ES2304578T3 - Instalacion de colada continua de acero para formatos de palanquillas y desbastes. - Google Patents
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Abstract
Instalación de colada continua de acero para formatos de palanquillas y desbastes, preferentemente con sección transversal esencialmente rectangular, estando dotadas líneas periféricas (51) de la sección transversal de la cavidad de conformación de la lingotera (4, 11, 62) en las esquinas de arcos de media caña (12, 13, 23, 51, 67, 68), estando dispuesto a continuación de la lingotera (4, 11, 62) un dispositivo de enfriamiento secundario con toberas de aspersión (9), y siendo el acero líquido susceptible de ser alimentado de forma esencialmente vertical a la cavidad de conformación (10, 50, 63), caracterizada porque zonas curvas (14, 15, 44, 76) de los arcos de media caña (12, 13, 23, 51, 67, 68) representan un 20% y más de la longitud de lado (16) de la sección transversal de barra, porque las zonas curvas (14, 15, 44, 76) presentan un recorrido de curvatura que aumenta hasta un máximo grado de curvatura 1/R y disminuye nuevamente desde éste, porque el máximo grado de curvatura 1/R del arco de media caña (23, 51, 67, 68) disminuye de forma continua o discontinua, en el sentido de avance de la barra, a lo largo de la cavidad de conformación de tal modo que la costra de barra (61, 71) se deforme en la zona de los arcos de media caña (12, 13, 23, 51, 67, 68), y porque a continuación de la lingotera (4, 11, 62) se dispone, en caso de longitudes de lado (16) de la sección transversal de barra de hasta aproximadamente 150 mm, una zona de enfriamiento secundario exenta de guiado de apoyo y, en caso de longitudes de lado (16) de la sección transversal de barra mayores que aproximadamente 150 mm, se equipa la zona de enfriamiento secundario subsiguiente a la lingotera (4, 11, 62) con un guiado de apoyo cuyo ancho de apoyo se limita a longitudes de rodillos que corresponden esencialmente a tramos rectos (17, 84) entre los arcos de media caña (14, 15, 83) y cuya longitud de apoyo en el sentido de avance de la barra en la zona de enfriamiento secundario está reducida.
Description
Instalación de colada continua de acero para
formatos de palanquillas y desbastes.
La presente invención se refiere a una
instalación de colada continua de acero para formatos de
palanquillas y desbastes según el preámbulo de la reivindicación
1.
Productos oblongos de colada continua son
colados predominantemente en lingoteras tubulares con sección
transversal rectangular, particularmente con sección transversal
aproximadamente cuadrada o circular. Las barras de palanquilías y
desbastes son a continuación ulteriormente procesadas mediante
laminación o forjado.
Para una obtención de productos de colada
continua con buena calidad superficial y estructural,
particularmente de barras de palanquillas y desbastes, es de
importancia primordial una uniforme transmisión térmica, a lo largo
de la línea periférica de la sección transversal de la barra, entre
la barra en formación y la pared de la cavidad de conformación. Se
conocen numerosas propuestas para configurar la geometría de la
cavidad de conformación, particularmente en las zonas de las
esquinas en media caña de la cavidad de conformación, de tal modo
que entre la costra de barra en formación y la pared de lingotera
no se produzcan rendijas de aire perjudiciales, que den lugar a una
irregular transmisión térmica a lo largo de la línea periférica de
la sección transversal de la barra y a defectos de solidificación
así como perforaciones.
Las esquinas de la cavidad de conformación de
lingoteras tubulares suelen estar redondeadas en forma de media
caña. Cuanto mayores se realicen las medias cañas en la cavidad de
conformación de la lingotera, tanto más difícil resultará conseguir
un enfriamiento uniforme entre la costra de barra en formación y
las paredes de lingotera, particularmente a lo largo de la
periferia de la cavidad de conformación. La solidificación
incipiente de la barra, inmediatamente por debajo del nivel del
acero líquido en la lingotera, progresa de forma distinta en los
tramos rectos de la periferia de la cavidad de conformación con
respecto a las zonas de media caña. El flujo de calor de los tramos
rectos o esencialmente rectos es prácticamente unidimensional y
corresponde a la ley de la penetración del calor a través de una
pared plana. Por el contrario, el flujo de calor en las zonas
angulares redondeadas es bidimensional y corresponde a la ley de la
penetración del calor a través de una pared curvada.
