MXPA02008458A - Proceso para la produccion de tubos industriales o barras de perfil laminado de metal y aparato relacionado. - Google Patents

Abstract

Un proceso para la produccion de tubos industriales o barras de perfil laminado de metal, tales como cobre, aleaciones de cobre, bronces especiales, cuproniquel o aluminio bronces, que comprende las siguientes etapas: fundido del material metalico con residuos de trabajo compatibles posibles; la obtencion de una preforma a partir de un fundido; el laminado y/o estirado de la preforma para reducir su seccion; el estirado con una o mas intervenciones concatenadas de la preforma de laminado y/o estirado, a fin de reducir ademas su seccion hasta el tamano deseado; el enderezamiento y posiblemente el sometimiento a un tratamiento termico y/o de desengrasado del producto dimensionalmente terminado, y cortar el producto terminado a la medida.

Description

- - PROCESO PARA LA PRODUCCIÓN DE TUBOS INDUSTRIALES O BARRAS DE PERFIL LAMINADO DE METAL EL APARATO RELACIONADO. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención describe un proceso para la producción de tubos industriales o barras de perfil laminado de metal y el aparato empleado para la producción. Más particularmente, la presente invención describe un proceso de fundición continuo para obtener tubos de metal y barras de perfil laminado para uso industrial, especialmente destinados a los intercambiadores de calor, es decir, se usan para intercambiadores de calor o plantas de desalación y en el campo de plantas químicas y petroquímicas . Los materiales adecuados para la producción de los tubos de metal y las barras de perfil laminado incluyen el cobre y aleaciones del mismo, cuproníquel, bronces especiales, aluminio bronce, y lo similar. Como se sabe, estos materiales tienen varias características que los hacen adecuados para el propósito, tal co o, por ejemplo, una conductividad térmica y eléctrica alta, una buena resistencia a la corrosión y una excelente viabilidad en frío o calor. En la producción de estos tubos y las barras de perfil laminado se hace referencia a las directrices específicas que Ref: 141225 definen la composición química y las tolerancias del material; las normas son, por ejemplo, aquellas conocidas por las iniciales ASTM Bill, DIN 1785, UNÍ 6785, AFNOR NFA 51.102. Los tubos de metal y las barras de perfil laminado de uso industrial se obtienen de manera convencional por medio de un proceso que comprende varias etapas de operación y que, además provocan que el proceso sea mas largo, laborioso y no uno que sea realizable de manera fácil, que afecta marcadamente el costo del producto terminado. Los procesos conocidos, de hecho, comprenden iniciar a partir de la clasificación de las materias primas y residuos, una primera etapa de fusión del material en hornos eléctricos de inducción, con tratamientos • preparatorios tales como titulación y aligación. Después, a partir del material fundido de fundición, se obtienen lingotes pequeños, es decir productos cilindricos medio terminados, que tienen un diámetro en general que comprende entre 80 y 350 mm. Los lingotes pequeños se someten a operaciones de cortado y concentración, para después ser transferidos, en tamaño exacto, sobre prensas de estirado, en calentamiento previo a una temperatura que comprende entre 700 a 1100 °C. Por medio de las prensas se obtienen las preformas que tienen forma - - tubular u otras formas, las cuales se someten a controles de dimensión y de calidad en general, y después se transportan a un laminado y/o troquel para reducir en frío sus secciones. Esta etapa de trabajo causa aproximadamente un 80% de reducción en las secciones del cuerpo, cuyos diámetros y grosores se alargan y reducen. Algunas veces, en presencia de aleaciones particulares a ser trabajadas, se requieren tratamientos térmicos intermedios, para hacer más fácil el trabajo en frío de las preformas. Las operaciones de estirado subsecuentes producen el producto casi terminado, cuya sección además se reduce. El acabado actual comprende el cortado de las piezas, un posible enderezamiento de las mismas, así como los controles e inspecciones, en el desengrasado o limpieza anterior. Este proceso laborioso y largo, obviamente requiere el uso de muchos materiales específicos y que generen un alto porcentaje de desechos y residuos en varias etapas, tanto durante la fusión la cual causa la realización de los lingotes pequeños, y durante el estirado en caliente, y también después. En la economía general del ciclo de producción, la generación de residuos causa, en general, una proporción de la producción total igual a cerca de 2:1. Aunque, también los costos de las plantas, referidos a - los hornos de fundición y las prensas de estirado están lejos de ser insignificantes, ya que contribuyen al incremento del costo de producción del producto. El objetivo de la presente invención es para prevenir las desventajas anteriores. Más particularmente, el objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso para la realización de tubos de metal o barras de perfil laminado de uso industrial para emplearse como intercambiadores de calor, plantas de desalación o plantas químicas y petroquímicas, que comprenden un número limitado de etapas de operación y asegura un producto terminado provisto de todos los requerimientos necesitados con respecto a la precisión, seguridad de funcionamiento y estructura metalográfica. Un objetivo adicional de la invención es proporcionar un proceso como el definido anteriormente tal como para involucrar, para su cumplimiento, sólo los requerimientos limitados de las plantas de producción. Un objetivo adicional de la invención es proporcionar a los usuarios un proceso para la realización de tubos de metal y barras de perfil laminado capaces de reducir substancialmente no sólo la longitud de la planta de producción, sino también la cantidad de residuos generados.

