya ha descendido con la plataforma 159 en la dirección de la flecha 162, y la fundición se encuentra actualmente en la fase de estado estable, con los lados 165 del lingote 160 sustancialmente planos. La porción del lingote 160 producida durante la fase de puesta en marcha se muestra adyacente al bloque de partida 157 con un perfil que está hinchado 170 con respecto a los lados planos deseables 175 de la fase de fundición en estado estacionario.
La deformación 170 de la porción de lingote producida durante la fase de arranque puede no ser utilizable dependiendo del uso final del lingote, de modo que la porción de lingote formada durante el período de arranque puede ser sacrificada (es decir, cortada del lingote y reutilizado/refundido). Esta porción de tope de sacrificio del lingote puede tener un tamaño sustancial, particularmente en moldes de fundición en frío directa que tienen perfiles relativamente grandes, y aunque el tope puede volver a fundirse para que el material no se pierda, el tiempo perdido, recalentamiento/fusión los costos y la mano de obra asociados con la porción perdida del lingote y el potencial de tamaño máximo reducido de un lingote dan como resultado pérdidas en la eficiencia del proceso de fundición en frío directa. Pueden existir problemas similares al final de una fundición al formar la "cabeza" del lingote o palanquilla, donde la fundición deja de estar en estado estacionario y puede requerir parámetros de control específicos para maximizar la porción utilizable del lingote y reducir el desperdicio.
Ciertas realizaciones de la presente invención incluyen un molde de fundición en frío directa que tiene paredes laterales opuestas flexibles que se pueden mover dinámicamente durante el proceso de fundición para eliminar el hinchamiento a tope de los moldes de fundición de lingotes de enfriamiento directo convencionales para reducir el desperdicio y mejorar la eficiencia con la que los lingotes están echados. Los moldes de fundición en frío directa como se describen en este documento pueden incluir un par opuesto de superficies de fundición en las paredes laterales del molde que son flexibles, lo que les permite cambiar de forma mientras el molde está fundiendo un lingote. Cada una de las paredes laterales opuestas puede incluir dos o más porciones de contacto o miembros receptores de fuerza, cada uno configurado para recibir una fuerza que hace que las paredes laterales opuestas del molde se muevan dinámicamente y cambien de forma durante el proceso de fundición. Las fuerzas aplicadas a las dos o más regiones de contacto pueden ser independientes y pueden incluir fuerzas en direcciones opuestas, como se describe más adelante. Las regiones de contacto pueden reposicionarse opcionalmente a lo largo de la longitud de las paredes laterales opuestas para permitir un mayor control sobre la forma de la pared lateral resultante de las fuerzas aplicadas.
La Figura 3 ilustra una vista superior de un conjunto de molde de fundición en frío directa 200 de acuerdo con una realización de ejemplo de la presente invención. Como se muestra, el conjunto de molde 200 incluye un primer y segundo conjuntos de pared lateral opuesta 210, 220, y un primer y segundo conjunto de pared de extremo 230, 240. Cada uno de los conjuntos de pared lateral opuestos 210, 220 incluye una pared lateral de la cavidad del molde 250 que coopera con las paredes de extremo de los conjuntos de pared de extremo 230 y 240 para formar el perfil de la cavidad del molde que tiene la forma del perímetro de la cavidad del molde.
La Figura 4 ilustra una vista de las placas inferiores del conjunto de molde 200, omitiendo los conjuntos de pared lateral y las placas superiores del conjunto de molde visibles en la Figura 3 para facilitar la comprensión. Como se muestra, las placas inferiores 212 y 222 de los conjuntos de paredes laterales opuestas 210 y 220 incluyen una curvatura 214 y 224 en el borde que mira hacia la cavidad del molde 250. Esta curvatura proporciona una abertura en la parte inferior del conjunto de molde 200 que es al menos tan grande como pueden proporcionar las paredes laterales y las paredes de extremo de la cavidad del molde 250. Mientras que las paredes laterales del conjunto de molde 200 pueden definir una curvatura que es menor que la de la placa inferior 212, 222 respectiva, la curvatura de las paredes laterales respectivas puede no ser mayor que la curvatura 214, 224 de las placas 212, 222 de los conjuntos de pared lateral 210, 220.
Como se señaló anteriormente, las paredes laterales opuestas de las realizaciones de ejemplo descritas en este documento pueden incluir un perfil que se puede ajustar dinámicamente entre dos o más perfiles de curvatura. El ajuste de la curvatura de la pared lateral opuesta puede permitir que un tope de lingote o palanquilla de lingote producido al inicio del proceso de fundición se produzca sin hinchamiento u otros atributos dimensionales o físicos que hagan que el tope no sea satisfactorio para el propósito previsto de la palanquilla o lingote de fundición. Las realizaciones de ejemplo descritas en este documento permiten una optimización de tamaño casi infinita de un molde en un pozo de fundición dado.
La Figura 5 ilustra uno del par de conjuntos 210 de paredes laterales opuestas que incluyen una placa 216 superior, una placa de actuación 218 y una placa inferior 212. La placa inferior incluye la curvatura 214 como se describió anteriormente con respecto a la Figura 4. La pared lateral 211 se ilustra en una configuración sustancialmente recta, no doblada. También es visible el bloque de conducto de fluido 260 configurado para permitir que el fluido de enfriamiento fluya a través de canales dispuestos detrás de la pared lateral 211, como se describe e ilustra a continuación. La pared lateral puede incluir un ahusamiento de arriba a abajo, estrechando la abertura 250. Aunque puede usarse cualquier grado de ahusamiento, un intervalo deseable puede ser del orden de la mitad de un grado de ahusamiento a tres grados de ahusamiento desde el borde superior de la pared lateral 211 hasta el borde inferior de la pared lateral. El bloque de conducto de fluido 260 puede incluir una trayectoria de flujo de fluido para adaptar el flujo de fluido desde una entrada del bloque de conducto de fluido a una o más cámaras de fluido del conjunto de pared lateral 210. El bloque de conducto de fluido 260 puede incluir opcionalmente una o más válvulas para controlar el flujo de fluido a través del bloque de conducto de fluido 260 a una o más cámaras de fluido del conjunto de pared lateral 210. El bloque de conducto de fluido 260 puede incluir opcionalmente uno o más elementos de filtro para filtrar el fluido a medida que pasa a través del bloque de conducto de fluido. Además, el bloque de conducto de fluido 260 puede regular opcionalmente la presión del fluido de enfriamiento.
La pared lateral 211 de las formas de realización de ejemplo puede estar hecha de un material que sea fuerte, pero flexible para facilitar la flexión de la pared del molde como se describe con mayor detalle a continuación. Por ejemplo, se puede usar aluminio y, en particular, se puede seleccionar 6061-T651 debido a la relación fuerzaflexibilidad y resistencia a la corrosión. El aluminio con un tratamiento T651 se trata térmicamente en solución, se alivia el conjunto de pared lateral 210 y se envejece artificialmente, lo que mejora las propiedades deseables en las realizaciones de la presente solicitud. La fundición de aluminio fundido puede influir en la composición del metal, aunque las realizaciones descritas en este documento pueden perder la paciencia solo en la superficie de las paredes del molde, ya que los mecanismos de enfriamiento que se describen a continuación ayudarán a mantener una temperatura más baja en las paredes del molde y, por lo tanto, el temple y la resistencia del material. utilizado para las paredes del molde se mantendrá de manera más consistente. Se puede usar templado AO (recocido) debido a que la distancia desde la superficie de fundición a la cámara de agua es baja, de modo que el gradiente de temperatura a través del material de la pared del molde puede ser alto.
La presión del fluido de enfriamiento dentro de las cámaras de fluido que se describen más adelante puede estar en un intervalo de aproximadamente 0 psi (libras por pulgada cuadrada) a aproximadamente 45 psi, y deseablemente entre aproximadamente 2 psi y 15 psi. En la cara de la pared lateral 211 hay una pluralidad de orificios 262 dispuestos en una posición en la pared lateral próxima a la parte superior de la cavidad del molde para dirigir el fluido lubricante desde la pared lateral 211 hacia la cavidad del molde. También se puede proporcionar un segundo conjunto de orificios como se muestra en 264, como se ilustrará a continuación. El primer conjunto de orificios 262 puede configurarse para dirigir un fluido lubricante hacia la cavidad del molde para lubricar la superficie de fundición (es decir, la superficie que rodea la cavidad del molde a lo largo de la cual se solidifica el metal fundido) de la pared lateral 211 durante la fundición. La superficie de fundición es la parte de la pared lateral que está en contacto con el material de fundición, o enfrentada al material de fundición y separada de ella por el fluido lubricante. La superficie de fundición puede incluir un material reductor de la fricción, como un revestimiento o un inserto, para complementar las propiedades lubricantes del fluido lubricante, como un material de grafito. La superficie de fundición puede estar revestida con un revestimiento de baja fricción o puede recibir un inserto de material de baja fricción en su interior, como un inserto de grafito, que puede ser reemplazable y puede que no requiera lubricante.
