ES2286125T3 - Colada de bandas. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la colada de bandas metálicas, que comprende: montar un par de rodillos de colada refrigerados que presentan un estrechamiento entre sí y unos cierres de confinamiento adyacentes a los extremos del estrechamiento, introducir metal fundido entre dicho par de rodillos de colada para formar un baño de colada entre los rodillos con los cierres que confinan el baño adyacentes a los extremos del estrechamiento, girar los rodillos, de tal modo que se solidifican las cáscaras del metal procedente del baño de colada para formarse en los rodillos de colada y se reúnen entre sí en el estrechamiento para producir una banda solidificada entregada en sentido descendente desde el estrechamiento, desviar, por lo menos uno del par de rodillos de colada, hacia el otro rodillo del par, bajo una fuerza de desviación, caracterizado porque la fuerza de desviación está comprendida entre sustancialmente la misma fuerza y una fuerza ligeramente superior a la requerida para equilibrar la presión hidrostática del baño de colada y la fricción mecánica implicada en el movimiento de los rodillos de colada para desviarlos uno contra el otro, de tal modo que se mantiene una distancia sustancialmente constante entre los rodillos en el estrechamiento, suficiente para proporcionar una separación entre las cáscaras solidificadas en el estrechamiento, y pasar metal fundido entre las cáscaras solidificadas a través del estrechamiento, de tal modo que, por lo menos una parte de dicho metal fundido se puede solidificar dentro de la banda por debajo del estrechamiento.
Description
Colada de bandas.
La presente invención se refiere a la colada de
bandas metálicas y a la fabricación de bandas de acero coladas.
Tiene una aplicación particular a la colada de bandas metálicas
mediante colada continua en una máquina de colar de rodillos
gemelos.
En una máquina de colar de rodillos gemelos, se
introduce metal fundido entre un par de rodillos de colada
horizontales que giran en sentidos contrarios, que están
refrigerados de tal modo que se solidifican cáscaras de metal sobre
las superficies de los rodillos en movimiento, y se reúnen en el
estrechamiento entre dichos rodillos, para producir un producto
solidificado en forma de banda que se entrega en sentido descendente
desde el estrechamiento entre los rodillos. La expresión
"estrechamiento" se utiliza en la presente descripción para
referirse en general a la zona en la que los rodillos se encuentran
más juntos. El metal fundido puede ser vertido desde un caldero de
colada a un recipiente menor, o a una serie de recipientes menores,
desde los que fluye a través de una tobera de suministro del metal
dispuesta por encima del estrechamiento, de tal modo que se forma
un baño de colada de metal fundido soportado por las superficies de
colada de los rodillos, inmediatamente encima del estrechamiento y
que se extiende a lo largo de la longitud del estrechamiento. Dicho
baño de colada se encuentra habitualmente confinado entre unas
placas laterales o diques que se mantienen en acoplamiento
deslizante con las superficies de los extremos de los rodillos, de
tal modo que retienen los dos extremos del baño de colada contra
derrames, aunque asimismo se han propuesto medios alternativos tales
como barreras electromagnéticas.
La preparación y la regulación de los rodillos
de colada en una colada de rodillos gemelos constituye un problema
significativo. Los rodillos de colada deben estar instalados con
precisión para definir correctamente una separación apropiada de
los rodillos de colada en el estrechamiento, generalmente del orden
de unos pocos milímetros o inferior. Asimismo, deben existir
algunos medios para permitir que, por lo menos uno de los rodillos
se desplace hacia el exterior venciendo una fuerza de desviación
para adaptarse a las fluctuaciones de espesor de la banda, en
particular durante la puesta en marcha.
Generalmente, uno de los rodillos está montado
en cojinetes fijos, y el otro rodillo está montado de forma
giratoria sobre soportes que pueden desplazarse venciendo la acción
de los medios de desviación para permitir que el rodillo de
desplace lateralmente para adaptarse a las fluctuaciones en la
separación del rodillo de colada y en el espesor de la banda. Los
medios de desviación pueden presentarse en forma de elementos de
muelle helicoidales de compresión, o alternativamente, pueden
comprender un par de unidades de cilindros con un fluido a
presión.
En la solicitud de patente australiana nº
85185/98, y en la correspondiente solicitud de patente US nº
09/154213, se da a conocer una máquina de colada de bandas con
elementos de muelle que desvían un rodillo, que puede desplazarse
lateralmente. En dicho aparato, los elementos de muelle de
desviación actúan entre los soportes del rodillo y un par de
estructuras de reacción contra el empuje, cuyas posiciones pueden
ser establecidas por medio del funcionamiento de un par de gatos
accionados mecánicamente para permitir ajustar la compresión
inicial de los elementos de muelle para establecer las fuerzas
iniciales de compresión que son iguales a ambos extremos del
rodillo. Las posiciones de los soportes de los rodillos deben ser
establecidas y ajustadas posteriormente después del inicio de la
colada, de tal modo que la distancia entre los rodillos se mantenga
constante en toda la anchura del estrechamiento con el fin de
producir una banda de un perfil constante. No obstante, a medida
que continúa la colada, inevitablemente variará el perfil de la
banda debido a las excentricidades en los rodillos y a cambios
dinámicos debidos a la dilatación variable debida al calor y a otros
efectos dinámicos.
Las excentricidades en los rodillos de colada
pueden conducir a variaciones en el espesor de la banda, a lo largo
de dicha banda. Dichas excentricidades pueden surgir tanto debido al
mecanizado y al montaje de los rodillos, como debido a distorsiones
cuando los rodillos están calientes, debidas posiblemente a una
distribución no uniforme del flujo calorífico. Específicamente, en
cada revolución de los rodillos se producirá una configuración de
variaciones de espesor que depende de las excentricidades en los
rodillos, y esta configuración se repetirá en cada revolución de
los rodillos de colada. Habitualmente, la configuración de la
repetición será generalmente sinusoidal, pero pueden existir
fluctuaciones secundarias o subsidiarias dentro de la configuración
generalmente sinusoidal.
