Proceso de colada semicontinua vertical multialeación.

Proceso de colada semicontinua vertical con enfriamiento directo de placas de laminación o tochos de extrusión,

en el que se utilizan un separador y dos medios de alimentación de metal líquido, típicamente boquillas o canales, situados de una y otra parte del correspondiente separador, que consta de las siguientes etapas:

a) Colada de una primera aleación de aluminio en el molde de colada semicontinua vertical con la ayuda de la primera boquilla,

b) Instalación del correspondiente separador metálico o de material refractario en el molde, puesto en contacto con el frente de solidificación,

c) Colada de una segunda aleación de aluminio del otro lado del correspondiente separador con la ayuda de la segunda boquilla,

d) Elevación del correspondiente separador sensiblemente al mismo tiempo que la parada de la colada de las aleaciones o un poco antes de la correspondiente parada, lo que autoriza la mezcla de las aleaciones en la zona final de la colada de la placa o tocho,

e) Extracción de la placa o tocho solidificado del molde de colada semicontinua, caracterizado por lo que se da un movimiento vibratorio al correspondiente separador con la ayuda de un vibrador, por lo menos mientras dure su contacto con el frente de solidificación, de modo que el correspondiente separador no esté agarrado ni arrastrado por el metal sólido.

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Proceso de colada semicontinua vertical multialeación

Campo de la invención

La invención se refiere al campo de la fabricación de semiproductos como placas de laminación y tochos de extrusión de aleaciones de aluminio por colada semicontinua vertical.

Más precisamente, la invención se refiere a un proceso de colada semicontinua vertical de placas o tochos que constan de por lo menos dos aleaciones de aluminio, por coladas simultáneas y con la ayuda de por lo menos un separador.

La invención se refiere también al dispositivo que permite la puesta por obra del correspondiente proceso y la fabricación de las correspondientes placas o tochos.

Estado de la técnica

El aluminio se utiliza de manera creciente en los sectores de la construcción aeronáutica y automóvil, tanto en lo que se refiere a chapas de fuselaje, largueros y refuerzos de ala, como a chapas de carrocería y a intercambiadores de calor soldados para automóviles por razones de limitación del peso, y también para reflectores ópticos o igualmente chapas de blindaje, moldes para termoplásticos, piezas de forja, piezas para mecanizado.

En particular, estas aplicaciones del aluminio, aunque la lista no sea exhaustiva, necesitan que se encuentre un compromiso entre las propiedades a menudo antagonistas, por ejemplo la resistencia mecánica y la aptitud al conformado, o la resistencia mecánica y la resistencia a la corrosión o también la aptitud para el taladrado y para el torneado.

Salvo indicación contraria, todas las aleaciones de aluminio mencionadas a continuación cumplen con las denominaciones definidas por la "Aluminum Association" en "Registration Record Series" que publica periódicamente.

El uso de aleaciones homogéneas permite cumplir con ciertas exigencias, pero podrían obtenerse mejoras sustanciales si fuera posible controlar por ejemplo una variación de composición entre superficie y matriz de una chapa o entre superficie y matriz de un tocho de extrusión, de forja o de mecanizado, y diferenciar así las propiedades de superficie de las propiedades de la matriz.

Para determinadas aplicaciones, existen productos plaqueados realizados por colaminación en caliente de dos placas de aleaciones distintas, como por ejemplo:

- Las chapas de soldadura, principalmente destinadas a la industria de los intercambiadores de calor, en particular para automóviles; entonces el plaqueado es una aleación con un punto de fusión inferior al de la matriz y el metal de aporte garantizará la unión entre las piezas ensambladas durante el proceso de soldadura.

- Chapas aeronáuticas para las que el plaqueado, cuya aleación está poco cargada de elementos de aleación, garantiza una protección contra la corrosión a una aleación matriz muy cargada y de muy alta resistencia mecánica.

