ES2256226T3 - Procedimiento para la obtencion de tubos o perfiles industriales de metal y dispositivo apropiado para ello. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la obtención de tubos o perfiles para uso industrial a partir de un material metálico seleccionado de entre cobre, aleaciones de cobre, cuproníquel, latones y bronce de aluminio mediante procesamiento en frío de una preforma tubular hueca colada en continuo con un diámetro comprendido entre 70 y 80 mm y un espesor comprendido entre 5 y 10 mm, reduciendo así la sección inicial de la misma, realizándose dicha reducción por procesamiento en frío de la preforma tubular hueca mediante laminación o estiraje o mediante una combinación de laminación y estiraje; reduciéndose ulteriormente la sección de la preforma laminada y/o estirada a las dimensiones finales deseadas mediante operaciones de estiraje; enderezándose y opcionalmente sometiéndose a tratamientos térmicos y/o de desengrase el tubo o perfil dimensionalmente acabado, y seccionándose el tubo o perfil a medida, caracterizado porque la preforma tubular hueca se obtiene mediante colada directa y continua del material metálico, opcionalmente mezclado con chatarra del mismo, fundido a una temperatura comprendida entre 900 y 1350ºC, alimentando tanto el material metálico fundido como la chatarra del mismo a través de orificios axiales de una lingotera de tipo horizontal y una cantidad adicional de dicho material fundido a través de orificios de alimentación radiales que se comunican con dichos orificios axiales; y porque las operaciones de laminación y las operaciones de estiraje se llevan a cabo mediante trenes de estirado en frío.

Description

Procedimiento para la obtención de tubos o perfiles industriales de metal y dispositivo apropiado para ello.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de tubos o perfiles industriales de metal y al dispositivo empleado para dicha obtención.

Más particularmente, la presente invención se refiere a un procedimiento de colada continua para la obtención de tubos y perfiles metálicos para uso industrial, especialmente destinados para el intercambio de calor, es decir susceptibles de ser empleados en intercambiadores de calor o plantas de desalinización y en el ámbito de plantas químicas y petroquímicas.

Los materiales apropiados para la obtención de tales tubos y perfiles metálicos incluyen cobre y aleaciones de éste, cuproníquel, latones especiales, bronce de aluminio, y similares.

Como es sabido, estos materiales poseen diversas características que los hacen apropiados a este fin, tales como, por ejemplo, una elevada conductividad eléctrica y térmica, una buena resistencia a la corrosión y una excelente procesabilidad en caliente y en frío.

En la obtención de dichos tubos y perfiles se hace referencia a directivas específicas que definen la composición química y las tolerancias del material; dichas normas son, por ejemplo, las conocidas por las iniciales ASTM B111, DIN 1785, UNI 6785, AFNOR NFA 51.102.

Tales tubos y perfiles metálicos para uso industrial se obtienen habitualmente por medio de un procedimiento que comprende múltiples etapas operativas y que, además de convertir el proceso en largo, laborioso y no fácilmente realizable, afecta notablemente el costo del producto acabado.

De hecho, los procedimientos conocidos comprenden, partiendo de la clasificación de materias primas y chatarras, una primera etapa de fundir el material en hornos eléctricos de inducción, con tratamientos preparatorios tales como valoración y aligación. A continuación se obtienen, de la colada del material fundido, tochos, es decir productos cilíndricos semiacabados con un diámetro generalmente comprendido entre 80 y 350 mm. Estos tochos son sometidos a operaciones de seccionamiento y agrupación para ser luego transferidos, en el tamaño correcto, a prensas de embutición, previo calentamiento a una temperatura comprendida entre 700 y 1100ºC. Mediante dichas prensas se obtienen preformas de configuración tubular u otras formas, las cuales son sometidas a controles dimensionales y de calidad en general, y luego conducidas a un tren de laminación y/o hilera para reducir en frío la sección de las mismas.

Esta etapa operativa genera aproximadamente un 80% de reducción en las secciones transversales de los cuerpos, cuyos diámetros y espesores se alargan y reducen. A veces se requieren, en el caso de presencia de particulares aleaciones que deban ser procesadas, tratamientos térmicos intermedios, con el fin de facilitar el procesamiento en frío de las preformas. Subsiguientes operaciones de estiraje dan lugar al producto casi acabado, cuya sección es ulteriormente reducida. El acabado propiamente dicho comprende el seccionamiento de las piezas, un eventual enderezamiento de las mismas, así como controles y comprobaciones, o un previo desengrase o limpieza.