En el documento
EP-A-1025931, publicado el 9 de
Agosto de 2000 y comprendido en el estado de la técnica bajo el
artículo 54(3) EPC, se describe una máquina de colada de
bandas como la anterior, en la que están dispuestos sensores para
detectar la posición de las estructuras de transmisión del empuje, y
unos controladores están conectados a los sensores y a las unidades
del cilindro, que determinan la compresión de los elementos de
muelle, de tal modo que los movimientos de las estructuras de
transmisión del empuje son contrarrestados con movimientos de las
respectivas estructuras de reacción al empuje con el fin de mantener
constantes las fuerzas de desviación. El sistema de control puede
controlar asimismo la unidad del cilindro que debe ser accionado
para producir variaciones en la fuerza de desviación que compensen
las variaciones en el espesor de la banda en la totalidad de la
anchura de la banda, o en un borde de la banda, debido a variaciones
por deformación en los extremos de los rodillos durante la colada.
Las variaciones en el espesor de la banda pueden ser detectadas
mediante sensores de rayos X que exploran a través de la banda, más
abajo de la máquina de colada.
Con mejoras en el diseño de los rodillos de
colada de una máquina de colada de rodillos gemelos, en particular,
mediante la disposición de superficies en relieve que permiten el
control del flujo calorífico en la interconexión entre los rodillos
de colada y el baño de colada, ha sido posible conseguir
espectaculares incrementos en las velocidades de colada de bandas.
Sin embargo, cuando se cuelan bandas delgadas a elevadas velocidades
de colada existe una mayor tendencia a que se produzcan variaciones
en la galga, tanto de alta frecuencia como de baja frecuencia.
Se ha hallado que las variaciones de la galga en
la banda colada pueden paliarse mediante la reducción de la fuerza
de separación del rodillo de colada y que el defecto puede
eliminarse prácticamente si la fuerza de separación del rodillo se
reduce a un mínimo. En la práctica, existe por lo menos una cierta
fuerza que se requiere para equilibrar la presión hidrostática del
baño y para vencer la fricción mecánica implicada en el movimiento
de los rodillos. Se ha hallado asimismo que pueden superarse las
variaciones de galga de alta frecuencia y que puede fabricarse una
banda colada de acero excepcional mediante la reducción de la
rigidez de la banda en la zona del estrechamiento, permitiendo que
pase una cierta cantidad de metal fundido o pastoso a través del
estrechamiento entre las dos cáscaras solidificadas de la banda,
mediante el mantenimiento de una distancia entre los rodillos en el
estrechamiento, ligeramente superior a la distancia determinada por
el espesor total de la cáscara solidificada. A estos efectos,
preferentemente, se reducen a un mínimo las fuerzas mecánicas de
fricción implicadas en el desplazamiento de los rodillos de colada
uno con respecto al otro. Mediante la consecución de una rigidez de
la banda muy reducida se desconecta la interacción de los rodillos
sobre la banda y en consecuencia puede reducirse substancialmente la
regeneración periódica de la galga, si no llega a eliminarse.
La presente invención combina las
características de la aplicación de una fuerza constante de
separación del rodillo de colada (que puede ser pequeña) con el
establecimiento de una distancia constante del rodillo que permite
que pase metal fundido a través del estrechamiento, para reducir
todavía más la rigidez de la banda. Con el objetivo de mantener
constante la fuerza de separación, junto con una distancia constante
entre los rodillos, la presente invención permite asimismo la
compensación de la excentricidad del rodillo.
Según la presente invención, se da a conocer un
procedimiento para la colada de banda metálica que comprende:
montar un par de rodillos de colada refrigerados
que tienen un estrechamiento entre sí y unos tabiques de
confinamiento adyacentes a los extremos del estrechamiento,
introduciendo metal fundido entre dicho par de rodillos de colada
para formar un baño de colada entre los rodillos con los tabiques
que limitan el baño adyacentes a los extremos del estrechamiento,
girando los rodillos de tal modo que se solidifican cáscaras de
metal procedente del baño de colada para formarse sobre los
rodillos de colada, cuyas cáscaras se reúnen en el estrechamiento
para producir una banda solidificada entregada en sentido
descendente desde el estrechamiento, desviando por lo menos un
rodillo de colada del par de rodillos hacia el otro rodillo del par,
bajo una fuerza de desviación, caracterizado porque la fuerza de
desviación se encuentra comprendida entre sustancialmente la misma y
resulta ligeramente superior a la requerida para equilibrar la
presión hidrostática del baño de colada y la fricción mecánica
implicada en el movimiento de los rodillos de colada para desviarlos
uno contra otro, de tal manera que se mantenga una distancia
sustancialmente constante entre los rodillos en el estrechamiento,
suficiente para proporcionar una separación entre las cáscaras
solidificadas en el estrechamiento, y haciendo pasar metal fundido
entre las cáscaras solidificadas a través del estrechamiento, de tal
modo que, por lo menos una parte de dicho metal fundido puede
quedar solidificado en la banda, por debajo del estrechamiento.
El metal fundido puede ser acero fundido y el
procedimiento puede producir banda de acero solidificada con una
velocidad de colada, por lo menos de 30 metros/minuto. La velocidad
de colada puede ser, por lo menos de 60 metros/minuto.
Preferentemente, el espacio de la separación entre las cáscaras
solidificadas en el estrechamiento está comprendido entre 0 y 50
micras. Dicha separación facilita mantener una distancia
sustancialmente constante con una pequeña zona de desviación.
La fuerza de desviación es sustancialmente igual
o ligeramente superior a la fuerza mínima precisa para equilibrar
la presión hidrostática del baño de colada y para vencer la fricción
mecánica implicada en el movimiento del rodillo desviado. En el
caso de rodillos de 500 mm de diámetro y de 1.350 mm de anchura y un
baño de 175 mm, dejando aparte la fricción mecánica que debe
mantenerse reducida, la fuerza hidrostática del baño de colada
fundido será de unos 0,75 kN. Por consiguiente, la fuerza de
desviación estará comprendida entre 0,75 y 2 kN por ampuesa (es
decir, por lado) y la fuerza de separación correspondiente, dentro
de un intervalo sustancialmente de 0 a 1,25 kN. La fuerza de
separación del rodillo es la fuerza neta ejercida sobre la
banda.