Se puede usar una superficie de fundición interna de grafito u otro material poroso para que funcione como depósito o esponja de grasa o lubricante para distribuir la grasa o lubricante durante el proceso de fundición y, potencialmente, para múltiples fundiciones. Esto puede permitir que se aplique grasa o lubricante una vez antes de la fundición o posiblemente una vez antes de una secuencia de fundiciones. La superficie de fundición interior puede ser flexible para permitir que la superficie de fundición interior se flexione con la pared del molde para crear el perfil de orificio deseado y el perfil de fundición resultante. El grafito u otro material de la superficie de fundición interior puede fijarse a la pared del molde usando adhesivos o medios mecánicos, tales como ajuste por contracción, sujetadores, cola de milano u otras ranuras, por ejemplo. La sección transversal del material de la superficie de fundición interior puede ser constante o variar a lo largo o alto del material. Por ejemplo, el material puede ser más ancho cerca de la parte superior de la superficie de fundición interior y más estrecho cerca del fondo para tener en cuenta la tensión de flexión. Además, la superficie de fundición interior puede estar unida a la pared lateral en piezas o tener ranuras (por ejemplo, ranuras verticales) en un lado del material para permitir que el material se flexione más fácilmente y se doble con la pared del molde. La Figura 12, que se analiza más adelante, ilustra una realización de ejemplo en la que una pared lateral 211 incluye una superficie de fundición interior 271 de grafito.
La Figura 6 representa el lado trasero del conjunto de pared lateral 210 que ilustra la placa de actuación superior 218 adyacente a la placa superior 216 y la placa de actuación inferior 217 adyacente a la placa inferior 212. También es visible la curvatura 214 de la placa inferior visible debajo del lado trasero de la pared lateral 211, ya que la pared lateral se ilustra en una configuración sustancialmente recta. Una placa de extremo 320 une la placa de actuación superior 218 a la placa de actuación inferior 217 de modo que se muevan juntas al unísono mediante el movimiento del conjunto de actuación 330. El conjunto de actuación puede ser cualquiera de una variedad de mecanismos para proporcionar la actuación necesaria para lograr el movimiento descrito en este documento. El movimiento incluye un movimiento sustancialmente lineal a lo largo de la flecha 340, donde las placas de actuación 217 y 218 están configuradas para moverse a lo largo de un eje longitudinal definido por el conjunto de pared lateral 210. La pared lateral 211 está unida al mecanismo de actuación a través de miembros receptores de fuerza 310. Este movimiento, como se describe más adelante, imparte una fuerza de flexión sobre la pared lateral 211.
La Figura 7 ilustra el mecanismo utilizado para impartir un movimiento de flexión a la pared lateral 211 utilizando las placas de actuación 217, 218 accionadas por el conjunto de actuación 330. El conjunto de actuación puede incluir un actuador lineal, un mecanismo de husillo de bolas, un mecanismo de piñón y cremallera, pistón hidráulico, pistón neumático, solenoide o similares. Aunque la realización ilustrada de la Figura 6 ilustra un mecanismo de tornillo, que puede girarse a mano, las realizaciones pueden incluir generalmente un conjunto de accionamiento automatizado para impartir movimiento a las paredes laterales 211. Como se muestra en el presente documento, la actuación puede realizarse mediante un movimiento generalmente lineal y trasladarse a través de las placas de actuación 217, 218 para provocar que se imparta una curvatura en la pared lateral 211. El accionamiento puede automatizarse a través de medios de accionamiento tales como un solenoide, motor eléctrico, accionador hidráulico o similares. Opcionalmente, el accionamiento puede ser manual, como se muestra en la Figura 6, que incluye un mango giratorio 330 que puede configurarse para mover las placas de actuación con respecto al conjunto de pared lateral en virtud de un mecanismo de ajuste de tornillo helicoidal.
La Figura 7 muestra una parte de la pared lateral 211 que incluye un miembro receptor de fuerza 310 unido a la misma en un punto de contacto mediante brazos 410 y soportes 420. El miembro receptor de fuerza 310 se puede unir a la pared lateral en uno o más puntos o ubicaciones de contacto a lo largo de una altura de la pared lateral 211, extendiéndose la altura a lo largo de un eje ortogonal a la imagen de la Figura 7. La Figura 8 ilustra una vista en perspectiva de la parte posterior de otra porción de la pared lateral 211 que incluye miembros receptores de fuerza 310 unidos por brazos 410 y soportes 420 a puntos de unión 450 que definen regiones de contacto para los miembros receptores de fuerza 310. Como se muestra, una pluralidad de puntos de unión 450 están dispuestos a lo largo de la parte posterior de la pared lateral 211 de manera que los miembros receptores de fuerza 310 pueden reposicionarse a lo largo de la pared lateral 211 según sea necesario para producir el contorno necesario de la pared lateral 211 a través de una aplicación de fuerza a través de miembros receptores de fuerza 310. Los puntos de unión proporcionan una función secundaria de asegurar las vejigas flexibles que forman los canales de fluido de enfriamiento 460 y 465 como se describe más adelante usando sujetadores que pueden usarse para unir las vejigas flexibles y también para unir los soportes 420 a la pared lateral 211 según sea apropiado. En la realización ilustrada, hay dos cámaras de fluido de enfriamiento 460 y 465, con puntos de unión 450 dispuestos a cada lado de los canales de fluido y entre los canales de fluido. La unión de los miembros receptores de fuerza 310 en tres ubicaciones a lo largo de la altura de la pared lateral 211 proporciona una distribución uniforme de las fuerzas aplicadas a los miembros receptores de fuerza 310 en una posición a lo largo de la pared lateral desde la parte superior de la pared lateral hasta la parte inferior de la pared lateral, minimizando la deflexión angular de la pared lateral. Sin embargo, como se describe más adelante, las fuerzas se pueden aplicar de forma distinta desde la parte superior a la inferior de los miembros receptores de fuerza para inducir un ahusamiento según sea apropiado de acuerdo con algunas realizaciones de ejemplo.
Si bien las realizaciones ilustradas descritas en el presente documento representan generalmente dos cámaras de fluido (460 y 465), puede haber más o menos cámaras de fluido según la configuración de diseño deseada. En algunas realizaciones se puede utilizar una única cámara de fluido para proporcionar un flujo de fluido de enfriamiento a través de la pared lateral 211. Opcionalmente, se pueden usar más de dos cámaras de fluido, particularmente en una realización en la que pueden ser deseables diferentes caudales o presiones a través de los orificios asociados con cada una de las cámaras de fluido. De manera similar, aunque se muestran tres puntos de fijación para cada uno de los miembros receptores de fuerza 310, las realizaciones pueden incluir menos o más puntos de fijación. De acuerdo con algunas realizaciones, los miembros receptores de fuerza se pueden unir a la pared lateral solo en una única ubicación, mientras que en otras realizaciones los miembros receptores de fuerza se pueden unir a la pared lateral en dos, tres o más ubicaciones.
Volviendo a la Figura 7, y con referencia a la Figura 6, cada una de las placas de actuación 217, 218 incluye una ranura en ángulo en la que se dispone un extremo respectivo de los miembros receptores de fuerza 310. Esta ranura en ángulo está representada por la línea discontinua 440 de la Figura 7. La placa superior 216 y la placa inferior 212 también incluyen ranuras en las que se reciben los extremos respectivos de los miembros receptores de fuerza 310. Estas ranuras son perpendiculares a la línea a lo largo de la cual se extiende la pared lateral y están representadas por la línea discontinua 430 de la Figura 7. La Figura 8 ilustra la porción de extremo 314 de los miembros receptores de fuerza 310 que se reciben en las ranuras 440 de las placas de actuación, mientras que la porción de extremo 312 de los miembros receptores de fuerza 310 se reciben en uno respectivo de la placa superior 216 o la placa inferior 212 en la ranura 430. Las porciones extremas 312, 314 de los miembros receptores de fuerza 310 pueden incluir cojinetes o superficies de fricción reducidas para transmitir fuerzas entre las ranuras 430, 440 y los miembros receptores de fuerza 310 como se describe aquí, mientras se reducen las fuerzas de fricción implicadas en la interfaz entre los miembros receptores de fuerza 310 y las ranuras 430, 440.
