Colada secuencial de metales que tienen coeficientes de contracción altos.

Aparato para colada de un lingote de metal compuesto, incluyendo:

una cavidad de molde generalmente rectangular de extremos abiertos que tiene una porción de extremo de entrada,una abertura de extremo de descarga, y un bloque inferior móvil (21) adaptado para encajar dentro del extremo dedescarga y para el movimiento axial con respecto al molde durante la colada;

al menos una pared divisoria enfriada (19) en la porción de extremo de entrada del molde y que termina encima dedicha abertura de extremo de descarga para dividir la porción de extremo de entrada en al menos dos cámaras dealimentación; y

un medio (20) para alimentar metal para una capa interior (12) a una de dichas al menos dos cámaras dealimentación y al menos un medio para alimentar otro metal para al menos una capa exterior (11) a al menos otra dedichas cámaras de alimentación;

donde dicha pared divisoria al menos única (19) tiene una superficie de contacto de metal (40) para contactar dichometal para dicha al menos única capa exterior (11), caracterizado porque dicha superficie (40) está dispuesta en un ángulo (θ ) a la vertical que se inclina alejándose de dicho metal para dicha capa exterior (11) en una dirección haciaabajo,

aumentando dicho ángulo (θ) en posiciones en dicha pared divisoria al menos única (19) aproximándose a cadaextremo longitudinal de la misma.

Colada secuencial de metales que tienen coeficientes de contracción altos

Campo técnico

Esta invención se refiere a un aparato para la colada de un lingote de metal compuesto aplicable a la colada de metales, en particular aluminio y aleaciones de aluminio, por técnicas de colada por enfriamiento directo (ED) . Más en concreto, la invención se refiere a la colada conjunta de capas metálicas por colada por enfriamiento directo que implica solidificación secuencial. Además, se refiere a un método de colada de un lingote compuesto.

Antecedentes de la invención Los lingotes de metal se producen de ordinario por colada por enfriamiento directo de metales fundidos. Esto implica verter un metal fundido a un molde que tiene paredes enfriadas, un extremo superior abierto y (después del arranque) un extremo inferior abierto. El metal sale por el extremo inferior del molde como un lingote de metal que desciende a medida que prosigue la operación de colada. En otros casos, la colada tiene lugar horizontalmente, pero el procedimiento es esencialmente el mismo. Tales técnicas de colada son especialmente adecuadas para la colada de aluminio y aleaciones de aluminio, pero también puede ser empleada para otros metales.

Las técnicas de colada de este tipo se explican ampliamente en la Patente de Estados Unidos número 6.260.602 de Wagstaff, que se refiere exclusivamente a la colada de lingotes monolíticos, es decir lingotes hechos completamente del mismo metal y colados como una sola capa. Se describen aparatos y métodos para la colada en estructuras de capas por técnicas de solidificación secuencial en la Patente de Estados Unidos publicada número 2005/0011630 A1 de Anderson y colaboradores. Este documento describe características que no caen dentro de la parte caracterizante de la reivindicación 1. La solidificación secuencial implica la colada de una primera capa (por ejemplo una capa prevista como una capa interior o núcleo) y a continuación, posteriormente pero en la misma operación de colada, la colada de una o más capas de otros metales sobre la primera capa una vez logrado un grado de solidificación adecuado.

Aunque estas técnicas son efectivas y exitosas, pueden surgir dificultades al intentar emplear la técnica de solidificación secuencial con una o más aleaciones que tengan coeficientes de contracción altos después de la solidificación y el enfriamiento. En particular, cuando se emplea dicho metal como una capa interior que forma un sustrato para una capa exterior de otro metal, se descubre que la capa interior puede tener una tendencia a cortar la capa exterior (o exhibir adhesión debilitada) durante la operación de colada, especialmente en los extremos últimos de un lingote rectangular colado con una estructura en capas, y especialmente durante la etapa inicial de formación del lingote.

Es conocido que la adición de otros elementos a aluminio puro cambia su coeficiente de contracción en mayor o menor grado. Algunos elementos aumentan el coeficiente de contracción, mientras que otros lo reducen. Los elementos tales como magnesio y zinc aumentan el coeficiente en comparación con el aluminio puro, mientras que elementos tales como cobre, hierro, silicio y níquel reducen el coeficiente. El grado en el que se cambia el coeficiente varía por lo general de manera aproximadamente lineal con el porcentaje del elemento añadido al aluminio.

