PRODUCCIÓN DE TUBOS A TRAVÉS DE COLADA CONTINUA TUBE PRODUCTION THROUGH CONTINUOUS COLADA
Actualmente en la industria de manufactura de tubos y cañerías existen diversas técnicas de fabricación. Para el caso de cañerías usualmente existe mediante doblado de lámina metálica y posterior soldadura de costura. Está técnica es usualmente utilizada para cañerías de diámetros mayores. There are currently various manufacturing techniques in the pipe and pipe manufacturing industry. In the case of pipes, it usually exists by bending sheet metal and subsequent seam welding. This technique is usually used for pipes of larger diameters.
La segunda forma actual de hacer tubos es mediante un cilindro sólido de metal, usualmente denominado billete o billet (este término técnico será utilizado en todo lo que resta de memoria) al cual se le aplica una alta temperatura para luego eximirlo en una prensa a alta presión o perforarlo y alargarlo mediante sistemas mecánicos bajo dos técnicas conocidas como "piercing" (ahuecar) o "paso peregrino". Estas dos técnicas actuales de manufacturas dan como resultado lo que se conoce en la industria como "pre tubo" o para nosotros pre tubo antiguo. Este pre tubo tiene un largo predeterminado por el tamaño y peso del billet. Actualmente en la industria el peso del billet oscila entre los 75 a 400 Kg lo cual restringe el tamaño del pre tubo. Según se señala en el documento "Tecnología Mecánica: Metrología y procesos de conformado de metales sin arranque de viruta.", Colección "Materials" de la UJI, n° 233.de Carlos Vila Pastor, Fernando Romero Subirón, Gracia M. Bruscas Bellido y Julio Serrano Mira. The second current way of making tubes is by means of a solid metal cylinder, usually called a banknote or billet (this technical term will be used in everything that remains of memory) to which a high temperature is applied and then exempted in a high press pressure or pierce and lengthen it by mechanical systems under two techniques known as "piercing" or "pilgrimage". These two current manufacturing techniques result in what is known in the industry as "pre tube" or for us pre old tube. This pre tube has a predetermined length for the size and weight of the billet. Currently in the industry the weight of the billet ranges from 75 to 400 kg which restricts the size of the pre tube. As indicated in the document "Mechanical Technology: Metrology and metal shaping processes without chip removal.", "Materials" Collection of the UJI, n ° 233.de Carlos Vila Pastor, Fernando Romero Subirón, Gracia M. Bruscas Bellido and Julio Serrano Mira.
Una vez formado el pre tubo antiguo, éste pasa por una serie de procesos de trefilación que consisten básicamente en alargar este tubo y determinar el espesor de sus paredes mediante el paso por un dado metálico con una pepa en su interior hasta lograr el resultado deseado como se describe posteriormente en la figura 5. Once the old pre-tube is formed, it goes through a series of drawing processes that basically consist in lengthening this tube and determining the thickness of its walls by passing through a metal die with a pepe inside it until the desired result is achieved as It is described later in Figure 5.
Esto quiere decir, que el sistema consiste en un dado que es una placa que tiene un agujero en su centro. Por este agujero se enhebra la tubería pero dentro de esta tubería se le coloca una pepa por el lado superior de la placa. La pepa es un cilindro metálico de diámetro algo superior al agujero de la placa que al ser empujado por la tubería, se traba y permite reducir el espesor de la pared de esta mientras pasa por el dado. Este proceso es necesario exclusivamente debido a que el tubo inicial (pre tubo antiguo) sale del proceso con un diámetro mayor a los 60 mm lo que obliga a reducirlo hasta llegar a las medidas comerciales deseadas. Es importante señalar que cada reducción no puede
pasar del 30% de la dimensión original por lo cual es necesario pasar el tubo en forma repetida por este proceso. This means that the system consists of a dice that is a plate that has a hole in its center. The pipe is threaded through this hole, but a pipe is placed inside the pipe on the upper side of the plate. The pepa is a metal cylinder with a diameter slightly greater than the hole in the plate that, when pushed by the pipe, locks and allows the thickness of the wall to be reduced while passing through the die. This process is necessary exclusively because the initial tube (pre-old tube) leaves the process with a diameter greater than 60 mm which forces it to be reduced until reaching the desired commercial measures. It is important to note that each reduction cannot exceed 30% of the original dimension so it is necessary to pass the tube repeatedly through this process.
