Alambres con núcleo altamente dimensional con contenido de removedores de oxigeno y proceso para fabricarlos La presente invención se refiere a un alambre con núcleo altamente dimensional que contiene material desoxidante (o removedor de oxígeno) . Además la invención se refiere a un proceso para fabricar alambre con núcleo altamente dimensional . La desoxidación juega un papel importante en el proceso de la fabricación de acero, para lo cual se ha utilizado convencionalmente una cantidad de desoxidantes. El término desoxidante significa un compuesto químico, una aleación o elemento que retira el oxígeno activo presente en el metal líquido (por ejemplo acero) y forma un óxido como su producto final, usualmente como una fase distinta y fácilmente separable del metal líquido. El oxígeno, si está presente en el acero en forma activa/ elemental dará como resultado orificios pequeños y sopladuras en el producto colado así como obstrucción del proceso de colado continuo del acero en las máquinas modernas de colado continuo. Los fabricantes de acero buscan regularmente un método mejor y más económico para retirar el oxígeno en el acero, que reducirá finalmente el consumo de desoxidantes. Convencionalmente la desoxidación del acero se lleva a cabo a través de la adición de ferroaleaciones o lingotes de aluminio, barras o alambre de aluminio sólido.
Para las barras y los lingotes, la recuperación (es decir, la relación de una cantidad real y una cantidad teórica de aluminio) fue pobre, dando como resultado un mayor consumo de aluminio. En el caso de alambre de aluminio, la recuperación fue mejor, pero el tiempo de alimentación fue mayor y con frecuencia el alambre no alcanzó la profundidad del baño de acero fundido. Para hacer la desoxidación primaria o la remoción a granel de oxigeno, (abatimiento primario) en el acero de un nivel más alto de, alrededor de 800-2000 ppm o superior, a un nivel más bajo de alrededor de 100-200 ppm, las aleaciones como "Ferrosilicio" , "Ferromanganeso" ,
"Silicomanganeso" y "Coque" se utilizan, aunque a granel y estos materiales han servido el propósito bastante bien. Estas ferroaleaciones o compuestos tienen una limitación en la medida que ellos pueden utilizarse en la fabricación de acero y están limitados en la medida de la especificación que se permite en el acero. El casi todos los grados de acero, los elementos de silicio y manganeso se utilizan de diversas formas para la desoxidación primaria junto con el aluminio en diversas formas como barras, lingotes, cubos o alambres sólidos, etc. Para el tratamiento secundario del acero con el propósito de retirar el oxígeno restante, se ha utilizado una cantidad seleccionada de desoxidantes del grupo del
aluminio, titanio, siliciuro de calcio. Sin embargo, se ha encontrado que el aluminio es el desoxidante más adecuado por dos razones, por ejemplo, (1) afinidad del aluminio para el oxigeno activo y (ii) el requerimiento de la presencia de aluminio en cantidades predeterminadas en algunos grados de acero en el producto colado. El aluminio tiene la capacidad de retirar el oxígeno presente en acero fundido en niveles muy bajos de alrededor de 4 ppm o menos. También es el elemento, aleación o compuesto desoxidante más económico, conocido en el presente. Previamente, la desoxidación primaria aparte del uso de ferroaleaciones se realizó a través de la adición de lingotes o barras de aluminio y alambres sólidos con una dimensión de 13 mm, y la desoxidación secundaria o final a través de añadir lingotes, barras ranuradas y algunas veces hasta alambre de aluminio sólido. La adición a través de alambre de aluminio sólido dio como resultado un porcentaje más alto de recuperación del aluminio comparado con las barras y los lingotes. En esta especificación, a menos que se especifique lo contrario, el término "recuperación" define la relación de la cantidad real de aluminio que se añadirá para retirar el oxígeno activo a la cantidad teórica del aluminio requerido. Para las barras y lingotes, la recuperación fue muy pobre y correspondientemente el consumo de aluminio se incrementó.
En el caso del alambre de aluminio sólido, aunque la recuperación fue mejor que las barras y los lingotes, pero el tiempo de alimentación fue mayor. El tamaño normal del alambre de aluminio que puede inyectarse en el acero fundido es de alrededor de 3 , 6, 9, 13 o 16 mm. El otro problema encontrado con el alambre de aluminio sólido es que debido a las altas temperaturas encontradas en la fabricación de acero, el aluminio se vuelve muy suave debido a las altas temperaturas y no puede penetrar profundamente en el baño de acero fundido lo que resulta consecuentemente en una recuperación más baja. Para solucionar un problema similar, se propone en CN1498975 alimentar un alambre con núcleo de aluminio directamente en el acero fundido para desoxidación. Un método adicional para añadir aluminio al acero en un cazo de colada para propósitos de desoxidación se conoce a partir de GB892375. Este método comprende la alimentación progresivamente de una varilla o alambre de un material que pueda añadirse a una profundidad apreciable debajo de la superficie del acero. El material puede ser en polvo o en forma granulada adjunta en un tubo de acero. Un proceso para la fabricación de alambres con núcleo que contengan constituyentes desoxidantes como material pulverizado dentro de un tubo de metal se conoce a partir de US 3,915,693.
