ES2423825T3 - Nonferrous Metal Casting - Google Patents
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Abstract
Un método de colada continua de un metal fundido para obtener un producto metálico que comprende los pasosde: proveer un metal fundido no ferroso sobre un par de superficies de colada separadas que se mueven hacia adelante;solidificar el metal fundido que hay sobre las superficies de colada al tiempo que se hace avanzar al metal entre lassuperficies de colada para producir capas exteriores de metal sólido adyacentes a las superficies de colada y unacapa interior semisólida que contiene dendritas globulares del metal entre las capas exteriores de metal sólido;solidificar la capa interior semisólida para producir un producto de metal sólido compuesto de la capa interior y de lascapas exteriores; y retirar el producto de metal sólido de entre las superficies de colada, siendo las superficies de colada las superficiesde unos cilindros giratorios con un punto de estrechamiento definido entre ellos o siendo las superficies de colada lassuperficies de unas cintas que se desplazan sobre los cilindros giratorios, definiendo los cilindros un punto deestrechamiento entre ellos, que se caracteriza por que el metal es una aleación de magnesio, titanio, cobre, níquel,zinc o estaño y por que al producto se le hace salir del punto de estrechamiento a una velocidad de 7,6 a 122 metrospor minuto (25 a 400 pies por minuto); la fuerza aplicada por los cilindros al metal que avanza entre ellos no essuperior a 525 N por cm de espesor del producto (300 libras por pulgada de espesor del producto), y el productocomprende una banda metálica que tiene un espesor de 0,15 a 0,64 cm (0,06 a 0,25 pulgadas), llevándose el métodoa cabo de modo que la finalización de dicho paso de solidificación ocurre en el punto de estrechamiento, y según elmétodo las dendritas se rompen en la capa interior semisólida antes de la finalización de dicho paso de solidificacióny en donde dichas dendritas no han sido trabajadas.A method of continuously casting a molten metal to obtain a metallic product comprising the steps of: providing a non-ferrous molten metal on a pair of separate, forward-moving casting surfaces; solidifying the molten metal on the casting surfaces while advancing the metal between the casting surfaces to produce solid metal outer layers adjacent to the casting surfaces and a semi-solid inner layer containing globular metal dendrites between the solid metal outer layers; solidifying the semi-solid inner layer to produce a solid metal product composed of the inner layer and the outer layers; and removing the solid metal product from between the casting surfaces, the casting surfaces being the surfaces of rotating cylinders with a defined narrowing point between them or the casting surfaces being the surfaces of belts that run on the rotating cylinders, defining the cylinders a point of narrowing between them, characterized by the fact that the metal is an alloy of magnesium, titanium, copper, nickel, zinc or tin and because the product is made to leave the point of constriction at a speed of 7, 6 to 122 meters per minute (25 to 400 feet per minute); the force applied by the cylinders to the metal advancing between them is not more than 525 N per cm of product thickness (300 pounds per inch of product thickness), and the product comprises a metal band having a thickness of 0.15 to 0 , 64 cm (0.06 to 0.25 inches), the method being carried out in such a way that the completion of said solidification step occurs at the point of narrowing, and according to the method the dendrites are broken in the semi-solid inner layer before the completion of said solidification step and where said dendrites have not been worked.
Description
Colada de metales no ferrosos Nonferrous Metal Casting
Campo de la invención Field of the Invention
[0001] La presente invención se refiere a la colada de aleaciones de metales no ferrosos, más concretamente, a la colada de aleaciones de metales no ferrosos para crear una costra o costras solidificadas rápidamente y una zona central sin segregación que contiene dendritas rotas. [0001] The present invention relates to the casting of non-ferrous metal alloys, more specifically, to the casting of non-ferrous metal alloys to create a rapidly solidified crust or crust and a central area without segregation containing broken dendrites.
Antecedentes de la invención Background of the invention
[0002] La colada continua de metales, tales como aleaciones de aluminio, se efectúa convencionalmente en máquinas de colada de cilindros gemelos, máquinas de colada de bloques y máquinas de colada de cintas. La colada de aleaciones de aluminio entre cilindros gemelos ha dado buenos resultados y ha disfrutado de un buen éxito de aplicación comercial a pesar de las bajas velocidades de producción obtenidas hasta la fecha. La colada entre cilindros gemelos consiste tradicionalmente en una técnica combinada de solidificación y deformación que consiste en alimentar el metal fundido en la mordedura entre un par de cilindros enfriados contrarrotatorios en donde se inicia la solidificación cuando el metal fundido entra en contacto con los cilindros. El metal solidificado se forma a modo de “frente de congelación” del metal fundido dentro de la mordedura entre los cilindros y el metal sólido avanza hacia el punto de estrechamiento, el punto de separación mínimo entre los cilindros. El metal sólido pasa a través del punto de estrechamiento como una lámina sólida. La lámina sólida es deformada por los cilindros (laminada en caliente) y sale de los cilindros. [0002] Continuous casting of metals, such as aluminum alloys, is conventionally carried out in twin cylinder casting machines, block casting machines and tape casting machines. The casting of aluminum alloys between twin cylinders has given good results and has enjoyed a good commercial application success despite the low production speeds obtained to date. Casting between twin cylinders traditionally consists of a combined solidification and deformation technique that consists in feeding the molten metal into the bite between a pair of cooled counter-rotating cylinders where solidification begins when the molten metal comes into contact with the cylinders. The solidified metal is formed as a "freezing front" of the molten metal within the bite between the cylinders and the solid metal advances towards the point of narrowing, the minimum separation point between the cylinders. The solid metal passes through the point of narrowing like a solid sheet. The solid sheet is deformed by the cylinders (hot rolled) and leaves the cylinders.
[0003] Las aleaciones de aluminio se han venido colándose entre cilindros con éxito obteniéndose láminas de 0,63 cm (1/4 de pulgada) de espesor a unos 1,22-1,83 m/min (4-6 pies por minuto) o unos 0,89-1,25 kg por hora por cm de espesor de colada (50-70 libras por hora por pulgada de espesor de colada (lbs/hr/in)). Los intentos por aumentar la velocidad de la colada entre cilindros normalmente han fallado debido a la segregación en la línea central. Aunque en general se acepta que una lámina de calibre reducido (por ejemplo, con un espesor menor de 0,63 cm (1/4 de pulgada)) podría producirse más rápidamente que una lámina con un calibre mayor en una máquina de colada de cilindros, la capacidad de colar aluminio entre los cilindros a velocidades significativamente superiores a 1,25 kg /hr/cm (70 lbs/hr/pulgada) ha resultado difícil de alcanzar. [0003] Aluminum alloys have been slipping between cylinders successfully obtaining sheets of 0.63 cm (1/4 inch) thick at about 1.22-1.83 m / min (4-6 feet per minute) ) or about 0.89-1.25 kg per hour per cm of laundry thickness (50-70 pounds per hour per inch of laundry thickness (lbs / hr / in)). Attempts to increase the speed of laundry between cylinders have normally failed due to segregation in the center line. Although it is generally accepted that a reduced gauge sheet (for example, with a thickness less than 0.63 cm (1/4 inch)) could be produced more quickly than a sheet with a larger gauge in a cylinder casting machine , the ability to cast aluminum between cylinders at speeds significantly greater than 1.25 kg / hr / cm (70 lbs / hr / inch) has proved difficult to achieve.
[0004] El funcionamiento normal de una máquina de colada de cilindros gemelos a calibres finos se describe en la Patente Estadounidense n.º 5.518.064 y puede verse representado en las Figs. 1 y 2. Hay una cámara de retención del metal fundido H conectada a una punta de alimentación T que distribuye el metal fundido M entre unos cilindros gemelos enfriados con agua R1 y R2 que rotan en la dirección de las flechas A1 y A2, respectivamente. Los cilindros R1 y R2 tienen unas superficies lisas U1 y U2; y cualquier rugosidad sobre las mismas es el resultado de la técnica de esmerilado de los cilindros utilizada durante su fabricación. Las líneas centrales de los cilindros R1 y R2 están en un plano vertical o más o menos vertical L (por ejemplo, de hasta unos 15° desde la vertical) de modo que la banda colada S se forma en una trayectoria más o menos horizontal. Con otras versiones de este método se forma una banda en una dirección verticalmente hacia arriba. El espesor de la banda colada S queda determinado por el espesor de la punta T. El plano L pasa a través de una región de separación mínima entre los cilindros R1 y R2 denominada punto de estrechamiento entre los cilindros N. Entre la banda sólida colada S y el metal fundido M hay una región de solidificación entre que incluye una región de fase mixta de líquido y sólido X. Entre la región X y la banda colada S hay definido un frente de congelación F como línea de solidificación completa. [0004] The normal operation of a fine gauge twin cylinder casting machine is described in US Patent No. 5,518,064 and can be seen in Figs. 1 and 2. A molten metal retention chamber H is connected to a feed tip T that distributes the molten metal M between twin water-cooled cylinders R1 and R2 that rotate in the direction of arrows A1 and A2, respectively. The cylinders R1 and R2 have smooth surfaces U1 and U2; and any roughness thereon is the result of the grinding technique of the cylinders used during its manufacture. The center lines of the cylinders R1 and R2 are in a vertical or more or less vertical plane L (for example, up to about 15 ° from the vertical) so that the casting band S is formed in a more or less horizontal path. With other versions of this method a band is formed in a vertically upward direction. The thickness of the cast band S is determined by the thickness of the tip T. The plane L passes through a region of minimum separation between the cylinders R1 and R2 called the point of narrowing between the cylinders N. Between the solid cast band S and the molten metal M is a solidification region between which it includes a mixed phase region of liquid and solid X. Between the region X and the casting band S a freezing front F is defined as a complete solidification line.
[0005] En la colada entre cilindros convencional de aleaciones de aluminio, el calor del metal fundido M es transferido a los cilindros R1 y R2 de modo que la ubicación del frente de congelación F se mantiene aguas arriba del punto de estrechamiento N. De este modo, el metal fundido M se solidifica a un espesor mayor que la dimensión del punto de estrechamiento N. La banda sólida colada S es deformada por los cilindros R1 y R2 para alcanzar el espesor final de la banda. Con la laminación en caliente de la banda solidificada entre los cilindros R1 y R2 conforme a una colada entre cilindros convencional se obtienen unas propiedades únicas en la banda características de la banda de aleación de aluminio colada entre cilindros. En particular, una zona central a través del espesor de la banda se enriquece en elementos de formación de eutécticos (formadores de eutécticos) en la aleación tales como Fe, Si, Ni, Zn y análogos y empobrece en elementos de formación de peritécticos (Ti, Cr, V y Zr). Este enriquecimiento de formadores de eutécticos (a saber, elementos de aleación distintos del Ti, Cr, V y Zr) en la zona central ocurre porque esa porción de la banda S corresponde a una región del frente de congelación F en la que la solidificación ocurre en último lugar y se conoce como “segregación de la línea central”. La segregación extensiva de la línea central en la banda en bruto es un factor que restringe la velocidad de las máquinas de colada de cilindros convencionales. La banda en bruto también muestra señales de trabajo por parte de los cilindros. Los granos que se forman durante la solidificación del metal aguas arriba del punto de estrechamiento son aplanados por los cilindros. Por lo tanto, el aluminio colado entre cilindros incluye granos alargados en ángulo respecto a la dirección de laminación. [0005] In conventional aluminum alloy casting, the heat of molten metal M is transferred to cylinders R1 and R2 so that the location of the freezing front F is maintained upstream of the narrowing point N. From this Thus, molten metal M solidifies to a thickness greater than the dimension of the narrowing point N. The cast solid band S is deformed by the cylinders R1 and R2 to reach the final thickness of the band. With the hot rolling of the solidified web between the R1 and R2 cylinders in accordance with conventional inter-cylinder casting, unique properties are obtained in the characteristic band of the aluminum alloy band cast between cylinders. In particular, a central zone through the thickness of the band is enriched in eutectic forming elements (eutectic forming) in the alloy such as Fe, Si, Ni, Zn and the like and impoverishes in peritectic forming elements (Ti , Cr, V and Zr). This enrichment of eutectic formers (namely, alloy elements other than Ti, Cr, V and Zr) in the central zone occurs because that portion of the band S corresponds to a region of the freezing front F in which solidification occurs in the last place and is known as "segregation of the central line". Extensive segregation of the center line in the raw band is a factor that restricts the speed of conventional cylinder casting machines. The raw band also shows work signals from the cylinders. The grains that are formed during solidification of the metal upstream of the point of narrowing are flattened by the cylinders. Therefore, cast aluminum between cylinders includes elongated grains at an angle to the rolling direction.