Las pérdidas de material debido a este proceso son del orden del 25-35% dependiendo del tamaño del tubo, a mayor largo inicial del pre tubo antiguo menores serán las perdidas ya que estas vienen dadas principalmente de tres fuentes, la primera fuente de pérdida de material es el punteado. Para poder reducir el tamaño del tubo la máquina requiere deformar los primeros 30 o 40 cm de tubo en cada pasada para poder traccionarlo los cuales luego se pierden. La segunda fuente de pérdida son las roturas de material, al ir disminuyendo el diámetro del tubo las tracciones se van haciendo más intensas ya que el material las acumula en cada pasada, si existe alguna imperfección en el tubo este se corta y se produce una pérdida de material. Finalmente la tercera fuente de pérdida es el dimensionamiento final del producto que dependerá directamente del largo del pre tubo antiguo o peso del billet, a mayor peso menor pérdida. Todo este proceso es intensivo en energía y material lo cual produce excesivos costos y pérdidas importantes que deben ser reprocesadas. Además de lo anterior las fallas son peligrosas para el personal expuesto ya que al estar tensionadas pueden salir proyectadas fuera de la maquinaria produciendo accidentes de diversa consideración. Hoy el estado del arte en la industria es el manejo de billet o cilindros del orden de 400 kg. Con tres a cuatro pasadas por trefilación. En caso de querer llegar a diámetros menores para refrigeración en necesario además de lo anterior agregar pasadas por equipos especiales, más sensibles y usualmente por un control de calidad más exhaustivo. El proceso del presente invento consiste en cambiar completamente la manera de cómo se venían fabricando los tubos sin costura a la fecha. El proceso presentado consiste en fundir en un horno de fundición en un rango de temperatura de entre 80°C a 5000°C, específicamente en el rango entre 500°C y 2000°C, en específico 1 160°C (similar a los dispuestos para la fabricación de cables y barras sólidas de cobre), un material metálico y/o no metálico, más específicamente un metal, una aleación metálica, un metal compuesto, una aleación metalo-cerámica, cerámica o un polímero, de preferencia cobre. Una vez que se tiene el material fundido, por presión metalostática se pasa el material fundido a través de un sistema que comprende una matriz colocada por un anillo de
posicionamiento sacado previamente, enfriado posteriormente por un enfriador y extraído el pre tubo con un extractor continuo. Estos elementos están especialmente diseñados para la fabricación de tubos mediante un proceso denominado fundición de colada continua vertical, en el cual se eleva el material para formar el tubo casi terminado (pre tubo). En esta matriz se tienen perforaciones en su base inferior y superficie externa que permiten que ingrese el material de la colada en un flujo laminar continuo, enfriado por un manto perimetral a través de un circuito cerrado con agua desmineralizada, a una presión en un rango de entre 2 a 10 Bar, específicamente 4 a 6 Bar (enfriador). La velocidad de colada está basada en un flujo, específicamente con un Reynolds de 1 (flujo laminar) que permite ir formando anillos concéntricos y continuos de colada solidificada formando a la salida del sistema un tubo, con una velocidad de entre 20 a 0.1 mt el minuto, más específicamente 1 mt el minuto de tubo producido, con un diámetro y un espesor en los rangos de 1 a 50 cm y 1 ,2 a 3,5 mm respectivamente, más específicamente 3,8 cm y 2,5 mm. El material egresado de manera continua se enrolla, siendo los pesos de los rollos (pre tubo) ubicados en el rango de 75 a 2000 Kg. Luego de obtener este tubo casi terminado (pre tubo), se corta en la cortadora en el largo que se necesite y se enrolla en carretes de entre 60 a 100 pulgadas, más específicamente 213,36 cm (84 pulgadas) de diámetro. Luego de esto, el proceso continúa con que el rollo va al horno para una cristalización inicial, una vez ablandado o cristalizado el tubo está listo para ir al rebajador o Skinner (este término técnico será utilizado en todo lo que resta de memoria) para rebajar hasta el diámetro solicitado. Una vez realizado esto el rollo se corta nuevamente en las cortadoras y pasa a un horno de terminación si se requiere, para finalmente ser empacado y enviado a las bodegas. The material losses due to this process are of the order of 25-35% depending on the size of the tube, the greater the initial length of the old pre-tube, the smaller the losses, since these are mainly from three sources, the first source of loss Material is stippling. In order to reduce the size of the tube, the machine requires deforming the first 30 or 40 cm of tube in each pass to be able to pull it, which is then lost. The second source of loss is the ruptures of material, as the diameter of the tube decreases the tractions become more intense since the material accumulates them in each pass, if there is any imperfection in the tube this is cut and a loss occurs of material. Finally, the third source of loss is the final sizing of the product that will depend directly on the length of the old pre-tube or weight of the billet, the greater the weight, the less loss. This entire process is energy and material intensive, which results in excessive costs and significant losses that must be reprocessed. In addition to the above, the failures are dangerous for the exposed personnel since, being stressed, they can be projected out of the machinery, causing accidents of various considerations. Today the state of the art in the industry is the handling of billet or cylinders of the order of 400 kg. With three to four passes through wire drawing. If you want to reach smaller diameters for refrigeration, it is necessary, in addition to the above, to add passes through special equipment, more sensitive and usually through a more exhaustive quality control. The process of the present invention consists in completely changing the way in which the seamless tubes were manufactured to date. The process presented consists of melting in a smelting furnace in a temperature range between 80 ° C to 5000 ° C, specifically in the range between 500 ° C and 2000 ° C, specifically 1 160 ° C (similar to those provided for the manufacture of cables and solid bars of copper), a metallic and / or non-metallic material, more specifically a metal, a metal alloy, a composite metal, a metallo-ceramic alloy, ceramic or a polymer, preferably copper. Once the molten material is present, the molten material is passed through metastatic pressure through a system comprising a matrix placed by a ring of Pre-removed positioning, subsequently cooled by a cooler and the pre-tube removed with a continuous extractor. These elements are specially designed for the manufacture of tubes by means of a process called vertical continuous casting casting, in which the material is raised to form the almost finished tube (pre-tube). In this matrix there are perforations in its lower base and external surface that allow the laundry material to enter a continuous laminar flow, cooled by a perimeter mantle through a closed circuit with demineralized water, at a pressure in a range of between 2 to 10 Bar, specifically 4 to 6 Bar (cooler). The casting speed is based on a flow, specifically with a Reynolds of 1 (laminar flow) that allows to form concentric and continuous rings of solidified casting forming a tube at the exit of the system, with a speed of between 20 to 0.1 mt. minute, more specifically 1 mt the minute of tube produced, with a diameter and a thickness in the ranges of 1 to 50 cm and 1, 2 to 3.5 mm respectively, more specifically 3.8 cm and 2.5 mm. The material discharged continuously is rolled, the weights of the rolls (pre-tube) located in the range of 75 to 2000 kg. After obtaining this almost finished tube (pre-tube), it is cut in the cutter in the length that it is needed and is wound on reels between 60 to 100 inches, more specifically 213.36 cm (84 inches) in diameter. After this, the process continues with the roll going to the oven for initial crystallization, once the tube is softened or crystallized it is ready to go to the router or Skinner (this technical term will be used in everything that remains of memory) to reduce up to the requested diameter. Once this is done, the roll is cut back into the cutters and passed to a finishing oven if required, to finally be packed and sent to the cellars.