Según la realización ilustrada de la Figura 7, a medida que las placas de actuación 217, 218 avanzan simultáneamente mediante el conjunto de actuación 330 en la dirección de la flecha 445, la ranura 440 también se mueve en la dirección de la flecha 445 con las placas de actuación con respecto a los miembros receptores de fuerza 310. El miembro receptor de fuerza 310 se mantiene fijo en el eje y (mostrado en las Figuras 7 y 9) en virtud de que el miembro receptor de fuerza se recibe en las ranuras 430 de la placa superior y la placa inferior, lo que restringe el movimiento o desplazamiento de la fuerza. miembros receptores a solo a lo largo del eje x. A medida que el miembro receptor de fuerza se mueve a lo largo de la ranura 440 a medida que se mueve la placa de actuación, el miembro receptor de fuerza 310 se desplaza a lo largo del eje x en la ranura 430 de la placa superior y la placa inferior. Con los extremos de la pared lateral 211 mantenidos sustancialmente fijos con respecto al eje x, el movimiento del miembro receptor de fuerza 310 a lo largo de la ranura 430 da como resultado un desplazamiento del miembro receptor de fuerza 310 desde su posición original, y se imparte una curvatura a la pared lateral 211 como se muestra en la Figura 9 basado en el desplazamiento del miembro receptor de fuerza, que puede ser exagerado para facilitar la comprensión. Las fuerzas entre las placas de actuación 217, 218 y el miembro receptor de fuerza 310 y las placas superior 216 e inferior 212 y el miembro receptor de fuerza 310 se transmiten entre las ranuras 440 y 430, respectivamente, y las superficies de apoyo del miembro receptor de fuerza 312, 314 mostrado en la Figura 8. Esto permite una transición suave a medida que se cambia el perfil de la pared lateral 211 durante el proceso de fundición. Este doblez en la pared lateral 211 permite que el perfil de la cavidad del molde se ajuste dinámicamente durante la fundición para reducir el hinchamiento de la culata del lingote durante la fase de inicio de la fundición.
Si bien la realización ilustrada y descrita anteriormente incluye placas de actuación 217, 218 que se mueven simultáneamente y en sincronización, las realizaciones de ejemplo descritas en este documento pueden proporcionar un mecanismo de actuación que permita que la placa de actuación superior 218 se mueva independientemente de la placa de actuación inferior 217. La desconexión de la relación fija entre la placa de actuación superior 218 y la placa de actuación inferior 217 permite que una curvatura en la pared lateral 211 sea diferente entre la parte superior e inferior de la pared lateral, como una abertura cónica de una curva más ancha en la parte superior de la pared lateral. la pared lateral 211 a una curva más estrecha en la parte inferior de la pared lateral. Mediante la desconexión de la relación fija entre la placa de actuación superior 218 y la placa de actuación inferior 217, el desplazamiento del miembro receptor de fuerza 310 puede ser diferente desde la parte superior del miembro receptor de fuerza al miembro receptor de fuerza inferior. Este grado adicional de libertad puede permitir un mejor control sobre el perfil del lingote fundido a partir del molde al permitir diferentes desplazamientos a lo largo del eje x entre la parte superior de una pared lateral y la parte inferior de la pared lateral. La actuación separada puede incluir cualquiera de los mecanismos descritos anteriormente duplicados para las placas de actuación superior e inferior, o usar un solo mecanismo de actuación con un ajuste permitido entre el mecanismo de actuación y una o ambas de las placas de actuación superior 218 e inferior 217. Tal mecanismo de ajuste puede ser un mecanismo que permite alterar una longitud entre el mecanismo de actuación y una o ambas placas de actuación, permitiendo de ese modo impartir un desplazamiento entre la placa de actuación superior y la placa de actuación inferior.
Además, aunque la realización ilustrada de las Figuras 3-9 representan placas de actuación que se acoplan a cada uno de los miembros receptores de fuerza, según algunas realizaciones, se pueden usar múltiples placas de actuación para cada una de las placas de actuación superior e inferior para desvincular el desplazamiento de los miembros receptores de fuerza. Como se describirá más adelante, se pueden usar otros mecanismos para desplazar los miembros receptores de fuerza, y estos mecanismos también pueden desplazar los miembros receptores de fuerza independientemente entre sí. Según una realización que implementa placas de actuación como en las Figuras 3-9, se pueden usar múltiples placas de actuación, con cada placa de actuación enganchando uno o más miembros receptores de fuerza, y cada placa de actuación puede ser accionable independientemente para proporcionar diferentes desplazamientos en cada miembro receptor de fuerza según sea necesario para lograr el perfil de pared lateral deseado durante fundición.
En respuesta a una curva introducida en la pared lateral 211 de la cavidad del molde a través del desplazamiento de los miembros receptores de fuerza 310 a lo largo del eje x mostrado en las Figuras 7 y 9, los extremos de la pared lateral tenderán a tirar hacia el centro de la pared lateral 211 ya que la pared está hecha de un material tal como un metal que puede ser flexible, pero resiste el estiramiento elástico. Para adaptarse a esto, los extremos de la pared lateral 211 pueden mantenerse en una disposición que permita cierto grado de movimiento entre las diferentes curvaturas de la pared lateral 211 introducidas por el mecanismo descrito anteriormente. La Figura 10 ilustra tal disposición, con la pared lateral 211 sujeta entre una placa de extremo 480 y el bloque de conducto de fluido 260. La placa de extremo 480 puede sujetarse en la parte superior e inferior a una placa respectiva de la placa superior 216 y la placa inferior 212, manteniendo la placa de extremo 480 en una posición fija con respecto al conjunto de pared lateral 210. A medida que la pared lateral 211 se mueve entre un perfil recto y un perfil curvo, los extremos de la pared lateral 211 pueden deslizarse en relación con la placa de extremo 480 y el bloque de conducto de fluido 260, permitiendo la libertad necesaria de los extremos de la pared lateral 211 para evitar tensiones innecesarias en la parte media de flexión de la pared lateral 211 entre los dos extremos opuestos. Se puede aplicar una fuerza al bloque de conducto de fluido 260 en la dirección de la placa de extremo 480 para capturar la pared lateral 211 entre la placa de extremo 480 y el bloque de conducto de fluido 260. Sin embargo, el bloque de conducto de fluido puede unirse a la pared lateral 211 y moverse en concierto con la pared lateral a través del movimiento deslizante relativamente pequeño de la pared lateral 211 durante el doblado de la pared lateral. La placa de extremo 480 puede ser opcionalmente parte del conjunto de pared de extremo, de manera que el conjunto de pared de extremo se une al conjunto de pared lateral a través de la placa superior 216 y la placa inferior 212 para formar la cavidad del molde.
La realización ilustrada de las Figuras 7-9 representan mecanismos mediante los cuales se aplica una fuerza a la pared lateral 211 de la cavidad del molde para introducir una curvatura en la pared lateral. Estas fuerzas pueden ser sustanciales y la interfaz entre los miembros receptores de fuerza 310 y la pared lateral 211 puede experimentar tensiones relativamente altas. Para reducir o mitigar estas tensiones, se puede usar un mecanismo de distribución de fuerza para distribuir más uniformemente las fuerzas entre los miembros receptores de fuerza 310 y la pared lateral 211. La Figura 11 ilustra una realización de ejemplo de un miembro de distribución de fuerza de bogie 411 que puede ayudar a mitigar la concentración de tensión a lo largo de la pared lateral 211. Como se muestra, el bogie 411 conecta rígidamente los puntos de giro 421 al miembro receptor de fuerza 310, mientras que está unido de manera giratoria tanto al miembro receptor de fuerza 310 como a la pared lateral 211 a través de los puntos de unión 450. Esta disposición promueve la distribución de fuerza desde el miembro receptor de fuerza 310 a lo largo de una parte de la pared lateral 211 atravesada por el bogie 411.
También ilustrado en la Figura 11 es un elemento de posición fija 520, como se describe con mayor detalle a continuación, pero que permanece en un punto fijo dentro del conjunto de pared lateral 210 y aplica una fuerza resistiva contra la pared lateral 211 cuando los miembros receptores de fuerza 310 desplazan la pared lateral formando una pared lateral curvada. El elemento de posición fija 520 puede fijarse únicamente en el punto de giro 521 de modo que la ubicación del elemento de posición fija 520 permanezca constante durante la deformación de la pared lateral 211. Sin embargo, según algunas realizaciones, el elemento de posición fija 520 puede girar alrededor del eje 521 para distribuir mejor las fuerzas a lo largo de la pared lateral 211. Como se muestra, el elemento de posición fija 520 puede girar alrededor del eje 521 e incluye brazos 522 que están unidos de manera giratoria al bloque 525 de posición fija en los puntos de giro 523. El bloque de posición fija 525 distribuye fuerzas desde el punto de giro 521 a los brazos 522. Los brazos 522 distribuyen las fuerzas a los puntos de sujeción 524. De esta manera, las fuerzas entre el punto de giro 521 y la pared lateral 211 se distribuyen a lo largo de la pared en los puntos de unión 524 para reducir cualquier concentración de tensión a lo largo de la pared que pueda disminuir la probabilidad de falla.