[0006] La separación entre los cilindros en el punto de estrechamiento N puede reducirse para producir una banda con un calibre más fino S. Si embargo, al reducir la separación entre los cilindros, aumenta la fuerza de separación de los cilindros generada por el metal sólido entre los cilindros R1 y R2 . La cantidad de fuerza de separación de los cilindros se ve afectada por la ubicación del frente de congelación F respecto al punto de estrechamiento de los cilindros N. Al reducir la separación entre los cilindros, aumenta el [0006] The separation between the cylinders at the point of narrowing N can be reduced to produce a band with a finer gauge S. However, by reducing the separation between the cylinders, the separation force of the cylinders generated by the metal increases solid between cylinders R1 and R2. The amount of separation force of the cylinders is affected by the location of the freezing front F with respect to the point of narrowing of the cylinders N. By reducing the separation between the cylinders, the
porcentaje de reducción de la lámina metálica así como la fuerza de separación de los cilindros. En algún punto, las posiciones relativas de los cilindros R1 y R2 para alcanzar la separación deseada entre los cilindros no puede resistir la fuerza de separación de los cilindros y se alcanza el espesor de calibre mínimo para esa posición del frente de congelación F. reduction percentage of the metal sheet as well as the force of separation of the cylinders. At some point, the relative positions of the cylinders R1 and R2 to achieve the desired separation between the cylinders cannot withstand the force of separation of the cylinders and the minimum gauge thickness is reached for that position of the freezing front F.
[0007] La fuerza de separación de los cilindros puede reducirse aumentando la velocidad de los cilindros para mover el frente de congelación F aguas abajo hacia el punto de estrechamiento N. Al mover el frente de congelación aguas abajo (hacia el punto de estrechamiento N), puede reducirse la separación entre los cilindros. Este movimiento del frente de congelación F reduce la relación entre el espesor de la banda en el punto de solidificación inicial y la separación entre los cilindros en el punto de estrechamiento N, reduciendo así la fuerza de separación de los cilindros ya que, proporcionalmente, se comprime y lamina en caliente menos metal solidificado. De este modo, conforme la posición del frente de congelación F se mueve hacia el punto de estrechamiento N, se solidifica una cantidad proporcionalmente mayor de metal y, después, se lamina en caliente a calibres más finos. Según la práctica convencional, la colada entre cilindros de una banda de calibre fino se consigue colando primero entre los cilindros una banda con un calibre relativamente alto, reduciendo el calibre hasta alcanzar una fuerza máxima de separación de los cilindros, haciendo avanzar el frente de congelación para reducir la fuerza de separación de los cilindros (a base de aumentar la velocidad de los cilindros) y seguir reduciendo el calibre hasta volver a alcanzar de nuevo la fuerza máxima de separación de los cilindros, y repetir el proceso de avanzar el frente de congelación y reducir el calibre de manera iterativa hasta alcanzar el calibre deseado. Por ejemplo, puede laminarse una banda de 10 milímetros S y reducir el espesor hasta que la fuerza de separación de los cilindros resulte excesiva (por ejemplo, a los 6 milímetros), para lo que se necesita aumentar la velocidad de los cilindros. [0007] The force of separation of the cylinders can be reduced by increasing the speed of the cylinders to move the freezing front F downstream towards the narrowing point N. By moving the freezing front downstream (towards the narrowing point N) , the separation between the cylinders can be reduced. This movement of the freezing front F reduces the ratio between the thickness of the band at the initial solidification point and the separation between the cylinders at the point of narrowing N, thus reducing the separation force of the cylinders since, proportionally, compress and hot rolled less solidified metal. Thus, as the position of the freezing front F moves towards the narrowing point N, a proportionally larger amount of metal solidifies and then hot rolled to finer calibres. According to conventional practice, the inter-cylinder casting of a thin gauge band is achieved by first casting between the cylinders a band with a relatively high caliber, reducing the caliber until reaching a maximum force of separation of the cylinders, advancing the freezing front to reduce the force of separation of the cylinders (based on increasing the speed of the cylinders) and continue reducing the caliber until again reaching the maximum force of separation of the cylinders, and repeat the process of advancing the freezing front and reduce the caliber iteratively until the desired caliber is reached. For example, a band of 10 millimeters S can be laminated and the thickness reduced until the separation force of the cylinders becomes excessive (for example, at 6 millimeters), for which it is necessary to increase the speed of the cylinders.
[0008] Este proceso de aumentar la velocidad de los cilindros sólo puede realizarse cuando el frente de congelación F alcanza una posición predeterminada aguas abajo. La práctica convencional dicta que el frente de congelación F no avance hacia el punto de estrechamiento entre los cilindros N para asegurar que la banda sólida sea laminada en el punto de estrechamiento N. Generalmente se reconoce que resulta necesario laminar una banda sólida en el punto de estrechamiento N para evitar fallos en la banda metálica colada S que se está laminando en caliente y proporcionar una resistencia a la tensión a la banda existente S suficiente para soportar la fuerza de tracción de un enrollador, rodillos de arrastre o análogos dispuestos aguas abajo. En consecuencia, la fuerza de separación de los cilindros de una máquina de colada de cilindros gemelos utilizada en la forma convencional en donde una banda sólida de una aleación de aluminio se lamina en caliente en el punto de estrechamiento N es del orden de varias toneladas por pulgada de espesor. Aunque puede reducirse algo el calibre, el uso a tales fuerzas de separación de los cilindros tan altas para asegurar la deformación de la banda en el punto de estrechamiento N hace que seguir reduciendo el calibre de la banda resulte muy difícil. La velocidad de una máquina de colada de cilindros queda restringida por la necesidad de mantener el frente de congelación F aguas arriba del punto de estrechamiento N y evitar la segregación en la línea central. Por lo tanto, la velocidad de la colada de las aleaciones de aluminio entre los cilindros ha sido relativamente baja. [0008] This process of increasing the speed of the cylinders can only be carried out when the freezing front F reaches a predetermined position downstream. Conventional practice dictates that the freezing front F does not advance towards the point of narrowing between the cylinders N to ensure that the solid band is laminated at the point of narrowing N. It is generally recognized that it is necessary to laminate a solid band at the point of narrowing N to avoid failures in the cast metal strip S that is hot rolling and provide a tensile strength to the existing band S sufficient to withstand the tensile force of a winder, drag rollers or the like arranged downstream. Consequently, the separation force of the cylinders of a twin-cylinder casting machine used in the conventional manner where a solid band of an aluminum alloy is hot rolled at the point of narrowing N is of the order of several tons per inch thick. Although the caliber can be reduced somewhat, the use of such high separation forces of the cylinders so high to ensure the deformation of the band at the point of narrowing N makes it even more difficult to reduce the band gauge. The speed of a cylinder casting machine is restricted by the need to keep the freezing front F upstream of the narrowing point N and avoid segregation in the center line. Therefore, the casting speed of the aluminum alloys between the cylinders has been relatively low.
[0009] En la Patente Estadounidense n.º 6.193.818 se describe alguna reducción de la fuerza de separación de los cilindros para obtener una microestructura aceptable en las aleaciones de aluminio que tienen un alto contenido de elemento de aleación. Las aleaciones que tienen de un 0,5 a un 13% en peso de Si se cuelan entre los cilindros obteniéndose una banda de entre 0,15 y 0,05 cm (0,05 a 0,02 pulgadas) de espesor a unas fuerzas de separación de los cilindros de unos 8757 a 70053 N/cm (5000 a 40.000 libras/pulgada) a unas velocidades de unos 1,7 m/seg a 6,3 m/min (5 a 9 pies por minuto). Aunque esto representa un avance en la reducción de las fuerzas de separación de los cilindros, estas fuerzas siguen planteando retos significativos para el proceso. Además, la productividad se sigue viendo comprometida y la banda producida conforme a la patente 6.193.818 presenta aparentemente alguna segregación en la línea central y un alargamiento del grano tal y como se muestra en la Fig. 3 de la misma. [0009] In US Patent No. 6,193,818 some reduction of the force of separation of the cylinders to obtain an acceptable microstructure in aluminum alloys having a high alloy element content is described. Alloys that are 0.5 to 13% by weight of Si slip between the cylinders, obtaining a band between 0.15 and 0.05 cm (0.05 to 0.02 inches) thick at forces of separation of the cylinders of about 8757 to 70053 N / cm (5000 to 40,000 pounds / inch) at speeds of about 1.7 m / sec at 6.3 m / min (5 to 9 feet per minute). Although this represents a breakthrough in the reduction of cylinder separation forces, these forces continue to pose significant challenges to the process. In addition, productivity is still compromised and the band produced according to patent 6,193,818 apparently has some segregation in the central line and an elongation of the grain as shown in Fig. 3 thereof.
[0010] Un gran impedimento relativo a la colada entre cilindros a alta velocidad es la dificultad de conseguir una transferencia de calor uniforme del metal fundido a las superficies lisas U1 y U2, a saber, enfriamiento del metal fundido. En realidad, las superficies U1 y U2 incluyen varias imperfecciones que alteran las propiedades de transferencia de calor de los cilindros. A altas velocidades de laminado, dicha falta de uniformidad en la transferencia de calor resulta problemática. Por ejemplo, algunas áreas de las superficies U1 y U2 con una transferencia de calor correcta enfriarán el metal fundido M en el lugar deseado aguas arriba del punto de estrechamiento N mientras que algunas áreas con unas propiedades de transferencia de calor insuficiente permitirán que una porción del metal fundido avance más allá del lugar deseado y se cree una falta de uniformidad en la banda colada. [0010] A major impediment to high-speed casting between cylinders is the difficulty of achieving uniform heat transfer from molten metal to smooth surfaces U1 and U2, namely cooling of molten metal. In reality, surfaces U1 and U2 include several imperfections that alter the heat transfer properties of the cylinders. At high rolling speeds, said lack of uniformity in heat transfer is problematic. For example, some areas of surfaces U1 and U2 with a correct heat transfer will cool the molten metal M at the desired location upstream of the narrowing point N while some areas with insufficient heat transfer properties will allow a portion of the molten metal advances beyond the desired location and creates a lack of uniformity in the cast strip.
[0011] En máquinas de colada verticales se han colado entre cilindros bandas de acero de calibre fino con éxito a altas velocidades (hasta unos 122 m/min (400 pies por minuto)) y bajas fuerzas de separación de los cilindros. Los cilindros de una máquina de colada vertical de cilindros están colocados lado a lado con lo que la banda se forma en una dirección aguas abajo. Según esta orientación vertical, el acero fundido es alimentado a la mordedura entre los cilindros para formar un baño de acero fundido. La superficie superior del baño de acero fundido normalmente se protege de la atmósfera por medio de un gas inerte. [0011] In vertical casting machines, fine gauge steel bands have been cast between cylinders successfully at high speeds (up to about 122 m / min (400 feet per minute)) and low cylinder separation forces. The cylinders of a vertical cylinder casting machine are placed side by side so that the band is formed in a downstream direction. According to this vertical orientation, the molten steel is fed to the bite between the cylinders to form a bath of molten steel. The upper surface of the molten steel bath is normally protected from the atmosphere by an inert gas.
[0012] Aunque la colada vertical entre cilindros gemelos de un baño de metal fundido es adecuada para el acero, la colada vertical de aleaciones sensibles a la oxidación (por ejemplo, aluminio) requiere un control adicional. Una propuesta para solucionar este problema del aluminio oxidado en la colada vertical entre cilindros a escala de laboratorio se describe en Haga et al., “High Speed Roll Caster for Aluminum Alloy Strip”, Proceedings of ICAA-6, Aluminum Alloys, Vol. 1, págs. 327-332 (1998). Según ese método, con una boquilla de gas a presión se eyecta directamente una corriente de una aleación de aluminio fundido sobre uno o los dos cilindros gemelos de una máquina de colada de cilindros vertical. Aunque se consigue una colada de la banda de aleación de aluminio a alta velocidad, uno de los grandes inconvenientes de esta técnica es que la velocidad de alimentación de la aleación de aluminio fundida tiene que controlarse cuidadosamente para asegurar la uniformidad en la banda colada. Cuando sólo se eyecta una [0012] Although vertical casting between twin cylinders of a molten metal bath is suitable for steel, vertical casting of oxidation-sensitive alloys (eg aluminum) requires additional control. A proposal to solve this problem of oxidized aluminum in vertical casting between laboratory-scale cylinders is described in Haga et al., "High Speed Roll Caster for Aluminum Alloy Strip," Proceedings of ICAA-6, Aluminum Alloys, Vol. 1 , P. 327-332 (1998). According to that method, a stream of molten aluminum alloy is directly ejected with a pressurized gas nozzle onto one or both twin cylinders of a vertical cylinder casting machine. Although high-speed aluminum alloy band casting is achieved, one of the major drawbacks of this technique is that the feed rate of the molten aluminum alloy has to be carefully controlled to ensure uniformity in the casting band. When only one is ejected
sola corriente sobre un cilindro, la corriente se solidifica formándose la banda. En caso de eyectarse una corriente sobre cada uno de los cilindros, cada corriente se convierte en una mitad del espesor de la banda colada. En ambos casos, cualquier variación en la presión del gas o en la velocidad de alimentación de la aleación de aluminio fundida resulta en la falta de uniformidad en la banda colada. Los parámetros de control para este tipo de colada de una aleación de aluminio entre cilindros no resultan prácticos a escala comercial. single current on a cylinder, the current solidifies forming the band. If a current is ejected on each of the cylinders, each current becomes half the thickness of the cast strip. In both cases, any variation in the gas pressure or the feed rate of the molten aluminum alloy results in the lack of uniformity in the cast strip. The control parameters for this type of casting of an aluminum alloy between cylinders are not practical on a commercial scale.