Un segundo aspecto que compone la siguiente invención es el sistema que comprende un horno, la matriz, el anillo de posicionamiento, el enfriador y el extractor. El horno que se utiliza es de preferencia uno de colada continua, más específicamente de colada continua vertical. Este horno funciona por inducción magnética tipo canal omega, con una capacidad de contenido amplia aunque más específicamente de 12 toneladas. A través de presión meta estática se logra hacer pasar el material fundido por la matriz. Fuera de la zona del material fundido y centrando la matriz está el anillo de posicionamiento, el cual se retira para comenzar el proceso. Además de las tres partes mencionadas previamente, está el enfriador, que por recirculación de agua desmineralizada enfría la salida de los pre tubos.
En tercer lugar, otro aspecto que comprende la presente invención es una matriz y un anillo de posicionamiento ambos de un material resistente a la temperatura, que soportan deformación en caliente y de conductividad térmica elevada, constituidos específicamente de grafito aunque sin excluir otros materiales tales como los materiales compuestos, diamante industrial, cerámica, cerámica compuesta, aleaciones especialmente calculados y diseñados para estos efectos. A second aspect that makes up the following invention is the system comprising an oven, the die, the positioning ring, the cooler and the extractor. The oven used is preferably one of continuous casting, more specifically of vertical continuous casting. This oven works by magnetic induction type omega channel, with a broad content capacity although more specifically 12 tons. Through static meta pressure, molten material is passed through the die. Outside the area of the molten material and centering the matrix is the positioning ring, which is removed to begin the process. In addition to the three previously mentioned parts, there is the cooler, which by recirculation of demineralized water cools the outlet of the pre tubes. Thirdly, another aspect comprising the present invention is a matrix and a positioning ring both of a temperature resistant material, which withstand hot deformation and high thermal conductivity, specifically constituted of graphite but not excluding other materials such as Composite materials, industrial diamond, ceramics, composite ceramics, alloys specially calculated and designed for this purpose.
Esta matriz comprende dos partes, un cuerpo en forma de cilindro ahuecado en su cuerpo externo y un cuerpo cónico ahuecado en su interior con base cilindrica con un amplio rango de dimensiones, más específicamente con una dimensión entre 42 mm a 60 mm para el primer cuerpo en su parte externa y en su parte interna de 38 a 40 mm. En la segunda parte, para el cuerpo interno cónico, las dimensiones en su parte externa están entre 30 a 33 mm. This matrix comprises two parts, a cylinder-shaped body recessed in its external body and a conical body recessed in its interior with a cylindrical base with a wide range of dimensions, more specifically with a dimension between 42 mm to 60 mm for the first body in its external part and in its internal part of 38 to 40 mm. In the second part, for the conical internal body, the dimensions in its external part are between 30 to 33 mm.
Específicamente la matriz posee en su cuerpo interno cónico ahuecado, vaciado a lo largo en ambas caras paralelas con una profundidad de penetración amplia para el plano superior, específicamente entre el rango de 50 a 95 mm, mientras que el vaciado a lo largo del eje en la cara plana inferior está en el rango de entre 10 a 35 mm. Specifically, the matrix has a hollowed conical internal body, emptied along both parallel faces with a wide penetration depth for the upper plane, specifically between the range of 50 to 95 mm, while emptying along the axis in The lower flat face is in the range of 10 to 35 mm.