Más preferentemente, la fuerza de desviación del
rodillo está comprendida entre 0,75 y 1,2 kN, y la correspondiente
fuerza de separación del rodillo se encuentra comprendida
sustancialmente entre 0 y menos de 0,45 kN. Preferentemente, en el
caso de espesores de banda por encima de 1 mm, la fuerza de
separación del rodillo es inferior a 0,45 kN. A título de ejemplo,
para una banda de 1,6 mm de espesor, la fuerza de separación del
rodillo es aproximadamente de 0,45 kN.
Por lo menos, uno de los rodillos de colada
puede estar montado en un par de soportes móviles del rodillo para
proporcionar dicho movimiento global, por lo menos de uno de los
rodillos de colada con respecto al otro rodillo de colada, y dicha
fuerza de desviación puede estar aplicada a los soportes de os
rodillos mediante un par de unidades de desviación. Cada unidad de
desviación comprende un generador de empuje que actúa entre una
estructura de transmisión del empuje conectada al soporte del
rodillo respectivo, y una estructura de reacción al empuje que
genera un empuje en el soporte del rodillo que depende de la
separación entre la estructura de reacción al empuje y la
estructura de transmisión del empuje. El generador de empuje puede
comprender un muelle de compresión o una unidad con un cilindro de
un fluido a presión.
El procedimiento de la presente invención puede
comprender las etapas de iniciación de la colada de la banda con
una distancia determinada entre rodillos para hacer que las cáscaras
solidificadas se encuentren en el estrechamiento, permitiendo que
uno de dichos rodillos se desplace en conjunto para seguir la
variación del espesor de la banda debida a excentricidades del
rodillo de colada, para establecer una disposición de movimientos
del rodillo debida a estas excentricidades, aplicando la misma
disposición de movimiento a las estructuras de reacción al empuje
de las unidades de desviación para mantener una fuerza de desviación
constante, incrementando la distancia entre los rodillos de colada
de tal modo que pase metal fundido a través del estrechamiento entre
las cáscaras solidificadas y continuando la colada de la banda
manteniendo la distancia incrementada de manera sustancialmente
constante, y aplicando dicha disposición de movimiento a las
estructuras de reacción al empuje para mantener una fuerza de
desviación del rodillo sustancialmente constante.
La presente invención da a conocer asimismo un
aparato para la colada continua de bandas metálicas que comprende:
un par de rodillos paralelos que forman un estrechamiento entre sí,
un sistema de suministro de metal para entregar metal fundido en el
estrechamiento entre los rodillos para formar un baño de colada de
metal fundido soportada por las superficies de los rodillos de
colada, inmediatamente encima del estrechamiento, un par de placas
de cierre para confinar el metal fundido en el baño de colada,
adyacentes a los extremos del estrechamiento, impidiendo su
derrame, un mecanismo de accionamiento de los rodillos para accionar
los rodillos de colada en direcciones de rotación contrarias para
producir una banda solidificada de metal entregada en sentido
descendente desde el estrechamiento, estando montado, por lo menos
uno de los rodillos en un par de soportes móviles de los rodillos
que permiten que el rodillo se desplace acercándose y alejándose del
otro rodillo, un par de unidades de desviación del rodillo que
actúan, una en cada uno, del par de soportes móviles de los
rodillos, para desviar dicho rodillo hacia el otro rodillo, y un
sistema de control, caracterizado porque dicho sistema de control y
el control del funcionamiento de las unidades de desviación del
rodillo y del posicionado de las unidades de desviación del
rodillo, mantienen una distancia sustancialmente constante entre los
rodillos, suficiente para proporcionar la distancia, en el
estrechamiento entre las cáscaras solidificadas formadas sobre los
rodillos de colada durante la colada.
Preferentemente, las unidades de desviación
comprenden servomecanismos. Las unidades de desviación del rodillo
pueden comprender una estructura de transmisión del empuje conectada
al soporte del rodillo respectivo, una estructura de reacción al
empuje, un generador de empuje que actúa entre la estructura de
reacción al empuje y la estructura de transmisión del empuje para
ejercer un empuje en la estructura de transmisión del empuje y el
soporte del rodillo respectivo, una unidad de posicionado que puede
ser accionada para variar la posición de la estructura de reacción
al empuje, en la que el sistema de control está configurado para
controlar el funcionamiento de los medios de posicionado, de modo
que reproduzcan una configuración del movimiento de los soportes
del rodillo debido a la excentricidad del rodillo, en forma de una
configuración aplicada de movimientos de la estructura de reacción
al empuje para mantener una fuerza constante de desviación del
rodillo y para incrementar la distancia entre los rodillos una vez
se ha establecido dicha disposición aplicada de movimientos.
Preferentemente, el sistema de control puede
funcionar para producir un aumento incremental de la distancia
entre rodillos dentro de un intervalo de 0 a 50 micras. El sistema
de control puede funcionar para desplazar dicho rodillo. Como
alternativa, puede funcionar para desplazar el otro rodillo de
colada. En otras formas de realización, para proporcionar una
pequeña fuerza de separación, la distancia entre rodillos puede ser
fija y puede variarse la velocidad de colada hasta conseguir la
fuerza de separación requerida. En este caso, puede aplicarse la
compensación de excentricidad antes de proceder a la regulación de
la velocidad.
La presente invención da a conocer una banda de
acero colada excepcional, con una composición como la descrita con
mayor detalle más adelante, en la descripción de las formas de
realización preferidas.
Con el fin de explicar con mayor detalle la
presente invención, se describirá una forma de realización
particular y una posible modificación de la misma, haciendo
referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 es una sección transversal vertical
a través de una máquina de colada de bandas, fabricada según la
presente invención;
la Figura 2 es una vista ampliada de parte de la
Figura 1, ilustrando los componentes más importantes de la máquina
de colada;
la Figura 3 es una vista longitudinal, en
sección transversal, de los componentes más importantes de la
máquina de colada;
la Figura 4 es un alzado de la máquina de
colada;
las Figuras 5, 6 y 7, muestran la máquina de
colada en condiciones variables durante la colada y durante la
extracción del módulo de los rodillos de la máquina de colada;
la Figura 8 es una sección transversal vertical
a través de una unidad de desviación del rodillo que incorpora
elementos de muelle de desviación del rodillo;
la Figura 9 es una representación esquemática de
los componentes esenciales de la máquina de colada;
la Figura 10 en una sección transversal de una
banda colada de acero fabricada de la manera descrita mediante la
presente invención; y
la Figura 11 es una sección transversal de una
banda colada de acero de la técnica anterior ilustrada a efectos de
comparación, como explicación de la presente invención.