La costra de barra resultante se hace, al
comenzar la solidificación por debajo del nivel del acero líquido,
por regla general más gruesa en las zonas angulares que en las
superficies planas y comienza a contraerse temporalmente antes y en
mayor medida. Ello da lugar a que ya al cabo de aproximadamente 2
segundos la costra de barra se desprenda irregularmente de la pared
de lingotera en las zonas angulares y se formen rendijas de aire,
que empeoran drásticamente la penetración del calor. Este
empeoramiento de la penetración del calor no solamente retrasa el
ulterior crecimiento de la costra sino que puede dar incluso lugar a
una nueva fusión de capas interiores ya solidificadas de la costra
de barra. Este basculamiento del flujo térmico - enfriamiento y
nuevo calentamiento - da lugar a defectos de la barra, tales como
grietas superficiales y grietas longitudinales internas en los
cantos o en zonas próximas a los cantos, así como a defectos de
forma, tales como romboidez, estrangulamientos, etc. Una nueva
fusión de la costra de la barra o grietas longitudinales
apreciables pueden también dar lugar a perforaciones.
Cuanto mayores se dimensionen las medias cañas
con respecto a la longitud lateral de la sección transversal de
barra, particularmente cuando los radios de las medias cañas sean
del 10% y más de la longitud lateral de la sección transversal de
la cavidad de conformación, tanto más frecuentemente aparecerán
tales defectos de la barra. Ello constituye un motivo por el cual
los radios de las medias cañas suelen limitarse, por regla general,
a 5 a 8 mm, a pesar de que para la subsiguiente laminación
resultarían ventajosas mayores curvaturas en los cantos de la
barra.
En la colada con elevadas velocidades de colada
se reduce el tiempo de permanencia de la barra colada en la cavidad
de lingotera, y la costra de barra tiene globalmente menos tiempo
para crecer en su espesor. Según el formato de barra elegido
resulta por tanto necesario apoyar la costra de barra,
inmediatamente después de que ésta abandone la lingotera, mediante
rodillos de apoyo, a fin de evitar un abombamiento de la costra de
barra o incluso perforaciones. Tales armazones de rodillos de apoyo
directamente por debajo de la lingotera están sometidos a un fuerte
desgaste y, después de una perforación, solamente pueden repararse
con un elevado dispendio de tiempo y costos.
Por la JP-A-11
151555 es conocida una lingotera para la colada continua de barras
de palanquillas y desbastes. A fin de evitar, en la colada de
barras rectangulares, una deformación rómbica de la sección
transversal de la barra, y para adicionalmente incrementar la
velocidad de colada, se conforman en las cuatro esquinas de la
cavidad de conformación las medias cañas especialmente a modo de
denominadas partes de refrigeración de las esquinas. En el lado de
colada las partes de refrigeración de las esquinas están
configuradas a modo de escotaduras circulares en la pared de
lingotera, las cuales van reduciéndose en el sentido de avance de
la barra y disminuyen, hacia la salida de la lingotera, a una media
caña de la esquina. El grado de curvatura de las escotaduras
circulares aumenta en el sentido de avance de la barra hacia la
salida de la lingotera. Esta configuración pretende asegurar un
contacto ininterrumpido entre la zona angular de la costra de barra
y las partes de refrigeración de las esquinas especialmente
conformadas de la lingotera.
Por la JP-A-09
262641 es conocida una lingotera tubular para la colada continua de
barras rectangulares, en la cual se aplican en la cavidad de
conformación, para evitar grietas longitudinales en los cantos de
la barra y secciones transversales de la barra romboidales, medias
cañas con distintos radios de esquina en los extremos superior e
inferior de la lingotera. El radio de esquina superior, en el lado
de entrada en la lingotera, se elige menor que el radio de esquina
en el lado de salida de la lingotera. Con esta medida se pretende
evitar una rendija de aire entre la costra de barra y la pared de
lingotera. Sin embargo, no se incluye ni se insinúa enseñanza
alguna para el dimensionamiento de las medias cañas en relación con
la longitud de lado de la sección transversal de barra y con la
magnitud absoluta de la sección transversal de barra, ni enseñanza
alguna para la simplificación del guiado de apoyo subsiguiente a la
lingotera.
La finalidad de la presente invención consiste
en proporcionar una instalación de colada continua de acero para
formatos de palanquillas y desbastes, preferentemente con sección
transversal de barra esencialmente rectangular o similar a un
rectángulo, que cumpla una combinación de los siguientes objetivos
parciales. Por una parte debe asegurar una elevada capacidad de
colada con el mínimo número posible de líneas y así los mínimos
costos de inversión y mantenimiento, y por otra parte debe
garantizar una calidad de barra mejorada. La mejora de la calidad
de barra debe particularmente impedir defectos de barra en las
zonas de las esquinas, tales como grietas, defectos de
solidificación e inclusiones de fundente en polvo en la costra de
barra, aunque también desviaciones dimensionales tales como cantos
espiciformes, abombamientos y estrangulamientos. La instalación de
colada continua según la invención debe además reducir costos de
inversión y de mantenimiento para armazones de guías de soporte así
como, adicionalmente, mejorar la rentabilidad y la calidad de barra
en caso de empleo de dispositivos agitadores de lingotera.