Un procedimiento para la fabricación de tubos o perfiles para uso industrial mediante procesamiento en frío de una preforma tubular hueca obtenida por medio de colada continua de tochos de metales no ferrosos tales como cobre, aluminio, níquel, circonio y titanio, así como de las aleaciones de éstos, se describe en la US-A-4.876.870.

Este obviamente largo y laborioso procedimiento requiere el empleo de numerosos materiales específicos y genera un elevado porcentaje de desperdicios y chatarras en las diversas etapas, tanto durante la fundición que da lugar a la obtención de los tochos, y durante el estiraje en caliente, como también a continuación. En la economía general del ciclo de producción la generación de chatarras origina en conjunto una relación de rendimiento total equivalente a aproximadamente 2:1.

Además, también los costos de las plantas, en lo que se refiere a los hornos de colada y las prensas de embutición, están lejos de resultar despreciables, pues contribuyen a incrementar el costo de producción del producto.

La finalidad de la presente invención consiste en obviar los arriba citados inconvenientes.

Más particularmente, la finalidad de la presente invención consiste en proporcionar un procedimiento para la obtención de tubos o perfiles metálicos para uso industrial, destinados a ser empleados en intercambiadores de calor, plantas de desalinización o plantas químicas y petroquímicas, el cual comprenda un limitado número de etapas operativas y asegure un producto acabado dotado de todos los requisitos precisados con respecto a precisión, fiabilidad y estructura metalográfica.

Una ulterior finalidad de la invención consiste en proporcionar un procedimiento tal como arriba definido que implique, para su puesta en práctica, únicamente limitadas exigencias a las plantas de producción.

Una ulterior finalidad de la invención consiste en proporcionar a los usuarios un procedimiento para la obtención de tubos y perfiles metálicos capaz de sustancialmente reducir no solamente la longitud de la planta de producción, sino también la cantidad de chatarra generada.

De acuerdo con la presente invención, estas y otras finalidades, que resultarán aparentes de la siguiente descripción, se consiguen mediante un procedimiento para la obtención de tubos o perfiles para uso industrial a partir de un material metálico seleccionado de entre cobre, aleaciones de cobre, cuproníquel, latones y bronce de aluminio mediante procesamiento en frío de una preforma tubular hueca colada en continuo con un diámetro comprendido entre 70 y 80 mm y un espesor comprendido entre 5 y 10 mm, reduciendo así la sección inicial de la misma, realizándose dicha reducción por procesamiento en frío de la preforma tubular hueca mediante laminación o estiraje o mediante una combinación de laminación y estiraje; reduciéndose ulteriormente la sección de la preforma laminada y/o estirada a las dimensiones finales deseadas mediante operaciones de estiraje; enderezándose y opcionalmente sometiéndose a tratamientos térmicos y/o de desengrase el tubo o perfil dimensionalmente acabado, y seccionándose el tubo o perfil a medida, obteniéndose la preforma tubular hueca mediante colada directa y continua del material metálico, opcionalmente mezclado con chatarra del mismo, fundido a una temperatura comprendida entre 900 y 1350ºC, alimentando tanto el material metálico fundido como la chatarra del mismo a través de orificios axiales de una lingotera de tipo horizontal y una cantidad adicional de dicho material fundido a través de orificios de alimentación radiales que se comunican con dichos orificios axiales; y porque las operaciones de laminación y las operaciones de estiraje se llevan a cabo mediante trenes de estirado en frío.

La preforma puede tener una configuración cualquiera, aunque la forma tubular es preferida.

El dispositivo para la realización del procedimiento, que constituye también un objeto de la invención, comprende un crisol y una lingotera provista de orificios axiales y radiales, comunicantes entre sí, para alimentar el metal fundido procedente del crisol. Preferentemente, este último está provisto en su interior de una cámara central presurizada preferiblemente con gases inertes, con el fin de mantener constante la presión de la zona de alimentación de la lingotera.

Las etapas operativas del procedimiento según la presente invención, así como las características constructivas y funcionales del respectivo dispositivo se comprenderán mejor gracias a la siguiente descripción, en la cual se hace referencia a los dibujos adjuntos, que ilustran una forma de realización preferida, aunque no limitativa, de dicho dispositivo, y en los cuales:

La Fig. 1 es una vista esquemática parcial de la planta y del dispositivo para la obtención de tubos y perfiles metálicos para uso industrial según el procedimiento de la presente invención;

la Fig. 2 es una vista esquemática de una sección longitudinal parcial del mismo dispositivo constituido por una lingotera; y

la Fig. 3 es una vista esquemática en sección transversal de la figura precedente.

De acuerdo con la invención, el procedimiento para la obtención de tubos o perfiles a partir de metal comprende diversas etapas operativas, las cuales se describirán detalladamente a continuación de acuerdo con una secuencia preferida, pero no crítica.