La máquina de colada ilustrada comprende una
estructura principal 11 de la máquina que está en posición vertical
en el suelo de la fábrica (no representado) y soporta un módulo de
rodillos de colada en forma de una caja 13 que puede ser desplazada
a una posición operativa en la máquina de colada como una unidad,
pero que puede ser desmontada fácilmente cuando deben sustituirse
los rodillos. La caja 13 lleva un par de rodillos de colada
paralelos 16 refrigerados, que presentan un estrechamiento 16A entre
sí, al que se suministra metal fundido durante la operación de
colada, desde un caldero de colada (no representado) mediante una
artesa 17, un distribuidor 18 y una tobera de suministro 19 para
crear un baño de colada 30. Los rodillos de colada 16 están
refrigerados por agua, de tal modo que en ellos se forman cáscaras
solidificadas sobre las superficies móviles de los rodillos, que se
unen entre sí en el estrechamiento 16A para producir un producto 20
de una banda solidificada a la salida del producto. Este producto
puede alimentar una bobinadora normal.
Los rodillos de colada 16 giran en sentidos
contrarios mediante ejes de accionamiento 41 de un motor eléctrico
y de una transmisión montada en la estructura principal de la
máquina. El eje de accionamiento puede ser desconectado de la
transmisión cuando debe desmontarse la caja. Los rodillos 16
presentan unas paredes periféricas de cobre formadas por una serie
de pasos refrigerados por agua que se extienden en sentido
longitudinal y separados circunferencialmente, que están
alimentados a través de los extremos de los rodillos por conductos
de suministro de agua en los ejes de accionamiento de los rodillos
41, que están conectados a las mangueras 42 de suministro de agua a
través de casquillos giratorios 43. Típicamente, el rodillo puede
ser de unos 500 mm de diámetro y de hasta 2.000 mm de longitud con
el fin de fabricar productos de banda de una anchura aproximada a la
de los rodillos.
El caldero es de construcción totalmente
convencional y está soportado en una torreta giratoria desde donde
puede ser colocado en posición encima de la artesa 17 para llenar la
artesa. La artesa puede estar provista de una válvula de compuerta
deslizante 47 que puede ser accionada mediante un servocilindro para
permitir que el metal fundido fluya desde la artesa 17 a través de
la válvula 47 y de un recubrimiento refractario 48, al distribuidor
18.
El distribuidor 18 está conformado como un plato
ancho realizado en un material refractario tal como óxido de
magnesio (MgO). Uno de los lados del distribuidor 18 recibe metal
fundido de la artesa 17 y el otro lado del distribuidor 18 está
dotado de una serie de aberturas de salida del metal 52 separadas
longitudinalmente. La parte inferior del distribuidor 18 lleva unos
soportes de montaje 53 para el montaje del distribuidor 18 en la
estructura principal 11 de volteo cuando la caja 13 se encuentra en
su posición de funcionamiento.
La tobera de entrega 19 está configurada como un
cuerpo alargado fabricado en un material refractario tal como
grafito aluminoso. Su parte inferior es cónica, de tal modo que
converge hacia el interior y hacia abajo de modo que puede
sobresalir en el estrechamiento 16A, entre los rodillos de colada
16. Su parte superior está formada con pestañas laterales 55 que se
sobresalen hacia el exterior, de modo que se sitúan en un soporte
de montaje 60 que forma parte de la estructura principal 11.
La tobera 19 puede presentar una serie de pasos
para el flujo que se extienden en general verticalmente, separados
en sentido horizontal, para producir una descarga adecuada de metal
fundido a velocidad reducida, en toda la anchura de los rodillos, y
para entregar el metal fundido al estrechamiento 16A entre los
rodillos, sin colisión directa con las superficies del rodillo en
las que se produce la solidificación inicial. Como alternativa, la
tobera 19 puede presentar una única ranura continua para entregar
una cortina de metal fundido a velocidad reducida directamente al
estrechamiento 16A entre los rodillos de colada 16, y/o puede
encontrarse sumergida en el baño de metal fundido entre los
rodillos de colada 16.
El baño está confinado, en los extremos de los
rodillos, mediante un par de placas laterales o diques de cierre 56
que están mantenidos contra los extremos escalonados 57 de los
rodillos cuando la caja de rodillos está en su posición de
funcionamiento. Las placas laterales de cierre 56 están fabricadas
en un material refractario resistente y tienen los bordes laterales
dentados para acoplarse a la curvatura de los extremos escalonados
de los rodillos. Las placas laterales de cierre 56 pueden estar
montadas en soportes de placas 82 que son móviles mediante la
actuación de un par de unidades de cilindros hidráulicos 83 para
colocar las placas laterales en acoplamiento con los extremos
escalonados de los rodillos de colada para formar cierres extremos
para el baño de metal fundido formado sobre los rodillos de colada
durante una operación de colada. Las placas laterales de cierre 56
son adyacentes a los extremos del estrechamiento 16A y limitan el
baño de colada formado entre los rodillos de colada 16.
Durante una operación de colada, se acciona la
válvula de compuerta deslizante 47 para permitir que el metal
fundido sea vertido desde la artesa 17 al distribuidor 18 y a través
de la tobera de entrega del metal 19 desde donde fluye sobre los
rodillos de colada para formar el baño de colada con la limitación
de las placas laterales 56 de cierre. El extremo de la cabeza de la
banda producida 20 está guiado mediante la actuación de una mesa en
rampa 96 hasta un rodillo de pinzado y desde allí a una estación de
bobinado (no representada). La mesa en rampa 96 cuelga de los
pivotes de montaje 97 de la estructura principal y puede ser
inclinada hacia el rodillo de pinzado mediante la actuación de una
unidad de un cilindro hidráulico (no representado) una vez que se
ha formado el extremo delantero limpio.