De acuerdo con la invención, esta finalidad se
consigue mediante la suma de las características de la
reivindicación 1.
Mediante la instalación de colada continua según
la invención resulta posible la colada de grandes formatos de
palanquillas y desbastes, así como barras de petacas, con
velocidades de colada más elevadas y sin guía de apoyo
inmediatamente por debajo de la lingotera o con una guía de apoyo
con ancho de apoyo y/o longitud de apoyo reducidos. Para una
capacidad de producción preasignada pueden así reducirse el número
de líneas y ahorrarse costos de inversión. Simultáneamente
disminuyen los costos de mantenimiento de la instalación, tanto por
el menor número de líneas como también por la omisión o reducción
de guías de apoyo para las barras coladas. Merced a un aumento de
las curvaturas de los cantos de las barras coladas pueden reducirse
considerablemente tensiones críticas en la restante costra de barra
plana, generadas por la presión ferrostática del núcleo líquido, a
la salida de la barra de la lingotera. Una reducción de los tramos
rectos del perímetro de la cavidad de conformación que se hallan
entre las zonas angulares redondeadas de por ejemplo un 10% reduce
la tensión de flexión en estos tramos, determinante para un
abombamiento, en aproximadamente un 20%.
Junto a estas ventajas económicas resulta
adicionalmente mejorada la calidad de barra en múltiples aspectos.
Merced al control de una eliminación objetiva de la rendija entre
la costra de barra y la pared de lingotera, o de una modificación
objetiva de la costra de barra en la zona del arco de media caña,
respectivamente, se uniformiza el crecimiento de la costra de barra
a lo largo de la periferia de la barra y a lo largo de tramos
predeterminados de la longitud de lingotera, con lo que resulta
mejorada la estructura de la barra y se evitan defectos de la barra
tales como grietas, etc. en las zonas de los cantos. Adicionalmente
pueden también reducirse o eliminarse defectos de barra
geométricos, tales como cantos espiciformes, abombamientos, etc.
El incremento de la curvatura de las zonas angulares influye no
obstante también en las condiciones de flujo en la zona del nivel
del acero líquido. En caso de empleo de fundente en polvo para el
recubrimiento del nivel del acero líquido puede conseguirse, con un
aumento creciente de la curvatura de las zonas angulares, una
uniformización de las condiciones para la fusión del fundente en
polvo en toda la periferia del menisco. Esta ventaja resulta
incluso incrementada en lingoteras con dispositivos agitadores.
Defectos de la barra tales como inclusiones de fundente en polvo y
escorias, particularmente en las zonas angulares, aunque también
defectos superficiales de la barra, pueden reducirse merced a la
uniformización del efecto lubricante por parte del fundente en
polvo. Mediante adaptación de la magnitud de la curvatura de los
cantos de la barra a las exigencias de las subsiguientes
operaciones de laminación o forjado pueden conseguirse adicionales
ventajas de calidad.
El límite entre un guiado de apoyo en la zona de
enfriamiento secundario exento de apoyos de la barra y un guiado
de apoyo con ancho de apoyo y longitud de apoyo reducidos viene
determinado por numerosos parámetros, particularmente por el
comportamiento al abombamiento de una barra colada. Junto a los
parámetros principales de tamaño de formato y longitud total de las
zonas curvas de ambos arcos de media caña asociados a un lado de la
barra, o de la longitud de un tramo recto entre los dos arcos de
media caña asociados a un lado de la barra, respectivamente, son
también determinantes la velocidad de colada, la longitud de la
cavidad de conformación, la temperatura del acero y el análisis
del acero, etc. Para ensayos para la determinación del límite entre
una zona de enfriamiento secundario exenta de apoyos y un soporte
de apoyo reducido en la zona de enfriamiento secundario se proponen
los siguientes valores orientativos. En formatos de barra menores
que aproximadamente 150 x 150 mm^{2} y con una longitud total de
ambas zonas curvas de un lado de la barra de aproximadamente un 70%
y más de la medida del lado de la barra puede efectuarse la colada,
por regla general, libre de apoyos. En formatos de barra mayores
que aproximadamente 150 x 150 mm^{2} y que presenten un tramo
recto entre ambas zonas curvas de aproximadamente un 30% y más de
la medida del lado de la barra puede estar previsto en la zona de
enfriamiento secundario un guiado de apoyo con un ancho de apoyo y
una longitud de apoyo reducidos. En base a las enseñanzas según la
invención puede influenciarse el comportamiento al abombamiento de
la barra después de abandonar la lingotera, por una parte, mediante
un incremento de las zonas curvas, por ejemplo de hasta el 100% de
la longitud del lado de la sección transversal de la barra, y, por
otra parte, mediante la variación de los grados de curvatura de
arcos de media caña sucesivos en el sentido de avance de la barra,
de tal modo que con respecto al estado de la técnica puedan
fabricarse considerablemente mayores formatos de barra, incluso con
velocidades de colada más elevadas, sin guiado de apoyo o con un
guiado de apoyo reducido.