Las dificultades indicadas anteriormente, aunque surgen potencialmente en todas las estructuras de metal colado secuencialmente, tienden a ser más agudas cuando se hace una capa interior de una aleación de aluminio que tiene un coeficiente de contracción alto y, especialmente, un coeficiente más alto que el aluminio propiamente dicho, en concreto una aleación de aluminio conteniendo magnesio y/o zinc, especialmente cuando tales elementos se contienen en concentraciones relativamente altas, por ejemplo Mg en cantidades superiores a aproximadamente 2, 5% en peso. Sin embargo, pueden surgir problemas similares cuando el coeficiente de contracción de un metal de una capa no es especialmente alto, pero hay una gran diferencia entre los coeficientes de dos capas adyacentes, por ejemplo una aleación conteniendo cantidades significativas de níquel en una capa y una aleación conteniendo cobre en una capa adyacente. Aunque estos dos elementos producen una reducción del coeficiente en comparación con el aluminio puro, el níquel tiene un efecto mucho más negativo en el coeficiente que el cobre de modo que, dependiendo de las concentraciones relativas de estos elementos, la diferencia en los respectivos coeficientes puede ser bastante grande.

Por lo tanto, se necesitan equipo y técnicas de colada mejoradas al colar conjuntamente metales de estos tipos.

Descripción de la invención Un aspecto de la invención se refiere a un aparato para la colada de un lingote de metal compuesto, incluyendo: una cavidad de molde generalmente rectangular de extremos abiertos que tiene una porción de extremo de entrada, una abertura de extremo de descarga, y un bloque inferior móvil adaptado para encajar dentro del extremo de descarga y para el movimiento axial con respecto al molde durante la colada; al menos una pared divisoria enfriada en la porción de extremo de entrada del molde y que termina encima de dicha abertura de extremo de descarga para dividir la

porción de extremo de entrada en al menos dos cámaras de alimentación; y un medio para alimentar metal para una capa interior a una de dichas al menos dos cámaras de alimentación y al menos un medio para alimentar otro metal para al menos una capa exterior a al menos otra de dichas cámaras de alimentación; donde dicha pared divisoria al menos única tiene una superficie de contacto de metal para contactar dicho metal para dicha al menos única capa exterior, caracterizado porque dicha superficie está dispuesta en un ángulo a la vertical que se inclina alejándose de dicho metal para dicha capa exterior en una dirección hacia abajo, aumentando dicho ángulo en posiciones en dicha pared divisoria al menos única aproximándose a cada extremo longitudinal de la misma.

También se refiere a un método según la reivindicación 7.

Además, otra realización ejemplar proporciona, en un método de colada de una capa interior hecha de un metal y al menos una capa de revestimiento metálica de otro metal en un aparato de colada por enfriamiento directo que tiene al menos una pared divisoria que forma al menos dos cámaras en el aparato, donde el metal para la capa interior tiene un coeficiente de contracción más alto que el metal de la al menos única capa exterior, la mejora que incluye inclinar la al menos única pared divisoria en un ángulo a la vertical para contactar pero inclinándose alejándose en una dirección hacia abajo de metal suministrado para la al menos única capa exterior, y aumentando el ángulo en posiciones que se aproximan a los extremos longitudinales de la pared divisoria.

Se deberá apreciar que el término “rectangular” en el sentido en que se usa en esta memoria descriptiva incluye el término “cuadrado”.

Breve descripción de los dibujos A continuación se hará referencia, a modo de ejemplo solamente, a los dibujos acompañantes, que ilustran formas en las que la invención se puede llevar a la práctica, en los que:

La figura 1 es una vista en alzado en sección transversal parcial vertical que representa un aparato de colada que tiene una única pared divisoria.

La figura 2 es una ilustración esquemática de una región de contacto entre aleaciones de metal en el aparato de la figura 1.

La figura 3 es una vista en alzado de parte del aparato de colada de la figura 1 que representa un ejemplo de rizado a tope producido durante la colada de lingotes.

La figura 4 es una representación tridimensional de una parte de extremo de una capa interior durante la colada que representa las líneas de solidificación del metal y las fuerzas de contracción.

La figura 5 es una vista en planta de la parte de extremo de la capa interior de la figura 4 que representa fuerzas que actúan en el metal.

La figura 6 es una vista en planta de una capa interior (núcleo de lingote) que representa, de forma exagerada, distorsiones de la forma rectangular ideal producidas por fuerzas que actúan en el metal.

Las figuras 7A a 7D son dibujos que ilustran una forma de una pared divisoria usada en el aparato de la figura 9 en perspectiva y en secciones transversales ilustrativas.