La caja desmontable 13 de los rodillos está
fabricada de modo que los rodillos de colada 16 pueden ser montados,
y regulada la distancia del estrechamiento 16A entre sí, antes de
que la caja sea instalada en posición en la máquina de colada. La
distancia entre los rodillos de colada en este momento del montaje
debería ser preferentemente tan pequeña como sea posible sin que
los rodillos de colada se toquen entre sí. Además, una vez que la
caja 13 está instalada, pueden conectarse rápidamente dos pares de
unidades de desviación de los rodillos 110 y 111, montadas en la
estructura principal 11 de la máquina, a los soportes de los
rodillos en la caja 13, para proporcionar las fuerzas de desviación
para resistir a la separación de los rodillos.
La caja de los rodillos 13 comprende un gran
bastidor 102 que lleva los rodillos de colada 16 y la parte superior
103 del cierre de refractario para rodear la banda colada por
debajo del estrechamiento 16A. Los rodillos 16 están montados en
los soportes 104 de los rodillos que comprenden un par de extremos
de la estructura 90 de soporte de los rodillos (figura 4) que lleva
los rodamientos 100 de los extremos de los rodillos mediante los
cuales se montan los rodillos para girar alrededor de su eje
longitudinal en relación de paralelismo entre sí. Los dos pares de
soportes de los rodillos 104 están montados en el bastidor de la
caja de los rodillos 102 mediante rodamientos lineales 106, con los
que pueden deslizarse lateralmente fuera del bastidor de la caja
para proporcionar un movimiento global de los rodillos acercándose y
alejándose entre sí, permitiendo de este modo el movimiento de
separación y de cierre entre los dos rodillos de colada paralelos
16.
El bastidor 102 de la caja de rodillos lleva
asimismo dos medios de topes regulables 107 dispuestos debajo de
los rodillos de colada 16, aproximadamente en un plano vertical
central entre rodillos, y dispuesto entre los dos pares de soportes
104 de los rodillos, de tal modo que sirven de topes para limitar el
movimiento hacia el interior, de los dos soportes 104 de los
rodillos, para definir de este modo la dimensión mínima de la
distancia en el estrechamiento 16A entre los rodillos 16. Tal como
se explica a continuación, las unidades 110 y 111 de desviación de
los rodillos pueden ser accionadas para mover los soportes 104 de
los rodillos hacia el interior contra estos medios centrales,
regulables, de tope, pero permitiendo el movimiento elástico hacia
el exterior de uno de los rodillos de colada 16 contra fuerzas de
desviación predeterminadas.
Cada uno de los medios de tope 107 regulables,
tiene la forma de un gato de tornillo sin fin o de husillo roscado,
que presenta un cuerpo 108 fijo con respecto al plano central
vertical de la máquina de colada y dos extremos 109 que pueden ser
desplazados con la actuación del gato accionado en una medida igual
en direcciones opuestas, para permitir la expansión y la
contracción del gato para regular la anchura de la distancia en el
estrechamiento 16A, manteniendo una separación equidistante de los
rodillos 16 con respecto al plano vertical central de la máquina de
colada y asimismo una distancia sustancialmente constante entre los
rodillos de colada 16.
La máquina de colada comprende dos pares de
unidades de desviación de los rodillos 110 y 111, estando conectado
uno de los pares a los soportes 104 de cada rodillo 16. Las unidades
de desviación de los rodillos 110, a un lado de la máquina, están
construidas y funcionan según la presente invención. Dichas unidades
están provistas de elementos de muelle helicoidales de desviación
112 para proporcionar fuerzas de desviación a los soportes
respectivos 104 de los rodillos. Las unidades de desviación 111 del
otro lado de la máquina, incorporan servomotores hidráulicos 113.
Estos servomotores pueden ser accionados para mantener los soportes
respectivos 104 de los rodillos de uno de los rodillos, firmemente
sujeto contra los topes centrales, teniendo el otro rodillo libertad
para moverse lateralmente venciendo la acción de los elementos de
muelle de desviación 112 para desviar los rodillos de colada 110
uno hacia el otro.
Los detalles constructivos de las unidades de
desviación 110 están ilustrados en la Figura 8. Tal como se muestra
en dicha figura, la unidad de desviación comprende un cuerpo de
elementos de muelle cilíndrico 114 dispuesto en el interior de un
cuerpo exterior 115 que está fijado a la estructura principal 116 de
la máquina de colada mediante pernos de sujeción 117.
El cuerpo del elemento de muelle 114 comprende
un pistón 118 que corre por el interior del cuerpo exterior 115. El
cuerpo del elemento de muelle 114 puede estar dispuesto de un modo
alternativo en una posición extendida, tal como la ilustrada en la
Figura 8, o en una posición retraída mediante el flujo de un fluido
hidráulico que entra y sale del cilindro 118. El extremo exterior
del cuerpo del cilindro 114 dispone de unos medios que pueden ser
accionados mediante un fluido a presión, en forma de una unidad de
un cilindro hidráulico 119 que puede ser accionada para fijar la
posición de un émbolo de reacción 121 del elemento de muelle,
conectado al pistón de la unidad 119 mediante una varilla de
conexión 130.
El extremo interior del elemento de muelle 112
actúa sobre una estructura de transmisión del empuje 122, que está
conectada al correspondiente soporte 104 del rodillo, a través de
una célula de carga 125. La estructura de empuje es arrastrada
inicialmente hasta un acoplamiento seguro con el soporte del rodillo
mediante un conector 124 que puede ser extendido por medio del
funcionamiento de un cilindro hidráulico 123, cuando debe
desconectarse la unidad de desviación.
