Procedimiento de colada para aleaciones de aluminio.

Procedimiento de colada de una aleación de aluminio que contiene por lo menos un 0,

1 % de Mg y/o por lomenos un 0,1 % de Li, en el que, durante la mayor parte de la solidificación, se ponen en contacto unasuperficie líquida de la correspondiente aleación y un gas desecado que comprende por lo menos un 2 % envolumen de oxígeno y cuya presión parcial de agua es inferior a 150 Pa.

Procedimiento de colada para aleaciones de aluminio

Ámbito de la invención La invención se refiere a la colada de las aleaciones de aluminio, especialmente a la colada de las aleaciones que contienen magnesio y/o litio sensibles a la oxidación.

Estado de la técnica La oxidación de las aleaciones de aluminio en estado líquido tiene consecuencias nefastas en el procedimiento de fundición. En los hornos y canales de distribución, la oxidación del metal tiene como primer resultado una pérdida neta de metal, llamada merma. Además, durante la colada, una oxidación del metal líquido demasiado importante engendra defectos en la superficie del lingote colado que perjudican la utilización de los productos. Estos problemas son particularmente marcados en las aleaciones que contienen magnesio y/o litio.

El principal defecto es el surco vertical que suele ser generado por arrugamientos de la piel de óxido en la superficie del foso de colada. En algunos casos, y en particular durante la colada de las aleaciones 7xxx, este problema es particularmente importante porque los surcos, sobre todo cuando son largos y profundos, inician fácilmente grietas superficiales. Por lo general, se deben eliminar los surcos y grietas antes de la transformación de los lingotes obtenidos durante la colada. Por ejemplo, los defectos se pueden eliminar por mecanizado, lo que puede ser económicamente muy desfavorable tanto debido al costo de la operación como a la pérdida significativa de metal que resulta. En algunos casos, el lingote llega a ser inutilizable debido a la presencia de grietas y es necesario refundirlo.

Se sabe de antaño que la adición de algunos elementos permite limitar la oxidación y mejorar la calidad de la superficie.

A partir de 1943, la patente US 2 336 512 describe la adición de muy pequeñas cantidades de berilio en aleaciones de aluminio que contienen magnesio, para limitar la oxidación de la superficie del metal líquido.

La solicitud internacional WO 02/30822 describe la substitución de berilio por calcio con el mismo objeto de limitación de la oxidación.

Sin embargo, la adición de elementos adicionales puede ser la causa de otros problemas. Así, el berilio presenta cierta toxicidad que llevó, entre otras cosas, a su supresión en las aleaciones de aluminio utilizadas para los envases alimentarios. Por su parte, el calcio puede originar grietas de borde durante el laminado en caliente.

También se propusieron diferentes artefactos para proteger la superficie del metal líquido.

La patente US 4 582 118 propone utilizar una atmósfera no reactiva y no combustible, tal como por ejemplo una atmósfera de argón, de helio, de neón, o de kriptón o también de nitrógeno o de dióxido de carbono, para la colada de las aleaciones aluminio-litio. Sin embargo, el uso de tales procedimientos es muy costoso.

La solicitud de patente EP 0 109 170 A1 describe el uso de un deflector en la periferia de la máquina de colada para barrer la superficie de metal líquido con un gas inerte (habitualmente nitrógeno y/o argón, con o sin cloro, u otro halógeno) . Sin embargo, el uso de estos gases es delicado y aumenta significativamente el costo de las operaciones.

El uso de dióxido de carbono o gas de combustión para limitar la oxidación es conocido también por C.N. Cochran,

D.L. Belitskus y D.L. Kinosz, Metallurgical Transactions B, Volumen 8B, 1977, páginas 323-331.

La solicitud de patente EP 1 964 628 A1 describe un método para producir lingotes de aluminio en el que se maneja por lo menos una etapa del procedimiento en una atmósfera que contiene un gas fluorado. Sin embargo, el uso de gases fluorados es delicado y crea riesgos importantes para las personas.

La patente US 5 415 220 describe el uso de sales fundidas de cloruro de litio y de cloruro de potasio para proteger la superficie de aleaciones aluminio-litio durante la colada.