[0013] En máquinas de colada de cintas se han conseguido unas velocidades de colada continua de aleaciones de aluminio de unos 6,1 a 7,6 m/min (20-25 pies por minuto) a un calibre de 19 mm (¾ de pulgada) aproximadamente a un nivel de productividad de unos 250 kg por hora por colada de espesor (400 libras por hora por pulgada de espesor). En una colada con cintas convencional como la descrita en la Patente Estadounidense n.º 4.002.197, el metal fundido se alimenta en una región de colada entre las porciones opuestas de un par de cintas metálicas flexibles giratorias. Cada una de las dos cintas de colada flexibles gira en una trayectoria definida por unos laminadores aguas arriba ubicados en un extremo de la región de colada y unos laminadores aguas abajo ubicados en el otro extremo de la región de colada. De este modo, las cintas de colada convergen directamente opuestas entre sí alrededor de los laminadores aguas arriba para formar una entrada en la región de colada en el punto de estrechamiento entre los laminadores aguas arriba. El metal fundido es alimentado directamente en el punto de estrechamiento. El metal fundido queda confinado entre las cintas móviles y se solidifica conforme es transportado. El calor liberado por el metal que se está solidificando es retirado a través de las porciones de las dos cintas adyacentes al metal que se está colando. Este calor es retirado enfriando las superficies inversas de las cintas a base de mover rápidamente películas sustancialmente continuas de agua que fluyen entrando en contra y entran en contacto con estas superficies inversas. [0013] Tape casting machines have achieved continuous casting speeds of aluminum alloys of about 6.1 to 7.6 m / min (20-25 feet per minute) at a 19 mm caliber (¾ of inch) at a productivity level of about 250 kg per hour per casting thickness (400 pounds per hour per inch of thickness). In a conventional strip casting as described in US Patent No. 4,002,197, the molten metal is fed into a casting region between opposite portions of a pair of rotating flexible metal bands. Each of the two flexible casting belts rotates in a path defined by upstream laminators located at one end of the casting region and downstream laminators located at the other end of the casting region. In this way, the casting belts converge directly opposite each other around the upstream laminators to form an inlet in the casting region at the point of narrowing between the upstream laminators. The molten metal is fed directly at the point of narrowing. The molten metal is confined between the moving belts and solidifies as it is transported. The heat released by the metal that is solidifying is removed through the portions of the two tapes adjacent to the metal being cast. This heat is removed by cooling the inverse surfaces of the tapes by rapidly moving substantially continuous films of water flowing in and coming into contact with these inverse surfaces.
[0014] Los parámetros de funcionamiento para la colada con cintas son significativamente diferentes de los de la colada con cilindros. En concreto, no hay laminación en caliente intencional de la banda. La solidificación del metal se completa a una distancia de unos 30-38 mm (12-15 pulgadas) aguas abajo del punto de estrechamiento para un espesor de 1,89 cm (¾ de pulgada). Las cintas quedan expuestas a altas temperaturas al entrar en contacto con el metal fundido en una superficie y se enfrían con agua en la superficie interior. Esto puede llevar a una distorsión de las cintas. La tensión en la cinta se debe ajustar para dar cuenta de la expansión o contracción de la cinta como consecuencia de los cambios de temperatura para conseguir una calidad constante de la superficie de la banda. La colada de aleaciones de aluminio en una máquina de colada de cintas se ha venido utilizando hasta la fecha principalmente para productos con unos requisitos mínimos de calidad de la superficie o para productos que después se van a pintar. [0014] The operating parameters for belt casting are significantly different from those for cylinder casting. Specifically, there is no intentional hot rolling of the web. The solidification of the metal is completed at a distance of about 30-38 mm (12-15 inches) downstream of the narrowing point for a thickness of 1.89 cm (¾ inch). The tapes are exposed to high temperatures upon contact with molten metal on a surface and cooled with water on the inner surface. This can lead to a distortion of the tapes. The tension in the tape must be adjusted to account for the expansion or contraction of the tape as a result of temperature changes to achieve a constant quality of the surface of the band. The casting of aluminum alloys in a belt casting machine has been used to date mainly for products with minimum surface quality requirements or for products that are to be painted later.
[0015] El problema de la inestabilidad térmica de las cintas se evita con las máquinas de colada de bloques. Las máquinas de colada de bloques incluyen una pluralidad de bloques enfriamiento montados unos al lado de otros sobre un par de pistas opuestas. Cada juego de bloques de enfriamiento rota en la dirección opuesta para formar una región de colada entre ellos en la que se alimenta el metal fundido. Los bloques de enfriamiento actúan a modo de disipadores térmicos conforme el calor del metal fundido es transferido a los mismos. La solidificación del metal se completa a unos 30-38mm(12-15 pulgadas) aguas abajo de la entrada de la región de colada a un espesor de 1,875 cm (¾ de pulgada). El calor transferido a los bloques de enfriamiento es eliminado durante el bucle de retorno. A diferencia de las cintas, los bloques de enfriamiento no se ven funcionalmente distorsionados por la transferencia de calor. No obstante, las máquinas de colada de bloques necesitan un control dimensional para evitar espacios entre los bloques que provoquen una falta de uniformidad y defectos en la banda colada. [0015] The problem of thermal instability of the belts is avoided with block casting machines. Block casting machines include a plurality of cooling blocks mounted side by side on a pair of opposite tracks. Each set of cooling blocks rotates in the opposite direction to form a casting region between them in which the molten metal is fed. The cooling blocks act as heat sinks as the heat of the molten metal is transferred to them. The solidification of the metal is completed about 30-38mm (12-15 inches) downstream from the entrance of the casting region to a thickness of 1.875 cm (¾ inch). The heat transferred to the cooling blocks is eliminated during the return loop. Unlike the belts, the cooling blocks are not functionally distorted by heat transfer. However, block casting machines need dimensional control to avoid spaces between the blocks that cause a lack of uniformity and defects in the casting band.
[0016] Este concepto de transferir el calor del metal fundido a una superficie de colada se ha utilizado en ciertas máquinas de colada de cintas modificadas como las descritas en las Patentes Estadounidenses n.º 5.515.908 y 5.564.491. En una máquina de colada de cintas de disipación térmica, el metal fundido es alimentado a las cintas (la superficie de colada) aguas arriba del punto de estrechamiento en donde la solidificación se inicia antes del punto de estrechamiento y la transferencia continua de calor del metal a las cintas aguas abajo del punto de estrechamiento. En este sistema, el metal fundido es suministrado a las cintas a lo largo de la curva de los laminadores aguas arriba de modo que el metal se solidifica sustancialmente para cuando alcanza el punto de estrechamiento entre los laminadores aguas arriba. El calor del metal fundido y de la banda colada es transferido a las cintas que se encuentran dentro de la región de colada (incluyendo la que se encuentra aguas abajo del punto de estrechamiento). Este calor es entonces eliminado de las cintas cuando las cintas dejan de estar en contacto bien con el metal fundido o bien con la banda colada. De este modo, las porciones de las cintas que se encuentran dentro de la región de colada (en contacto con el metal fundido y la banda colada) no se ven sometidas a grandes variaciones de temperatura como ocurre con las máquinas de colada de cintas convencionales. El espesor de la banda puede verse limitado por la capacidad térmica de las cintas entre las que tiene lugar la colada. Se han llegado a alcanzar unas velocidades de producción de 429 kg/hr/cm (2400 lbs/hr/pulgada) en el caso de una banda de 2-2,5mm (0,08-0,1 pulgadas). [0016] This concept of transferring heat from molten metal to a casting surface has been used in certain modified tape casting machines such as those described in US Patent Nos. 5,515,908 and 5,564,491. In a heat dissipation tape casting machine, molten metal is fed to the belts (the casting surface) upstream of the narrowing point where solidification begins before the narrowing point and the continuous heat transfer of the metal to the tapes downstream of the narrowing point. In this system, the molten metal is supplied to the belts along the curve of the upstream mills so that the metal solidifies substantially by the time it reaches the point of narrowing between the upstream mills. The heat of the molten metal and the cast strip is transferred to the tapes that are within the casting region (including that found downstream of the narrowing point). This heat is then removed from the tapes when the tapes cease to be in contact either with the molten metal or with the cast strip. In this way, the portions of the belts that are within the casting region (in contact with the molten metal and the casting band) are not subjected to large temperature variations as is the case with conventional tape casting machines. The thickness of the band can be limited by the thermal capacity of the belts between which the casting takes place. Production speeds of 429 kg / hr / cm (2400 lbs / hr / inch) have been reached in the case of a 2-2.5mm (0.08-0.1 inch) band.
[0017] No obstante, se siguen produciendo problemas asociados a las cintas utilizadas en una colada con cintas convencional. En particular, la uniformidad de la banda colada depende de la estabilidad de (a saber, la tensión en) las cintas. En cualquier máquina de colada de cintas, de tipo convencional o de disipación térmica, el contacto del metal fundido caliente con las cintas y la transferencia de calor del metal que se está solidificando a las cintas crea inestabilidad en las cintas. Además, las cintas tienen que cambiarse a intervalos regulares lo que interrumpe la producción. [0017] However, there are still problems associated with the belts used in a conventional laundry. In particular, the uniformity of the cast strip depends on the stability of (ie, the tension in) the tapes. In any tape casting machine, of conventional or thermal dissipation type, the contact of the hot molten metal with the tapes and the heat transfer of the metal that is solidifying to the tapes creates instability in the tapes. In addition, the tapes have to be changed at regular intervals which interrupts production.
[0018] El material de banda de las aleaciones no ferrosas es apto para su uso como plancha en las industrias del automóvil y aeroespacial y en la producción de cuerpos de latas y tapas y anillas para latas. En la fabricación convencional de cuerpos de latas se siguen una serie de procesos por lotes que incluyen una amplia secuencia de pasos independientes. En caso de necesitarse un lingote para seguir con el proceso, primero se le quita la capa superficial, se trata con calor para homogenizar la [0018] The non-ferrous alloy band material is suitable for use as an iron in the automobile and aerospace industries and in the production of can bodies and cans and can rings. Conventional manufacturing of can bodies follows a series of batch processes that include a wide sequence of independent steps. If an ingot is needed to continue with the process, the surface layer is first removed, heat treated to homogenize the
aleación, se enfría y se lamina mientras sigue caliente en una serie de pasadas, se lamina en caliente para el acabado y, finalmente se enrolla, se enfría con aire y se almacena. La bobina se puede recocer en un paso por lotes. La lámina enrollada se sigue reduciendo entonces a un calibre final laminándola en frío con desenrolladores, bobinadoras y trenes de laminación sencillos y/o en tándem. Estos procesos por lotes, utilizados normalmente en la industria del aluminio, requieren muchas operaciones de manipulación de materiales diferentes para mover los lingotes y las bobinas entre lo que normalmente son pasos de procesamiento independientes. The alloy is cooled and laminated while still hot in a series of passes, hot rolled for finishing and finally rolled up, cooled with air and stored. The coil can be annealed in one batch step. The rolled sheet is then further reduced to a final gauge by cold rolling with single, / or tandem unwinders, winders and rolling mills. These batch processes, normally used in the aluminum industry, require many different material handling operations to move the ingots and coils between what are normally independent processing steps.