La primera de dichas etapas consiste en cargar el material metálico, por ejemplo metal o aleaciones del mismo y las posibles chatarras compatibles con la aleación, en estado sólido, en un horno eléctrico para proceder a su fusión.

La temperatura de fusión depende del tipo de materias primas y chatarras empleadas. Generalmente, la temperatura de fusión está comprendida entre 900 y 1350ºC. Si se emplea un material tal como cuproníquel 90/10, la temperatura de fusión estará comprendida entre 1250 y 1350ºC.

La así obtenida aleación en estado líquido es transferida por medios conocidos, por ejemplo a través de canales, a un sistema de colada continua asociado al dispositivo, tal como se describirá a continuación.

Dicho dispositivo comprende esencialmente una lingotera específica, mediante la cual se obtiene una preforma hueca. Dicha preforma hueca puede poseer una configuración y tamaño cualquiera; preferiblemente, la misma es de configuración tubular, presentando, a título de ejemplo, un diámetro comprendido entre 70 y 80 mm y un espesor comprendido entre 5 y 10 mm. La preforma hueca es entonces conducida a las ulteriores etapas de procesamiento en frío en trenes de laminación y bancos de estiraje, para progresivamente reducir la sección de la misma. Durante el estiraje se obtiene una reducción de sección de la preforma de aproximadamente 80%, mientras que con las ulteriores operación u operaciones de estiraje, concatenadas entre sí, la sección se reduce ulteriormente hasta la obtención de un producto dimensionalmente acabado.

La operación de estiraje se realiza preferiblemente mediante bancos de estiraje en frío del tipo conocido como laminador de paso de peregrino, o del tipo planetario o similares.

La operación u operaciones de laminación se llevan preferiblemente a cabo en bancos de estiraje rectilíneos o de tipo combinado o de tipo de bloque de estiraje. Todos estos tipos de trenes de laminación y bancos de estiraje son en sí bien conocidos.

Entre el proceso de laminación y las etapas del proceso de estiraje pueden llevarse a cabo tratamientos térmicos intermedios, tales como por ejemplo de recocido, especialmente en caso de presencia de aleaciones especiales, tales como por ejemplo latones especiales y cuproníqueles; también durante las etapas de estiraje pueden llevarse a cabo procesos de recocido intermedios de la preforma.

Los tratamientos térmicos intermedios se llevan a cabo en hornos de recocido de largueros móviles o estáticos, de tipo conocido, a una temperatura que puede estar comprendida, por ejemplo, entre 400 y 800ºC. Esta temperatura del tratamiento térmico estará comprendida entre 650 y 750ºC en el caso de material de cuproníquel 90/10.

La preforma, que en esta etapa obtiene su forma final de tubo o perfil metálico, es entonces sometida a las operaciones de acabado convencionales, es decir seccionamiento a medida previo enderezamiento, eventual desengrase y controles ya sea individuales o por muestreo.

La preforma obtenida mediante el procedimiento de la presente invención presenta un aspecto visual y una estructura metalográfica que son característicos de dicho procedimiento y diferentes de un estiraje en caliente convencional. De hecho, la preforma posee la apariencia típica de un material obtenido de colada continua, mostrando, por ejemplo, sombras anulares transversales con respecto al eje, equidistantes y paralelas entre sí, tanto en la superficie externa como en la interna. En lo que se refiere a la diferencia en la estructura metalográfica, la preforma posee una estructura típicamente dentítrica, y por tanto diferente de la de un producto estirado.

El procedimiento descrito reduce sustancialmente la complejidad y la longitud del ciclo de producción, puesto que la base de partida está constituida por una preforma obtenida a través de un proceso de colada continua. De hecho, el procedimiento según la presente invención excluye diversas etapas operativas, resultando innecesaria la obtención de un tocho a partir del cual se obtenga la preforma mediante prensas de embutición. Por consiguiente, la formación de chatarras se reduce en un 50%, pasando a una relación de rendimiento total de 1,5:1 tanto durante la fundición que da lugar al tocho como durante el estiraje en caliente del mismo. Los elevados costos productivos, tales como por ejemplo los debidos a energía, mano de obra y consumo en general, se reducen en una magnitud que oscila entre el 20% y el 40%, según el tamaño del producto acabado.