La matriz en su cuerpo externo ahuecado y a lo largo de todo su eje conserva una relación entre la perforación del plano superior de la parte cuerpo interno cónico ahuecado y el cuerpo externo ahuecado de entre 5 a 50 mm. La matriz en su cuerpo de forma de cilindro ahuecado en su parte externa y en la sección transversal al eje de simetría posee entre 3 a 4 perforaciones con diámetros de entre 2 a 5 mm, mientras que para el cuerpo interno cónico ahuecado se repite la misma cantidad de perforaciones, específicamente 3 a 4 con diámetros de 2 a 5 mm. The matrix in its hollowed out external body and along its entire axis retains a relationship between the perforation of the upper plane of the hollowed conical internal body part and the hollowed out external body of between 5 to 50 mm. The matrix in its hollowed-out cylinder-shaped body in its external part and in the cross-section to the axis of symmetry has between 3 to 4 perforations with diameters between 2 to 5 mm, while for the hollowed conical internal body the same is repeated number of perforations, specifically 3 to 4 with diameters of 2 to 5 mm.
La matriz en su cuerpo interno cónico ahuecado en su sección transversal al eje de simetría en su plano paralelo superior posee en su parte central una perforación de entre 20 a 28 mm, específicamente 25 mm, mientras que para su plano inferior transversal al eje de simetría posee una perforación central de entre 12 a 21 mm.
La matriz en su sección transversal, entre cuerpos en forma de cilindro ahuecado externo y cuerpo cónico ahuecado, posee una relación de ángulos entre sus perforaciones entre 0 a 60°. The matrix in its conical internal body hollowed in its cross section to the axis of symmetry in its upper parallel plane has in its central part a perforation of between 20 to 28 mm, specifically 25 mm, while for its lower plane transverse to the axis of symmetry It has a central perforation between 12 and 21 mm. The matrix in its cross section, between bodies in the form of an external recessed cylinder and a recessed conical body, has a ratio of angles between its perforations between 0 to 60 °.
La invención contempla como una de sus principales características el ingreso del material a la matriz ubicándose un ingreso en la parte externa del manto y otro en la parte interna del manto. El balance del flujo del material está en directa relación a la sección de ingreso de estas mediante perforaciones desfasadas específicamente en 60°. The invention contemplates as one of its main characteristics the entrance of the material to the matrix, placing an entrance in the external part of the mantle and another in the internal part of the mantle. The balance of the material flow is directly related to the entry section of these through perforations specifically offset by 60 °.
La siguiente tabla describe las relaciones superficiales que contempla este diseño. The following table describes the superficial relationships that this design contemplates.
Tabla de diseño de la matriz Matrix Design Table
posicionamiento Figura 2 (3) positioning Figure 2 (3)
Igual a diámetro interno Figura Equal to internal diameter Figure
Diámetro interno 2 (1) superficie manto exterior parte de menor diámetro. Internal diameter 2 (1) outer mantle surface part of smaller diameter.
El proceso de preparación de la matriz se logra mecanizando trozos de grafito en forma cilindrica conservando el diámetro mayor de la base y realizando las perforaciones internas. La terminación interna se realiza con pulido espejo (para lo cual deben estar terminadas las dimensiones internas). The matrix preparation process is achieved by machining pieces of graphite in a cylindrical shape while retaining the larger diameter of the base and performing internal perforations. The internal termination is done with mirror polishing (for which the internal dimensions must be finished).
Después de formar los cilindros descritos en la figura 2 en los números 1 y 2 se procede con la terminación de dimensiones externas quedando éstas con pulido fino. After forming the cylinders described in Figure 2 in numbers 1 and 2, the external dimensions are terminated, leaving them with fine polishing.
El ensamblaje de las piezas números 1 y 2 se produce por presión en la base de ambas. The assembly of parts numbers 1 and 2 is produced by pressure at the base of both.
Por otro lado, el anillo de posicionamiento posee un rango de espesor de entre 3 a 20 mm, específicamente 7 mm, conservando un diámetro interno igual a la del cuerpo en forma de cilindro ahuecado y un diámetro externo variable. On the other hand, the positioning ring has a thickness range of between 3 to 20 mm, specifically 7 mm, retaining an internal diameter equal to that of the hollowed cylinder-shaped body and a variable external diameter.
El anillo de posicionamiento es utilizado de manera independiente a la matriz, se ubica justo en el momento de postura de la matriz dentro del sistema de enfriamiento. Una vez terminado este proceso la pieza número 3 de la figura 2 se quiebra mediante palanca. Para especificar este proceso, justo antes de poner la matriz se introduce el anillo de posicionamiento por el plano externo paralelo, mientras matriz y anillos se posicionan en el sistema de enfriamiento. La matriz se introduce en el sistema de enfriamiento hasta el tope definido por el anillo de posicionamiento. Una vez que matriz está en su posición correcta se parte el anillo de posicionamiento y se retira del lugar para dejar libre a la matriz según se señala en la figura 7. The positioning ring is used independently of the matrix, it is located just at the moment of laying of the matrix within the cooling system. Once this process is finished, part number 3 of figure 2 is broken by lever. To specify this process, just before placing the matrix, the positioning ring is introduced through the parallel external plane, while the matrix and rings are positioned in the cooling system. The die is introduced into the cooling system to the limit defined by the positioning ring. Once the matrix is in its correct position, the positioning ring is split and removed from the place to free the matrix as indicated in Figure 7.