[0019] En las Patentes Estadounidenses n.º 4.260.419 y 4.282.044 se describen los esfuerzos para agilizar la producción de cuerpos de latas mediante una colada directa en coquilla y una colada continua de bandas en una miniacería, respectivamente. En ambos procesos son necesarias muchas operaciones de manipulación de materiales para mover los lingotes y las bobinas. Dichas operaciones son laboriosas, consumen energía y muchas veces producen daños en el producto. [0019] US Pat. Nos. 4,260,419 and 4,282,044 describe efforts to expedite the production of can bodies by direct casting in a shell and continuous casting of bands in a mini-mill, respectively. In both processes many material handling operations are necessary to move the ingots and coils. These operations are laborious, consume energy and often produce damage to the product.
En las Patentes Estadounidenses n.º 5.772.802 y 5.772.799 se presentan métodos de colada con cintas para la obtención de latas o tapas y un método para su fabricación según los cuales se cuela una banda de aleación de aluminio con un bajo contenido de aleación para formar un material de alimentación colado a modo de banda caliente, el material de alimentación caliente se reviene rápidamente para evitar una precipitación sustancial, se recuece y reviene rápidamente para evitar una precipitación sustancial de los elementos de aleación y, a continuación, se lamina en frío. Este proceso ha resultado satisfactorio a pesar de las velocidades de producción relativamente bajas obtenidas hasta la fecha. In US Pat. Nos. 5,772,802 and 5,772,799, casting methods are presented with ribbons for obtaining cans or lids and a method for their manufacture according to which an aluminum alloy band with a low content of Alloy to form a hot-band cast material, the hot feed material is quickly rewound to avoid substantial precipitation, quickly coated and reverted to avoid substantial precipitation of the alloy elements, and then laminated cold This process has been satisfactory despite the relatively low production speeds obtained to date.
En la Patente Estadounidense 2.693.012 se presenta un proceso para la fabricación de láminas a partir de un metal fundido. El metal fundido es alimentado de forma continua a la mordedura de un par de cilindros enfriados accionados a alta velocidad de rotación para producir una lámina con un espesor de 1,65 mm. Conforme el metal se enfría sobre la superficie del cilindro, se forma un recubrimiento de retención con el metal adyacente al cilindro y se crea una condición plástica en la porción central del resto del metal. El metal plástico se trabaja mecánicamente y finalmente se congela por completo inmediatamente antes del momento en que la lámina metálica pasa a través de la mordedura de los cilindros. A process for the manufacture of sheets from a molten metal is presented in US Patent 2,693,012. The molten metal is fed continuously to the bite of a pair of cooled cylinders operated at high rotation speed to produce a sheet with a thickness of 1.65 mm. As the metal cools on the surface of the cylinder, a retention coating is formed with the metal adjacent to the cylinder and a plastic condition is created in the central portion of the rest of the metal. The plastic metal is mechanically worked and finally freezes completely immediately before the moment when the metal sheet passes through the bite of the cylinders.
Además, a escala industrial, no se han colado de manera continua aleaciones que no sean de aluminio, tales como aleaciones de magnesio. El metal de magnesio tiene una estructura cristalina hexagonal que restringe enormemente la cantidad de deformación que puede aplicarse, sobre todo, a bajas temperaturas. Por lo tanto, la producción de productos forjados de aleaciones de magnesio normalmente se lleva a cabo mediante un trabajo en caliente en la gama de 300 a 500 °C e incluso, bajo esas circunstancias, son necesarias varias pasadas de laminación y de recocidos intermedios. En el método convencional con lingotes, se utilizan un total de hasta 25 pasadas de laminación con recocidos intermedios para la obtención de un producto acabado con un calibre de 0,5 mm. Como resultado, los productos forjados de magnesio tienden a ser caros. In addition, on an industrial scale, alloys other than aluminum, such as magnesium alloys, have not been continuously cast. Magnesium metal has a hexagonal crystalline structure that greatly restricts the amount of deformation that can be applied, especially at low temperatures. Therefore, the production of forged magnesium alloy products is usually carried out by hot work in the range of 300 to 500 ° C and even, under these circumstances, several rolling passes and intermediate annealing are necessary. In the conventional method with ingots, a total of up to 25 rolling passes with intermediate anneals are used to obtain a finished product with a 0.5 mm caliber. As a result, forged magnesium products tend to be expensive.
En consecuencia, sigue existiendo la necesidad de un método económico para la colada de aleaciones no ferrosas con las que se consiga una uniformidad en la superficie colada. Consequently, there remains a need for an economical method for casting non-ferrous alloys with which uniformity is achieved on the casting surface.
Resumen de la invención Summary of the Invention
Según la presente invención, se proporciona un método para la colada continua de metal fundido para la obtención de un producto metálico que consiste en los pasos de: According to the present invention, there is provided a method for continuous casting of molten metal to obtain a metallic product consisting of the steps of:
alimentar un metal fundido no ferroso sobre un par de superficies de colada separadas que se mueven hacia adelante; feed a non-ferrous molten metal onto a pair of separate casting surfaces that move forward;
solidificar el metal fundido que hay sobre las superficies de colada al tiempo que se hace avanzar al metal entre las superficies de colada para producir unas capas exteriores de metal sólido adyacentes a las superficies de colada y una capa interior semisólida que contiene dendritas globulares del metal entre las capas exteriores de metal sólido; solidify the molten metal on the casting surfaces while advancing the metal between the casting surfaces to produce outer layers of solid metal adjacent to the casting surfaces and a semi-solid inner layer containing globular metal dendrites between the outer layers of solid metal;
solidificar la capa interior semisólida para producir un producto de metal sólido compuesto de la capa interior y de las capas exteriores; y solidify the semi-solid inner layer to produce a solid metal product composed of the inner layer and the outer layers; Y
retirar el producto de metal sólido de entre las superficies de colada, siendo las superficies de colada las superficies de unos cilindros giratorios con un punto de estrechamiento definido entre ellos o remove the solid metal product from between the casting surfaces, the casting surfaces being the surfaces of rotating cylinders with a defined narrowing point between them or
siendo las superficies de colada las superficies de unas cintas que se desplazan sobre los cilindros giratorios, definiendo los cilindros un punto de estrechamiento entre ellos, que se caracteriza porque el metal es una aleación de magnesio, titanio, cobre, níquel, zinc o estaño y porque al producto se le hace salir del punto de estrechamiento a una velocidad de 7,6 a 122 metros por minuto (25 a 400 pies por minuto); la fuerza aplicada por los cilindros al metal que avanza entre ellos no es superior a 525 N por cm de espesor del producto (300 libras por pulgada de espesor del producto), y el producto comprende una banda metálica que tiene un espesor de 0,15 a 0,64 cm (0,06 a 0,25 the casting surfaces being the surfaces of some belts that move on the rotating cylinders, the cylinders defining a narrowing point between them, which is characterized in that the metal is an alloy of magnesium, titanium, copper, nickel, zinc or tin and because the product is expelled from the point of narrowing at a speed of 7.6 to 122 meters per minute (25 to 400 feet per minute); The force applied by the cylinders to the metal that advances between them is not more than 525 N per cm of product thickness (300 pounds per inch of product thickness), and the product comprises a metal band having a thickness of 0.15 at 0.64 cm (0.06 to 0.25
pulgadas), llevándose el método a cabo como que la finalización de dicho paso de solidificación ocurre en el punto de estrechamiento, y según el método las dendritas se rompen en la capa interior semisólida antes de la finalización de dicho paso de solidificación y en donde dichas dendritas no han sido trabajadas. inches), the method being carried out as the completion of said solidification step occurs at the point of narrowing, and according to the method the dendrites are broken in the semi-solid inner layer before the completion of said solidification step and where said dendrites have not been worked.
Preferentemente, el metal es una aleación de magnesio o de titanio. Preferably, the metal is a magnesium or titanium alloy.
Ventajosamente, el producto sale del punto de estrechamiento como mínimo 30,5 metros por minuto (100 pies por minuto). Advantageously, the product leaves the narrowing point at least 30.5 meters per minute (100 feet per minute).
Convenientemente, el espesor de la capa interior solidificada comprende entre un 20% y un 30% del espesor del producto. Conveniently, the thickness of the solidified inner layer comprises between 20% and 30% of the product thickness.
Preferentemente, las superficies de colada se texturan para formar irregularidades en las superficies que entran en contacto con el metal fundido. Preferably, the casting surfaces are textured to form irregularities in the surfaces that come into contact with the molten metal.
Ventajosamente, dichas irregularidades de las superficies tienen forma de ranuras, hoyuelos o estrías. Advantageously, said surface irregularities are in the form of grooves, dimples or grooves.
Convenientemente, dichas irregularidades de las superficies están separadas según un patrón regular de 8 a 48 irregularidades por centímetro (20 a 120 irregularidades por pulgada). Conveniently, said surface irregularities are separated according to a regular pattern of 8 to 48 irregularities per centimeter (20 to 120 irregularities per inch).
Preferentemente, dichas irregularidades de las superficies están separadas según un patrón regular de 24 irregularidades por centímetro (60 irregularidades por pulgada). Preferably, said surface irregularities are separated according to a regular pattern of 24 irregularities per centimeter (60 irregularities per inch).
Convenientemente, dichas irregulares de las superficies tienen una altura de 5 a 50 micrómetros. Conveniently, said irregular surfaces have a height of 5 to 50 micrometers.
Ventajosamente, dichas irregulares de las superficies tienen una altura de 30 micrómetros. Advantageously, said irregular surfaces have a height of 30 micrometers.
Preferentemente, las superficies de colada se cepillan de forma continua en las regiones alejadas del producto para eliminar los residuos que podrían acumularse. Preferably, the casting surfaces are brushed continuously in the remote regions of the product to eliminate debris that could accumulate.
Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings
La invención se comprenderá completamente a partir de la descripción siguiente y en relación con las figuras de los dibujos que la acompañan, en donde, en todas ellas, los mismos caracteres de referencia identifican las mismas piezas. The invention will be fully understood from the following description and in relation to the figures of the accompanying drawings, where, in all of them, the same reference characters identify the same pieces.
[0027] La Fig. 1 es un diagrama esquemático de una porción de una máquina de colada con una punta de alimentación del metal fundido y un par de cilindros; [0027] Fig. 1 is a schematic diagram of a portion of a casting machine with a molten metal feed tip and a pair of cylinders;
[0028] La Fig. 2 es un diagrama esquemático en sección transversal ampliado de la boquilla de alimentación del metal fundido y los cilindros mostrados en la Fig. 1 funcionando conforme a técnicas anteriores; [0028] Fig. 2 is an enlarged cross-sectional schematic diagram of the die nozzle of the molten metal and the cylinders shown in Fig. 1 operating according to prior art;
[0029] La Fig. 3 es un organigrama de los pasos del método de colada de la presente invención; [0029] Fig. 3 is a flow chart of the steps of the casting method of the present invention;
[0030] La Fig. 4 es un diagrama esquemático de la colada de metal fundido realizada conforme a la presente invención; [0030] Fig. 4 is a schematic diagram of molten metal casting performed in accordance with the present invention;
[0031] La Fig. 5 es un diagrama esquemático de una máquina de colada fabricada conforme a la presente invención con un mecanismo de sujeción de la banda y elementos de enfriamiento opcionales; y [0031] Fig. 5 is a schematic diagram of a casting machine manufactured in accordance with the present invention with an optional band clamping mechanism and cooling elements; Y
[0032] La Fig. 6 es un diagrama esquemático de una máquina de colada fabricada conforme a la presente invención con otro mecanismo de sujeción de la banda y elementos de enfriamiento opcionales. [0032] Fig. 6 is a schematic diagram of a casting machine manufactured in accordance with the present invention with another band fastening mechanism and optional cooling elements.
Descripción detallada de la invención Detailed description of the invention
[0033] A efectos de la descripción que se incluye a continuación, debe entenderse que la invención puede asumir distintas modificaciones y secuencias de pasos alternativos, excepto cuando se especifique expresamente lo contrario. También debe entenderse que los dispositivos y procesos específicos ilustrados en los dibujos adjuntos, y descritos en la siguiente especificación, son simplemente realizaciones de la invención que se ofrecen a modo de ejemplo. Por lo tanto, las dimensiones específicas y el resto de las características físicas relacionadas con las realizaciones aquí presentadas no deben ser consideradas limitativas. En relación con cualquier margen numérico de valores, dichos márgenes deben ser interpretados como que incluyen todos y cada uno de los números y/o fracciones entre los márgenes máximo y mínimo especificados. [0033] For the purposes of the description that follows, it should be understood that the invention may assume different modifications and sequences of alternative steps, except where expressly stated otherwise. It should also be understood that the specific devices and processes illustrated in the accompanying drawings, and described in the following specification, are simply embodiments of the invention offered by way of example. Therefore, the specific dimensions and the rest of the physical characteristics related to the embodiments presented here should not be considered limiting. In relation to any numerical margin of values, said margins should be interpreted as including each and every one of the numbers and / or fractions between the specified maximum and minimum margins.