De acuerdo con una forma de realización preferida, la etapa de extracción del producto del dispositivo o lingotera se lleva a cabo mediante un desplazamiento bidireccional, partiendo de la operación convencional conocida como "marcha y paro". De acuerdo con esta última, el tubo o perfil metálico es extraído alternando etapas de tracción con breves reposos, con el fin de impedir fracturas en el producto. Con el fin de impedir ulteriormente la aparición de fracturas, que dan lugar a tubos o perfiles no homogéneos, en el procedimiento según la presente invención se intercala preferiblemente una ulterior etapa de extracción "marcha y paro". Este desplazamiento da lugar a que el producto extraído de la lingotera y todavía no enteramente consolidado realice un mínimo movimiento hacia atrás, con el fin de compactar dicho producto y excluir por tanto el riesgo de fracturas.

El movimiento de extracción global comprende por tanto una etapa de tracción tradicional, una etapa de reposo y una ulterior etapa de movimiento hacia atrás, concretamente dirigido en el sentido opuesto al tiro de extracción. Dichas etapas pueden eventualmente realizarse de acuerdo con una secuencia diferente, es decir, por ejemplo, un movimiento hacia atrás inmediatamente después de la tracción, antes del reposo, o de acuerdo con una combinación de ambos sistemas.

De esta manera, el tubo o artefacto todavía no solidificado es obligado a resultar compactado y homogéneo.

De acuerdo con una ulterior forma de realización preferida, no crítica, el producto extraído de la lingotera es sometido a un proceso de calibración que asegura la compacidad de la estructura metalográfica. Esta calibración incluye una laminación en caliente en línea, llevada a cabo mediante un inductor de recalentamiento convencional y con la intervención de un pistón motorizado. Esta etapa es preferiblemente seguida por un rápido enfriamiento, preferiblemente con agua.

El dispositivo, especialmente apropiado para la realización del procedimiento según la presente invención, que también forma parte integrante de la presente invención, comprende una lingotera designada con 10 en la Fig. 2, constituida por un cuerpo externo o funda 12 y un núcleo coaxial 14 de grafito u otros materiales adecuados. Dicha lingotera 10 está provista de orificios axiales convencionales 16 para la alimentación del metal fundido, alimentado mediante un crisol 18, ilustrado esquemáticamente en la Fig. 1, realizado de material refractario, grafito o mampostería.

Los orificios 16 están practicados en un soporte o puente 20 que sujeta el núcleo 14. Además de dichos orificios 16, la lingotera 10 está ventajosamente provista de ulteriores orificios de alimentación radiales 22, por ejemplo en número de 4, dispuestos a 90º, practicados en el cuerpo externo 12 aguas abajo del puente 20. Los orificios 22 se comunican, a título de ejemplo de forma oblicua, con los orificios 16 y permiten la alimentación de la lingotera 10 con una cantidad adicional de metal fundido que se mezcla adecuadamente y permanece a la temperatura estable requerida para conformar la preforma.

La homogeneización del metal, gracias a la alimentación adicional a través de los orificios 22, es de importancia básica en aquellos casos, tales como el presente, de aleaciones cuyos componentes posean puntos de fusión y características físico-químicas diferentes.

De acuerdo con una ulterior y ventajosa característica, el dispositivo según la presente invención mantiene constante el peso generado por la carga metalostática en la zona de alimentación de la lingotera 10, incluso durante las variaciones en el líquido que tienen lugar en el crisol 18. A tal fin, el crisol 18 está provisto de una campana 26 insertada centralmente en dicho crisol y fijada al mismo por medios conocidos. La parte superior 28 de dicha campana 26 está constituida por una tapa estanca. A dicha tapa 28 está conectado un tubo o conducto 40 a través del cual se introduce, por ejemplo, un gas neutro en la campana 26. Dicha campana 26 determina, en el interior del crisol 18, una cámara central 30, en la cual se aplica a la superficie libre del metal fundido una presión preferiblemente comprendida entre 0 y 2 bar.

En la Fig. 1 los niveles de metal fundido existentes en el interior y en el exterior, respectivamente, de la cámara central 30 se indican con L1 y L2. Por efecto de dicha presión con gas inerte, el metal en estado líquido es alimentado de manera constante y homogénea a la lingotera 10 a través de los orificios 16, 22 de la misma, y no resulta afectado por las variaciones de nivel.

El dispositivo según la presente invención comprende también trenes de laminación en frío y bancos de estiraje para reducir progresivamente la sección de la preforma hasta el tamaño deseado. Durante la etapa de estiraje o entre una etapa de laminación y una etapa de estiraje la preforma puede ser sometida a tratamientos térmicos, tales como por ejemplo recocido. El perfil así obtenido puede ser sometido a enderezamiento, tratamientos de desengrase y similares, y luego seccionado a medida.

Según se desprende de la precedente descripción, las ventajas conseguidas mediante la invención resultan evidentes.