Durante el proceso de fundición, cuando el material sale de la cavidad del molde en respuesta al bloque de arranque 157 avanza hacia abajo como se muestra en la Figura 2, es necesario enfriar el material que sale de la cavidad del molde para formar correctamente el lingote 160. Este enfriamiento se acelera mediante el uso de fluido de enfriamiento o de enfriamiento rociado desde los orificios próximos al fondo de la pared lateral 211 en la dirección del material que sale de la cavidad del molde. La Figura 12 ilustra una vista en corte de una pared lateral 211 que incluye cámaras de fluido de enfriamiento 460 y 465 formadas por una bolsa flexible 462. También se muestra una cámara de fluido 261 formada en el lado trasero de la pared lateral 211 y separada de las cámaras de fluido 460 y 465. La cámara de aire flexible 462 puede estar hecha de caucho de silicona con un refuerzo de nailon. La silicona resiste altas temperaturas, particularmente en ráfagas cortas, y absorbe el aluminio fundido con relativa facilidad. El refuerzo de nailon puede evitar que la vejiga flexible 462 se estire, lo que podría crear variaciones de presión y debilitar la vejiga flexible. La cámara de fluido 261 está configurada para transportar fluido lubricante a lo largo de la pared lateral 211 y está en comunicación con la pluralidad de orificios 262 (de los cuales se muestra una sección transversal de uno en la Figura 12), cara de la pared lateral 211. El fluido lubricante puede suministrarse a la cámara de fluido 261 a una presión relativamente alta y liberarse en el molde a una presión más uniforme y más baja. El fluido lubricante sale del orificio 262 fluyendo generalmente hacia abajo a lo largo de la superficie de fundición de la pared lateral 211 en lugar de rociar hacia fuera desde la pared lateral para proporcionar una capa de lubricación entre la fundición y la pared lateral 211. Cada uno de la pluralidad de orificios 262 para proporcionar fluido lubricante a la cara de la pared lateral 211 puede configurarse para permitir que el fluido lubricante fluya de manera sustancialmente uniforme a través de la longitud de la pared lateral 211 usando tantos o tan pocos orificios de fluido lubricante como se considere apropiado para el tamaño del molde y el material a moldear. Según algunas realizaciones, los orificios pueden ser redondos y separados a lo largo de la pared lateral 211, mientras que, en otras realizaciones, los orificios pueden ser ranuras alargadas que se extienden a lo largo de la pared lateral 211. En una realización en la que los orificios son ranuras alargadas, las ranuras pueden alimentarse desde la cámara de fluido 261 a lo largo de trayectorias hasta las ranuras alargadas dispuestas en la pared lateral 211. Esto puede permitir que las ranuras alargadas proporcionen una "cortina" de fluido lubricante por la pared lateral a medida que el fluido lubricante sale por los orificios.
Como se describió anteriormente, las paredes del molde, incluyendo la pared lateral ilustrada 211 y las paredes de extremo, pueden incluir un material de fundición interior tal como grafito. La Figura 12 ilustra un ejemplo de este tipo que incluye un material de fundición interior de grafito en la superficie interior de la pared del molde ilustrada. Este material puede adherirse a la pared lateral 211 del molde o unirse mecánicamente a través de cualquier medio disponible. El material de fundición interior 271 ilustrado se extiende sólo a lo largo de una parte de la altura de la pared lateral 211, pero puede extenderse a la altura completa de la pared. Además, el material de fundición interior puede incluir orificios a través del mismo, para permitir que el lubricante de los orificios 262 pase a través del material de fundición interior, o alternativamente, el lubricante de los orificios 262 puede suministrar lubricante al material de fundición interior poroso que luego puede distribuir el lubricante a lo largo de la cara del material de fundición interior en virtud de la naturaleza porosa del material.
La Figura 13 ilustra una realización de ejemplo de un material de fundición interior 271 fijado a la cara de una pared del molde 211. Como se muestra, el material de fundición interior 271 incluye un ahusamiento de un grosor 272 relativamente más ancho cerca de la parte superior de la pared del molde, y un grosor 273 más estrecho cerca del fondo de la pared del molde 211. El ejemplo de realización de la Figura 13 incluye un material de fundición interior que se extiende desde una ubicación cerca de la parte inferior de la pared del molde 211 hasta la parte superior de la pared del molde. Se incorpora un reborde 274 en la pared lateral 211 sobre la que descansa el material de fundición interior 271. Esto puede permitir que el material de fundición interior 271 se inserte desde la parte superior del molde, y puede reducir la dependencia del adhesivo o los medios de sujeción mecánicos entre el material de fundición interior 271 y la pared del molde 211, ya que el reborde 274 puede soportar el material de fundición interior 271 e impiden el movimiento del material de fundición interior en una dirección hacia abajo cuando el material se cuela a través del molde.
Como se indicó anteriormente, las realizaciones pueden incluir cualquier número de cámaras de fluido de enfriamiento, donde cada cámara de fluido de enfriamiento puede alimentar uno o más conjuntos de orificios para proporcionar fluido de enfriamiento a la pieza fundida cuando sale del molde. Como se muestra en la Figura 12, las cámaras de fluido de enfriamiento 460 y 465 pueden configurarse para llevar fluido de enfriamiento a dos conjuntos de orificios de enfriamiento 264 y 266. El conjunto de pared lateral puede incluir deflectores dispuestos entre las cámaras de fluido de enfriamiento 460, 465 y la pared lateral 211, donde los orificios deflectores pueden dimensionarse y espaciarse para regular el flujo de fluido y la presión a través de los orificios 264 y 266. Como se muestra en la realización de la Figura 12, un primer conjunto de orificios deflectores 263 puede regular el flujo de fluido de enfriamiento a través del paso de fluido 270 en la pared lateral 211 hasta un primer conjunto de orificios 266. Un segundo conjunto de orificios deflectores 269 puede regular el flujo de fluido de enfriamiento a través del segundo conjunto de orificios 264. El uso de una placa deflectora 268 con orificios 263, 269 dispuestos en ella puede regular el flujo y la presión del fluido, pero también puede permitir que el fluido fluya desde los orificios 264, 266 en un patrón de flujo laminar a lo largo de las rutas 265 y 267 basadas, al menos en parte, en la longitud del canal de fluido entre los orificios 263 y 269 de la placa deflectora 268 y los orificios 266 y 264, respectivamente. Aunque ambos orificios 264 y 266 son visibles en la vista en corte de la Figura 12, junto con las vías de flujo de fluido para cada uno, se aprecia que tanto los orificios como las vías de flujo de fluido asociadas pueden no ser visibles en una vista en sección física. La vista en corte de la Figura 12 se proporciona para ilustrar y facilitar la comprensión. Si bien los orificios 264, 266 se ilustran como redondos, las realizaciones pueden incluir orificios 264, 266 que se alargan a lo largo de la pared lateral 211. Esto puede permitir un patrón de flujo de fluido de enfriamiento diferente de los orificios para enfriar la pieza fundida cuando sale del molde.
Según una realización de ejemplo, una placa deflectora entre las cámaras de flujo de fluido 460, 465 y los orificios 263, 269 puede tener aberturas en forma de ranura dispuestas verticalmente para reducir la contrapresión dentro de las cámaras de fluido. Esto puede permitir un flujo de fluido menos restrictivo hacia los orificios. Sin embargo, las realizaciones pueden incluir limitadores de flujo dispuestos cerca de los orificios de enfriamiento 265, 267 para promover un flujo uniforme de fluido entre los orificios. Entre la placa deflectora y el restrictor, se puede lograr un flujo de fluido uniforme y uniforme a través de los orificios 265, 267.
Según la realización ilustrada, la cámara de fluido 465 puede estar en comunicación de fluidos con los orificios de enfriamiento 264, que pueden estar dispuestos cada uno en ángulo con respecto a la pared lateral 211. En la realización representada, los orificios de enfriamiento 265 están dispuestos en un ángulo de cuarenta y cinco grados con respecto a la pared lateral 211, como lo muestra la flecha 265 que indica la dirección del fluido que sale de la primera pluralidad de orificios de enfriamiento 264. La segunda pluralidad de orificios de enfriamiento 266 puede disponerse para dirigir el fluido de enfriamiento en un ángulo diferente como se muestra por la flecha 267, que se ilustra en un ángulo de veintidós grados con respecto a la pared lateral 211. Sin embargo, la segunda pluralidad de orificios de enfriamiento puede estar en comunicación de fluidos con la cámara de fluido de enfriamiento 460 en lugar de la cámara 465. Para suministrar fluido de enfriamiento desde la cámara de fluido de enfriamiento 460 a la pluralidad de orificios 266, un canal 270 puede maquinarse o formarse de otro modo en la cara trasera de la pared lateral 211, debajo del sustrato 280 sobre el que se apoyan los canales de enfriamiento. Un canal 270 puede estar presente para cada uno del segundo conjunto de orificios de enfriamiento 266, o alternativamente, los canales 270 pueden existir en una pluralidad de ubicaciones a lo largo de la pared lateral 211 en cooperación con un canal más cercano al segundo conjunto de orificios de enfriamiento 266 que se extiende longitudinalmente a lo largo de la pared lateral 211 en una disposición de colector.