[0034] La presente invención incluye un método de colada de una aleación no ferrosa que consiste en alimentar una aleación no ferrosa fundida en un aparato de colada. Por aleación no ferrosa debe entenderse una aleación de un elemento tal como magnesio, titanio, cobre, níquel, zinc o titanio. Las aleaciones no ferrosas especialmente adecuadas para su uso en la presente invención son las aleaciones de magnesio y las aleaciones de titanio. [0034] The present invention includes a casting method of a non-ferrous alloy consisting of feeding a molten non-ferrous alloy into a casting apparatus. Non-ferrous alloy should be understood as an alloy of an element such as magnesium, titanium, copper, nickel, zinc or titanium. Non-ferrous alloys especially suitable for use in the present invention are magnesium alloys and titanium alloys.
[0035] Con las frases “aleaciones de magnesio” y “aleaciones de titanio” se pretende indicar aleaciones que contienen al menos un 50 % en peso del elemento indicado y al menos un elemento modificador. Se considera que las aleaciones de magnesio y de titanio pueden ser opciones interesantes para un uso estructural en la industria aeroespacial y automovilística dado su peso ligero, gran resistencia en relación con el peso y alta rigidez específica tanto a temperatura ambiente como a elevadas temperaturas. Ejemplos de sistemas de aleaciones a base de magnesio son el sistema Mg-Al; el sistema Mg-Al-Zn; el sistema Mg-Al-Si; el sistema Mg-Al-Tierras raras (TR); el sistema Mg-Th-Zr; el sistema Mg-Th-Zn-Zr; el sistema Mg-Zn-Zr ; y el sistema Mg-Zn-Zr-TR. [0035] With the phrases "magnesium alloys" and "titanium alloys" it is intended to indicate alloys containing at least 50% by weight of the indicated element and at least one modifying element. It is considered that magnesium and titanium alloys can be interesting options for structural use in the aerospace and automobile industry given their light weight, high strength in relation to weight and high specific stiffness both at room temperature and at elevated temperatures. Examples of magnesium-based alloy systems are the Mg-Al system; the Mg-Al-Zn system; the Mg-Al-Si system; the Mg-Al-Rare Earths (TR) system; the Mg-Th-Zr system; the Mg-Th-Zn-Zr system; the Mg-Zn-Zr system; and the Mg-Zn-Zr-TR system.
[0036] La forma más básica de la invención se ha representado esquemáticamente en el organigrama de la Fig. 3. En el paso 100, el metal no ferroso fundido es alimentado en un aparato de colada. El aparato de colada incluye un par de superficies de colada separadas que se mueven hacia adelante tal y como se describe en detalle a continuación. En el paso 102, el aparato de colada enfría rápidamente al menos una porción de la aleación no ferrosa para solidificar una capa exterior de la aleación no ferrosa al tiempo que se mantiene una capa interior semisólida. La capa interior incluye un componente de metal fundido y un componente sólido de dendritas del metal. El espesor de la capa exterior solidificada va aumentando conforme se cuela la aleación. Las dendritas de la capa interior se alteran en el paso 104, por ejemplo, rompiendo las dendritas para obtener estructuras más pequeñas. En el paso 106, se solidifica la capa interior. El producto que sale del aparato de colada incluye la capa interior sólida formada en el paso 106 que contiene las dendritas rotas interpuestas dentro de la capa exterior sólida de la aleación. El producto puede tener varias formas tales como, aunque no de manera exclusiva, láminas, placas, planchas y hojas. En el caso de las coladas por extrusión, el producto puede tener forma de alambre, varilla, barra o cualquier otra extrusión. En cualquiera de los casos, el producto se puede seguir procesando y/o tratando en el paso 108. El orden de los pasos 100-108 no es fijo en el método de la presente invención y puede ocurrir secuencialmente o algunos pasos pueden ocurrir simultáneamente. [0036] The most basic form of the invention has been schematically represented in the flow chart of Fig. 3. In step 100, the molten nonferrous metal is fed into a casting apparatus. The casting apparatus includes a pair of separate casting surfaces that move forward as described in detail below. In step 102, the casting apparatus rapidly cools at least a portion of the non-ferrous alloy to solidify an outer layer of the non-ferrous alloy while maintaining a semi-solid inner layer. The inner layer includes a molten metal component and a solid metal dendrite component. The thickness of the solidified outer layer increases as the alloy is cast. The dendrites of the inner layer are altered in step 104, for example, breaking the dendrites to obtain smaller structures. In step 106, the inner layer is solidified. The product exiting the casting apparatus includes the solid inner layer formed in step 106 containing the broken dendrites interposed within the solid outer layer of the alloy. The product can have various forms such as, but not exclusively, sheets, plates, plates and sheets. In the case of extrusion casting, the product can be in the form of wire, rod, bar or any other extrusion. In either case, the product can be further processed and / or treated in step 108. The order of steps 100-108 is not fixed in the method of the present invention and may occur sequentially or some steps may occur simultaneously.
[0037] La presente invención equilibra la velocidad de solidificación del metal fundido, la formación de dendritas en el metal que se está solidificando y la alteración de las dendritas para obtener las propiedades deseadas en el producto final. La velocidad de enfriamiento se selecciona de modo que se consiga una solidificación rápida de las capas exteriores del metal. En el caso de las aleaciones no ferrosas, el enfriamiento de las capas exteriores del metal puede ocurrir a una velocidad de al menos 100 °C por minuto. Los aparatos de colada adecuados incluyen superficies de colada enfriadas tales como en una máquina de colada de cilindros gemelos, una máquina de colada de cintas, una máquina de colada de planchas o una máquina de colada de bloques. Las máquinas de colada de cilindros verticales también pueden utilizarse en la presente invención. En una máquina de colada continua, las superficies de colada normalmente están separadas y tienen una región en la que la distancia entre ellas es mínima. En una máquina de colada de cilindros, la región en donde la distancia entre las superficies de colada es mínima es el punto de estrechamiento. En una máquina de colada de cintas, la región en la que la distancia entre las superficies de colada de las cintas es mínima puede ser el punto de estrechamiento entre las poleas de entrada de la máquina de colada. Tal y como se describe más detalladamente a continuación, la operación de un aparato de colada según el régimen de la presente invención incluye la solidificación del metal en el lugar en el que la distancia entre las superficies de colada es mínima. Aunque el método de la presente invención se describe a continuación como que se lleva a cabo utilizando una máquina de colada de cilindros gemelos, no significa que sea exclusivo. Para poner en práctica la invención pueden utilizarse otras superficies de colada continua. [0037] The present invention balances the rate of solidification of the molten metal, the formation of dendrites in the metal being solidified and the alteration of the dendrites to obtain the desired properties in the final product. The cooling rate is selected so that rapid solidification of the outer layers of the metal is achieved. In the case of non-ferrous alloys, cooling of the outer layers of the metal can occur at a rate of at least 100 ° C per minute. Suitable casting apparatuses include cooled casting surfaces such as in a twin cylinder casting machine, a belt casting machine, a plate casting machine or a block casting machine. Vertical cylinder casting machines can also be used in the present invention. In a continuous casting machine, the casting surfaces are normally separated and have a region in which the distance between them is minimal. In a cylinder casting machine, the region where the distance between the casting surfaces is minimal is the point of narrowing. In a belt casting machine, the region in which the distance between the belt casting surfaces is minimal may be the point of narrowing between the pulleys of the casting machine. As described in more detail below, the operation of a casting apparatus according to the regime of the present invention includes the solidification of the metal in the place where the distance between the casting surfaces is minimal. Although the method of the present invention is described below as being carried out using a twin cylinder casting machine, it does not mean that it is exclusive. Other continuous casting surfaces can be used to practice the invention.
[0038] A modo de ejemplo, puede utilizarse una máquina de colada de cilindros (Fig. 1) para poner en práctica la presente invención tal y como se muestra detalladamente en la Fig. 4. En referencia a la Fig. 1 (en la que genéricamente se representa una colada continua horizontal conforme a las técnicas anteriores y conforme a la presente invención), la presente invención se pone en práctica utilizando un par de cilindros contrarrotatorios enfriados R1 y R2 que rotan en las direcciones de las flechas A1 y A2, respectivamente. Con el término horizontal quiere decirse que la banda colada se produce en una orientación horizontal o a un ángulo de más o menos unos 30° respecto a la horizontal. Tal y como se muestra más detalladamente en la Fig. 3, una punta de alimentación T, que puede estar hecha de un material refractario o de cualquier otro material cerámico, distribuye directamente el metal fundido M en la dirección de la flecha B sobre los cilindros R1 y R2 que rotan en la dirección de las flechas A1 y A2, respectivamente. Las separaciones G1 y G2 entre la punta de alimentación T y los cilindros correspondientes R1 y R2 se mantienen lo más pequeñas posible para evitar la fuga del metal fundido y minimizar la exposición del metal fundido a la atmósfera a lo largo de los cilindros R1 u R2 para evitar el contacto entre la punta T y los cilindros R1 y R2. Una dimensión adecuada de las separaciones G1 y G2 es de unos 0,25 mm (0,01 pulgadas). Un plano L a través de la línea central de los cilindros R1 y R2 pasa a través de una región de separación mínima entre los cilindros R1 y R2 denominada el punto de estrechamiento de los cilindros N. [0038] By way of example, a cylinder casting machine (Fig. 1) can be used to practice the present invention as shown in detail in Fig. 4. Referring to Fig. 1 (in the that horizontal continuous casting is represented in accordance with the prior art and in accordance with the present invention), the present invention is implemented using a pair of cooled counter-rotating cylinders R1 and R2 rotating in the directions of arrows A1 and A2, respectively. With the term horizontal it is meant that the cast band is produced in a horizontal orientation or at an angle of about 30 ° to the horizontal. As shown in more detail in Fig. 3, a feed tip T, which can be made of a refractory material or any other ceramic material, directly distributes the molten metal M in the direction of the arrow B on the cylinders R1 and R2 rotating in the direction of arrows A1 and A2, respectively. The separations G1 and G2 between the feed tip T and the corresponding cylinders R1 and R2 are kept as small as possible to prevent the leakage of molten metal and minimize the exposure of molten metal to the atmosphere along the cylinders R1 or R2 to avoid contact between the tip T and the cylinders R1 and R2. A suitable dimension of the G1 and G2 separations is about 0.25 mm (0.01 inches). A plane L through the center line of cylinders R1 and R2 passes through a region of minimum separation between cylinders R1 and R2 called the point of narrowing of cylinders N.