Cuando la unidad de desviación 110 está
conectada a su soporte respectivo 104 del rodillo, con el cuerpo del
elemento de muelle 114 fijado en posición extendida, tal como se
muestra en la Figura 8, la posición del cuerpo del elemento de
muelle 114 y de la unidad 119 del cilindro, están fijas con respecto
a la estructura de la máquina, y puede determinarse la posición del
émbolo elástico de reacción 121 para regular la distancia efectiva
entre los topes elásticos en el émbolo de reacción y la estructura
122 de transmisión del empuje. La compresión del elemento de muelle
112 puede ser regulada de este modo para variar la fuerza de empuje
aplicada a la estructura 122 de transmisión del empuje y al soporte
respectivo 104 del rodillo. Con esta disposición, el único
movimiento relativo durante la operación de colada es el movimiento
del soporte 104 del rodillo, y la estructura de empuje 122 como una
unidad contra el elemento de muelle de desviación. Dado que la
unidad de desviación actúa para desviar el soporte 104 del rodillo
hacia el interior contra el tope, puede ser regulada para precargar
el soporte del rodillo con la fuerza de desviación requerida en el
soporte antes de que el metal pase realmente entre los rodillos de
colada y para que la fuerza de desviación se mantenga durante la
posterior operación de colada.
La unidad del cilindro hidráulico 119 funciona
de manera continua para variar la posición del émbolo elástico de
reacción para reproducir los movimientos de la estructura de
transmisión del empuje 122 debidos a los movimientos laterales del
soporte 104 del rodillo. Cualquier movimiento hacia el interior o
hacia el exterior, del soporte 104 del rodillo producirá el
correspondiente movimiento hacia el interior o hacia el exterior del
cilindro de la unidad 119 del cilindro y, por consiguiente, del
émbolo elástico de reacción 121 de tal modo que se mantenga una
compresión constante del elemento de muelle de compresión 112. De
acuerdo con ello, puede mantenerse una fuerza de desviación
constante contra los rodillos de colada 16 en cada extremo del
rodillo, sin tener en cuenta los movimientos de los montajes de los
rodillos. Los medios de reglaje del elemento de muelle, regulables
de manera continua, permiten un reglaje muy preciso de las fuerzas
de desviación constantes, que puede ser mantenido a lo largo de
toda una operación de colada. Además, es posible utilizar elemento
de muelles de una rigidez muy reducida y, debido a que los dos
sistemas de compensación o de control para los dos rodillos
funcionan de manera completamente independiente, no existen
interferencias entre ambos. De acuerdo con ello, esta disposición
permite que la fuerza de desviación del rodillo quede reducida a un
nivel muy bajo según la presente invención. Existe una fuerza
mínima que se requiere para equilibrar la presión hidrostática del
baño de colada (aproximadamente 0,75 kN por lado, en una máquina de
colada de rodillos gemelos de 500 mm de diámetro y de
1.350 mm de anchura de rodillos) y para vencer la fricción mecánica
implicada en el movimiento de los rodillos (menor de 0,6 kN
aproximadamente por lado en una máquina de colada de rodillos
gemelos de 500 mm de diámetro). Esto tiene como resultado un nivel
práctico reducido de la fuerza de desviación, que preferentemente
puede estar comprendido entre 0,75 y 2 kN.
Tal como se ilustra en la Figura 9 en forma de
diagrama, los medios de control pueden comprender sensores de
posición 150 que detectan la posición de las estructuras 122 de
transmisión del empuje y están conectados a un circuito de control
que controla el funcionamiento de la unidad del cilindro 119, de tal
modo que los movimientos de las estructuras 122 de transmisión del
empuje son reproducidos mediante los cilindros de las unidades 119.
El circuito de control puede comprender controladores 151 conectados
a los sensores 150 y a las unidades de los cilindros 119 para
accionar los cilindros 119, de tal modo que reproducen los
movimientos de las estructuras 122 de transmisión del empuje. Los
controladores 151 controlan asimismo el funcionamiento de los
cilindros para el reglaje inicial de los soportes de los rodillos,
antes de la colada, y la regulación posterior para añadir un
movimiento incremental similar de los cilindros 119 a través de los
controladores de etapas 160 para mantener constante la fuerza de
desviación y para incrementar la distancia en el estrechamiento 16A
entre los rodillos de colada 16, de tal modo que se crea una
distancia entre los rodillos 16 en el estrechamiento 16A que es
superior a la distancia determinada por el espesor de la cáscara
solidificada durante la colada. Los controladores de etapas tienen
una entrada del punto de referencia en 161.
Típicamente, según la presente invención, el
sistema puede ser accionado para mantener una distancia en el
estrechamiento 16A, entre los rodillos de colada 16, superior a la
distancia determinada por el espesor de la cáscara solidificada.
Durante el funcionamiento del sistema, la colada empieza con una
distancia determinada inicialmente por medio del espesor de la
cáscara solidificada. El espesor se ilustra en la Figura 11 en la
que las dendritas de las cáscaras solidificadas de la banda se unen
en la banda formada. El movimiento de los soportes del rodillo
debido a la excentricidad remanente del rodillo es detectado
mediante los sensores 150 y la unidad de control aprende la
configuración de los movimientos del rodillo debidos a dicha
excentricidad. Con el fin de compensar la excentricidad inducida
por la fluctuación de las fuerzas, las trayectorias de las ampuesas
de los rodillos se reproducen en las estructuras de reacción
elástica por medio del sistema de control de la posición y dichos
movimientos compensatorios son continuos. A continuación se
incrementa la distancia entre rodillos en una pequeña cantidad (tal
como, por ejemplo, de 0 a 50 micras) mientras continúa la
configuración de movimientos de la estructura de reacción elástica.
Esto mejora todavía más la separación sustancialmente constante ya
formada entre los rodillos de colada mediante una reducción
adicional o incluso una eliminación de la fluctuación de la fuerza
inducida por la compensación de la excentricidad del rodillo.
En el sistema de control ilustrado en la Figura
9, la etapa de incrementar la distancia en el estrechamiento 16A
entre los rodillos de colada 16, se consigue moviendo los soportes
de los rodillos que soportan el rodillo desviado elásticamente y se
activan las unidades accionadas hidráulicamente del otro rodillo
para bloquear el otro rodillo en una posición fija. El sistema de
la presente invención puede utilizarse en combinación con el
sistema de control de la excentricidad descrito en nuestra solicitud
de patente australiana en trámite 14901/00, cuya descripción se
incorpora como referencia. En dicho sistema, las variaciones de
espesor debidas a la excentricidad del rodillo pueden reducirse
considerablemente mediante la imposición de una configuración de
variaciones de velocidad, en la velocidad de rotación de los
rodillos. Una compensación de este tipo resulta posible porque
incluso pequeñas variaciones pueden variar el tiempo de contacto de
las cáscaras de metal que se están solidificando en los rodillos de
colada en el interior de del baño de colada y, por consiguiente,
afectan al espesor de la banda y a la carga térmica del rodillo para
facilitar la producción de bandas de espesor constante. Si se
adopta dicha forma de control de la excentricidad, ésta reducirá la
amplitud de las fluctuaciones iniciales del soporte del rodillo y
la necesidad de movimientos de compensación dentro del sistema de
fuerza mínima/distancia constante de la presente invención. La
presente invención proporciona asimismo una mejora de la
productividad.