Según la realización ilustrada, el flujo de fluido de enfriamiento a través de cada uno de la primera pluralidad de orificios 264 y la segunda pluralidad de orificios 266 puede ser alimentado independientemente por una respectiva cámara de fluido de enfriamiento 460, 465. Esta configuración permite generar un perfil de enfriamiento de acuerdo con el tipo de material que se va a colar con los caudales y patrones de pulverización apropiados desde el conjunto respectivo de orificios de enfriamiento. El bloque de conducto de fluido descrito anteriormente con respecto a la Figura 10 puede incluir válvulas separadas para controlar el flujo de fluido de enfriamiento a cada una de las cámaras 460, 465 de fluido de enfriamiento. Las válvulas controladas por separado pueden permitir la regulación del flujo independiente a través de las cámaras y, por tanto, a través de los orificios respectivos con los que las cámaras están en comunicación de fluidos. Opcionalmente, las temperaturas del fluido de enfriamiento se pueden controlar por separado para proporcionar un control aún mayor sobre el enfriamiento del material que sale del molde. Para lograr esto, el bloque de conductos de fluido puede recibir fluido de enfriamiento de dos fuentes separadas a través de dos entradas separadas, y controlar el flujo de las entradas separadas independientemente a través de cada una de las cámaras 460, 465 de fluido de enfriamiento.
Además, mientras que las flechas 265 y 267 representan una dirección general del fluido de enfriamiento que sale de los orificios 264, 266, respectivamente, los patrones de pulverización y las velocidades de flujo del fluido pueden diseñarse de acuerdo con un patrón de pulverización preferido en función de los requisitos de enfriamiento del material que se está moldeando. El fluido de enfriamiento también puede seleccionarse en función de los requisitos de enfriamiento de un material particular que se va a moldear. Dicho fluido de enfriamiento puede incluir, por ejemplo, agua, etilenglicol, propilenglicol, fluido de enfriamiento de tecnología de ácido orgánico (OAT) u otro fluido adecuado para extraer el calor de la pieza fundida. El ángulo de los orificios de enfriamiento 264 y 266 también puede estar configurado para un ángulo específico de impacto en la pieza fundida, que puede estar en un ángulo para estimular el flujo laminar en la salida del orificio y el flujo turbulento del fluido de enfriamiento de la pieza fundida a medida que llega el enfriamiento en contacto con la pieza fundida. El ángulo de flujo desde los orificios de enfriamiento 264 y 266 puede estar en el rango de aproximadamente 0 grados (dirigido hacia abajo, sustancialmente paralelo al lado de la pieza fundida que sale del molde) a aproximadamente 90 grados (dirigido perpendicularmente al lado de la parte fundida que sale del molde hacia la parte fundida). Este ángulo puede establecerse en base a las características del material a colar en el molde, por ejemplo.
Según algunas realizaciones, el bloque de conducto de fluido 260, como se muestra en las Figuras 5 y 6, pueden configurarse para controlar el flujo de fluido y la presión a lo largo de los canales de fluido en comunicación con los orificios 264, 266 de acuerdo con las necesidades de enfriamiento establecidas del material que se va a moldear mediante el uso de una o más válvulas, que pueden estar dispuestas dentro del bloque de conducto de fluido 260. En una realización en la que el bloque de conducto de fluido 260 incluye una válvula para cada cámara de fluido de enfriamiento, el bloque de conducto de fluido puede configurarse para controlar independientemente el flujo y la presión a lo largo de las cámaras 460 y 465 según sea necesario. Los niveles de flujo de fluido y las presiones se pueden establecer en función de la composición de la aleación, la temperatura del material que se va a fundir, la velocidad a la que se va a fundir el material (es decir, la velocidad a la que el bloque de partida desciende al pozo de fundición) u otras propiedades que afectan el proceso de fundición. Los canales de fluido, como se describe más adelante, pueden ser flexibles de modo que la flexión de la pared lateral 211 no afecte o impacte de forma adversa la integridad de los canales de fluido.
Cada una de las cámaras de fluido 460 y 465 puede estar definida por una vejiga flexible 462, como una silicona resistente al calor o un material similar. Si bien se puede usar una vejiga flexible separada para definir cada cámara de fluido de enfriamiento, de acuerdo con la realización ilustrada, se usa una sola vejiga 462 flexible para definir ambas cámaras 460, 465 de fluido de enfriamiento, donde la cinta de la vejiga flexible se puede capturar entre los sujetadores 450 y sus correspondientes orificios de sujeción dentro de la pared lateral 211. La placa deflectora 261 también se puede capturar entre la cinta de la vejiga flexible y la pared lateral 211 usando esos mismos sujetadores. La cinta de la vejiga flexible también se puede adherir a la placa deflectora 261 usando un adhesivo o sellador de alta temperatura. Opcionalmente, el material de la vejiga flexible puede ser reforzado con fibra, multimaterial o estratificado geométricamente para mejorar la vida útil de las cámaras 460, 465. Las vejigas pueden ser flexibles para adaptarse a la flexión de la pared lateral 211, aunque suficientemente elásticas para permitir que se aplique una presión de fluido al fluido dentro de las cámaras para facilitar el caudal y patrón de pulverización apropiados desde los orificios 264, 266.
Además de proporcionar fluido de enfriamiento a los orificios 264, 266, las cámaras 465 y 466 de fluido de enfriamiento proporcionan un efecto de enfriamiento en la propia pared lateral 211. Las cámaras de fluido de enfriamiento 465 y 466 están dispuestas de una manera que facilita la extracción de calor desde la cara trasera de la pared lateral 211 al interior del fluido de enfriamiento. Este efecto de enfriamiento de la pared lateral reduce además la temperatura de la pared lateral 211 próxima al canal de fluido lubricante 261 para evitar un sobrecalentamiento del fluido lubricante que puede dar como resultado una evaporación prematura o la combustión del fluido lubricante. El enfriamiento de la pared lateral 211 usando las cámaras de fluido de enfriamiento 460 y 465 reduce además la probabilidad y el grado en que el fluido lubricante se quemaría o evaporaría a medida que fluye hacia abajo a lo largo de la pared lateral 211 con el material fundido.
Se han descrito e ilustrado aquí realizaciones de ejemplo que incorporan paredes laterales flexibles de un molde de fundición en frío directa con paredes de extremo de perfil fijo. Sin embargo, las realizaciones descritas en este documento con respecto a las paredes laterales pueden incluir opcionalmente conjuntos de pared de extremo que tengan construcciones similares a las de las paredes laterales descritas en este documento. Las paredes de los extremos que son lo suficientemente largas para dar como resultado el hinchamiento del material fundido durante una fase de inicio del proceso de fundición, o que necesitan corrección de perfil, pueden configurarse para ser flexibles de la misma manera o de una manera similar a la descrita en este documento con respecto a las paredes laterales. La flexibilidad de las paredes de los extremos puede reducir aún más el hinchamiento de la base del lingote durante la fase de puesta en marcha y puede disminuir el desperdicio al tiempo que aumenta la eficiencia y el rendimiento de un molde de fundición de lingotes con enfriamiento directo.
Las realizaciones de ejemplo descritas e ilustradas anteriormente incluyen una pluralidad de elementos de aplicación de fuerza que, en respuesta a una fuerza recibida, inducen una curvatura en una pared lateral (o pared de extremo) de un molde. La Figura 14 ilustra una representación de un conjunto de pared lateral 500 de un molde simplificado para facilitar su comprensión. Como se muestra, el contorno de una placa superior 505 incluye una pared lateral 511 dispuesta en una posición curva. La posición curva ilustrada se logra mediante el desplazamiento de los elementos receptores de fuerza 510 a través de fuerzas aplicadas a los elementos receptores de fuerza 510 en la dirección de la flecha 515. Las realizaciones descritas en el presente documento pueden incluir opcionalmente elementos de posición fija que resisten el movimiento de la pared lateral 511. La Figura 14 representa elementos de posición fija 520, que se pueden sujetar de forma segura a la placa superior 505 y la placa inferior (no mostrada) del conjunto de pared lateral 500. Los elementos de posición fija 520, que también se representan en la Figura 6, puede configurarse para asegurar que se logre la forma de curvatura apropiada en respuesta a la fuerza aplicada a los elementos receptores de fuerza 510. De esta manera, los elementos de posición fija 520 pueden limitar la deformación máxima de la pared lateral o pared de extremo en una posición específica a lo largo de la pared.