[0039] El metal fundido M es alimentado a las superficies de colada de la máquina de colada de cilindros, los cilindros enfriados R1 y R2 . El metal fundido M entra directamente en contacto con los cilindros R1 y R2 en las regiones 2 y 4, respectivamente. Al entrar en contacto con los cilindros R1 y R2 , el metal M empieza a enfriarse y solidificarse. El metal que se está enfriando se solidifica a modo [0039] The molten metal M is fed to the casting surfaces of the cylinder casting machine, the cooled cylinders R1 and R2. The molten metal M comes directly into contact with the cylinders R1 and R2 in regions 2 and 4, respectively. Upon contact with the R1 and R2 cylinders, the metal M begins to cool and solidify. The metal that is cooling solidifies as
de costra superior 6 de metal solidificado adyacente al cilindro R1 y de costra inferior de metal solidificado adyacente al cilindro R2 . El espesor de las costras 6 y 8 aumenta conforme el metal M avanza hacia el punto de estrechamiento N. En las interfaces entre cada una de las costras superior e inferior 6 y 8 y el metal fundido M se forman unas dendritas de gran tamaño 10 de metal solidificado (no mostradas a escala). Las dendritas de gran tamaño 10 se rompen y arrastran al interior de una porción central 12 del flujo de metal fundido M que se mueve más lentamente y son arrastradas en la dirección de las flechas C1 y C2 . La acción de arrastre del flujo puede hacer que las dendritas de gran tamaño 10 se sigan rompiendo en dendritas más pequeñas 14 (no mostradas a escala). En la porción central 12 aguas arriba del punto de estrechamiento N referenciada como la región 16, el metal M es semisólido e incluye un componente sólido (las dendritas pequeñas solidificadas 14) y un componente de metal fundido. El metal M de la región 16 tiene una consistencia pastosa debido, en parte, a la dispersión de las dendritas pequeñas 14 por su interior. En el lugar del punto de estrechamiento N, parte del metal fundido es presionado hacia atrás en dirección opuesta a las flechas C1 y C2 . La rotación hacia adelante de los cilindros R1 y R2 en el punto de estrechamiento N sólo hace avanzar sustancialmente a la porción sólida del metal (las costras superior e inferior 6 y 8 y las dendritas pequeñas 14 de la porción central 12) mientras que fuerza al metal fundido de la porción central 12 aguas arriba desde el punto de estrechamiento N de modo que el metal pasa a un estado completamente sólido cuando sale del punto del punto de estrechamiento N. Aguas abajo del punto de estrechamiento N, la porción central 12 es una capa central sólida 18 que contiene las dendritas pequeñas 14 interpuestas entre la costra superior 6 y la costra inferior 8. En la capa central 18, las dendritas pequeñas 14 pueden tener un tamaño de unas 20 a unas 50 micras y tener una forma generalmente globular. En un producto en forma de banda, la porción interior sólida puede constituir entre un 20 y un 30 por ciento aproximadamente del espesor total de la banda. Aunque la máquina de colada de la Fig. 4 se muestra produciendo una banda S en una orientación generalmente horizontal, esto no debe considerarse limitativo ya que la banda S puede salir de la máquina de colada en ángulo o en un sentido vertical. upper crust 6 of solidified metal adjacent to cylinder R1 and lower crust of solidified metal adjacent to cylinder R2. The thickness of the crusts 6 and 8 increases as the metal M advances towards the narrowing point N. In the interfaces between each of the upper and lower crusts 6 and 8 and the molten metal M large dendrites 10 of solidified metal (not shown to scale). The large dendrites 10 break and drag into a central portion 12 of the flow of molten metal M that moves more slowly and are dragged in the direction of the arrows C1 and C2. The flow drag action can cause large dendrites 10 to continue breaking into smaller dendrites 14 (not shown to scale). In the central portion 12 upstream of the narrowing point N referred to as region 16, the metal M is semi-solid and includes a solid component (small solidified dendrites 14) and a molten metal component. The metal M of the region 16 has a pasty consistency due, in part, to the dispersion of the small dendrites 14 inside. In the place of the narrowing point N, part of the molten metal is pressed back in the opposite direction to the arrows C1 and C2. The forward rotation of the cylinders R1 and R2 at the point of narrowing N only substantially advances the solid portion of the metal (the upper and lower crusts 6 and 8 and the small dendrites 14 of the central portion 12) while forcing the molten metal of the central portion 12 upstream from the narrowing point N so that the metal passes to a completely solid state when it leaves the point of the narrowing point N. Downstream of the narrowing point N, the central portion 12 is a solid central layer 18 containing the small dendrites 14 interposed between the upper crust 6 and the lower crust 8. In the central layer 18, the small dendrites 14 can have a size of about 20 to about 50 microns and have a generally globular shape. In a web-shaped product, the solid inner portion may constitute approximately 20 to 30 percent of the total thickness of the web. Although the casting machine of Fig. 4 is shown to produce an S band in a generally horizontal orientation, this should not be considered as limiting since the S band can exit the casting machine at an angle or in a vertical direction.
[0040] El proceso de colada descrito en relación con la Fig. 4 sigue los pasos del método mencionados anteriormente. El metal fundido alimentado en el paso 100 en la máquina de colada de cilindros empieza a enfriarse y solidificarse en el paso 102. En el metal que se está enfriando se forman unas capas exteriores de metal solidificado 6 y 8 cerca o al lado de las superficies de colada enfriadas (R1 y R2). El espesor de las capas solidificadas 6 y 8 aumenta conforme el metal avanza a través del aparato de colada. En relación con el paso 102, en el metal se forman dendritas 10 en una capa interior 12 que está rodeada, al menos parcialmente, por las capas exteriores solidificadas 6 y 8. En la Fig. 4, las capas exteriores 6 y 8 rodean sustancialmente la capa interior 12 de modo que la capa interior 12 queda interpuesta entre las dos capas exteriores 6 y 8. En otros aparatos de colada, la capa exterior puede rodear por completo la capa interior. En el paso 104, las dendritas 10 se alteran, por ejemplo, se rompen para formar estructuras más pequeñas [0040] The casting process described in relation to Fig. 4 follows the steps of the method mentioned above. The molten metal fed in step 100 in the cylinder casting machine begins to cool and solidify in step 102. In the metal being cooled, outer layers of solidified metal 6 and 8 are formed near or next to the surfaces cooled laundry (R1 and R2). The thickness of the solidified layers 6 and 8 increases as the metal advances through the casting apparatus. In relation to step 102, metal dendrites 10 are formed in an inner layer 12 that is surrounded, at least partially, by solidified outer layers 6 and 8. In Fig. 4, outer layers 6 and 8 substantially surround the inner layer 12 so that the inner layer 12 is interposed between the two outer layers 6 and 8. In other casting devices, the outer layer may completely surround the inner layer. In step 104, the dendrites 10 are altered, for example, they break to form smaller structures
14. Antes de la solidificación completa del metal, en la capa interior 12 el metal es semisólido e incluye un componente sólido (las dendritas pequeñas solidificadas 14) y un componente de metal fundido. En esta etapa, el metal tiene una consistencia pastosa debido, en parte, a la dispersión de las dendritas pequeñas 14 por su interior. En el paso 106, en el lugar de la solidificación completa del metal del aparato de colada, el producto solidificado incluye una porción interior 18 que contiene las dendritas pequeñas 14 rodeadas, al menos parcialmente, por una porción exterior. El espesor de la porción interior puede constituir de un 20 a un 30 por ciento aproximadamente del grosor del producto. En la porción interior, las dendritas pequeñas pueden tener un tamaño de unas 20 a 50 micras y el aparato de colada no las ha trabajado sustancialmente por lo que tienen una forma generalmente globular. 14. Before the complete solidification of the metal, in the inner layer 12 the metal is semi-solid and includes a solid component (the small solidified dendrites 14) and a molten metal component. At this stage, the metal has a pasty consistency due, in part, to the dispersion of the small dendrites 14 inside. In step 106, in the place of complete solidification of the metal of the casting apparatus, the solidified product includes an inner portion 18 containing the small dendrites 14 surrounded, at least partially, by an outer portion. The thickness of the inner portion may constitute approximately 20 to 30 percent of the thickness of the product. In the inner portion, the small dendrites can have a size of about 20 to 50 microns and the casting apparatus has not worked them substantially so they have a generally globular shape.
[0041] Según la presente invención, el metal fundido de la capa interior 12 es presionado en una dirección opuesta a su flujo a través del aparato de colada (tal y como se ha descrito en referencia a la colada entre cilindros) y/o puede ser forzado a entrar en las capas exteriores 6 y 8 y alcanzar las superficies exteriores de las capas exteriores 6 y 8. Esta característica de presionar y/o forzar al metal fundido al interior de la capa interior ocurre en cualquiera de los aparatos de colada descritos en este documento. [0041] According to the present invention, the molten metal of the inner layer 12 is pressed in a direction opposite to its flow through the casting apparatus (as described in reference to the casting between cylinders) and / or can be forced to enter the outer layers 6 and 8 and reach the outer surfaces of the outer layers 6 and 8. This feature of pressing and / or forcing the molten metal into the inner layer occurs in any of the described casting devices in this document.
[0042] La rotura de las dendritas de la capa interior del paso 104 se produce durante la colada entre los cilindros por las fuerzas de cizalla resultantes de las diferencias de velocidad entre la capa interior de metal fundido y la capa exterior. Las máquinas de cilindros que funcionan a unas velocidades convencionales de menos de 3,3 m/min (10 pies por minuto) no generan las fuerzas de cizalla necesarias para romper ninguna de dichas dendritas. Aunque un funcionamiento a alta velocidad (al menos 8,2 m/min (25 pies por minuto)) de una máquina de colada de cilindros convencional con control de la solidificación como el arriba descrito permite una colada conforme al régimen de la presente invención, otros aparatos de colada convencionales también pueden adaptarse para que funcionen de un modo que dé como resultado el proceso de la invención. Un aspecto importante de la presente invención es la rotura de las dendritas de la capa interior. La rotura de las dendritas minimiza o evita la segregación en la línea central, obteniéndose unas propiedades de conformación y alargamiento mejoradas en el producto acabado en virtud de la reducción o ausencia de constituyentes gruesos como los que se encontrarían presentes en un producto colado con una máquina de cilindros o una de cintas que presentaría una segregación en la línea central. Otros mecanismos adecuados para la rotura de las dendritas de la capa interior incluyen la aplicación al líquido de agitación mecánica (por ejemplo, propulsor), agitación electromagnética incluyendo la agitación con un estator rotacional y agitación con un estator lineal, así como la vibración ultrasónica de alta frecuencia. [0042] The breakage of the dendrites of the inner layer of step 104 occurs during the casting between the cylinders by the shear forces resulting from the speed differences between the molten metal inner layer and the outer layer. Cylinder machines that operate at conventional speeds of less than 3.3 m / min (10 feet per minute) do not generate the shear forces necessary to break any of these dendrites. Although high speed operation (at least 8.2 m / min (25 feet per minute)) of a conventional cylinder casting machine with solidification control as described above allows casting according to the regime of the present invention, Other conventional casting devices can also be adapted to function in a way that results in the process of the invention. An important aspect of the present invention is the breakage of the dendrites of the inner layer. The breakage of the dendrites minimizes or prevents segregation in the central line, obtaining improved conformation and elongation properties in the finished product due to the reduction or absence of thick constituents such as those that would be present in a cast product with a machine of cylinders or one of belts that would present a segregation in the central line. Other suitable mechanisms for breaking the dendrites of the inner layer include application to the mechanical stirring liquid (e.g., propeller), electromagnetic stirring including stirring with a rotational stator and stirring with a linear stator, as well as ultrasonic vibration of high frequency.
[0043] Las superficies de colada actúan a modo de disipadores térmicos del calor del metal fundido. En la presente invención, el calor es transferido de manera uniforme del metal fundido a la superficie de colada enfriada para asegurar una uniformidad en la superficie del producto colado. Las superficies de colada enfriadas pueden ser de acero o de cobre y pueden ser texturadas e incluir irregularidades en las superficies que entran en contacto con el metal fundido. Las irregularidades de las superficies pueden servir para aumentar la transferencia de calor de las superficies de las superficies de colada enfriadas. La imposición de un grado controlado de falta de uniformidad en las superficies de las superficies de colada enfriadas puede resultar en una transferencia de calor uniforme a través de las superficies de las mismas. Las irregularidades de las superficies pueden tener forma de ranuras, hoyuelos, estrías u otras estructuras y pueden estar separadas según un patrón regular de unas 8 a 47 irregularidades en la superficie por cm (unas 20 a unas 120 irregularidades en la superficie por pulgada) o unas 24 irregularidades por cm (60 [0043] The casting surfaces act as heat sinks of molten metal. In the present invention, heat is transferred uniformly from the molten metal to the cooled casting surface to ensure uniformity on the surface of the cast product. The cooled casting surfaces can be made of steel or copper and can be textured and include irregularities in the surfaces that come into contact with the molten metal. The irregularities of the surfaces can serve to increase the heat transfer of the surfaces of the cooled casting surfaces. The imposition of a controlled degree of lack of uniformity on the surfaces of the cooled casting surfaces can result in a uniform heat transfer across the surfaces thereof. Surface irregularities may be in the form of grooves, dimples, stretch marks or other structures and may be separated according to a regular pattern of about 8 to 47 surface irregularities per cm (about 20 to about 120 surface irregularities per inch) or about 24 irregularities per cm (60
irregularidades por pulgada). Las irregularidades de las superficies pueden tener una altura de unas 5 a unas 50 micras o unas 30 micras. Las superficies de colada enfriadas se pueden revestir con un material como cromo o níquel para facilitar la separación del producto colado de las mismas. irregularities per inch). The irregularities of the surfaces can have a height of about 5 to about 50 microns or about 30 microns. The cooled casting surfaces can be coated with a material such as chromium or nickel to facilitate separation of the cast product therefrom.