El desarrollo de esta matriz y anillo de posicionamiento resuelve entre otros problemas todos los relacionados con grietas verticales, transversales, ramificadas, disminución de inclusiones en las superficies externa e interna y la trefilabilidad del tubo en pasos
siguientes. Siendo este el primer proceso viable de fabricación de tubos a nivel industrial en el mundo. The development of this matrix and positioning ring solves, among other problems, all those related to vertical, transverse, branched cracks, reduction of inclusions in the external and internal surfaces and the trephilability of the tube in steps following. This being the first viable process of manufacturing pipes at an industrial level in the world.
Para la resolución de los problemas descritos anteriormente se utilizaron técnicas de solución numérica CFD, técnicas experimentales de solidificación, diseño y pruebas reales de solidificación e ingeniería metalúrgica de solidificación. For the resolution of the problems described above, CFD numerical solution techniques, experimental solidification techniques, design and real solidification tests and solidification metallurgical engineering were used.
Finalmente el sistema comprende también un enfriador y un extractor continuo, el primero tiene como finalidad enfriar rápidamente el pre tubo generado y el extractor tiene que sacar ese pre tubo recién formado del lugar de solidificación del pre tubo. Finally, the system also comprises a cooler and a continuous extractor, the first one has the purpose of rapidly cooling the generated pre-tube and the extractor has to remove that newly formed pre-tube from the solidification site of the pre-tube.
Las ventajas de este proceso son entre otras: The advantages of this process are among others:
1. No limita el tamaño del lote al tamaño del billet ya que es de fundición continua lo que minimiza el uso de energía, pérdidas de material y mantiene la calidad.1. It does not limit the size of the lot to the size of the billet since it is of continuous casting which minimizes the use of energy, losses of material and maintains the quality.
2. No requiere de una fundición previa para la fabricación de los cilindros ya que tiene una fundición menor y propia, esto disminuye el consumo energético, mejora notablemente las emisiones de un proceso de fundición y aumenta la seguridad al tener menos etapas de calentamiento del cilindro. 2. It does not require a previous smelter for the manufacture of the cylinders since it has a smaller and proper smelter, this reduces energy consumption, significantly improves the emissions of a smelting process and increases safety by having fewer stages of heating the cylinder .
3. Mejora la calidad del tubo inicial (pre tubo), al ser una colada y no un proceso de presión el tubo presenta una tensión residual menor lo que permite que su estructura esté mejor formada y con menos deformaciones. Además, a diferencia de las experiencias conocidas hasta ahora en fabricación continua, le da al tubo una estabilidad que permite toda su procesabilidad. 3. It improves the quality of the initial tube (pre tube), being a laundry and not a pressure process the tube has a lower residual tension which allows its structure to be better formed and with less deformation. In addition, unlike the experiences known so far in continuous manufacturing, it gives the tube a stability that allows all its processability.
4. Permite tubos de diversos tamaños y en particular los de menor diámetro lo cual implica un menor proceso de terminación, esto es sumamente importante para el consumo energético y pérdidas de material por cuanto para llegar al producto final se requiere de menos pasos de procesamiento. 4. It allows tubes of various sizes and in particular those of smaller diameter which implies a smaller termination process, this is extremely important for energy consumption and material losses, since less processing steps are required to reach the final product.
5. El poder partir de pretubos menores permite llegar a menores diámetros de tubos con una mejor seguridad y calidad por cuanto la colada ha sido expuesta a menos tensiones.
6. Permite desarrollar nuevas formas y aplicaciones de tubos, al ser una colada líquida permite formar prácticamente cualquier forma de tubo para el desarrollo de nuevas aplicaciones hasta ahora no conocidas o posibles. 5. The power to start from smaller pre-tubes allows to reach smaller tube diameters with better safety and quality because the laundry has been exposed to less stress. 6. It allows to develop new forms and applications of tubes, being a liquid laundry allows to form practically any form of tube for the development of new applications hitherto unknown or possible.
7. Productividad, al ser un sistema continuo permite una productividad varias veces mejor que la actualmente conocida por la industria. Esto principalmente debido a que la nueva matriz permite una calidad y estabilidad trabajable del producto que anteriormente no existía. 7. Productivity, being a continuous system allows productivity several times better than currently known by the industry. This is mainly because the new matrix allows a workable quality and stability of the product that did not previously exist.