Las fuerzas aplicadas a los elementos receptores de fuerza 510 pueden ser diferentes a lo largo de una pared lateral. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 14, los tres elementos receptores de fuerza 510 pueden configurarse para ser desplazados en una cantidad predefinida desde una configuración recta. Este desplazamiento definirá la curvatura impartida a la pared lateral 511. Para lograr la curvatura deseada, la fuerza aplicada en el elemento medio receptor de fuerza 510 puede ser diferente de las adyacentes. Por ejemplo, aplicar una fuerza igual a cada miembro receptor de fuerza 510 puede resultar en un arco con desplazamiento máximo en el medio de la curva de la pared lateral 511, donde está el miembro receptor de fuerza central. Sin embargo, la curvatura deseada de la pared puede no incluir un grado máximo de curvatura cerca del centro de la pared 511, y en realidad puede incluir una sección relativamente recta a lo largo de los tres miembros receptores de fuerza. En tal realización, el desplazamiento para cada uno de los miembros receptores de fuerza puede ser igual, mientras que el elemento medio receptor de fuerza 510 puede aplicar realmente una fuerza a la pared lateral 511 en una dirección opuesta a la flecha 515, opuesta a la curvatura de la pared 511 a lograr una curva más plana en el medio de la pared lateral. Como tal, el desplazamiento de los miembros receptores de fuerza 510 puede ser críti
la curva de la pared lateral, mientras que las fuerzas se aplican según sea necesario para lograr el desplazamiento deseado.
El ajuste de la curvatura de una pared lateral o pared de extremo de un molde de enfriamiento directo durante el proceso de fundición puede controlarse usando una pluralidad de métodos diferentes. Por ejemplo, un material fundido puede tener un perfil de fundición que dicta parámetros con respecto a la velocidad de fundición (por ejemplo, el caudal del material fundido líquido y la velocidad de descenso del bloque de arranque), la temperatura del material fundido líquido que entra en la cavidad del molde, el caudal/presión del fluido de enfriamiento a través de los orificios de enfriamiento, el caudal/presión del fluido lubricante a través de los orificios lubricantes y un perfil de curvatura del material en cada fase del proceso de fundición. El perfil de curvatura se puede ajustar desde una primera posición durante la fase de inicio de la fundición, a otro perfil de curvatura durante la fase de estado estable, a otro perfil de curvatura durante la fase final, y cualquier número de perfiles de curvatura entre estas fases (por ejemplo, un cambio dinámico constante entre las diferentes fases). En tal realización, un controlador puede dictar la forma de la curvatura de las paredes laterales y/o paredes de extremo a lo largo del proceso de fundición en respuesta a la fase de fundición. La retroalimentación de las propiedades del material que se está moldeando puede no ser necesaria en tal realización.
Según algunas realizaciones, el perfil de curvatura de las paredes del molde se puede determinar basándose en un sistema de retroalimentación de circuito cerrado. Un controlador puede recibir información de temperatura (por ejemplo, del material de fundición líquido, el material de fundición que sale del molde, temperatura del molde, etc.), la velocidad de fundición (por ejemplo, la velocidad de descenso del bloque de arranque y la plataforma), información dimensional (por ejemplo, dimensiones de la pieza fundida cuando sale de la cavidad del molde o una distancia predefinida debajo de la salida de la cavidad del molde), tensión y/o retroalimentación de deformación u otra información relacionada con el proceso de fundición, y utilice esta información para establecer el perfil de curvatura apropiado de la pared. Se puede dispersar una pluralidad de sensores alrededor de la salida de la cavidad del molde, tales como sensores térmicos para detectar la temperatura de la pieza fundida que sale del molde, o sensores de distancia configurados para medir las dimensiones de la pieza fundida que sale del molde. Estos sensores pueden proporcionar información al controlador para determinar el perfil de curvatura apropiado dados los datos con respecto a la pieza fundida que sale de la cavidad del molde.
Aunque las realizaciones de ejemplo descritas en el presente documento pueden implementarse para reducir o controlar el hinchamiento a tope de una pieza fundida, las realizaciones de ejemplo pueden implementarse opcionalmente para evitar o mitigar que las piezas fundidas se atasquen dentro del molde. Por ejemplo, la curvatura a tope y las condiciones de fundición excesivamente calientes de una pieza fundida como un lingote durante el proceso de fundición pueden causar un ajuste de interferencia de la pieza fundida dentro del molde, donde las paredes del molde (paredes laterales, paredes de los extremos o ambas) se vuelven acoplado por la pieza fundida de una manera que impide que la pieza fundida 160 salga del conjunto de molde 200 cuando el bloque de arranque 157 desciende al pozo de fundición. Estas condiciones que conducen a una interferencia entre el molde y la pieza fundida pueden provocar una falla catastrófica, como un desbordamiento del molde, si no se corrige o mitiga rápidamente. Durante la parte de estado estable del proceso de fundición, varios factores pueden contribuir a que una pieza fundida se atasque en el molde, como una lubricación inadecuada, un enfriamiento anormal o similares. Durante el final del proceso de fundición, la pieza fundida puede experimentar una "contracción de la cabeza reducida" y las paredes flexibles del molde de las formas de realización de ejemplo pueden controlarse para adaptarse a esta contracción. Durante el movimiento de las paredes laterales del molde, puede producirse una condición de unión en la que la pieza fundida se atasca o cuelga del molde. En cada uno de estos casos, si bien las causas pueden ser diferentes, una pieza fundida puede atascarse dentro del molde, lo que puede provocar una falla catastrófica si no se mitiga rápidamente.
Las realizaciones de ejemplo descritas en el presente documento pueden proporcionar información del molde a un controlador que indique cuándo surge una condición en la que la pieza fundida está atascada o colgada en el molde. La retroalimentación al controlador puede incluir uno o ambos de los dos cambios detectados. Un primer cambio que ocurre en el proceso de fundición cuando la pieza de fundición se cuelga dentro del molde es que el flujo de fluido de fundición se ralentiza mientras el movimiento del bloque de arranque continúa hacia abajo en el pozo de fundición. El flujo de fluido de fundición se controla mediante el tamaño del orificio de la espita y el pasador de control en función de la retroalimentación del nivel de metal, de modo que si el flujo de fluido aumenta mientras el bloque de arranque continúa descendiendo, es una indicación de que la pieza fundida puede estar atascada en el molde. El nivel del metal fundido en el molde puede mantenerse a un nivel constante o casi constante durante la fundición a través de la retroalimentación del nivel en el molde a una válvula, como un pasador de control en un tubo de flujo de fluido, para ajustar el flujo de acuerdo con el nivel de líquido en el molde. Si este control de flujo de fluido tiene que reducir el flujo de fluido para mantener el nivel de fluido inesperadamente, puede ser un síntoma de una pieza fundida atascada en la cavidad del molde.
De manera similar, si el flujo de fluido de fundición de una primera cavidad de molde entre una pluralidad de cavidades de molde es diferente y más lento que las cavidades restantes, esto puede ser una indicación de una pieza de fundición atascada. Un segundo cambio que puede ocurrir durante la fundición y que puede ser indicativo de una pieza fundida atascada en un molde es la resistencia o retroalimentación experimentada por el mecanismo de actuación que proporciona una curvatura en las paredes laterales del molde. Las paredes laterales del molde pueden mantenerse en una posición predeterminada mediante el mecanismo de actuación, y cuando la pieza fundida se atasca o cuelga en el molde, la pieza fundida puede aplicar una fuerza sobre las paredes del molde. En el caso de un mecanismo de actuación eléctrico, el mecanismo de actuación puede experimentar un aumento o pico en el amperaje o el consumo de corriente en el mecanismo de actuación indicando una fuerza resistiva opuesta al mecanismo de actuación. Este pico puede ser indicativo de que una pieza fundida está colgada en el molde. En el caso de un mecanismo de accionamiento hidráulico, un pico en la presión o el consumo de corriente en una bomba hidráulica pueden ser indicativos de manera similar de que una pieza fundida está colgada en el molde.