Mediante el procedimiento para la obtención de tubos o perfiles metálicos según la presente invención la longitud y complejidad del ciclo de producción se reducen sustancialmente, siendo posible obtener la preforma a partir de la fundición en lugar de a partir del estiraje. De la misma manera, las chatarras operativas y los requisitos de planta se reducen sustancialmente, no requiriéndose colada alguna para la obtención de los tochos, ni prensa de embutición.

Aunque la presente invención ha sido arriba descrita con referencia a una forma de realización de la misma, dada únicamente a título de ejemplo no limitativo, diversas modificaciones y variaciones resultarán evidentes para las personas entendidas en la materia, a la vista de la precedente descripción. Por consiguiente, la presente invención abarca todas las modificaciones y variantes que quedan dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (11)

1. Procedimiento para la obtención de tubos o perfiles para uso industrial a partir de un material metálico seleccionado de entre cobre, aleaciones de cobre, cuproníquel, latones y bronce de aluminio mediante procesamiento en frío de una preforma tubular hueca colada en continuo con un diámetro comprendido entre 70 y 80 mm y un espesor comprendido entre 5 y 10 mm, reduciendo así la sección inicial de la misma, realizándose dicha reducción por procesamiento en frío de la preforma tubular hueca mediante laminación o estiraje o mediante una combinación de laminación y estiraje; reduciéndose ulteriormente la sección de la preforma laminada y/o estirada a las dimensiones finales deseadas mediante operaciones de estiraje; enderezándose y opcionalmente sometiéndose a tratamientos térmicos y/o de desengrase el tubo o perfil dimensionalmente acabado, y seccionándose el tubo o perfil a medida, caracterizado porque la preforma tubular hueca se obtiene mediante colada directa y continua del material metálico, opcionalmente mezclado con chatarra del mismo, fundido a una temperatura comprendida entre 900 y 1350ºC, alimentando tanto el material metálico fundido como la chatarra del mismo a través de orificios axiales de una lingotera de tipo horizontal y una cantidad adicional de dicho material fundido a través de orificios de alimentación radiales que se comunican con dichos orificios axiales; y porque las operaciones de laminación y las operaciones de estiraje se llevan a cabo mediante trenes de estirado en frío.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende ulteriormente tratamientos de recocido a una temperatura comprendida entre 400 y 800ºC, aplicados entre las etapas de laminación o las etapas de estiraje o entre las operaciones de laminación y estiraje.

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la preforma tubular hueca obtenida por colada es sometida a un proceso de calibración comprendiendo una laminación en caliente en línea y un subsiguiente rápido enfriamiento.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el material metálico es una aleación de cuproníquel 90/10, la temperatura de fusión está comprendida entre 1250 y 1350ºC y los tratamientos de recocido se llevan a cabo a una temperatura comprendida entre 650 y 750ºC.

5. Dispositivo para la colada continua de una aleación de cobre fundida para la obtención de una preforma tubular hueca, comprendiendo dicho dispositivo un crisol (18) y una lingotera (10) vinculada a dicho crisol (18), caracterizado porque dicha lingotera (10) comprende un cuerpo externo (12); un núcleo (14) coaxial e interno a dicho cuerpo (12); un puente (20) que sujeta dicho núcleo (14); una pluralidad de orificios de alimentación axiales (16) practicados en dicho puente (20) y aptos para alimentar el metal fundido desde el crisol (18), y al menos un orificio de alimentación radial (22) en comunicación con uno de dichos orificios axiales (16) y apto para alimentar una cantidad adicional de dicho metal fundido desde el crisol (18) a uno de dichos orificios de alimentación axiales (16).

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque el al menos un orificio radial (22) está practicado en el cuerpo externo (12) de la lingotera (10) aguas abajo del puente (20).

7. Dispositivo según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque el núcleo interno (14) y el crisol (18) están realizados de material refractario, grafito o mampostería.

8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes de 5 a 7, caracterizado porque los orificios radiales de alimentación (22) son cuatro en número y están dispuestos a 90º.

9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes de 5 a 8, caracterizado porque los orificios radiales de alimentación (22) son oblicuos.

10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes de 5 a 9, caracterizado porque el crisol (18) está provisto en su parte central de una campana (26) constitutiva de una cámara (30); estando constituida la parte superior (28) de dicha campana (26) por una tapa estanca a los gases y estando conectada a un tubo o conducto (40) de alimentación de gas inerte a dicha cámara (30).

11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque durante el uso la presión del gas inerte en la cámara (30) sobre la superficie libre del metal fundido está comprendida entre 0 y 2 bar.