Descripción breve de figuras. Descripción de la figura 1 Brief description of figures. Description of figure 1
CORTES LONGITUDINALES Y HORIZONTALES DE LA MATRIZ LONGITUDINAL AND HORIZONTAL CUTS OF THE MATRIX
(1) CILINDRO AHUECADO EXTERNO (1) EXTERNAL DROPPED CYLINDER
(2) CUERPO CÓNICO AHUECADO (2) CONNECTED CONICAL BODY
(3) PLANO SUPERIOR CILINDRO AHUECADO (3) UPPER FLAT DROPPED CYLINDER
(4) PLANO INFERIOR CILINDRO AHUECADO (4) BOTTOM PLANE UNDERWATER CYLINDER
(5) PLANO SUPERIOR CUERPO CÓNICO AHUECADO (5) SUPERIOR FLAT CONICAL BODY
(6) PLANO INFERIOR CUERPO CÓNICO AHUECADO (6) BOTTOM FLAT CONCRETE BOWED
(7) PULIDO ESPEJO (7) POLISHED MIRROR
(8) CORTE TRANSVERSAL CILINDRO AHUECADO (8) CROSS CUTTING CROSS CUTTING
(9) CORTE TRANSVERSAL CUERPO CÓNICO AHUECADO (9) CROSS CUTTING CROSS CUTTING
(10) CORTE TRANSVERSAL DEL CONJUNTO Descripción de la figura 2 (10) CROSS CUTTING OF THE ASSEMBLY Description of Figure 2
CORTE LONGITUDINAL Y OPERACIONAL DE LA MATRIZ LONGITUDINAL AND OPERATIONAL COURT OF THE MATRIX
(1) MANTO DE LA MATRIZ, CONO EXTERNO (unidad de forma cilindrica con base plana) (1) MATRIX HAND, EXTERNAL CONE (cylindrical unit with flat base)
(2) MANDRIL DE LA MATRIZ, CONO INTERNO (unidad forma cónica con base plana) (2) MANDRILE OF THE MATRIX, INTERNAL CONE (conical unit with flat base)
(3) ANILLO DE POSICIONAMIENTO (unidad con forma de anillo)
(4) PERFORACIÓN INTERNA (3) POSITIONING RING (ring-shaped unit) (4) INTERNAL DRILLING
(5) INGRESO DE METAL MANTO EXTERNO (5) EXTERNAL HAND METAL INCOME
(6) PERFORACIÓN INTERNA (6) INTERNAL DRILLING
(7) INGRESO DE METAL MANTO INTERNO En la figura 2 la matriz desarrollada para este sistema está compuesta de grafito y consta de dos piezas, una interior y otra exterior que uniforman el flujo de salida por una serie de canales que van conformando anillos de solidificación del pre tubo a una velocidad aproximada de 1 mt/min, que al enfriarse forman el pre tubo que sale por el otro extremo de estas boquillas. (7) INTERNAL HAND METAL INCOME In Figure 2 the matrix developed for this system is composed of graphite and consists of two pieces, one inside and one outside that uniform the output flow through a series of channels that are forming solidification rings of the pre tube at an approximate speed of 1 mt / min, which when cooled form the pre tube that comes out from the other end of these nozzles.
Descripción de la figura 3 Description of figure 3
ESQUEMA DE LA FABRICACIÓN DE TUBOS EN EL ESTADO DEL ARTE (1) EXTRUSIÓN DE TUBO POR PRENSA TUBE MANUFACTURING SCHEME IN THE STATE OF ART (1) PRESS PIPE EXTRUSION
(2) EXTRUSIÓN DE TUBO POR PASO PEREGRINO (2) EXTRUSION OF PIPE BY PEREGRINE PASS
(3) PUNTEADORA (3) PUNTEADORA
(4) DECAPAR (4) DECAPAR
(5) BANCO MAYOR 120 (5) BANK MAYOR 120
(6) MANCOS MENOR 100 (6) MANCHES MINOR 100
(7) CORTE DE SIERRA (7) SAW CUT
(8) BANCO MENOR 50 (8) BANK MINOR 50
(9) ENDEREZADORA (9) ENDOREZADORA
(10) BULL BLOCK (TREFILADOR EN ROLLOS) (10) BULL BLOCK (ROLLER TREFILADOR)
(1 1) CORTADORA (1 1) CUTTER
(14) HORNO (14) OVEN
( 15) EMPAQUE (15) PACKING
(16) BODEGA En la figura 3 se describe un flujograma del proceso antiguo conocido en el estado del arte comienza en el punto (1 ) o (2) de acuerdo a si el tubo se extruye en prensa o en paso peregrino. Este proceso genera lo que se denomina un pre tubo antiguo), básicamente es una forma cilindrica hueca obtenida de un cilindro relleno de metal. Una vez producido el
pre tubo se debe realizar la punta en el proceso (3), esto de manera de poder luego, con la maquinaria siguiente, tomar y estirar el pre tubo para formar un tubo propiamente tal por medio del proceso de trefilación. (16) WINERY In Figure 3 a flowchart of the old process known in the state of the art is described starting at point (1) or (2) according to whether the tube is extruded in the press or in a pilgrim's passage. This process generates what is called an old pre tube), basically it is a hollow cylindrical shape obtained from a metal filled cylinder. Once the Pre-tube the tip must be made in the process (3), so that then, with the following machinery, take and stretch the pre-tube to form a proper tube through the drawing process.