Otro mecanismo más para detectar una pieza fundida atascada en el molde puede ser mediante un peso o fuerza sobre el bloque de partida 157 y la plataforma 159 (como se muestra en la Figura 2). Durante la fundición, el peso de la pieza fundida aumentará a medida que el bloque de partida desciende al pozo de fundición debido al aumento de material que entra y sale de la cavidad del molde. Si el peso disminuye en cualquier momento durante el lanzamiento, es una indicación de que el bloque de inicio ya no soporta todo el peso de la pieza fundida. Esto puede ser una indicación de una pieza fundida atascada en el molde. La disminución de peso en el bloque de inicio puede ser detectada por un transductor de medición de fuerza u otro sensor en el bloque de inicio o en la plataforma. Sin embargo, el peso reducido en el bloque de inicio también puede detectarse a través del mecanismo que baja la plataforma y el bloque de inicio. Por ejemplo, un sistema hidráulico utilizado para bajar la plataforma y el bloque de arranque puede controlar el descenso de la plataforma mediante el control del flujo de fluido desde una cámara. En respuesta a un cambio inesperado en el flujo de fluido o en la presión del flujo de fluido, un controlador del sistema puede determinar que el peso en el bloque de arranque ha disminuido.
En respuesta a una indicación de que una pieza fundida está colgada en el molde, ya sea a través de una desaceleración inesperada del flujo de fluido de fundición o un pico o aumento en la presión hidráulica o corriente eléctrica del mecanismo de actuación, el controlador puede ajustar la forma de las paredes del molde, como las paredes laterales, en un esfuerzo por hacer que la pieza fundida se rompa o se separe del molde, permitiendo que el lubricante llegue entre la pieza fundida y las paredes del molde. Este cambio de forma puede ser causado por el controlador que acciona el mecanismo de actuación de tal manera que anime a la pieza fundida a descender desde la cavidad del molde junto con el bloque de partida hacia el pozo de fundición.
El mecanismo de actuación para inducir el perfil de curvatura apropiado se describe e ilustra arriba para incluir un par de placas de actuación y un mecanismo de actuación para mover las placas de actuación. Sin embargo, se pueden emplear otros mecanismos para proporcionar fuerzas a los miembros receptores de fuerza para impartir una curvatura a las paredes laterales o paredes de extremo de un molde. La Figura 15 ilustra una realización de ejemplo de este tipo que incluye la disposición del conjunto 500 de pared lateral de la Figura 14. Los miembros receptores de fuerza 510 de la Figura 15 están conectados a actuadores 530 que pueden empujar o tirar de los miembros receptores de fuerza a lo largo del eje X (por ejemplo, en la dirección de la flecha 515 o en dirección opuesta). El ejemplo de realización de la Figura 15 puede incluir actuadores 530 que son actuadores lineales para empujar/tirar de los miembros receptores de fuerza 510. Los actuadores pueden incluir opcionalmente actuadores rotacionales que hacen girar un engranaje, como un piñón en un engranaje de cremallera para impartir una fuerza al miembro receptor de fuerza 510, o un tomillo de bola o un engranaje helicoidal que se gira para impartir una fuerza sobre el miembro receptor de fuerza 510. Como se indicó anteriormente, los actuadores 530 pueden controlar de forma independiente el desplazamiento de los miembros receptores de fuerza 510 individualmente o en subconjuntos.
En una realización de ejemplo en la que los actuadores 530 funcionan como se describe con respecto a la Figura 15, múltiples moldes suspendidos dentro del mismo marco de molde pueden beneficiarse de fuerzas iguales y opuestas aplicadas por los actuadores 530. La Figura 16 ilustra una pluralidad de conjuntos de molde 540 dispuestos dentro del conjunto de marco de molde 545. Los conjuntos de molde 540 se pueden unir al conjunto de marco de molde 545 de cualquier manera convencional para soportar los conjuntos de molde dentro del marco a medida que el conjunto de marco de molde pasa de una posición sustancialmente vertical en la que los conjuntos de molde se colocan en un extremo, a la posición sustancialmente vertical. posición horizontal en la que se suspenden los conjuntos de moldes durante la fundición utilizando las cavidades del molde 550. Como se muestra, los tres conjuntos de molde ilustrados 540 incluyen dos pares de conjuntos de pared lateral adyacentes 560. Durante la fundición, cada uno de los conjuntos de moldes se encuentra idealmente en la misma etapa de la fase de fundición al mismo tiempo debido a que se moldea un material uniforme en cada una de las cavidades del molde 550 y una plataforma común en la que se encuentran los tres bloques de inicio para los moldes están descendiendo simultáneamente. Como tal, el perfil de curvatura de las paredes laterales de cada molde debe ser el mismo. Los conjuntos de paredes laterales adyacentes 560 estarían proporcionando fuerzas iguales y opuestas a sus respectivas paredes laterales.
La Figura 17 ilustra una realización de ejemplo de un par de conjuntos de pared lateral adyacentes 560 de un par adyacente de conjuntos de molde. En tal realización, se pueden realizar los beneficios de las fuerzas aplicadas iguales y opuestas. En la realización de la Figura 17, los actuadores 530 pueden disponerse entre el par de conjuntos de pared lateral adyacentes 560 y configurarse para aplicar fuerzas que son iguales y opuestas a un par opuesto de elementos receptores de fuerza 510. De esta manera, los actuadores permanecen en una condición de fuerza neutra independientemente de la fuerza aplicada a los elementos receptores de fuerza 510. Esto permite que las estructuras de soporte que soportan estos actuadores sean menos sustanciales y no requieran una superestructura de refuerzo para evitar que los conjuntos de molde se doblen en base a las fuerzas ejercidas por los actuadores 530. Mientras que la Figura 17 ilustra actuadores 530 compartidos, las realizaciones de ejemplo pueden incluir actuadores individuales para cada miembro receptor de fuerza 510 de cada conjunto de pared lateral, pero pueden permitir el acoplamiento entre los actuadores correspondientes de los conjuntos de pared lateral adyacente 560. Esto permite que los conjuntos de paredes laterales cooperen para ser neutrales a la fuerza mientras siguen produciendo el perfil de curvatura necesario en la pared lateral. Los conjuntos de pared lateral que no tienen un conjunto de pared lateral adyacente pueden requerir un mayor soporte estructural en relación con los conjuntos de pared lateral que están adyacentes a otros conjuntos de pared lateral. El soporte estructural aumentado puede ser modular y removible, mientras que el acoplamiento de los actuadores adyacentes puede ser intercambiable para permitir que los moldes se coloquen dentro de un marco sin tener en cuenta su orden, y permitir el acoplamiento entre cualquier par de conjuntos de paredes laterales adyacentes y el refuerzo de cualquiera de los conjuntos de paredes laterales no adyacentes.
Las paredes laterales ajustables dinámicamente de las formas de realización de ejemplo descritas en este documento pueden usarse para establecer el perfil de la pieza fundida cuando sale de la cavidad del molde y se enfría. Sin embargo, de acuerdo con algunas realizaciones, las paredes laterales ajustables dinámicamente pueden usarse opcionalmente para ayudar a alinear el bloque de partida con la cavidad del molde. La alineación del bloque de partida con la cavidad del molde es importante para garantizar que no haya fugas de fluido de fundición al inicio del proceso de fundición. Si bien un marco de molde puede moverse para alinearse con un bloque de inicio a través de, por ejemplo, medios de accionamiento eléctricos, neumáticos o hidráulicos, las realizaciones descritas en este documento pueden usar la flexibilidad dinámica de las paredes laterales del molde para alinear la cavidad del molde con el bloque de inicio. El bloque de partida 157 se puede colocar en una plataforma 159. La interfaz entre el bloque de partida 157 y la plataforma 159 puede ser una interfaz de fricción reducida, como mediante el uso de un material lubricante (por ejemplo, grasa, aceite, grafito, etc.) o mediante el uso de un colchón de aire con aire alimentado a través de la plataforma para entre la plataforma 159 y el bloque de salida 157. Uno o más elementos de alineación pueden extenderse por debajo de la cavidad del molde para ser utilizadas como guías para guiar el bloque de inicio 157 en acoplamiento con la cavidad del molde. Antes de la fundición, cuando se eleva la plataforma para acoplar el bloque de partida 157 con la cavidad del molde, o cuando se baja el molde para acoplarlo con el bloque de partida, las paredes laterales de la cavidad del molde se pueden ajustar para abrir la cavidad del molde. La apertura de la cavidad del molde utilizando las paredes laterales ajustadas dinámicamente puede proporcionar un área más grande en la que se puede recibir el bloque de inicio 157, lo que ayuda a facilitar la alineación.
Llevar el bloque de partida en acoplamiento con la cavidad del molde puede ser ayudado por los elementos de alineación del molde, y una vez que el bloque de partida 157 está dentro de la cavidad del molde, las paredes laterales ajustadas dinámicamente pueden ajustarse a una abertura más pequeña para proporcionar el espacio adecuado con la cavidad del molde. cabeza inicial para el lanzamiento del lanzamiento. En el caso de que el bloque de partida no esté correctamente alineado o centrado dentro de la cavidad del molde, el ajuste de las paredes laterales de la cavidad del molde puede mover el bloque de partida de manera que quede centrado dentro de la cavidad del molde. La superficie de fricción reducida entre el bloque de partida 157 y la plataforma 159 puede facilitar este movimiento. A través de este mecanismo, la alineación entre el bloque de partida 157 y la cavidad del molde puede lograrse más fácilmente.