Arcos de media caña en la línea periférica de la
sección transversal de la cavidad de conformación pueden
configurarse en base a líneas circulares, líneas circulares
compuestas, etc. Ventajas adicionales pueden obtenerse si los
arcos de media caña no empalman tangencial o puntualmente con los
tramos rectos de la línea periférica. De acuerdo con una ulterior
propuesta puede elegirse un recorrido de curvatura a lo largo del
arco de media caña que aumente hasta un máximo grado de curvatura
1/R y disminuya nuevamente desde éste. El máximo grado de curvatura
1/R en arcos de media caña sucesivos en el sentido de avance de la
barra puede disminuir de forma continua o discontinua. Para la
obtención de la cavidad de conformación mediante
máquinas-herramienta con arranque de virutas
gobernadas por control numérico resulta adicionalmente ventajoso
que las líneas periféricas de la sección transversal de la barra
presenten arcos de media caña con recorridos de curvatura que
correspondan a una función matemática y que aumenten hasta un
máximo grado de curvatura 1/R y disminuyan nuevamente desde éste,
tal como por ejemplo funciones matemáticas tales como supercírculo
o superelipse.
En arcos de media caña con medidas de media caña
del 25 % y más de la longitud de lado de la sección transversal de
barra pueden conseguirse ventajas adicionales si la sección
transversal de la cavidad de conformación esencialmente rectangular
consiste de cuatro líneas arqueadas que incluyan cada una
aproximadamente un cuarto de la periferia de la sección
transversal, y las líneas arqueadas corresponden a una función
matemática. La función matemática
cumple por ejemplo esta condición,
cuando se elige un exponente "n" comprendido entre 3 y 50,
preferentemente entre 4 y 10. A y B son las dimensiones de la línea
arqueada.
La línea periférica de la sección transversal de
barra puede también estar compuesta por varias líneas arqueadas,
presentando los arcos de media caña un recorrido de curvatura que
corresponda a una función matemática, por ejemplo |X|^{n} +
|Y|^{n} = |R|^{n}. Tramos de la línea periférica
dispuestos entre los arcos de media caña pueden comprender líneas
arqueadas ligeramente curvadas, tal como se describe en la Patente
EP 0 498 296. Visto en el sentido de avance de la barra los grados
de curvatura 1/R, tanto de los arcos de media caña como también de
las líneas arqueadas, relativamente estiradas, dispuestas entre
ellos, pueden reducirse de tal modo que al menos en un tramo
parcial de la lingotera la costra de barra resulte ligeramente
deformada durante su paso, es decir estirada, por toda su
periferia.
Según el formato de colada elegido y la
velocidad de colada máxima prevista puede determinarse una longitud
de lingotera óptima. Formatos de colada entre 120 x 120 mm^{2} y
160 x 160 mm^{2} pueden colarse óptimamente, con elevadas
velocidades de colada, con una longitud de lingotera de aprox.
1000 mm omitiendo un apoyo de la barra.
Grandes zonas angulares curvas en la cavidad de
conformación no solamente proporcionan ventajas en la colada con
un recubrimiento de fundente en polvo del nivel del acero líquido.
Con creciente tamaño de la zona angular curva es también posible
aumentar el efecto de agitación en el nivel del acero líquido y en
el cráter líquido, manteniendo constante la potencia eléctrica del
agitador. Esta posibilidad de mejorar la capacidad de agitación
mediante la configuración geométrica de la cavidad de conformación
ofrece adicionales libertades constructivas en la incorporación de
agitadores en lingoteras para palanquillas y desbastes.