La figura 8 es una realización ejemplar alternativa de una pared divisoria según la presente invención.

Y la figura 9 es una vista en sección transversal vertical de un aparato de colada configurado según una... [Seguir leyendo]

1. Aparato para colada de un lingote de metal compuesto, incluyendo:

una cavidad de molde generalmente rectangular de extremos abiertos que tiene una porción de extremo de entrada, una abertura de extremo de descarga, y un bloque inferior móvil (21) adaptado para encajar dentro del extremo de descarga y para el movimiento axial con respecto al molde durante la colada;

al menos una pared divisoria enfriada (19) en la porción de extremo de entrada del molde y que termina encima de dicha abertura de extremo de descarga para dividir la porción de extremo de entrada en al menos dos cámaras de alimentación; y

un medio (20) para alimentar metal para una capa interior (12) a una de dichas al menos dos cámaras de alimentación y al menos un medio para alimentar otro metal para al menos una capa exterior (11) a al menos otra de dichas cámaras de alimentación;

donde dicha pared divisoria al menos única (19) tiene una superficie de contacto de metal (40) para contactar dicho metal para dicha al menos única capa exterior (11) , caracterizado porque dicha superficie (40) está dispuesta en un ángulo (θ) a la vertical que se inclina alejándose de dicho metal para dicha capa exterior (11) en una dirección hacia abajo,

aumentando dicho ángulo (θ) en posiciones en dicha pared divisoria al menos única (19) aproximándose a cada extremo longitudinal de la misma.

2. El aparato de la reivindicación 1, donde dicho al menos único medio para alimentar dicho otro metal para dicha al menos única capa exterior está colocado para introducir dicho metal para dicha capa exterior (11) a dicho molde en una posición en dicho molde más alta que dicho medio (20) para alimentar dicho metal para dicha capa interior (12) .

3. El aparato de la reivindicación 1, donde dicho ángulo (θ) de dicha pared divisoria al menos única (19) en dichos extremos longitudinales es al menos el doble de dicho ángulo en su centro.

4. El aparato de la reivindicación 1, donde dicho ángulo (θ) de dicha pared divisoria al menos única (19) es al menos 3° en dichos extremos longitudinales y no más de 2° en su centro.

5. El aparato de la reivindicación 1, donde dicho ángulo (θ) de dicha pared divisoria al menos única (19) es del rango de 3 a 7° en dichos extremos longitudinales y del rango de 1 a 2° en su centro.

6. El aparato de la reivindicación 1, donde dicha pared divisoria (19) tiene una sección central alargada, y donde dicho ángulo (θ) permanece constante dentro de dicha región central y luego aumenta más allá de dicha región central.

7. Un método de colada de un lingote compuesto, incluyendo los pasos de:

proporcionar un aparato para colada de un lingote de metal compuesto según una de las reivindicaciones 1 a 6, estando destinadas las cámaras de alimentación a la colada de una capa interior (12) y al menos una capa exterior (11) ,

alimentar metal para una capa interior (12) a una de dichas al menos dos cámaras de alimentación;

alimentar otro metal para al menos una capa exterior (11) a al menos otra de dichas cámaras de alimentación; y

mover dicho bloque inferior (21) axialmente con respecto a dicho molde para permitir que un lingote salga por dicha abertura de extremo de descarga de dicho aparato.

8. El método de la reivindicación 7, donde un metal fundido que tiene un coeficiente de contracción más alto que el aluminio puro es suministrado a dicho medio (20) para alimentar metal para dicha capa interior.

9. El método de la reivindicación 8, donde el metal fundido es una aleación de aluminio-magnesio conteniendo al menos 2, 5% en peso de Mg.

10. El método de una de las reivindicaciones 7 a 9, donde se suministra un metal fundido a dicho medio para alimentar dicho al menos otro metal, siendo dicho metal fundido un metal que tiene un coeficiente de contracción más bajo que dicho metal alimentado a dicha capa interior (12) .

11. El método de la reivindicación 7, donde dicho metal para dicha capa interior (12) es un metal que tiene un coeficiente de contracción más alto que el aluminio puro.

12. El método de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, donde dicho metal para dicha capa interior (12) y dicho metal para dicha al menos única capa exterior (11) tienen una diferencia significativa en sus respectivos coeficientes de contracción.

13. El método de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, donde dicho otro metal para dicha al menos única capa exterior (11) se introduce a dicho molde en una posición en dicho molde más alta que una posición elegida para introducir dicho metal para dicha capa interior (12) .