El problema de la invención es superar los obstáculos anteriores y proveer un alambre con núcleo altamente dimensional así como un proceso para la fabricación de un alambre con núcleo altamente dimensional. El problema se soluciona a través de las características de las Reivindicaciones independientes . Las Reivindicaciones de preferencia de la invención se describen en las subreivindicaciones . La presente invención intenta superar los obstáculos anteriores y provee alambres con núcleo altamente dimensional que contienen material desoxidante / removedores de oxígeno preferentemente formados a partir de láminas de acero laminadas en frío, donde el material desoxidante se divide finamente en forma granulada o pulverizada, recubierto por lo menos parcialmente con un material de recubrimiento protector como el descrito aquí, donde el diámetro de los alambres con núcleo varía entre 13 y 40 mm, preferentemente entre 19 y 34 mm. Preferentemente el material desoxidante recubierto llenado en el núcleo se mantiene en su lugar en forma compacta a través de talón con costura provisto durante la formación de los alambres con núcleo después del llenado. El alambre también puede fabricarse a través de soldar totalmente el escudo de manera que no exista costura. Esta invención también describe un proceso para
producir los alambres con núcleo conteniendo el recubrimiento desoxidante con un recubrimiento protector en una forma compacta asegurando una mejor recuperación y una rápida alimentación del material desoxidante en las cantidades predeterminadas . En otras palabras, la presente invención se relaciona con alambres con núcleo altamente dimensionales que contienen material desoxidante/ removedores de oxígeno y el proceso para fabricarlos. Más particularmente, esta invención pertenece a alambres con núcleo altamente dimensional rellenos con un material removedor de oxígeno seleccionado del grupo de aluminio, titanio, zirconio y siliciuro de calcio, preferentemente gránulos finos de polvo de aluminio reactivo, que tiene un recubrimiento de material inorgánico y/u orgánico, el recubrimiento también puede ser una mezcla o combinación de diferentes materiales, o aún sin un recubrimiento y gránulos simples y un proceso para elaborar estos alambres con núcleo altamente dimensionales. Para los alambres altamente dimensionales en la presente invención, la alimentación de alambre de aluminio sólido más alto en dimensión según estuvo disponible ahora se vuelve más difícil de alimentar con los alimentadores de alambre convencionales . La presente invención tiene el objetivo de
superar los obstáculos precedentes de la tecnología anterior y llevar a cabo la producción de acero de manera más efectiva manteniendo un nivel óptimo de aluminio en el acero . Esta invención también tiene la ventaja de mejorar adicionalmente la recuperación del aluminio, reduciendo simultáneamente la cuantía de consumo y tiempo de alimentación del aluminio para el metal líquido. Una ventaja adicional de la presente invención es proveer una técnica para utilizar desperdicios de aluminio como desoxidante después de convertirlos en gránulos seguido por el recubrimiento con un material protector como grafito, polietileno de baja densidad, poliamida, polímero de acetato de vinilo con peso molecular bajo, talco, esteatita, siliciuro de calcio, cal pulverizada y similares para evitar la fusión o adhesión de las partículas granuladas en una sola masa mientras se presiona y se saca en el alambre. También es posible utilizar los gránulos de aluminio sin recubrir. Una ventaja aún adicional de esta invención es proveer alambres con núcleo altamente dimensionales que contengan gránulos de aluminio recubiertos con grafito que mientras son sacados a través de la máquina formadora, el contenido se vuelve ajustadamente empacado, impartiendo así la rigidez y reforzamiento dimensional al alambre.