[0044] Las superficies de colada generalmente se calientan durante la colada y son propensas a oxidarse a temperaturas elevadas. La oxidación no uniforme de las superficies de colada durante la colada puede cambiar las propiedades de transferencia de calor de las mismas. Por lo tanto, las superficies de colada se pueden oxidar antes de su uso para minimizar los cambios de las mismas durante la colada. El cepillado periódico o continuo de las superficies de colada resulta beneficioso para eliminar los residuos que se acumulan durante la colada de aleaciones no ferrosas. Pequeños fragmentos del producto colado pueden desprenderse del producto y adherirse a las superficies de colada. Estos pequeños fragmentos del producto de aleación no ferrosa son propensos a oxidarse lo que da lugar a una falta de uniformidad de las propiedades de transferencia de calor de las superficies de colada. El cepillado de las superficies de colada evita los problemas de falta de uniformidad como consecuencia de los residuos que pueden acumulase sobre las superficies de colada. [0044] Casting surfaces generally heat up during casting and are prone to oxidize at elevated temperatures. Non-uniform oxidation of the casting surfaces during casting can change the heat transfer properties thereof. Therefore, casting surfaces can be oxidized before use to minimize changes during casting. Periodic or continuous brushing of casting surfaces is beneficial for removing debris that accumulates during the casting of non-ferrous alloys. Small fragments of the cast product can peel off the product and adhere to the casting surfaces. These small fragments of the non-ferrous alloy product are prone to oxidizing which results in a lack of uniformity of the heat transfer properties of the casting surfaces. The brushing of the casting surfaces avoids the problems of lack of uniformity as a consequence of the residues that can accumulate on the casting surfaces.
[0045] En una máquina de colada de cilindros operada según el régimen de la presente invención, el control, mantenimiento y selección de la velocidad apropiada de los cilindros R1 y R2 puede influir en la operabilidad de la presente invención. La velocidad de los cilindros determina la velocidad a la que el metal fundido M avanza hacia el punto de estrechamiento N. Si la velocidad es demasiado baja, las dendritas de gran tamaño 10 no recibirán unas fuerzas suficientes para ser arrastradas a la porción central 12 y romperse en dendritas pequeñas 14. Según esto, la presente invención es adecuada para un funcionamiento a altas velocidades tales como unos 7,62 a unos 1,22 m/min (unos 25 a unos 400 pies por minuto) o unos 30,5 a unos 122 m/min (unos 100 a unos 400 pies por minuto) o unos 46 a unos 91 m/min (unos 150 a unos 300 pies por minuto). La velocidad lineal por unidad de superficie a la que el aluminio fundido es alimentado a los cilindros R1 y R2 puede ser inferior a la velocidad de los cilindros R1 y R2 o aproximadamente un cuarto de la velocidad de los cilindros. Según la presente invención, la colada continua a alta velocidad puede conseguirse, en parte, porque las superficies texturadas D1 y D2 aseguran una transferencia de calor uniforme desde el metal fundido [0045] In a cylinder casting machine operated according to the regime of the present invention, the control, maintenance and selection of the appropriate speed of the R1 and R2 cylinders may influence the operability of the present invention. The speed of the cylinders determines the speed at which the molten metal M advances towards the point of narrowing N. If the speed is too low, the large dendrites 10 will not receive sufficient forces to be drawn into the central portion 12 and breaking into small dendrites 14. According to this, the present invention is suitable for operation at high speeds such as about 7.62 to about 1.22 m / min (about 25 to about 400 feet per minute) or about 30.5 a about 122 m / min (about 100 to about 400 feet per minute) or about 46 to about 91 m / min (about 150 to about 300 feet per minute). The linear speed per unit area at which molten aluminum is fed to cylinders R1 and R2 may be less than the speed of cylinders R1 and R2 or about a quarter of the speed of cylinders. According to the present invention, continuous high speed casting can be achieved, in part, because the textured surfaces D1 and D2 ensure uniform heat transfer from the molten metal
M. M.
[0046] La fuerza de separación de los cilindros puede ser un parámetro importante a la hora de poner en práctica la presente invención. Una ventaja significativa de la presente invención es que la banda sólida no se produce hasta que el metal alcanza el punto de estrechamiento N. El espesor queda determinado por la dimensión del punto de estrechamiento N entre los cilindros R1 y R2 . La fuerza de separación de los cilindros puede ser suficientemente elevada como para presionar el metal fundido aguas arriba y alejarlo del punto de estrechamiento N. Si a través del punto de estrechamiento N pasa una cantidad excesiva de metal fundido, las capas de las costras superior e inferior 6 y 8 y la porción central sólida 18 pueden alejarse unas de otras y desalinearse. Si al punto de estrechamiento N llega una cantidad de metal fundido insuficiente, la banda se formará prematuramente como ocurre en los procesos de colada con cilindros convencionales. Una banda formada prematuramente 20 puede ser deformada por los cilindros R1 y R2 y sufrir una segregación en la línea central. Las fuerzas de separación de los cilindros adecuadas son de unos 44 a unos 525 N/cm (unas 25 a unas 300 libras por pulgada) de espesor de colada o unos 175 N por cm (100 libras por pulgada) de espesor de colada. En general, pueden establecerse unas velocidades de colada menores al colar una aleación no ferrosa de un calibre más grueso para eliminar el calor de la aleación gruesa. A diferencia de las coladas con cilindros convencionales, con la presente invención dichas velocidades de colada menores no generan unas fuerzas de separación de los cilindros excesivas ya que la banda no ferrosa totalmente sólida no se produce aguas arriba del punto de estrechamiento. [0046] The force of separation of the cylinders can be an important parameter when practicing the present invention. A significant advantage of the present invention is that the solid band is not produced until the metal reaches the narrowing point N. The thickness is determined by the dimension of the narrowing point N between the cylinders R1 and R2. The force of separation of the cylinders can be high enough to press the molten metal upstream and away from the point of narrowing N. If an excessive amount of molten metal passes through the narrowing point N, the layers of the upper crusts e bottom 6 and 8 and the solid central portion 18 can move away from each other and misalign. If an insufficient amount of molten metal arrives at the point of narrowing N, the band will be formed prematurely as occurs in casting processes with conventional cylinders. A prematurely formed band 20 can be deformed by cylinders R1 and R2 and undergo segregation in the center line. Suitable separation forces of the cylinders are about 44 to 525 N / cm (about 25 to about 300 pounds per inch) of casting thickness or about 175 N per cm (100 pounds per inch) of casting thickness. In general, lower casting speeds can be set by casting a thicker nonferrous alloy to remove heat from the thick alloy. In contrast to conventional cylinder castings, with the present invention said lower casting speeds do not generate excessive cylinder separation forces since the completely solid nonferrous web does not occur upstream of the narrowing point.
[0047] La banda de aleación no ferrosa puede producirse con un espesor de unos 0,254 cm (0,1 pulgadas) o menor (por ejemplo, 0,152 cm (0,06 pulgadas)) a unas velocidades de colada de unos 7,62 a unos 1,22 m/min (unos 25 a unos 400 pies por minuto). Mediante el método de la presente invención también puede producirse una banda de aleación no ferrosa de un calibre más grueso, por ejemplo, con un espesor de unos 0,63cm (0,25 pulgadas). Con la colada a las velocidades lineales contempladas en la presente invención (es decir, unos 7,62 a unos 1,22 m/min (unos 25 a unos 400 pies por minuto)), el producto de aleación no ferrosa se solidifica unas 1000 veces más rápido que en colada de aleación no ferrosa como lingote y mejora las propiedades del producto respecto a la colada de aleaciones no ferrosas como lingote. [0047] The non-ferrous alloy band can be produced with a thickness of about 0.254 cm (0.1 inch) or less (for example, 0.152 cm (0.06 inch)) at casting speeds of about 7.62 to about 1.22 m / min (about 25 to about 400 feet per minute). By means of the method of the present invention a nonferrous alloy band of a thicker gauge can also be produced, for example, with a thickness of about 0.63cm (0.25 inches). With the laundry at the linear speeds contemplated in the present invention (i.e., about 7.62 to about 1.22 m / min (about 25 to about 400 feet per minute)), the non-ferrous alloy product solidifies about 1000 times faster than in non-ferrous alloy casting as ingot and improves the properties of the product with respect to the casting of non-ferrous alloys such as ingot.
[0048] El producto de aleación no ferrosa producido según el método de la invención incluye una porción interior sustancialmente rodeada por una porción exterior. La concentración de elementos de aleación puede diferir entre la porción interior y la porción exterior. La aleación fundida puede tener una concentración inicial de elementos de aleación que incluye elementos de aleación de formación de peritécticos y elementos de aleación de formación de eutécticos. La concentración de elementos de aleación puede diferir entre la porción exterior y la porción interior. La porción interior del producto puede estar empobrecida en ciertos elementos (tales como formadores de eutécticos) y enriquecida en otros elementos (tales como formadores de peritécticos) en comparación con la concentración de formadores de eutécticos y de formadores de peritécticos en cada uno de los metales y la porción exterior. Los granos del producto de aleación no ferrosa de la presente invención no han sido sustancialmente trabajados, es decir, tienen una estructura equiaxial, tal como globular. En ausencia de partículas duras en la porción interior del producto, la segregación y el craqueo en la línea central característicos de muchas aleaciones no ferrosas se minimiza o elimina. [0048] The non-ferrous alloy product produced according to the method of the invention includes an inner portion substantially surrounded by an outer portion. The concentration of alloy elements may differ between the inner portion and the outer portion. The molten alloy may have an initial concentration of alloy elements that includes peritectic forming alloy elements and eutectic forming alloy elements. The concentration of alloy elements may differ between the outer portion and the inner portion. The inner portion of the product may be depleted in certain elements (such as eutectic trainers) and enriched in other elements (such as peritectic trainers) compared to the concentration of eutectic trainers and peritectic trainers in each of the metals and the outer portion. The grains of the non-ferrous alloy product of the present invention have not been substantially worked, that is, they have an equiaxial structure, such as globular. In the absence of hard particles in the inner portion of the product, segregation and cracking in the central line characteristic of many non-ferrous alloys is minimized or eliminated.
[0049] Mediante la puesta en práctica de la presente invención, puede resultar beneficioso soportar el producto que sale del aparato hasta que el producto se enfríe lo suficiente como para autosoportarse. Un mecanismo de soporte mostrado en la Fig. 5 incluye cinta transportadora continua B colocada debajo de una banda S que sale de los cilindros R1 y R2. La cinta B se desplaza alrededor de las poleas P y soporta la banda S una distancia que puede ser de unos 3,05 m (10 pies). La longitud de la cinta B entre las poleas P puede determinarse a partir del proceso de colada, la temperatura de salida de la banda S y la aleación de la banda S. Los materiales adecuados para la cinta B incluyen fibra de vidrio y metal (por ejemplo, acero) en estado sólido o a modo de malla. Alternativamente, tal y como se muestra en la Fig. 6, el mecanismo de soporte puede incluir una superficie de soporte fija J tal como un calzo sobre el que se desplaza la banda S mientras se enfría. El calzo J puede estar hecho de un material al que no pueda adherirse fácilmente la banda caliente S. En algunos casos en los que la banda S se ve sometida a una rotura al salir de los cilindros R1 y R2, la banda puede enfriarse en los puntos E con un fluido tal como aire o agua. Normalmente, en el caso de las aleaciones de aluminio, la banda S sale de los cilindros R1 y R2 a unos 593 °C (1100 °F), y puede resultar conveniente bajar la temperatura de la banda de aleación de aluminio a unos 538 °C (2000 °F) de 20,3 a 25,4 cm (8 a 10 pulgadas) aproximadamente de punto de estrechamiento N. En la Patente Estadounidense n.º 4.823.860 se describe unmecanismo adecuado para enfriar la banda en los puntos E para alcanzar dicho puntode enfriamiento. [0049] By practicing the present invention, it may be beneficial to support the product leaving the apparatus until the product cools sufficiently to self-support. A support mechanism shown in Fig. 5 includes continuous conveyor belt B placed under a belt S leaving the cylinders R1 and R2. The belt B travels around the pulleys P and supports the band S a distance that can be about 3.05 m (10 feet). The length of the belt B between the pulleys P can be determined from the casting process, the outlet temperature of the S band and the alloy of the S band. Suitable materials for the B belt include fiberglass and metal (by for example, steel) in solid state or mesh mode. Alternatively, as shown in Fig. 6, the support mechanism may include a fixed support surface J such as a chock on which the band S travels while cooling. The chock J can be made of a material to which the hot band S cannot easily adhere. In some cases in which the band S is subjected to a break when leaving the cylinders R1 and R2, the band may cool in the E points with a fluid such as air or water. Normally, in the case of aluminum alloys, the S band leaves the R1 and R2 cylinders at about 593 ° C (1100 ° F), and it may be convenient to lower the temperature of the aluminum alloy band to about 538 ° C (2000 ° F) from 20.3 to 25.4 cm (8 to 10 inches) approximately of narrowing point N. In US Patent No. 4,823,860 a suitable mechanism for cooling the band at points E is described. to reach said cooling point.