A continuación se describirán diversos ejemplos
de realización de la invención con relación a los dibujos adjuntos,
en los cuales:
La Fig. 1 es una vista en sección vertical de
una parte de una instalación de colada continua;
la Fig. 2 es una vista de planta de un tubo de
cobre de una lingotera para desbastes;
la Fig. 3 es una vista de planta de una
configuración de la esquina de una cavidad de conformación con arco
de media caña;
la Fig. 4 es una vista de planta de un tubo de
cobre con líneas periféricas de la sección transversal de la
cavidad de conformación;
la Fig. 5 es una vista de planta de un tubo de
cobre con líneas periféricas de una ulterior sección transversal
de la cavidad de conformación;
la Fig. 6 es una vista en sección horizontal de
una media barra en la zona de enfriamiento secundario;
la Fig. 7 es una vista en sección horizontal de
otro ejemplo de una media barra en la zona de enfriamiento
secundario; y
la Fig. 8 es una vista en sección horizontal de
una media barra de petaca en la zona de enfriamiento
secundario.
En la Fig. 1 fluye, a través de una buza de
descarga 2 de una artesa de colada 3, acero líquido en sentido
vertical hacia una lingotera 4. La lingotera 4 posee una cavidad de
conformación rectangular para una sección transversal de
palanquilla de por ejemplo 120 x 120 mm^{2}. Con 5 se ilustra una
barra parcialmente solidificada con una costra de barra 6 y un
núcleo líquido 7. Un dispositivo agitador electromagnético 8,
ajustable en altura, está ilustrado esquemáticamente en el exterior
de la lingotera 4. El mismo también puede estar dispuesto en el
interior de la lingotera 4, por ejemplo en la camisa de agua. El
dispositivo agitador 8 genera un movimiento de rotación
horizontalmente circular en la zona del nivel del acero líquido y
en el cráter líquido. Inmediatamente a continuación de la lingotera
4 sigue una primera zona de enfriamiento secundario exenta de
apoyos de la barra, la cual está provista de toberas de aspersión
9.
En la Fig. 2 se designa con 10 una cavidad de
conformación de un tubo de lingotera 11, la cual está equipada con
arcos de media caña 12, 12', 13, 13' en las zonas de las esquinas.
Las zonas angulares curvas 14, 15 de los arcos de media caña 12,
12', 13, 13' ocupan en este ejemplo cada una aproximadamente un 20%
de una longitud de lado 16 de la sección transversal de la barra.
El grado de curvatura 1/R del arco de media caña 12, 13 en el lado
de entrada es distinto al grado de curvatura 1/R del arco de media
caña 12', 13' a la salida de la lingotera. Al menos a lo largo de
un tramo parcial de toda la longitud de lingotera se reduce el
grado de curvatura 1/R del arco de media caña 12, 13 desde, por
ejemplo, 1/R = 0,05 hasta un grado de curvatura 1/R del arco de
media caña 12', 13' de, por ejemplo, 1/R = 0,046. Mediante la
elección de la magnitud de la reducción del grado de curvatura
puede controlarse objetivamente una eliminación de la rendija entre
la costra de barra en formación y la pared de la cavidad de
conformación, o una modificación objetiva de la costra de barra,
respectivamente, y con ello el flujo térmico entre la costra de
barra y la pared de la cavidad de conformación. Además del
incrementado y a lo largo de la periferia uniformizado flujo
térmico, la magnitud de la zona angular curva 14, 15 contribuye
también a que, a pesar de una elevada velocidad de colada, la barra
parcialmente solidificada pueda ser guiada, inmediatamente después
de abandonar la cavidad de conformación, sin o únicamente con
reducido apoyo de la barra a través de la zona de enfriamiento
secundario. Para un formato dado puede reducirse objetivamente,
mediante un incremento de las zonas angulares curvas 14, 15, un
tramo recto 17 entre las zonas angulares curvas 14, 15 de tal modo
que puedan evitarse perjudiciales abombamientos de la costra de
barra a pesar de una zona de enfriamiento secundario exenta de
apoyos de la barra. En caso de formatos grandes o cuando por
motivos técnicos quede limitada la magnitud de las zonas angulares
curvas, puede preverse un apoyo de la barra con ancho de apoyo
reducido.