Sin embargo, el inconveniente de las sales fundidas radica en el riesgo de contaminación por impurezas del metal líquido, así como en su dificultad de uso.

La patente US 7 267 158 describe la adición forzada de un gas húmedo, que contiene más de 0, 005 kg/m3 de agua, a la superficie del metal fundido para mejorar la calidad superficial de los lingotes colados. Sin embargo, este procedimiento presenta el inconveniente de poner en contacto el vapor de agua y el aluminio líquido, a pesar de los riesgos de explosión relacionados con el contacto entre el agua y el aluminio líquido.

Además, se sabe por la solicitud EP 0 216 393 A1 cómo usar aire seco en una cuchara de tratamiento del aluminio líquido para evitar la penetración de hidrógeno en el metal fundido cuando un gas de tratamiento se inyecta en el metal líquido y provoca la ruptura de la capa de óxido que protege la superficie del mismo.

El documento US-A-2005/000677 divulga un procedimiento de colada de una aleación de aluminio que contiene por lo menos un 0, 1 % en peso de Mg, en el que se ponen en contacto durante la solidificación una superficie líquida de la correspondiente aleación y un gas desecado que comprende por lo menos aproximadamente un 2 % en volumen de oxígeno y cuya presión parcial de agua presenta un punto de rocío de 0 °C.

El problema planteado consiste en encontrar un procedimiento de colada adaptado a las aleaciones de aluminio más oxidables, en particular las aleaciones de aluminio que contienen magnesio y/o litio, que no presente estos inconvenientes y permita obtener lingotes colados libres de defectos superficiales y contaminaciones, con toda seguridad.

Descripción de la invención Un primer objeto de la invención es un procedimiento de colada de una aleación de aluminio que contiene por lo menos aproximadamente un 0, 1 % de Mg y/o por lo menos aproximadamente un 0, 1 % de Li, en el que, durante la mayor parte de la solidificación, se ponen en contacto una superficie líquida de la correspondiente aleación y un gas desecado que comprende por lo menos aproximadamente un 2 % en volumen de oxígeno y cuya presión parcial de agua es inferior a unos 150 Pa.

Un segundo objeto de la invención es el uso en una instalación de colada de aleaciones de aluminio que contienen por lo menos aproximadamente un 0, 1 % de Mg y/o por lo menos aproximadamente un 0, 1 % de Li, de un gas desecado que comprende por lo menos aproximadamente un 2 % en volumen de oxígeno y cuya presión parcial de agua es inferior a unos 150 Pa en una superficie líquida de la correspondiente aleación de aluminio, para minimizar su oxidación.

Descripción de las figuras Figura 1: esquema general de una instalación de colada semicontinua vertical.

Figura 2: esquema de una instalación de colada vertical que incluye un dispositivo de alimentación de un flujo de gas desecado.

Figura 3: esquema de un dispositivo de alimentación de un flujo de gas desecado para la colada de placas.

Figura 4: esquema de la termobalanza utilizada en el ejemplo 1.

Figura 5: evolución de la toma de peso en el tiempo para las experiencias realizadas con la aleación 7449 en el ejemplo 1.

Figura 6: evolución de la toma de peso en el tiempo para las experiencias realizadas con la aleación AA5182 en el ejemplo 1.

Figura 7: evolución de la toma de peso en el tiempo para las experiencias realizadas con la aleación AA2196 en el ejemplo 1.

Figura 8: fotografías de las superficies obtenidas después de las pruebas N°7 (Fig. 8a) y N°5 (Fig. 8b) del ejemplo 1.

Descripción detallada de la invención La denominación de las aleaciones cumple con los requisitos de las reglas de The Aluminum Association, conocidas por el especialista. La composición química de aleaciones de aluminio normalizadas se define por ejemplo en la norma EN 573-3.