- - De acuerdo a la presente invención, estos y aún otros objetivos, los cuales llegarán a ser evidentes gracias a la siguiente descripción, se llevan a cabo mediante un proceso para la producción de tubos o barras de perfil laminado de metal, que comprende las siguientes etapas de operación: - fusión del metal con residuos de trabajo compatible; - obtener una preforma a partir del metal fundido; - laminado y/o estirado de la preforma para reducir la sección de la misma; - estirado por medio de una o más intervenciones concatenadas de la misma preforma hasta el tamaño deseado, - el refuerzo y sometimiento posible a los tratamientos térmicos y/o de desengrasado del producto dimensionalmente terminado, y - cortar a la medida del producto final. La preforma puede tener cualquier forma, pero se prefiere la forma tubular. El aparato para la realización del proceso, que también es un objetivo de la invención, comprende un crisol y una lingotera provista con huecos axiales y radiales, que se comunican uno con otro, para alimentar el metal fundido que viene del crisol. Preferiblemente, este último tiene en el interior una cámara central presurizada preferiblemente con gases inertes, a fin de mantener constante la presión de la zona que alimenta la lingotera. Las etapas de operación del proceso de la presente invención, así como las características funcionales y constructivas del aparato relacionado se entenderán mejor gracias a la siguiente descripción, en donde se hace referencia al estirado unido que muestra una modalidad sin limitación, preferida del aparato, y en donde: La Figura 1 muestra una vista esquemática parcial de la planta y el aparato para la realización de tubos de metal y barras de perfil laminado para uso industrial de acuerdo al proceso de la presente invención; La Figura 2 muestra una vista esquemática de la sección longitudinal parcial del mismo aparato constituido de una lingotera; La Figura 3 muestra una vista esquemática de la sección transversal de la figura anterior. De acuerdo a la invención, el proceso para la realización de los tubos o barras de perfil laminado de metal comprende varias etapas de trabajo, descritas con detalle en lo siguiente de acuerdo a una secuencia no crítica preferida.