Haciendo referencia a la Figura 10, en ella se
ilustra el exclusivo producto de acero fabricado por medio del
procedimiento actualmente descrito. La exclusiva banda de acero
colada se realiza mediante las siguientes etapas: montaje de un par
de rodillos de colada refrigerados que presentan un estrechamiento
entre sí y unos tabiques de confinamiento adyacentes a los extremos
del estrechamiento, introduciendo metal fundido entre dicho par de
rodillos de colada para formar un baño de colada entre los rodillos
con los cierres que limitan el baño adyacentes a los extremos del
estrechamiento, girando los rodillos de tal modo que las cáscaras
del metal del baño de colada se solidifican sobre los rodillos de
colada y se unen entre sí en el estrechamiento para producir una
banda solidificada que es entregada en sentido descendente desde el
estrechamiento, desviando, por lo menos, un rodillo del par de
rodillos de colada hacia el otro rodillo del par, bajo una fuerza de
desviación y manteniendo una distancia sustancialmente constante
entre los rodillos en el estrechamiento, suficiente para
proporcionar una separación entre las cáscaras solidificadas en el
estrechamiento, creando preferentemente con la fuerza de
desviación, una fuerza de separación del rodillo inferior a 0,45 kN
y dejando pasar metal fundido entre las cáscaras solidificadas a
través del estrechamiento, en el que por lo menos una parte de
dicho metal fundido se solidifica dentro de la banda por debajo del
estrechamiento. La estructura columnar de dendritas de acero
realizada en las cáscaras solidificadas en los rodillos de colada 16
no llega a unirse. Esto se ilustra comparándolo con la Figura 11,
en la que se ilustra la estructura de la banda de acero realizada
mediante el procedimiento de colada de bandas descrito
anteriormente. En este caso, la estructura columnar de dendritas de
la cáscara solidificada se une en la banda formada a medida que las
cáscaras solidificadas se unen entre sí. Sin embargo, en la banda
de acero fabricada según la presente invención, existe una zona
central en el interior de la banda de acero, entre las cáscaras
solidificadas, que se solidifica una vez que la banda pasa a través
de la separación entre los rodillos de colada 16 en el
estrechamiento 16A.
Claims (30)
1. Procedimiento para la colada de bandas
metálicas, que comprende:
montar un par de rodillos de colada refrigerados
que presentan un estrechamiento entre sí y unos cierres de
confinamiento adyacentes a los extremos del estrechamiento,
introducir metal fundido entre dicho par de
rodillos de colada para formar un baño de colada entre los rodillos
con los cierres que confinan el baño adyacentes a los extremos del
estrechamiento,
girar los rodillos, de tal modo que se
solidifican las cáscaras del metal procedente del baño de colada
para formarse en los rodillos de colada y se reúnen entre sí en el
estrechamiento para producir una banda solidificada entregada en
sentido descendente desde el estrechamiento,
desviar, por lo menos uno del par de rodillos de
colada, hacia el otro rodillo del par, bajo una fuerza de
desviación, caracterizado porque la fuerza de desviación está
comprendida entre sustancialmente la misma fuerza y una fuerza
ligeramente superior a la requerida para equilibrar la presión
hidrostática del baño de colada y la fricción mecánica implicada en
el movimiento de los rodillos de colada para desviarlos uno contra
el otro, de tal modo que se mantiene una distancia sustancialmente
constante entre los rodillos en el estrechamiento, suficiente para
proporcionar una separación entre las cáscaras solidificadas en el
estrechamiento, y
pasar metal fundido entre las cáscaras
solidificadas a través del estrechamiento, de tal modo que, por lo
menos una parte de dicho metal fundido se puede solidificar dentro
de la banda por debajo del estrechamiento.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado asimismo porque el metal fundido es acero.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado asimismo porque los rodillos de colada giran
para producir una banda de acero solidificada con una velocidad de
colada, por lo menos de 30 metros/minuto.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado asimismo porque la velocidad de colada es por
lo menos de 60 metros/minuto.
5. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado asimismo porque dicha fuerza de desviación
produce una fuerza de separación de los rodillos comprendida entre
0 a 1,25 kN.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado asimismo porque dicha fuerza de desviación
produce una fuerza de separación de los rodillos no superior a
0,45 kN.
7. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado asimismo porque la desviación se realiza
mediante desviación elástica.
8. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado asimismo porque la desviación se realiza
mediante desviación servocontrolada.
9. Procedimiento para la colada de bandas
metálicas, según la reivindicación 1, caracterizado asimismo
porque dicha fuerza de desviación es una fuerza sustancialmente
constante que crea una fuerza de separación de los rodillos no
superior a 0,45 kN.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, que
comprende las etapas adicionales de montar por lo menos uno de los
rodillos de colada en unos soportes móviles del rodillo para
proporcionar un movimiento de los rodillos de colada uno contra el
otro, y aplicar dicha fuerza de desviación a los soportes de los
rodillos mediante un par de unidades de desviación.
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
que comprende las etapas adicionales de incluir en la unidad de
desviación un generador de empuje que actúa entre una estructura de
transmisión del empuje conectada a los soportes de los rodillos, e
incluir una estructura de reacción al empuje que genera un empuje en
el soporte del rodillo, que depende de la separación entre la
estructura de reacción al empuje y la estructura de transmisión del
empuje.
12. Procedimiento según la reivindicación 11,
caracterizado asimismo porque el generador de empuje
comprende un muelle de compresión, o una unidad de un cilindro de
un fluido a presión.