Una vez realizado esto, en el paso (4) se procede a decapar. Este proceso es un baño ácido al tubo de manera de poder retirarle todo el oxido inherente al proceso de extrusión o piercing. Finalmente el tubo pasa a banco que es parte el proceso de trefilación, tomando la punta para pasarle una pepa por un dado, "alargando" y disminuyendo el diámetro del tubo. (Figura 5) Dependiendo del diámetro y largo del tubo se dirige a otros bancos menores indicados en los números (6) o (8). Si el tubo es muy largo para el banco, este debe ser cortado mediante una sierra indicada en el punto (7) y luego ser enderezado en la enderezadora (9) para volver a trefilar. Una vez que se llega al diámetro y espesor de pared definido se pasa a bull block indicado en el punto (10). Estas máquinas permiten trefilar en rollos de manera de tener un largo mayor. Debe pasar por banco ya que éste último debe rebajar los diámetros para que el bull block pueda operar. Al finalizar las pasadas por el bull block el tubo pasa a cortadoras (1 1) para cortar el rollo en tubos del largo requerido, luego si se necesita ablandar el tubo para ciertas aplicaciones pasa al horno de terminado (14) para luego ser empacado en el área de empaque (15) y salir a las bodegas (16). Descripción de la figura 4 Once this is done, in step (4) proceed to behead. This process is an acid bath to the tube so that all the oxide inherent in the extrusion or piercing process can be removed. Finally, the tube passes to the bank, which is part of the drawing process, taking the tip to pass a bowl through a die, "lengthening" and reducing the diameter of the tube. (Figure 5) Depending on the diameter and length of the tube, it is directed to other smaller banks indicated in numbers (6) or (8). If the tube is too long for the bench, it must be cut by means of a saw indicated in point (7) and then straightened in the straightener (9) to draw again. Once the defined wall diameter and thickness is reached, it goes to the bull block indicated in point (10). These machines allow drawing in rolls so as to have a longer length. It must pass through a bank since the latter must reduce the diameters so that the bull block can operate. At the end of the passes through the bull block the tube passes to cutters (1 1) to cut the roll into tubes of the required length, then if it is necessary to soften the tube for certain applications it passes to the finishing oven (14) and then be packed in the packing area (15) and exit to the warehouses (16). Description of figure 4
ESQUEMA DE LA FABRICACIÓN DE TUBOS EN EL INVENTO TUBE MANUFACTURING SCHEME IN THE INVENTION
(1 1) CORTADORA (1 1) CUTTER
(12) HORNO FUNDIDOR DE COLADA CONTINUA VERTICAL (12) VERTICAL CONTINUOUS COLADA FOUNDING OVEN
(13) SPI NER (13) SPI NER
(14) HORNO (14) OVEN
(15) EMPAQUE
(16) BODEGA (15) PACKING (16) WINERY
En la figura 4 se describe el corazón del proceso de la tecnología aquí protegido (12) en el cual se saca un tubo casi terminado (pre tubo) de una medida cercana a la requerida finalmente. Este pre tubo está listo para pasar por una cortadora (1 1) que en esta ocasión rebaja el diámetro y corta en largos apropiados para el resto del proceso. Una vez realizado esto el rollo va al horno para una cristalización inicial (14), una vez ablandado o cristalizado el tubo está listo para ir al Skinner (13) a rebajar hasta el diámetro solicitado. Una vez realizado esto el rollo se corta en las cortadoras (1 1) y pasa a un horno de terminación si se requiere (14) para finalmente ser empacado (15) y enviado a las bodegas (16). Figure 4 describes the heart of the process of the technology protected here (12) in which an almost finished tube (pre-tube) of a measure close to that finally required is taken out. This pre tube is ready to go through a cutter (1 1) that this time reduces the diameter and cuts into lengths appropriate for the rest of the process. Once this is done, the roll goes to the oven for initial crystallization (14), once the tube is softened or crystallized, it is ready to go to the Skinner (13) to reduce to the requested diameter. Once this is done, the roll is cut in the cutters (1 1) and passed to a finishing oven if required (14) to finally be packed (15) and sent to the cellars (16).
Descripción de la figura 5 Description of figure 5
ESQUEMA DEL TRATAMIENTO TRADICIONAL DEL PRE TUBO ANTIGUO TRADITIONAL TREATMENT SCHEME OF THE OLD PRE TUBE
(1) MATERIAL O TUBO (1) MATERIAL OR TUBE
(2) PEPA O BALA (2) PEPA OR BULLET
(3) DADO DE TREFILACIÓN En esta figura 5 se describe el tratamiento tradicional que recibe pre tubo antiguo, éste pasa por una serie de procesos de trefilación que consisten básicamente en alargar este tubo y determinar el espesor de sus paredes mediante el paso por un dado metálico con una pepa en su interior hasta lograr el resultado deseado como se describe en la figura. Descripción de la figura 6 (3) TREFILATION DATE This figure 5 describes the traditional treatment that receives an old pre-tube, it goes through a series of drawing processes that basically consist of lengthening this tube and determining the thickness of its walls by passing through a die metallic with a pepe inside to achieve the desired result as described in the figure. Description of figure 6
CORTES LONGITUDINALES Y HORIZONTALES DEL ANILLO DE POSICIONAMIENTO (1) PLANO SUPERIOR DEL ANILLO LONGITUDINAL AND HORIZONTAL CUTTING OF THE POSITIONING RING (1) TOP RING FLAT
(2) CORTE TRANSVERSAL DEL ANILLO
La figura 6 presenta 2 cortes del anillo de posicionamiento, este anillo ejerce su función extemporáneamente, esto quiere decir que una vez que va a ser introducida la matriz, se utiliza el anillo para guiar, luego se quiebra y comienza el proceso. (2) CROSS CUTTING OF THE RING Figure 6 presents 2 cuts of the positioning ring, this ring exerts its function extemporaneously, this means that once the matrix is to be introduced, the guide ring is used, then it breaks and the process begins.