Otra ventaja de la presente invención es proveer un proceso para elaborar alambres con núcleo altamente dimensional conteniendo desoxidantes en forma granulada y recubiertos .con un recubrimiento protector para evitar que se pegue y se fusione en una masa simple mientras se presiona y se saca en el alambre. Además, durante la inmersión del alambre en el acero fundido, el alambre empieza a fundirse y el recubrimiento (orgánico) se vaporiza rápidamente, causando así una dispersión homogénea y rápida del material desoxidante dentro del acero fundido. El asunto de la invención se relaciona también con un proceso para elaborar alambres con núcleo altamente dimensional conteniendo material desoxidante/ removedores de oxígeno como se definió anteriormente, comprendiendo especialmente los pasos de: (a) cortar láminas de acero laminadas en frío de un grosor que varía entre 0.2 y hasta 1 mm y una anchura requerida de 90-110 mm, considerando los talones de doble costura . (b) alimentar las bobinas cortadas en forma de rollos que dan a los cortes la forma redonda cercana con un diámetro de 13 a 40 mm, preferentemente entre 19 y 34 mm, (c) rellenar de polvo/ gránulos de aluminio reactivo u otros desoxidantes de tolvas o alimentadores en los espacios sin procesar del alambre,
(d) sellado del alambre relleno de polvo/ granulo, ya sea de manera sencilla o doble, al tiempo que salga del último rodillo formador, (e) apretar los contenidos de alambre con núcleo a través de apretar los rodillos para reducir el diámetro del alambre con núcleo e impartir resistencia y estabilidad dimensional , (f) embobinar el alambre formado de esta manera sobre un mandril con un diámetro interior que varía de 200 mm a 2.5 metros en diámetro, generalmente alrededor de 1 metro de diámetro, dependiendo del requerimiento del cliente , (g) aplicar una película delgada de aceite o solución anti-herrumbre a la superficie expuesta o capa exterior de la bobina para evitar la formación de herrumbre, y (h) zunchado y/o envoltura de las bobinas con plástico/ película estirable para evitar que la humedad ingrese y después colocar sobre paletas de madera o acero para entregarse al cliente. Como se mencionó anteriormente, los desoxidantes pueden seleccionarse de metal, aluminio, titanio, zirconio, y siliciuro de calcio, pero se ha encontrado que el aluminio da mejores resultados ya que el óxido formado puede retirarse fácilmente debido a la fase de separación y
su refractariedad. El aluminio se utiliza en forma granulada o pulverizada, recubierto con grafito. El desecho de aluminio obtenido de lastas de bebidas utilizadas desechadas, láminas/ hojas metálicas/ tiras/ cable eléctrico viejo y similares se funden o trituran y se convierten en forma granulada seguido por la aplicación de un material de recubrimiento protector como grafito, talco, polvo de piedra caliza, calcito, esteatita, LDP (polietileno de baja densidad) y similares para evitar la fusión o adhesión de gránulos en el momento de prensar y sacar el alambre. El recubrimiento de laca en las latas de bebidas usadas puede servir en el propósito del recubrimiento protector. El tamaño de gránulos de aluminio debe ser óptimamente de alrededor de 49 mesh, pero los gránulos dimensionados más finos o más gruesos pueden ser utilizados también; sin embargo, debe tenerse cuidado para evitar la pérdida en el manejo. Mientras se saca el alambre lleno con gránulos de aluminio a través de la máquina formadora, el contenido puede empacarse más ajustadamente, impartiendo así rigidez y reforzamiento al alambre, asegurando la facilidad de manejo de la bobina. La desoxidación con aluminio al cambiar la forma de la adición de aluminio, que se lleva a cabo a través de inyectar alambres rellenos con núcleo altamente dimensional con aluminio altamente reactivo en forma granulada fina y
recubierto con material orgánico como grafito para mejor recuperación y lograr el nivel óptimo de oxígeno y aluminio con menor consumo de aluminio es una característica única de esta invención. El recubrimiento no está limitado a materiales orgánicos sino que también puede incluir materiales de recubrimientos inorgánicos como óxido de calcio, talco, polvo de creta y similares. La desoxidación de acuerdo con la presente invención puede llevarse a cabo en los niveles tanto primario como secundario, de acuerdo con el requerimiento del fabricante de acero. Como se mencionó anteriormente, el polvo de aluminio se convierte en granulos finos y después se recubren con un material de recubrimiento orgánico inerte como hojuelas de grafito o cualquier material de recubrimiento orgánico o inorgánico para evitar que el polvo de aluminio se peque y se funda en una sola masa mientras que se presiona y saca en el alambre. Mientras se saca el alambre relleno de polvo de aluminio, los contenidos se empacan ajustadamente, impartiendo así la rigidez y reforzamiento dimensional al alambre. Esto asegura la facilidad de manejo de la bobina. Una característica notable de esta invención es utilizar aluminio de desecho de cualquier grado en forma granulada o pulverizada como el desoxidante, recubierto adecuadamente con material de recubrimiento orgánico o
inorgánico como se describió anteriormente . El uso de cuerpos de aluminio de desecho/ desperdicio se añade efectivamente a la economía del proceso en general. Como una característica adicional de esta invención, el devanado de la bobina rellena de polvo se somete a "embobinado sin núcleo" de manera que la bobina puede desembobinarse desde el diámetro interior de la bobina estacionaria, generalmente llamada "bobina exploratoria" ya sea vertical u horizontal. La bobina también puede estar fabricada en un carrete con un núcleo hecho de materiales de madera, sintéticos, de metal o cualquiera de estos materiales. El producto novedoso de esta invención, concretamente, alambre con núcleo altamente dimensional relleno con gránulos finos de polvo de aluminio recubierto con grafito y conservado de manera segura en el interior, se provee con talones con costura. Por "altamente dimensional" se implica que las dimensiones del alambre con núcleo están en el rango entre 13 y 40 mm, óptimamente entre 19 mm y 34 mm, y el diámetro interior del alambre embobinado sobre el mandril puede variar entre 200 mm a 2.5 metros y el peso de cada bobina puede estar en el rango entre 1 MT hasta alrededor de 20 MT (MT - tonelada métrica, cuya abreviatura usualmente es t) , dependiendo del requerimiento del cliente.