En la Fig. 3 se ilustra, a mayor escala, una
esquina 19 de una cavidad de conformación. Cinco arcos de media
caña 23-23'''' representan, en el sentido de curvas
de nivel, la geometría de la configuración de la esquina. Los
puntos de empalme de los arcos de media caña
23-23'''' a los tramos rectos
24-24'''' de líneas periféricas de la sección
transversal de lingotera pueden elegirse a lo largo de las líneas
R, R_{4} o R_{1}, R_{4}. Las separaciones
25-25''' muestran en este ejemplo una conicidad
continua a lo largo de las paredes laterales rectilíneas. Los arcos
de media caña 23-23'''' están definidos por una
función matemática de curva |X|^{n} + |Y|^{n} =
|R|^{n}, pudiéndose determinar mediante elección del
exponente "n" distintos grados de curvatura. El grado de
curvatura de los arcos de media caña 23-23''' es
variable a lo largo del arco. El mismo aumenta hasta un grado de
curvatura máximo en el punto 30-30''' y luego
vuelve a disminuir desde éste. En el sentido de avance de la barra
disminuye el máximo grado de curvatura de arco de media caña en
arco de media caña. El arco de media caña 23'''' es en este ejemplo
un arco de círculo. Los exponentes de los arcos de media caña están
elegidos en este ejemplo como sigue:
- Arco de media caña 23
- Exponente "n" = 4,0
- Arco de media caña 23'
- Exponente "n" = 3,5
- Arco de media caña 23''
- Exponente "n" = 3,0
- Arco de media caña 23'''
- Exponente "n" = 2,5
- Arco de media caña 23''''
- Exponente "n" = 2,0 (arco de círculo)
\vskip1.000000\baselineskip
Mediante la elección del exponente se varía o
reduce el grado de curvatura de los arcos de media caña
23-23'''', consecutivos en el sentido de avance de
la barra, de tal modo que pueda controlarse objetivamente una
eliminación de la rendija entre la costra de barra y la pared de
lingotera o una deformación objetiva de la costra de barra,
respectivamente, en la zona de los arcos de media caña 23, 23''''.
Este control de la eliminación de la rendija o de una ligera
deformación de la costra de barra permite controlar la penetración
de calor de consigna, aunque particularmente se consigue una
uniformización de la penetración de calor de consigna a lo largo de
los arcos de media caña en todas las zonas de las esquinas de la
barra durante su paso por la cavidad de conformación.
En la Fig. 4 se han ilustrado, para mayor
claridad, únicamente tres líneas periféricas con arcos de media
caña 51-51'', consecutivas en el sentido de avance
de la barra, de una cavidad de conformación cuadrada 50. Las líneas
periféricas están compuestas cada una de cuatro arcos de media
caña 51-51'', que abarcan cada uno un ángulo de
90º.
Para el cálculo de las líneas periféricas 51 -
51'' se ha empleado la siguiente función matemática: |X|^{n}
+ |Y|^{n} =
|R-t|^{n}.
|R-t|^{n}.
\newpage
Este ejemplo se basa en los siguientes valores
numéricos:
Para la consecución de una deformación de la
costra de barra, particularmente a lo largo de las paredes
laterales esencialmente rectilíneas entre las zonas de las esquinas
(Convex Technology) a lo largo de un tramo parcial superior de la
lingotera en el lado de entrada, se elige un exponente "n" en
la línea arqueada 51 de 4 y en la línea arqueada 51', subsiguiente
en el sentido de avance de la barra, de 5. En un tramo parcial
inferior de la lingotera se reduce el exponente 5 de la línea
arqueada 51' a 4,5 en la línea arqueada 51'', consiguiéndose con
ello un enfriamiento óptimo de la esquina.
Este aumento del exponente "n" de 4 a 5
muestra que en el tramo parcial superior de la lingotera tiene
lugar una deformación de la costra de barra en las esencialmente
rectilíneas paredes laterales entre las zonas angulares, y en el
tramo parcial inferior de la lingotera se produce, por reducción
del exponente "n" de 5 a 4,5, un óptimo contacto de la costra
de barra y eventualmente una ligera deformación de la costra de
barra en las zonas angulares de la cavidad de conformación.
La Fig. 5 muestra una lingotera tubular 62 para
la colada continua de formatos de palanquillas o desbastes,
comprendiendo una cavidad de conformación 63. La sección
transversal de la cavidad de conformación 63 es cuadrada a la
salida de la lingotera, y entre paredes laterales adyacentes
64-64''' están dispuestas zonas angulares
65-65'''. Los arcos de media caña 67, 68 no son
líneas circulares, sino curvas según la función matemática
|X|^{n} + |Y|^{n} = |R|^{n}, presentando el
exponente "n" un valor comprendido entre 2 y 2,5. En la parte
superior de la lingotera las paredes laterales
64-64''' están configuradas, en un tramo parcial del
40%-60% de la longitud de lingotera y entre las zonas angulares
65-65''', de forma cóncava. En este tramo parcial
una altura 66 del arco disminuye en el sentido de avance de la
barra. Una costra de barra convexa, que se forma en la lingotera,
resulta alisada a lo largo del tramo parcial superior de la
lingotera. La línea arqueada 70 puede estar constituida por una
línea circular, por una línea circular compuesta o por una curva en
base a una función matemática. En el tramo parcial inferior de la
lingotera las paredes laterales rectilíneas 71 de la lingotera
están dotadas de una conicidad de la cavidad de conformación
correspondiente a la contracción de la sección transversal de la
barra.