Ejemplos (comparativos) Examples (comparative)
[0050] Se coló una aleación de aluminio que contenía un % en peso de un 0,75 de Si, un 0,20 de Fe, un 0,80 de Cu, un 0,25 de Mn y un 2,0 de Mg conforme a la presente invención y, a continuación, se laminó en caliente y enfrío en línea a un calibre de 0,038 cm (0,015 pulgadas). Las propiedades resultantes de los dos productos se listan en la Tabla 1. En el Ejemplo 1 se muestran las propiedades obtenidas en el estado bruto de laminación tras el enfriamiento de la bobina. La combinación de alta resistencia y buena conformabilidad (alargamiento) es notable. La combinación del alto límite elástico y el alargamiento conseguida en los Ejemplos 1 y 2, no se había conseguido hasta ahora en las aleaciones de aluminio-magnesio de la serie 5xxx. A modo de comparación, la aleación de aluminio 5182, tiene como mucho un límite elástico de 372 MPa (54 ksi) y un alargamiento de un 7%. En el Ejemplo 2 se muestran las propiedades obtenidas después de haber tratado térmicamente la lámina con una solución y de haberla envejecido a 135 °C (275 °F) en el laboratorio. Se obtuvo un buen límite elástico y unas propiedades de flexión superiores. [0050] An aluminum alloy containing a weight% of 0.75 of Si, 0.20 of Fe, 0.80 of Cu, 0.25 of Mn and 2.0 of Mg was cast in accordance with the present invention and then hot rolled and cooled in line to a 0.038 cm (0.015 inch) caliber. The resulting properties of the two products are listed in Table 1. Example 1 shows the properties obtained in the raw state of lamination after cooling the coil. The combination of high strength and good formability (elongation) is remarkable. The combination of the high elastic limit and the elongation achieved in Examples 1 and 2 had not been achieved so far in the aluminum-magnesium alloys of the 5xxx series. By way of comparison, aluminum alloy 5182, has at most an elastic limit of 372 MPa (54 ksi) and an elongation of 7%. The properties obtained after having heat treated the sheet with a solution and having aged it at 135 ° C (275 ° F) in the laboratory are shown in Example 2. A good elastic limit and superior flexural properties were obtained.
Tabla 1 Table 1
- Propiedad Property
- Ejemplo 1 Ejemplo 2 Example 1 Example 2
- Límite elástico (ksi) Elastic limit (ksi)
- 60 43 60 43
- Tensión de rotura (ksi) Breaking Tension (ksi)
- 65 55 65 55
- Alargamiento (%) Elongation (%)
- 10 16 10 16
- Radio de curvatura (r/t) Radius of curvature (r / t)
- 1,7 0,3* 1.7 0.3 *
- Líneas de Lüders Lüders lines
- ninguna ninguna any any
- Altura de Olsen (pulgadas) -lubricada Olsen height (inches) - lubricated
- 0,195 - 0.195 -
- Corrosión Corrosion
- - - - -
- Piel de naranja Orange peel
- ninguna ninguna any any
- Acabado Finish
- semibrillante brillante semi bright sparkly
- Temple tipo O Temple type O
- sí sí yes yes
* Dobladillo plano – 1 ksi = 6,9 Mpa * Flat hem - 1 ksi = 6.9 Mpa
[0051] Mediante la puesta en práctica del método de la presente invención, pueden producirse productos colados de aleaciones no ferrosas con un límite elástico y un alargamiento mejorados en comparación con los productos colados convencionales. Tales propiedades mejoradas permiten la producción de un producto más fino, conveniente en el mercado. [0051] By implementing the method of the present invention, cast products of non-ferrous alloys with an improved elastic limit and elongation can be produced compared to conventional cast products. Such improved properties allow the production of a finer product, convenient in the market.
[0052] El producto que sale del aparato de colada se puede conformar, mediante una laminación subsiguiente, por ejemplo, dándole una forma distinta o tratándolo de cualquier otra manera para la fabricación de bandas para latas, bandas para las anillas, planchas para automóviles y otros productos finales incluyendo placas litográficas y chapas brillantes. El procesamiento subsiguiente del producto que sale del aparato de colada puede realizarse mediante laminación en línea para aprovechar el calor de la lámina en bruto (de conformidad con las siguientes Patentes Estadounidenses n.º 5.772.799; 5.772.802; 5.356.495; 5.496.423; 5.514.228; 5.470.405; 6.344.096 y 6.280.543). Alternativamente, la lámina en bruto se puede enfriar y laminar posteriormente fuera de línea. Pueden realizarse otros procesamientos de la lámina de conformidad con una o más de las patentes antedichas. [0052] The product leaving the casting apparatus can be shaped, by subsequent lamination, for example, by giving it a different shape or by treating it in any other way for the manufacture of can bands, ring bands, car plates and other end products including lithographic plates and shiny plates. Subsequent processing of the product exiting the casting apparatus can be performed by in-line lamination to take advantage of the heat of the raw sheet (in accordance with the following US Patents No. 5,772,799; 5,772,802; 5,356,495; 5,496 .423; 5,514,228; 5,470,405; 6,344,096 and 6,280,543). Alternatively, the raw sheet can be cooled and subsequently laminated off-line. Other sheet processing can be performed in accordance with one or more of the aforementioned patents.
[0053] Aunque las realizaciones preferentes de la presente invención ya han sido descritas anteriormente en términos de ser especialmente valiosas para la producción de piezas de aleaciones no ferrosas para las industrias del automóvil y aeroespacial y las industrias de latas de bebidas, aquellos versados en la materia entenderán que la presente invención también será valiosa para la producción de piezas como barcas, canoas, esquíes, pianos, arpas, carrocerías de camiones, cabinas de camiones, autobuses, contenedores de recogedores de basura, cascos de barcos de regatas, piezas de aviones privados, contenedores de mangueras de camiones de bomberos, equipos de manipulación de materiales, rampas de carga y descarga de muelles, rampas portátiles, piezas de equipos aeroespaciales, incluyendo cohetes y satélites, sistemas de seguimiento por radar, armarios de equipos electrónicos, pantallas vibratorias, cajas-paleta, bastidores y laterales para equipajes, escaleras, ánodos de calentadores de agua, máquinas de escribir, lanzacohetes y soportes de morteros, piezas de máquinas textiles, cubos de hormigón y herramientas de acabado manuales, plantillas y accesorios y máquinas decomprobación de vibraciones. [0053] Although the preferred embodiments of the present invention have already been described above in terms of being especially valuable for the production of non-ferrous alloy parts for the automobile and aerospace industries and beverage can industries, those versed in the They will understand that the present invention will also be valuable for the production of parts such as boats, canoes, skis, pianos, harps, truck bodies, truck cabins, buses, garbage collector containers, racing boat hulls, aircraft parts private, fire truck hose containers, material handling equipment, loading and unloading docks, portable ramps, aerospace equipment parts, including rockets and satellites, radar tracking systems, electronic equipment cabinets, vibrating screens , pallet boxes, racks and sides for luggage, stairs, anodes d e water heaters, typewriters, rocket launchers and mortar holders, textile machine parts, concrete pails and manual finishing tools, templates and accessories and vibration testing machines.
[0054] Aunque las realizaciones preferentes de la presente invención ya han sido descritas anteriormente en términos de ser [0054] Although preferred embodiments of the present invention have already been described above in terms of being
5 especialmente valiosas para la colada horizontal de aleaciones de base no ferrosa, aquellos versados en la materia entenderán que la presente invención también será valiosa en una colada vertical además de a cualquier ángulo entre la colada vertical y la horizontal. [0055] Aunque las realizaciones preferentes de la presente invención ya han sido descritas anteriormente en términos de un producto de banda metálica de aluminio que sale del aparato de colada que incluye una capa interior sólida que contiene estructuras 5 especially valuable for horizontal casting of non-ferrous base alloys, those skilled in the art will understand that the present invention will also be valuable in a vertical casting in addition to any angle between vertical and horizontal casting. [0055] Although the preferred embodiments of the present invention have already been described above in terms of an aluminum metal strip product leaving the casting apparatus that includes a solid inner layer containing structures
10 dendríticas alteradas rodeadas sustancialmente por la capa sólida exterior de la aleación, el producto puede tener forma de lámina, placa, plancha, hoja, alambre, varilla, barra o extrusión. 10 altered dendritic substantially surrounded by the solid outer layer of the alloy, the product may be in the form of a sheet, plate, plate, sheet, wire, rod, bar or extrusion.
[0056] Aunque las realizaciones preferentes de la presente invención ya han sido descritas anteriormente en términos de que se utiliza el punto de estrechamiento de los cilindros gemelos para romper las dendritas que se forman conforme se solidifica el metal, 15 es decir, el metal de aluminio, aquellos versados en la materia entenderán que la presente invención también será valiosa con otros metales no ferrosos incluyendo el titanio, magnesio, níquel, zinc, estaño y cobre. [0056] Although the preferred embodiments of the present invention have already been described above in terms of which the narrowing point of the twin cylinders is used to break the dendrites that are formed as the metal solidifies, that is, the metal of Aluminum, those skilled in the art will understand that the present invention will also be valuable with other non-ferrous metals including titanium, magnesium, nickel, zinc, tin and copper.
Claims (11)
- 2. 2.
- El método de la Reivindicación 1, en donde el metal es una aleación de magnesio o de titanio. The method of Claim 1, wherein the metal is a magnesium or titanium alloy.
- 3.3.
- Un método conforme a la Reivindicación 1, en donde el producto sale del punto de estrechamiento como mínimo 30,5 metros por minuto (100 pies por minuto). A method according to Claim 1, wherein the product leaves the point of narrowing at least 30.5 meters per minute (100 feet per minute).
- 4. Four.
- Un método conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el espesor de la capa interior solidificada comprende entre un 20% y un 30% del espesor del producto. A method according to any of the preceding claims, wherein the thickness of the solidified inner layer comprises between 20% and 30% of the product thickness.
- 5. 5.
- Un método conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde las superficies de colada se texturan para formar irregularidades en las superficies que entran en contacto con el metal fundido. A method according to any of the preceding claims, wherein the casting surfaces are textured to form irregularities in the surfaces that come into contact with the molten metal.
- 6. 6.
- Un método conforme a la Reivindicación 5, en donde dichas irregularidades de las superficies tienen forma de ranuras, hoyuelos o estrías. A method according to Claim 5, wherein said surface irregularities are in the form of grooves, dimples or grooves.
- 7.7.
- Un método conforme a la Reivindicación 5 o a la Reivindicación 6, en donde dichas irregularidades de las superficies están separadas según un patrón regular de 8 a 48 irregularidades por centímetro (20 a 120 irregularidades por pulgada). A method according to Claim 5 or Claim 6, wherein said surface irregularities are separated according to a regular pattern of 8 to 48 irregularities per centimeter (20 to 120 irregularities per inch).
- 8.8.
- Un método conforme a la Reivindicación 5 o a la Reivindicación 6, en donde dichas irregularidades de las superficies están separadas según un patrón regular de 24 irregularidades por centímetro (60 irregularidades por pulgada). A method according to Claim 5 or Claim 6, wherein said surface irregularities are separated according to a regular pattern of 24 irregularities per centimeter (60 irregularities per inch).
- 9. 9.
- Un método conforme a cualquiera de las Reivindicaciones 5 a 8, en donde dichas irregularidades de las superficies tienen una altura de 5 a 50 micrómetros. A method according to any one of Claims 5 to 8, wherein said surface irregularities have a height of 5 to 50 micrometers.
- 10.10.
- Un método conforme a cualquiera de las Reivindicaciones 5 a 8, en donde dichas irregularidades de las superficies tienen una altura de 30 micrómetros. A method according to any one of Claims 5 to 8, wherein said surface irregularities have a height of 30 micrometers.
- 11.eleven.
- Un método conforme a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las superficies de colada se cepillan continuamente en las regiones alejadas del producto para eliminar los residuos que podrían acumularse. A method according to any of the preceding claims, wherein the casting surfaces are continuously brushed in the remote regions of the product to eliminate residues that could accumulate.
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