Muchas modificaciones y otras realizaciones de las invenciones establecidas en la presente descripción le vendrán a la mente a un experto en la técnica a la que pertenecen estas invenciones que tienen el beneficio de las enseñanzas presentadas en las descripciones anteriores y los dibujos asociados. Sin embargo, debe entenderse que las invenciones no deben limitarse a las realizaciones específicas descritas y que se pretende que las modificaciones y otras realizaciones estén incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Aunque en el presente documento se emplean términos específicos, se utilizan únicamente en un sentido genérico y descriptivo y no con fines de limitación.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato para fundir material, que comprende:
primera y segunda paredes laterales opuestas (211);
un primer y segundo conjuntos de pared de extremo (230; 240) que se extienden entre la primera y segunda paredes laterales (211), en donde la primera y segunda paredes laterales opuestas cooperan con el primer y segundo conjuntos de pared de extremo (230, 240) para formar un perfil de la cavidad del molde (250) que tiene la forma del perímetro de la cavidad del molde de forma generalmente rectangular; en donde al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas (211) comprende dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510), cada uno de los dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510) se aseguran a, al menos, una de la primera y segunda paredes laterales opuestas (211) en dos o más puntos de unión (450) dispuestos a lo largo de una altura de al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas (211), en donde cada uno de los dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510) están configurados para desplazarse con respecto a una línea recta entre un primer extremo de al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas y un segundo extremo de las al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas en respuesta a la recepción de una fuerza respectiva aplicada externamente desde la cavidad del molde a los dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510), en donde el desplazamiento respectivo en el primero de los dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510) con respecto a la línea recta es diferente de un desplazamiento en un segundo de los dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510) con respecto a la línea recta, y en donde una fuerza respectiva en cada uno de los dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510) cambia la curvatura del al menos uno de la primera y segunda paredes laterales opuestas entre el primer extremo y el segundo extremo de al menos una primera y segunda paredes laterales opuestas.
2. El aparato de la reivindicación 1, en donde la fuerza respectiva en el primero de los dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510) comprende una fuerza en una primera dirección, en donde la fuerza respectiva en el segundo de los dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510) comprende una fuerza en una segunda dirección, opuesta a la primera dirección.
3. El aparato de la reivindicación 1 o 2, en donde la fuerza respectiva en el primero de los dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510) comprende una fuerza de una primera magnitud en una primera dirección, en donde la fuerza respectiva en el segundo de los dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510) comprenden una fuerza de una segunda magnitud en la primera dirección, en donde la segunda magnitud es diferente de la primera magnitud.
4. El aparato de la reivindicación 1, 2 o 3, en donde la primera y segunda paredes laterales opuestas (211) comprenden una cara de fundición interior y una superficie exterior, cada una de la primera y segunda paredes laterales opuestas que comprende una cámara de aire flexible (462) dispuesta a lo largo de la superficie exterior, en donde se define una cámara de fluido de enfriamiento (460) entre cada pared lateral opuesta respectiva (211) y la respectiva cámara de aire flexible (462).
5. El aparato de la reivindicación 4, en donde la primera y segunda paredes laterales opuestas (211) comprenden cada una, una cara de fundición interior, en donde cada cara de fundición interior comprende un material de grafito (271) configurado para flexionarse en congruencia con cada una de la primera y segunda paredes laterales opuestas.
6. El aparato de la reivindicación 4 o 5, en donde las superficies de fundición de cada una de la primera y segunda paredes laterales opuestas comprenden una pluralidad de orificios (264, 266) en comunicación de fluidos con su respectiva cámara de fluido (460).
7. El aparato de la reivindicación 6, que comprende además un deflector (268) dispuesto entre una cámara de fluido de enfriamiento (460) y la pared lateral respectiva (211), en donde el deflector comprende una pluralidad de orificios de restricción de flujo (263).
8. El aparato de la reivindicación 7, en donde la pluralidad de orificios (264, 266) en cada una de la primera y segunda paredes laterales opuestas (211) están configuradas para dirigir el fluido de enfriamiento desde un canal de fluido de enfriamiento respectivo (460; 465) hacia un material fundido a medida que el material fundido avanza más allá de las superficies de fundición de la primera y segunda paredes laterales opuestas.
9. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además:
dos o más miembros de posición fija (520), en donde los dos o más miembros de posición fija están configurados para resistir el movimiento de la primera y segunda paredes laterales opuestas (211) en respuesta a una fuerza respectiva aplicada en uno o más de los dos o más miembros receptores de fuerza (310, 510).
10. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera y segunda paredes laterales opuestas (211) comprenden cada una, una parte superior y una parte inferior, en donde la parte superior de al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas está desplazada próxima al primer miembro receptor de fuerza (310, 510) una primera distancia con respecto a la línea recta entre el primer extremo de al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas y el segundo extremo de la al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas (211), y la parte inferior de al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas (211) se desplaza cerca del primer miembro receptor de fuerza (310, 510) una segunda distancia con respecto a la línea recta entre el primer extremo de la al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas y el segundo extremo de la al menos una de la primera y segunda paredes laterales opuestas, definiendo así un ahusamiento entre una porción superior de la cavidad del molde y una porción inferior de la cavidad del molde.
11. Un sistema para la fundición de metales que comprende:
un controlador; el aparato de la reivindicación 1, en donde el aparato comprende: un molde (200) que comprende:
una primera pared lateral (211);
una segunda pared lateral (211) opuesta a la primera pared lateral;
un primer conjunto de pared de extremo (230); y
un segundo conjunto de pared de extremo (240) opuesto al primer conjunto de pared de extremo, en donde la primera pared lateral, la segunda pared lateral, el primer conjunto de pared de extremo y el segundo conjunto de pared de extremo cooperan para definir una cavidad de molde (250) que tiene un perfil de cavidad de molde, y en donde la primera pared lateral y la segunda pared lateral se extienden cada una entre una primera un extremo en el primer conjunto de pared de extremo (230) y un segundo extremo en el segundo conjunto de pared de extremo (240);
un primer miembro receptor de fuerza (310, 510) de la primera pared lateral ubicado opuesto a la cavidad del molde y asegurado a la primera pared lateral en dos o más puntos de unión (450) dispuestos a lo largo de una altura de la primera pared lateral, en donde una primera fuerza aplicada al primer miembro receptor de fuerza es controlada por el controlador y provoca un primer desplazamiento de la primera pared lateral en el primer miembro receptor de fuerza; y
un segundo miembro receptor de fuerza (310, 510) de la primera pared lateral ubicado opuesto a la cavidad del molde y asegurado a la primera pared lateral en dos o más puntos de unión (450) dispuestos a lo largo de una altura de la primera pared lateral, desplazada con respecto al primer miembro receptor de fuerza a lo largo de la longitud de la primera pared lateral entre el primer extremo y el segundo extremo de la primera pared lateral, en donde una segunda fuerza aplicada al segundo miembro receptor de fuerza es controlada por el controlador y provoca un desplazamiento de la primera pared lateral en el segundo miembro receptor de fuerza, y en donde el primer desplazamiento es diferente del segundo desplazamiento, y en donde el desplazamiento de la primera pared lateral da como resultado una curvatura de la primera pared lateral entre el primer extremo y el segundo extremo de la primera pared lateral.
12. El sistema según la reivindicación 11, en donde el controlador está configurado para ajustar el primer desplazamiento del primer miembro receptor de fuerza (310, 510) y el segundo desplazamiento del segundo miembro receptor de fuerza (310, 510) durante un proceso de fundición utilizando el molde.
13. El sistema según la reivindicación 12, en donde el controlador está configurado para ajustar el primer desplazamiento y el segundo desplazamiento en respuesta a al menos una de una propiedad del metal que se está fundiendo o un perfil del metal que sale del molde (200).
14. El sistema según la reivindicación 12 o 13, en donde la primera pared lateral y la segunda pared lateral (211) del molde comprenden cada una, una pluralidad de orificios (264, 266) para dirigir el fluido de enfriamiento a lo largo del metal que sale del molde durante un proceso de fundición.
15. El sistema de acuerdo con la reivindicación 14, en donde un canal de fluido de enfriamiento (460; 465) está definido a lo largo de la primera pared lateral (211) fuera de la cavidad del molde (150), en donde el canal de fluido de enfriamiento (460) está definido entre la primera pared lateral (211) y una vejiga flexible (462).
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