Todas las cavidades de conformación en las Figs.
1-5 se han dotado, por razones de simplificación,
de un eje longitudinal rectilíneo. Sin embargo, la invención es
también aplicable a lingoteras con eje longitudinal curvado para
instalaciones de colada continua arqueadas. Además, la configuración
de la cavidad de conformación según la invención no queda limitada
a lingoteras tubulares. La misma es también aplicable a lingoteras
de placas o lingoteras de bloques, etc.
En la Fig. 6 se ilustra la mitad de una sección
transversal de barra esencialmente rectangular 60 con una costra
de barra solidificada 61 y un núcleo líquido 42. La línea
periférica de la media sección transversal de barra 60 está
compuesta por dos curvas parciales 45, que abarcan un ángulo de 90º
y cuya forma corresponde a la sección transversal de salida de la
cavidad de conformación de la lingotera. Las curvas parciales 45
corresponden a la relación matemática
La longitud de cada zona curva 44 de las curvas
parciales 45 es del 50%, es decir que ambas zonas curvas 44
corresponden conjuntamente al 100% de la medida del lado de barra
66. Las flechas 48 indican la presión ferrostática que actúa sobre
la costra de barra 61. La suma de ambas zonas curvas 44 de las
curvas parciales 45 es mayor que el 70% de la medida del lado de
barra 66 y, por consiguiente, en este ejemplo no resulta necesario
un apoyo de la barra en la zona de enfriamiento secundario.
\newpage
En la Fig. 7, y en contraposición a la Fig. 6,
la línea periférica de la media sección transversal de barra está
compuesta por dos arcos de círculo 75 con una medida de zona curva
76 del 30% y tramos rectos 77 del 40% de la medida del lado de
barra 78. Los tramos rectos 77 entre los arcos de círculo 75 son en
este ejemplo mayores que el 30% de la medida del lado de barra 78,
por lo que puede disponerse un guiado de apoyo con ancho de apoyo y
longitud de apoyo reducidos en forma de rodillos de apoyo 79. Por
regla general basta un ancho de rodillos de apoyo que corresponda a
la longitud del tramo recto o sea algo más corto que éste. Las
flechas 79 indican la presión ferrostática que actúa sobre la
costra de barra 71.
En la Fig. 8 se ilustra un ejemplo de una barra
de petaca en forma de una petaca 80 para una viga en doble T.
También una cavidad de conformación para petacas 80 comprende
esquinas 86 que están redondeadas con arcos de media caña 81. Una
medida del lado de barra 82 está compuesta por dos arcos de media
caña 81 con zonas curvas 83 de por ejemplo un 40% y un tramo
esencialmente recto 84 de por ejemplo un 20%. La presión
ferrostática sobre la costra de barra 86, indicada por flechas 85,
genera en barras de vigas en doble T, según el estado de la
técnica, un abombamiento si no se prevé, como en este ejemplo, por
medio de particulares medidas la conformación a través de una
elección de correspondientes arcos de media caña 81 ó un
correspondiente guiado de apoyo. En el ejemplo ilustrado se ha
producido, merced a la elección de la longitud y geometría de las
zonas curvas 83 en forma de una superelipse, una costra de barra
que soporta la presión ferrostática sin necesidad de guiado de
apoyo. En caso de una creciente medida del lado de barra 82 puede
ser suficiente, con un correspondiente dimensionamiento de ambas
zonas curvas, un guiado de apoyo reducido en la zona de enfriamiento
secundario.
En las Figs. 6-8 están
ilustradas las vistas en sección horizontal de las barras
inmediatamente a la salida de la lingotera. Por razones de
simplificación y para mayor claridad se han omitido las toberas de
aspersión dispuestas en la zona de enfriamiento secundario.