13. Procedimiento según la reivindicación 11,
que comprende las etapas adicionales siguientes:
iniciar la colada de la banda con una distancia
entre los rodillos determinada por medio de las cáscaras
solidificadas que se permite que se encuentren en el
estrechamiento,
permitir que dichos rodillos de colada se
desplacen entre sí, para seguir la variación de espesor de la banda
debida a las excentricidades del rodillo de colada,
aplicar la misma configuración de movimiento a
las estructuras de reacción al empuje de las unidades de desviación
para mantener dicha fuerza de desviación sustancialmente constante
durante la rotación de los rodillos de colada,
aumentar la distancia entre los rodillos de
colada de tal modo que pase metal fundido a través del
estrechamiento entre las cáscaras solidificadas en la banda, y
continuar la colada de la banda solidificada,
manteniendo sustancialmente constante la distancia incrementada,
mientras se continúa aplicando dicha configuración de movimiento a
las estructuras de reacción al empuje para mantener una fuerza de
desviación del rodillo sustancialmente constante.
14. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado asimismo porque el incremento de dicha
distancia se encuentra comprendido entre 0 y 50 micras.
15. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado asimismo porque el incremento de dicha
distancia se realiza mediante el movimiento relativo del rodillo de
colada.
16. Aparato para la colada continua de bandas de
metal que comprende:
un par de rodillos paralelos (16) que forman un
estrechamiento entre sí, un sistema de suministro de metal (17 a
19) para suministrar metal fundido al estrechamiento entre los
rodillos, para formar un baño de colada (30) de metal fundido
soportado sobre las superficies de los rodillos de colada
inmediatamente por encima del estrechamiento,
un par de placas de cierre (56) para confinar el
metal fundido en el baño contra el desbordamiento, adyacentes a los
extremos del estrechamiento,
un mecanismo de accionamiento del rodillo para
accionar los rodillos de colada en direcciones de giro opuestas,
para producir una banda solidificada de metal entregada en sentido
descendente desde el estrechamiento,
montar por lo menos uno de los rodillos de
colada en un par de soportes móviles de los rodillos (104) que
permiten que el rodillo se desplace, acercándose y alejándose del
otro rodillo,
un par de unidades de desviación del rodillo
(110, 111) que actúan una en cada par de los soportes móviles de
los rodillos para desviar uno de dichos rodillos hacia el otro
rodillo, y un sistema de control,
caracterizado porque dicho sistema de
control y las unidades de desviación del rodillo (110, 111)
controlan el funcionamiento y el posicionado de las unidades de
desviación del rodillo (110, 111), de tal modo que mantienen una
distancia sustancialmente constante entre los rodillos, suficiente
para proporcionar una separación en el estrechamiento entre las
cáscaras solidificadas realizadas sobre los rodillos de colada
durante la colada.
17. Aparato según la reivindicación 16, en el
que las unidades de desviación de los rodillos (110, 111) comprenden
unos servomecanismos.
18. Aparato según la reivindicación 16, en el
que las unidades de desviación comprenden:
una estructura de transmisión del empuje (122)
conectada al soporte del rodillo respectivo, una estructura de
reacción al empuje (121),
un generador de empuje (112) que actúa entre la
estructura de reacción al empuje y la estructura de transmisión del
empuje para ejercer un empuje en la estructura de transmisión del
empuje y el soporte del rodillo respectivo, y
una unidad de posicionado (119) que puede
accionarse para variar la posición de la estructura de reacción al
empuje,
en el que el sistema de control está configurado
para controlar el funcionamiento de la unidad de posicionado, de
tal modo que reproduzca una configuración del movimiento de los
soportes de los rodillos debido a la excentricidad del rodillo como
una configuración aplicada de movimientos de la estructura de
reacción al empuje para mantener una fuerza constante de desviación
del rodillo y para incrementar la distancia entre los rodillos
después de haber establecido dicha configuración aplicada de
movimientos.
19. Aparato según la reivindicación 16, 17 ó 18,
en el que el sistema de control puede accionarse para producir un
aumento incremental de la distancia entre los rodillos, comprendido
entre 0 y 50 micras.
20. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 16 a 19, en el que puede accionarse el sistema de
control para mover dicho único rodillo.
21. Aparato según la reivindicación 18, en el
que el generador de empuje comprende un muelle de compresión
(112).
22. Aparato según la reivindicación 18, en el
que el generador de empuje comprende una unidad de un cilindro con
un fluido a presión.
23. Aparato según la reivindicación 18, en el
que la unidad de posicionado para variar la posición de la
estructura de reacción al empuje comprende una unidad hidráulica
(119).
24. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 16 a 23, en el que el sistema de control comprende
uno o varios sensores de posición (150).
25. Aparato según la reivindicación 24, en el
que el sistema de control comprende asimismo uno o varios circuitos
de control para controlar el funcionamiento de los medios para
variar la posición de la estructura de reacción al empuje.
26. Aparato según la reivindicación 25, en el
que uno o varios circuitos de control comprenden uno o varios
controladores (151, 160).
27. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 16 a 26, en el que dicho sistema de control
controla el funcionamiento y el posicionado de las unidades de
desviación del rodillo, de tal modo que la fuerza de desviación se
encuentra comprendida sustancialmente entre la misma fuerza y una
fuerza ligeramente superior a la requerida para equilibrar la
presión hidrostática del baño de colada y la fricción mecánica
implicada en el movimiento de los rodillos de colada, para
desviarlos entre sí.
28. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 16 a 27, en el que el sistema de control controla
el funcionamiento de las unidades de desviación del rodillo (110,
111) de tal modo que produce una fuerza de separación del rodillo
comprendida entre 0 y 1,25 kN.
29. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 16 a 28, en el que el sistema de control controla
el funcionamiento de las unidades de desviación del rodillo (110,
111) de tal modo que produce una fuerza de separación del rodillo
no superior 0,45 kN.
30. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 16 a 29, en el que el sistema de control controla
unos medios elásticos de reglaje que funcionan de modo continuo
para el reglaje de las fuerzas constantes de desviación, y en el
que el control de los dos extremos del rodillo mediante cada unidad
de desviación del rodillo es independiente para, de este modo,
evitar interferencias.
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