- Lo mismo ocurre en el campo de las chapas para carrocería automóvil para las que el plaqueado, cuya aleación está poco cargada de elementos de aleación, garantiza una buena conformabilidad, especialmente durante las operaciones de embutición, plegado o engaste, a una aleación matriz más cargada de alta resistencia mecánica.

- El mismo principio se aplica también para otros productos llamados bicapa entre los cuales cabe destacar los reflectores ópticos, de aleación cualquiera, poco costosa y revestida de una aleación de aluminio de alta pureza, o también los productos bicapa para blindaje en el sector militar.

Sin embargo, este proceso de colaminación en caliente no puede aplicarse a todas las familias de aleaciones, sobre todo a las aleaciones que contienen magnesio y/o zinc en cantidad significativa (productos destinados en particular a la automoción, la aeronáutica u otra cosa) , debido a la oxidabilidad de superficie de las aleaciones ricas en Mg y/o en Zn. Además, éste suele requerir una doble laminación en caliente, lo que no es favorable ni desde el punto de vista de la productividad, ni desde el punto de vista económico.

Por lo tanto, se han propuesto procesos que permitan la colada simultánea de dos capas de aleaciones, también llamada colada bialeación, en colada semicontinua vertical.

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La solicitud WO 03/035305 A1, o también la patente US 7 407 713 B2, de la sociedad Alcoa Inc., así como otras solicitudes o patentes de la misma familia, divulgan el uso de un separador en forma de lámina metálica que va devanándose mientras está agarrada por el frente de solidificación y arrastrada por el metal sólido durante el descenso de la placa. Dicho separador permanece en la placa finalmente obtenida. Esta solución presenta la desventaja de una puesta por obra técnicamente incómoda, debido especialmente a la necesidad de precalentamiento de una longitud importante de dicha lámina metálica, a los problemas de volumen ocupado mutuamente con los sistemas de alimentación de metal líquido y sobre todo debido a la introducción, en el metal líquido, de dos superficies oxidadas, por lo cual no se garantiza la unión metalúrgica y los riesgos de delaminación ulteriores no son nada despreciables.

Por su parte, la patente US 4 567 936 de Kaiser Aluminum & Chemical Corporation reivindica una colada bialeación en la que el alma está totalmente encapsulada por la capa de aleación de revestimiento. Esta capa exterior se solidifica previamente y la aleación de alma se cuela en el interior de esta coquilla. En esta configuración, la aleación exterior debe tener un liquidus significativamente más alto que la aleación de alma. Además, la superficie interna de la capa exterior está necesariamente oxidada y en este caso también es difícil garantizar la unión metalúrgica entre ambas capas. Por cierto, la principal reivindicación de la patente consiste en proteger la aleación interior, del tipo Al-Li, del enfriamiento directo por agua.

Las solicitudes US 2005/0011630 A1 y US 2010/0025003 A1, de Novelis Inc, radican en una idea análoga, sin el encapsulado completo del alma en la aleación de revestimiento. Describen un proceso que permite obtener una interfase sana ya que de hecho el separador está constituido por la capa transitoriamente solidificada de la aleación interna. Es conocido por el especialista con el nombre de "Fusion".

Por lo cual, este proceso se adapta mejor a los pares de aleaciones para los que el liquidus de la aleación exterior es inferior al de la aleación interior. En las otras combinaciones de aleaciones, la obtención de una unión metalúrgica exige un control muy agudo de las fases térmicas transitorias y, en determinados casos, puede ser simplemente imposible.

La solicitud DE 44 20 697 A1 de "Institut für Verformungskunde und Hüttenmaschinen" de Leoben radica en el principio de un separador exógeno que se coloca a proximidad del frente de solidificación. Sin embargo, esta configuración exige que éste se coloque y permanezca a cierta distancia del frente, por pequeña que sea, para evitar su agarre por solidificación. Por lo cual, se instala una convección significativa debajo del separador que induce una mezcla bastante marcada de las dos aleaciones y no permite una verdadera separación.