La presente invención se ilustrará adicionalmente a través de los datos experimentales incluidos en el siguiente ejemplo, pero no debe entenderse que la invención está restringida a los resultados presentados ahí.
Ejemplo Alambre con Núcleo Altamente Dimensional (Densidad del Polvo) Diámetro Densidad a Tasa de Tasa de del granel Densidad a Grosor de (Min) Granel (Max) Revestimiento Llenado Llenado Al ambre (Min) (Max) g/cm3 (mm) (mm) g/cm3 g/m g/m
19 1.4 2.5 0.4 364 650
1.4 2.5 0.4 405 724
21 1.4 2.5 0.4 449 801
22 1.4 2 5 0.4 494 883
23 1.4 2.5 0.4 542 968
24 1.4 2.5 0.4 692 1057
1.4 2.5 0.4 644 1150
26 1.4 2.5 0.4 698 1247
27 1.4 2.5 0.4 755 1348
28 1.4 2.5 0.4 814 1453
29 1.4 2.5 0.4 875 1562
1.4 2.5 0.4 938 1674
31 1.4 2.5 0.4 1003 1791
32 1.4 2.5 0.4 1070 1912
33 1.4 2.5 0.4 1140 2036
34 1.4 2.5 0.4 1212 2165
1.4 2.5 0.4 1286 2297
36 1.4 2.5 0.4 1363 2433
37 1.4 2.5 0.4 1441 2573
38 1.4 2.5 0.4 1522 2718
39 1.4 2.5 0.4 1605 2866
40 1.4 2.5 0.4 1690 3018
Diversas ventajas de los productos de la presente invención se describen brevemente a continuación:
1. Una cantidad incrementada de desoxidante como aluminio puede llenarse por longitud de unidad del alambre y mientras más material se compacta por metro de alambre de dimensión más larga, el costo del revestimiento del acero es menor. 2. Existe una sustancial elevación en la tasa de alimentación, ahorrando de esta forma tiempo de alimentación y dando como resultado un tiempo mejorado disponible para la fabricación del acero. 3. Debido a que se tiene una dimensión más larga, una mejor rigidez y reforzamiento, el alambre altamente dimensional permite una penetración más profunda en el acero, resultando así en una mejor recuperación y homogenización del aluminio. 4. El recubrimiento de grafito de los granulos finos de aluminio se utiliza como material de relleno para fabricar alambre con núcleo altamente dimensional (conocido como "ALUMINIO REACTIVO" ) , lo que da como resultado en un porcentaje estimado de 15-25% de recuperación más alta que con el alambre de aluminio sólido convencional. La reactividad se obtiene a través de granos de aluminio más pequeños y por lo tanto un área de superficie mayor para la
reacción. La recuperación puede ser aún mayor dependiendo de las prácticas de fabricación del acero sobre el sistema corriente en boga para la adición de aluminio en acero fundido . 5. Ya que el alambre con núcleo de aluminio es del "tipo exploratorio" existe un ahorro en el costo de conversión para convertir el alambre de aluminio sólido en el "tipo exploratorio" . 6. Menor consumo de aluminio a cambio reducirá el costo de producción de aluminio, particularmente en vista del uso del grado requerido de aluminio de desecho de cualquier grado y recubierto con material de recubrimiento protector . 7. Menos consumo de material de empaque disminuye el costo de producción. Ya que la presente invención puede englobarse en varias formas sin partir del espíritu o características esenciales de la misma, debe también entenderse que los datos experimentales antes descritos no se limitan por ninguno de los detalles de la descripción anterior, a menos que se especifique lo contrario, sino que en lugar de esto debe considerarse ampliamente dentro del espíritu y ámbito como se define en las Reivindicación anexas a continuación y por lo tanto todos los cambios y modificaciones caen dentro de las coincidencias y límites de las
Reivindicaciones, o equivalencias de estas coincidencias y limites, que por lo tanto se destinan a ser englobadas por las Reivindicaciones anexas.