La primera de las etapas consiste en cargar el material - metálico, por ejemplo metal o aleaciones del mismo y los residuos posibles compatibles con la aleación, en el estado sólido, en un horno eléctrico para realizar su fusión. La temperatura de fusión depende del tipo de materias primas y los residuos empleados. En general, la temperatura de fusión está comprendida entre 900 y 1350°C. Si podría ser usado un material similar de cuproníquel 91/10, la temperatura de fusión varía de 1250 a 1350°C. La aleación en estado líquido de esta manera obtenida se transfiere por los medios conocidos, por ejemplo a través de canales, en un sistema de fundición continuo asociado al aparato, como se indicará en lo siguiente. El aparato esencialmente comprende una lingotera específica por medio de la cual se obtiene una preforma hueca. La preforma hueca puede tener cualquier forma y tamaño, preferiblemente, tiene una forma tubular, que tiene a manera de ejemplo un diámetro que comprende entre 70 y 80 mm y un grosor que comprende entre 5 y 10 mm. La preforma hueca después se transporta a las etapas de trabajo en frío adicionales en laminado y bancos de estirado, para reducir progresivamente la sección del mismo. Durante el estirado, se obtiene una reducción en la sección de la preforma de cerca del 80%, mientras que con la operación u operaciones de estirado adicional, concatenadas una con otra, la sección además se reduce hasta que se obtiene un producto dimensionalmente terminado. La operación de estirado preferiblemente se lleva a cabo con bancos de estirado en frío del tipo conocido como laminador de tubos de paso de peregrino, o del tipo planetario o lo similar. La operación u operaciones de laminado preferiblemente se llevan a cabo sobre bancos de estirado rectilíneos o del tipo combinado o del tipo bloque de estirado. Todos estos tipos de laminados y bancos de estirado se conocen per se. Entre el proceso de laminado y las etapas del proceso de estirado, el tratamiento térmico intermedio se puede llevar a cabo, por ejemplo, tal como de recocido, especialmente en presencia de aleaciones especiales, tales como, por ejemplo bronces especiales y cuproníqueles; también durante las etapas de estirado se pueden llevar a cabo los procesos de recocido intermedio de la preforma. Los tratamientos térmicos intermedios se realizan en hornos estáticos o de balancín de recocido de un tipo conocido a una temperatura que puede variar, por ejemplo, entre 400 y 800°C. Tal temperatura de tratamiento térmico se encuentra entre 650 y 750°C en el caso del material de - - cuproníquel 90/10. La preforma que en esta etapa tiene su forma final de tubo de metal o barra de perfil laminado, entonces se somete a las operaciones de acabado convencional, es decir, el cortado para medir en el endezamiento previo, el desengrasado posible y los controles ya sean individuales o por muestra tomada . La preforma obtenida con el proceso de la presente invención tiene un aspecto visual y una estructura metalográfica que son características del proceso y diferentes de un estirado en caliente convencional. La preforma, de hecho, tiene la apariencia típica del material obtenido de la fundición continua, que muestra, por ejemplo, sombras del anillo transversales con respecto al eje, equidistantes y paralelas una con otra, ambas a través de la superficie externa y una interna. Como interesa la diferencia en la estructura metalográfica, la preforma tiene una estructura típicamente dentrítica, por lo tanto diferente de una de un producto de estirado. El proceso descrito reduce substancialmente la complejidad y la longitud del ciclo de producción, debido a que la base de inicio se constituye de una preforma obtenida a través de un proceso de fundición continuo. De hecho, el proceso de la presente invención excluye varias etapas de trabajo, que son innecesarias para obtener un lingote pequeño de donde la preforma se obtiene con una prensa de estirado. Por lo tanto se reduce el 50%, la formación de residuos, pasando a un proporción de rendimiento total de 1.5:1 ambos durante la fusión que le ocurre al lingote y durante el estirado en caliente del mismo. Los costos de producción altos, tales como por ejemplo aquellos debidos a la energía, trabajo y consumo, en general, se reducen por una cantidad que se encuentra en el rango del 20% al 40%, de acuerdo al tamaño del producto final. De acuerdo a la modalidad preferida, la etapa de extracción del producto del aparato o lingotera se realiza con un movimiento de dos direcciones, que inicia de la operación convencional conocida como "ir _y parar". De acuerdo a lo último, el tubo de metal o barra de perfil laminado se extrae al alternar las etapas de tracción con estancias cortas, para prevenir rupturas en el producto. Para prevenir además la ocurrencia de rupturas, las cuales producen tubos no homogéneos o barras de perfil laminado, una etapa de extracción de "ir y parar" adicional preferiblemente se interpola en el proceso de la presente invención. Dicho movimiento provoca que el producto extraído de la lingotera y aún no totalmente consolidado, realice un movimiento hacia atrás mínimo, para compactar el producto y excluir, por lo tanto el riesgo de rupturas. El movimiento de extracción total incluye por lo tanto una etapa de tracción tradicional, una etapa de estancia y una etapa de movimiento hacia atrás adicional, es decir dirigida hacia la dirección contraria de la tracción de extracción. Estas etapas posiblemente pueden tomar lugar de acuerdo a una secuencia diferente, es decir, por ejemplo un movimiento hacia atrás inmediatamente después de la tracción, antes de la estancia, o de acuerdo a una combinación de ambos sistemas . De esta manera, el tubo o artefacto aún no solidificado hace que se vuelva compactado y homogéneo. De acuerdo a una modalidad no crítica, preferida, adicional, el producto extraído de la lingotera se somete a un proceso " de calibración, que asegura la solidez de la estructura metalográfica. Dicha calibración se incluye en la línea de laminado en caliente, llevado a cabo a través de un inductor de destello convencional y con la intervención de un pistón accionado por motor. Esta etapa preferiblemente es seguida por un enfriamiento rápido, preferiblemente con agua. El aparato, especialmente adecuado para realizar el proceso de la presente invención, el cual también es una parte de la presente invención, comprende una lingotera indicada por 10 en la Figura 2, formada por un cuerpo externo o envoltura 12 y un pasador 14 coaxial de grafito u otros materiales adecuados. La lingotera 10 se provee con huecos 16 axiales convencionales para la alimentación del metal fundido, alimentado por el crisol 18, esquematizado en la Figura 1, obtenido de material refractario, grafito o ladrillo. Los huecos 16 se forman sobre un soporte o puente 20 que soporta el pasador 14. Además de los huecos 16, la lingotera 10 se proporciona convenientemente con huecos 22 de alimentación radial adicionales, por ejemplo en un número de 4, dispuestos a 90°, formados sobre el cuerpo 12 externo corrientes abajo del puente 20. Los huecos 22, a manera de ejemplo inclinados, se comunican con los huecos 16 y permiten alimentar la lingotera 10 con una cantidad adicional del metal fundido que se mezcla adecuadamente y permanece a la temperatura estable requerida para formar la preforma. La homogeneización del metal, gracias a la alimentación adicional a través de los huecos 22, es de importancia básica en aquellos casos, como una presente, de las aleaciones cuyos componentes tienen puntos de fusión y características fisicoquímicas diferentes. De acuerdo a una característica adicional y conveniente, el aparato de la presente invención mantiene constante el peso generado por la carga metalostática en la zona de alimentación de la lingotera 10, también durante las variaciones en el líquido que toma lugar en el crisol 18. Para este propósito, el crisol 18 se proporciona con un campana 26 insertada de forma central en el crisol y asegurada a este con medios conocidos. El frente 28 superior de la campana 26 está constituido de una tapa ajustada. A la tapa 28 se conecta un tubo o ducto 40, a través del cual, por ejemplo, se inserte un gas neutro en la campana 26. La campana 26 forma, en el interior del crisol 18, una cámara 30 central, en donde se aplica una presión preferiblemente que varíe entre 0 y 2.04 kg/cm2 (0 a 2 bar) a la superficie libre del metal fundido. En la Figura 1 el nivel del metal fundido que existe en el interior respectivamente, el exterior de la cámara 30 central se indican por Ll y L2. Por medio de la presión con el gas inerte, el metal en estado líquido se alimenta de una manera constante y homogénea a la lingotera 10 a través de los huecos 16, 22 de la misma, y no se afecta por las variaciones de nivel.