Claims (9)
1. Instalación de colada continua de acero para
formatos de palanquillas y desbastes, preferentemente con sección
transversal esencialmente rectangular, estando dotadas líneas
periféricas (51) de la sección transversal de la cavidad de
conformación de la lingotera (4, 11, 62) en las esquinas de arcos
de media caña (12, 13, 23, 51, 67, 68), estando dispuesto a
continuación de la lingotera (4, 11, 62) un dispositivo de
enfriamiento secundario con toberas de aspersión (9), y siendo el
acero líquido susceptible de ser alimentado de forma esencialmente
vertical a la cavidad de conformación (10, 50, 63),
caracterizada porque zonas curvas (14, 15, 44, 76) de los
arcos de media caña (12, 13, 23, 51, 67, 68) representan un 20% y
más de la longitud de lado (16) de la sección transversal de barra,
porque las zonas curvas (14, 15, 44, 76) presentan un recorrido de
curvatura que aumenta hasta un máximo grado de curvatura 1/R y
disminuye nuevamente desde éste, porque el máximo grado de curva-
tura 1/R del arco de media caña (23, 51, 67, 68) disminuye de forma
continua o discontinua, en el sentido de avance de la barra, a lo
largo de la cavidad de conformación de tal modo que la costra de
barra (61, 71) se deforme en la zona de los arcos de media caña
(12, 13, 23, 51, 67, 68), y porque a continuación de la lingotera
(4, 11, 62) se dispone, en caso de longitudes de lado (16) de la
sección transversal de barra de hasta aproximadamente 150 mm, una
zona de enfriamiento secundario exenta de guiado de apoyo y, en
caso de longitudes de lado (16) de la sección transversal de barra
mayores que aproximadamente 150 mm, se equipa la zona de
enfriamiento secundario subsiguiente a la lingotera (4, 11, 62) con
un guiado de apoyo cuyo ancho de apoyo se limita a longitudes de
rodillos que corresponden esencialmente a tramos rectos (17, 84)
entre los arcos de media caña (14, 15, 83) y cuya longitud de apoyo
en el sentido de avance de la barra en la zona de enfriamiento
secundario está reducida.
2. Instalación de colada continua de acero según
la reivindicación 1, caracterizada porque la zona de
enfriamiento secundario exenta de guiado de apoyo se dispone en
caso de una longitud total de las zonas curvas (14, 15, 64, 76) de
ambos arcos de media caña (12, 13, 23, 51, 67, 68) correspondientes
a un lado de barra de aproximadamente un 70% y más de la medida del
lado de barra (16).
3. Instalación de colada continua de acero según
la reivindicación 1, caracterizada porque el guiado de apoyo
con ancho de apoyo y con longitud de apoyo reducidos en el sentido
de avance de la barra se dispone en la zona de enfriamiento
secundario en caso de una longitud del tramo recto (17) de más de
aproximadamente un 30% de la medida del lado de barra entre ambos
arcos de media caña (12, 13, 23, 51, 67, 68) asociados a un lado de
barra.
4. Instalación de colada continua de acero según
una de las reivindicaciones 1-3,
caracterizada porque la sección transversal de la cavidad de
conformación esencialmente rectangular consiste de cuatro arcos de
media caña (51), que abarcan cada uno aproximadamente un cuarto de
la periferia de la sección transversal, y porque los arcos de media
caña (51) corresponden a la función matemática
y el valor del exponente "n"
está comprendido entre 3 y 50, preferentemente entre 4 y
10.
5. Instalación de colada continua de acero según
una de las reivindicaciones 1-3,
caracterizada porque los arcos de media caña (67) presentan
recorridos de curvatura que corresponden a la función matemática
|X|^{n} + |Y|^{n} = |R|^{n} y porque tramos de la
línea periférica dispuestos entre los arcos de media caña (67)
comprenden líneas arqueadas ligeramente curvadas (70), cuyo grado
de curvatura disminuye, en el sentido de avance de la barra, en al
menos un tramo parcial de la lingotera, deformándose así la costra
de barra durante su paso por dicho tramo parcial.
6. Instalación de colada continua de acero según
una de las reivindicaciones 1-3,
caracterizada porque la cavidad de conformación está dotada,
en dirección hacia la salida de la lingotera, de una conicidad de
colada según la fórmula matemática |X|^{n} + |Y|^{n} =
|R-t|^{n}, siendo t una medida para la
conicidad.
7. Instalación de colada continua de acero según
una de las reivindicaciones 1-6,
caracterizada porque la cavidad de conformación (10, 50, 63)
presenta una longitud de aproximadamente 1000 mm.
8. Instalación de colada continua de acero según
una de las reivindicaciones 1-7,
caracterizada porque inmediatamente a continuación de la
lingotera (4) están dispuestas toberas de aspersión (9) que enfrían
uniformemente la barra.
9. Instalación de colada continua de acero según
una de las reivindicaciones 1-8,
caracterizada porque la lingotera (4) está provista de
dispositivos de agitación electromagnéticos (8), particularmente de
tales que sometan el baño de acero en la zona de la lingotera a un
movimiento de rotación horizontalmente circular.
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