Descripción de la figura 7 Description of figure 7
SISTEMA INTEGRADO INTEGRATED SYSTEM
(1) SISTEMA DE ENFRIAMIENTO (1) COOLING SYSTEM
(2) ANILLO DE POSICIONAMIENTO (2) POSITIONING RING
(3) MATRIZ (3) MATRIX
En la figura 7 se ven tres partes del sistema integrados, en negro obscuro se ve el anillo de posicionamiento el cual ha sido removido para la operación del sistema. Figure 7 shows three integrated system parts, in dark black the positioning ring is seen which has been removed for the operation of the system.
Ejemplos de aplicación Application examples
Procesos comparativos Proceso normal: Comparative processes Normal process:
1.- Como ejemplo del proceso normal conocido por el estado del arte, podemos tomar la fabricación de una tubería estándar de diámetro nominal ¾ para la industria de la construcción. El flujograma de este proceso se puede apreciar en la figura 3. En un proceso normal de manufactura el tubo ¡nicialmente se extruye o obtiene mediante algún proceso mecánico como ya se mencionó anteriormente. Dado que el tubo se calentó y deformó es necesario, para su manipulación, limpiarlo de toda impureza o rastro de óxido. Para lo anterior se realiza un proceso denominado "decapado" que consiste en un baño químico para remover estas impurezas. Luego de limpiado el tubo se procede a fabricar la punta para que pueda ser reducido, una vez realizado esto se va a los bancos de trefilación, estos son bancos de aproximadamente 30 a 40 metros de longitud en donde se alarga el tubo. Si es necesario tubos más largos se deberá cortar en alguna reducción intermedia, como se observa en el flujograma de la figura previamente descrita.
Una vez realizada la reducción inicial en los bancos y producido un rollo normalizado o de un diámetro cercano al deseado pasa a un proceso de trefilación en rollo en máquinas denominadas bull block o Skinner, estas hacen la misma función que los bancos pero aceptan diámetros menores y tubos más largos que los bancos no son capaces de procesar. Una vez llegado al diámetro y espesor deseados se pasa por un horno y luego se corta en los largos comerciales que se requieran como se observa en el proceso de la figura 3.Todos estos rollos no pesan más de 300 kilos en lo mejor de la industria. 1.- As an example of the normal process known by the state of the art, we can take the manufacture of a standard pipe of nominal diameter ¾ for the construction industry. The flowchart of this process can be seen in Figure 3. In a normal manufacturing process the tube is initially extruded or obtained by some mechanical process as already mentioned above. Since the tube was heated and deformed, it is necessary, for handling, to clean it from any impurity or trace of rust. For this, a process called "pickling" is carried out, which consists of a chemical bath to remove these impurities. After cleaning the tube, the tip is manufactured so that it can be reduced, once this is done, it goes to the drawing banks, these are banks of approximately 30 to 40 meters in length where the tube is lengthened. If necessary, longer tubes should be cut in some intermediate reduction, as shown in the flowchart of the previously described figure. Once the initial reduction in the banks has been carried out and a standardized roll or of a diameter close to the desired one is produced, it goes on to a roll drawing process in machines called bull block or Skinner, these perform the same function as the banks but accept smaller diameters and Tubes longer than banks are not able to process. Once the desired diameter and thickness is reached, it is passed through an oven and then cut into the commercial lengths that are required as seen in the process of Figure 3. All these rolls do not weigh more than 300 kilos in the best of the industry .
Proceso de la invención: 1.- Para el caso del proceso de la colada continua, se produce el tubo en un diámetro cercano al finalmente deseado, una vez producido unas 12 toneladas de cobre líquido en la colada continua, por presión meta estática, se hace pasar el material a través de la matriz, previamente posicionada con el anillo de posicionamiento (se elimina cuando comienza el proceso), con un flujo laminar de un Reinols de 1. Este pre tubo caliente se enfría a través de agua destilada en recirculación a una presión de 4 a 6 bar, para entregar finalmente un tubo de cobre a una velocidad de 1 metro por minuto, con 3,8 cm de diámetro y con 2,5 mm de espesor en rollos de diámetro de 84 pulgadas (213,36 cm) que se cortan en el peso deseado (aproximadamente 800 Kg por rollo) y se pasa por el horno para su manipulación. Una vez ocurrido este evento, se requiere solo pasar por los equipos reductores finales para luego cortar el producto final. No se requiere del decapado, bancos o más cortes que los del lote de trabajo, logrando así, en una fracción del tiempo el producto final.
Process of the invention: 1.- In the case of the continuous casting process, the tube is produced in a diameter close to the one finally desired, after producing about 12 tons of liquid copper in the continuous casting, by static meta pressure, It passes the material through the matrix, previously positioned with the positioning ring (it is eliminated when the process begins), with a laminar flow of a Reinols of 1. This hot pre-tube is cooled through distilled water in recirculation to a pressure of 4 to 6 bar, to finally deliver a copper tube at a speed of 1 meter per minute, with 3.8 cm in diameter and 2.5 mm thick in rolls of diameter of 84 inches (213.36 cm) that are cut at the desired weight (approximately 800 kg per roll) and passed through the oven for handling. Once this event has occurred, it is only necessary to go through the final reducing equipment and then cut the final product. Pickling, banks or more cuts than those of the work lot are not required, thus achieving, in a fraction of the time, the final product.