El aparato de la presente invención también comprende el laminado en frío y bancos de estirado para reducir progresivamente la sección de la preforma hasta el tamaño deseado. Durante la etapa de estirado o entre una etapa de laminado y una etapa de estirado, la preforma se puede someter a tratamientos térmicos, tales como por ejemplo el recocido. La barra de perfil laminado de esta manera obtenida se puede someter a los tratamientos de enderezamiento, y desengrasado y lo similar, y entonces cortarse a la medida. Como se puede entender de la descripción anterior, las ventajas logradas por la invención son evidentes. Con el proceso para la realización de tubos de metal o barras de perfil laminado de la presente invención, la" longitud y complejidad del ciclo de producción se reduce substancialmente; siendo posible obtener la preforma a partir del fundido en lugar del estirado. De la misma manera, los residuos de trabajo y los requerimientos de la planta se reducen a una extensión substancial, no necesitando del fundido para obtener los lingotes pequeños y la prensa de estirado. Mientras la presente invención se ha descrito anteriormente con referencia a una modalidad de la misma, solamente se ha referido a manera de ejemplo no limitante, serán evidentes varias modificaciones y cambios serán, para aquellos con experiencia en la técnica, en vista de la descripción anterior. Por lo tanto, la presente invención incluye todas las modificaciones y variantes que caen dentro de la esencia y campo de las siguientes reivindicaciones. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para" llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (2)

- REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido por las siguientes reivindicaciones :

1. Un proceso para la producción de tubos o barras de perfil laminado de uso industrial de aleaciones de cobre, caracterizado porque comprende las etapas de: - cargar la aleación de cobre, opcionalmente en la mezcla con residuos de la misma, en un horno eléctrico; - la fundición de la aleación de cobre a una temperatura que comprende entre 900 a 1350°C; - la fundición continua de la aleación de cobre fundido para obtener una preforma que tiene una forma tubular hueca que tiene un diámetro que comprende entre 70 y 80 mm y un grosor que comprende entre 5 a 10 mm; - el laminado en frío y/o estirado de la preforma para reducir su sección; - el estirado en frío adicional de la preforma laminada y/o estirada a fin de reducir además su sección para obtener un tubo o barra de perfil laminado que tiene la forma final y tamaño deseado; - el enderezamiento y opcionalmente el sometimiento a tratamiento (s) térmicos y/o de desengrasado el tubo dimensionalmente terminado o la barra de perfil laminado, y cortar el tubo o barra de perfil laminado a la medida. 2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque un tratamiento térmico intermedio se lleva a cabo entre la etapa laminado en frío y la etapa de estirado en frío adicional y/o durante las etapas de estirado en frío. 3. El proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el tratamiento (s) térmico intermedio se lleva a cabo a una temperatura que comprende entre 400 y 800°C. 4. El proceso de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la preforma tubular hueca se obtiene por fundición continua de la aleación de cobre fundido por medio de una pluralidad de etapas que comprenden la etapa de tracción, una etapa de estancia y una etapa adicional de movimiento hacia atrás parcial en una dirección contraria a la dirección de tracción. 5. El proceso de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la preforma tubular hueca obtenida por la fundición se somete a un - - proceso de calibración que comprende un laminado en caliente en línea y una enfriamiento rápido subsecuente. 6. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la aleación de cobre se selecciona de cuproníquel, bronces y aluminio bronce. 7. El proceso de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque, cuando la aleación de cobre es la aleación de cuproníquel 90/10, la temperatura de fusión está comprendida entre 1250 y 1350°C y el tratamiento (s) térmico intermedio se lleva a cabo a una temperatura que comprende entre 650 y 750°C. 8. Un aparato para fundición continua de una aleación de cobre fundida para obtener la preforma tubular hueca, el aparato comprende un crisol y una lingotera conectada al crisol, caracterizado porque la lingotera comprende un cuerpo externo; un pasador coaxial e interno al cuerpo; un puente que soporta el pasador; una pluralidad de huecos de alimentación axiales formados en el puente y la alimentación del metal fundido del crisol, y al menos un hueco de alimentación radial que comunica con uno de los huecos axiales y que alimenta una cantidad adicional del metal fundido del crisol a uno de los huecos de alimentación - - axiales . 9. El aparato de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque al menos un hueco radial se realiza sobre el cuerpo externo de la lingotera corriente abajo del puente. 10. El aparato de conformidad con la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque el pasador interno y el crisol se fabrican de material refractario, grafito o ladrillo. 11. El aparato de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores de 8 a 10, caracterizado porque los huecos radiales de alimentación son cuatro y se disponen a 90°. 12. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores de 8 a 11, caracterizado porque los huecos de alimentación radiales se inclinan. 13. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores de 8 a 12, caracterizado porque el crisol se provee en su parte central con una campana que forma una cámara; el frente superior de la campana se constituye de una tapa ajustada y está conectada a un tubo o ducto de alimentación de gas inerte a la cámara. 14. El aparato de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la presión del gas inerte en la cámara sobre la superficie libre del metal fundido está comprendida entre 0 y

2.04 Kg/cm2 (0 y 2 bar).