La solicitud WO 2009/024601 A1 de Aleris Aluminium Koblenz GmbH también reivindica el uso de un separador; éste se introduce en la parte central, a medio espesor de la placa donde se forma de nuevo una zona de mezcla que es difícil controlar de manera reproducible, es decir de manera industrial; además, el proceso queda limitado por lo que los espesores de las dos capas son iguales por construcción. Ahora bien, la mayoría de las aplicaciones industriales al contrario requieren capas de espesores muy desiguales.

Problema planteado

La invención pretende resolver estas dificultades permitiendo la introducción de un separador puesto en contacto directo con el frente de solidificación sin que esté agarrado por el metal que se solidifica ni arrastrado por el sólido; así, se trata de garantizar la estanqueidad entre las dos aleaciones por limitación de la eventual mezcla, por la zona semisólida, incluso si existe una diferencia de nivel de una y otra parte del separador.

Objeto de la invención La invención tiene por objeto un proceso de colada semicontinua vertical con enfriamiento directo de placas de laminación o tochos de extrusión, en el que se utilizan un separador y dos medios de alimentación de metal líquido, típicamente boquillas o canales, situados de una y otra parte del correspondiente separador, que consta de las siguientes etapas:

a) Colada de una primera aleación de aluminio en el molde de colada semicontinua vertical con la ayuda de la primera boquilla, b) Instalación del correspondiente separador metálico... [Seguir leyendo]

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1. Proceso de colada semicontinua vertical con enfriamiento directo de placas de laminación o tochos de extrusión, en el que se utilizan un separador y dos medios de alimentación de metal líquido, típicamente boquillas o canales, situados de una y otra parte del correspondiente separador, que consta de las siguientes etapas:

a) Colada de una primera aleación de aluminio en el molde de colada semicontinua vertical con la ayuda de la primera boquilla, b) Instalación del correspondiente separador metálico o de material refractario en el molde, puesto en contacto con el frente de solidificación, c) Colada de una segunda aleación de aluminio del otro lado del correspondiente separador con la ayuda de 15 la segunda boquilla, d) Elevación del correspondiente separador sensiblemente al mismo tiempo que la parada de la colada de las aleaciones o un poco antes de la correspondiente parada, lo que autoriza la mezcla de las aleaciones en la zona final de la colada de la placa o tocho, e) Extracción de la placa o tocho solidificado del molde de colada semicontinua, caracterizado por lo que se da un movimiento vibratorio al correspondiente separador con la ayuda de un vibrador, por lo menos mientras dure su contacto con el frente de solidificación, de modo que el correspondiente separador no esté agarrado ni arrastrado por el metal sólido.

2. Proceso según la reivindicación 1 caracterizado por lo que el correspondiente separador se eleva un poco antes de la parada de la colada, lo que autoriza la mezcla entre las aleaciones en una zona que corresponde al correspondiente final de la colada, y por lo que se despunta dicha zona a continuación.

3. Proceso según una de las reivindicaciones 1 o 2 caracterizado por lo que las correspondientes aleaciones tienen composiciones distintas.

4. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado por lo que la zona de inicio de la colada

obtenida antes introducción del separador y colada de la segunda aleación también se despunta. 35

5. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado por lo que el correspondiente separador es una placa sensiblemente plana cuyo corte casa con una sección vertical del frente de solidificación y atraviesa el molde de parte a parte.

6. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado por lo que el correspondiente separador es un cuerpo cilíndrico hueco.

7. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado por lo que el correspondiente separador es un

cuerpo hueco de sección sensiblemente rectangular. 45

8. Proceso según la reivindicación 7 caracterizado por lo que la sección sensiblemente rectangular tiene esquinas redondeadas para casar con una sección horizontal del frente de solidificación de la placa colada.

9. Proceso según la reivindicación 7 caracterizado por lo que el cuerpo hueco es de sección perfectamente rectangular y está delimitado en la parte inferior por una superficie plana con ángulos encorvados para casar con la forma del frente de solidificación en las correspondientes esquinas.

10. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 9 caracterizado por lo que el correspondiente separador es de

material metálico del tipo acero o metal refractario como en particular el molibdeno o el wolframio. 55

11. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 9 caracterizado por lo que el correspondiente separador es de material refractario a base de cerámica o de cerámica reforzada con fibra de vidrio.

12. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 11 caracterizado por lo que la vibración del correspondiente separador es de poca amplitud, típicamente del orden de la centena de µm a frecuencias del orden de la centena de Hz hasta frecuencias ultrasónicas.

13. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 12 caracterizado por lo que la vibración se produce mediante

un vibrador elegido dentro del grupo de los vibradores neumáticos, eléctricos o por ultrasonidos. 65

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14. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 13 caracterizado por lo que la frecuencia de vibración es de 100 a 20000 Hz.

15. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 14 caracterizado por lo que la amplitud de vibración es de 100 5 a 200 µm.

16. Proceso según una de las reivindicaciones 1 o 2 caracterizado por lo que la correspondiente primera y segunda aleación son de idéntica composición.

17. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 16 modificado por lo que se aplica a la colada de más de dos aleaciones, utilizando entonces más de un separador.

18. Dispositivo de colada semicontinua vertical con enfriamiento directo de placas o tochos, que consta de un molde de colada semicontinua vertical tubular cilíndrico o rectangular, con los extremos abiertos, salvo el 15 extremo inferior cerrado al inicio de la colada por una protuberancia que se desplaza hacia abajo gracias a un descensor durante la colada de la placa o tocho, destinándose el extremo superior a la alimentación de metal, el extremo inferior a la salida de la placa o tocho, el correspondiente extremo superior estando provisto de dos medios de alimentación de metal líquido, típicamente boquillas o canales, y de un separador apto para introducirse en el molde, en el foso de metal líquido en contacto con el frente de solidificación, lo que divide el foso en dos zonas distintas, caracterizado por lo que el correspondiente separador está unido a un vibrador que puede darle un movimiento de vibración típicamente multidireccional, por lo menos mientras dure su contacto con el frente de solidificación, la vibración siendo del tipo de poca amplitud, típicamente del orden de la centena de µm, preferentemente de 100 a 200 µm, a frecuencias del orden de la centena de Hz hasta frecuencias ultrasónicas, y preferentemente de 100 a 20000 Hz.

19. Dispositivo según la reivindicación 18 caracterizado por lo que el correspondiente separador es una placa sensiblemente plana.

20. Dispositivo según la reivindicación 18 caracterizado por lo que el correspondiente separador es un cuerpo 30 cilíndrico hueco asociado a un molde tubular de sección sensiblemente circular.

21. Dispositivo según la reivindicación 19 caracterizado por lo que el correspondiente separador es un cuerpo hueco de sección sensiblemente rectangular asociado a un molde tubular de sección sensiblemente rectangular.

22. Dispositivo según la reivindicación 20 caracterizado por lo que la sección sensiblemente rectangular del correspondiente separador tiene esquinas redondeadas.

23. Dispositivo según la reivindicación 21 caracterizado por lo que el correspondiente separador es de sección

perfectamente rectangular y está delimitado en la parte inferior por una superficie plana con ángulos encorvados para casar con la forma del frente de solidificación en las correspondientes esquinas.

24. Dispositivo según una de las reivindicaciones 18 a 23 caracterizado por lo que el correspondiente separador es de material metálico del tipo acero o metal refractario como en particular el molibdeno o el wolframio. 45

25. Dispositivo según una de las reivindicaciones 18 a 23 caracterizado por lo que el correspondiente separador es de material refractario a base de cerámica o de cerámica reforzada con fibra de vidrio.

26. Dispositivo según una de las reivindicaciones 18 a 25 caracterizado por lo que la vibración se produce 50 mediante un vibrador elegido dentro del grupo de los vibradores neumáticos, eléctricos o por ultrasonidos.

27. Dispositivo según una de las reivindicaciones 18 a 26 modificado por lo que consta de más de un separador, de más de dos medios de alimentación de metal líquido, para la colada de placas o tochos que comprenden más de dos aleaciones de aluminio.