Salvo indicación contraria, se aplican las definiciones de la norma europea EN 12258-1. A continuación, se llama “instalación de colada” al conjunto de los dispositivos que permite transformar un metal de forma cualquiera en semiproducto de forma bruta, pasando por la fase líquida. Una instalación de colada puede comprender numerosos dispositivos tales como uno o varios hornos necesarios para la fusión del metal y/o su mantenimiento a temperatura y/o para operaciones de preparación del metal líquido y de ajuste de la composición, una o varias cubas (o “cucharas”) destinadas a efectuar un tratamiento de eliminación de las impurezas disueltas y/o en suspensión en el metal líquido, este tratamiento puede consistir en filtrar el metal líquido por un medio filtrante en una “bolsa de filtración” o en introducir en el baño un gas llamado “de tratamiento” que puede ser inerte o... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de colada de una aleación de aluminio que contiene por lo menos un 0, 1 % de Mg y/o por lo menos un 0, 1 % de Li, en el que, durante la mayor parte de la solidificación, se ponen en contacto una superficie líquida de la correspondiente aleación y un gas desecado que comprende por lo menos un 2 % en volumen de oxígeno y cuya presión parcial de agua es inferior a 150 Pa.

2. Procedimiento según la reivindicación 1 en el que la presión parcial de agua del correspondiente gas desecado es inferior a los 100 Pa y preferentemente inferior a los 70 Pa.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que la puesta en contacto del gas y de la superficie se realiza de modo que se establezca, por encima de la correspondiente superficie, una atmósfera cuya cantidad de agua es sensiblemente igual a la del gas desecado.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en el que la correspondiente superficie líquida de la aleación de aluminio sometida al flujo de gas desecado representa por lo menos un 10 %, preferentemente por lo menos un 25 % y más preferentemente por lo menos un 50 % de la totalidad de la superficie líquida de la correspondiente aleación de aluminio.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en el que la correspondiente aleación de aluminio es una aleación de la familia 2XXX, 3XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX o 8XXX.

6. Procedimiento según la reivindicación 5 en el que la correspondiente aleación de aluminio no contiene una adición voluntaria de berilio y/o calcio.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en el que el gas desecado comprende también por lo menos un gas elegido entre aire, helio, argón, nitrógeno, dióxido de carbono, monóxido de carbono, productos de combustión del gas natural, metano, etano, propano, gas natural, compuestos fluorados orgánicos, compuestos clorados orgánicos.

8. Procedimiento según la reivindicación 7 en el que el correspondiente gas desecado es esencialmente aire.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en el que la cantidad de CO2 del gas desecado es inferior al 1 % en volumen y preferentemente inferior al 0, 1 % en volumen.

10. Procedimiento de colada según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 elegido entre la colada semicontinua vertical con enfriamiento directo, la colada horizontal, la colada continua de hilo, la colada continua entre cilindros de bandas, la colada continua entre orugas de bandas.

11. Procedimiento de colada semicontinua vertical con enfriamiento directo según la reivindicación 10 en el que el correspondiente gas se suministra con ayuda de un dispositivo (6) fijado alrededor del inyector de metal líquido (4) , de modo que el flujo desecado esté orientado del centro de la correspondiente superficie líquida hacia su periferia y/o de la periferia hacia el centro en el área de inyección del metal líquido.

12. Procedimiento de colada según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 en el que el correspondiente gas desecado se utiliza también en por lo menos un horno, especialmente de fusión o de mantenimiento y/o en por lo menos una cuba de tratamiento, tal como una cuchara de filtración o una cuchara de desgasificación, y/o en por lo menos un canal de distribución, tal como una canaleta.

13. Utilización en una instalación de colada de aleación de aluminio que contiene por lo menos un 0, 1 % de Mg y/o por lo menos un 0, 1 % de Li, de un gas desecado que comprende, en volumen, por lo menos un 2 % de oxígeno y cuya presión parcial de agua es inferior a 150 Pa en una superficie líquida de la correspondiente aleación de aluminio, para minimizar su oxidación.

14. Utilización según la reivindicación 13 en por lo menos un dispositivo elegido entre un horno, una cuchara de filtración, una cuchara de desgasificación y un canal de distribución.

15. Utilización según la reivindicación 13 o la reivindicación 14 en el que las condiciones de uso del gas desecado y/o la composición de la aleación de aluminio son según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a

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