ES2337281T3 - Coquilla para la colada continua de metal. - Google Patents
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Abstract
Tubo de coquilla para la colada continua de metal, en el que al menos una zona parcial de la superficie exterior (34) del tubo de coquilla está provista con ranuras de refrigeración (2, 2c), caracterizado porque la profundidad y la anchura de las ranuras de refrigeración (2, 2a, 2b, 2c) son máximas en el centro de una pared lateral del tubo de coquilla (1) y se reducen en la dirección de las zonas de esquina de la pared lateral, en el que la relación entre la distancia entre centro de las ranuras y la anchura de una ranura de refrigeración (2, 2a, 2b, 2c) está en un intervalo de 1,2 a 3, en el que las ranuras de refrigeración (2, 2a, 2b, 2c) presentan una profundidad de 3 mm a 8 mm, con un espesor de la pared residual en la zona de las ranuras de refrigeración (2, 2a, 2b, 2c) no mayor de 6 mm, en el que por cada 100 mm de superficie lateral del tubo de coquilla están dispuestas entre cuatro y diez ranuras de refrigeración (2, 2a, 2b, 2c).
Description
Coquilla para la colada continua de metal.
La invención se refiere a un tubo de coquilla
para la colada continua de metal con las características del
preámbulo de la reivindicación 1 de la patente.
Se han descrito muchas veces en el estado de la
técnica coquillas tubulares de cobre o de aleaciones de cobre para
la fundición de perfiles de acero o de otros metales con alto punto
de fusión. Los tubos de coquillas poseen habitualmente, en un plano
de la sección transversal horizontal, un espesor de pared uniforme,
que se incrementa en la dirección de la colada en virtud de la
conicidad interior del tubo de coquilla. La conicidad interior está
adaptada al comportamiento de solidificación de la colada y a los
parámetros de la colada continua. Poco después del inicio de la
solidificación del material de colada continua, es decir,
directamente debajo del nivel de la colada, se produce, en virtud
del escape de calor característico tridimensional sobre la sección
transversal, un comportamiento de enfriamiento característico muy
diferente de la colada continua. Puesto que en las esquinas del
tubo de coquilla se escapan especialmente grandes cantidades de
calor, en virtud de las relaciones geométricas, se muestra allí un
crecimiento especialmente fuerte de la envoltura de la colada y,
por lo tanto, una retracción especialmente fuerte. En las paredes
laterales de los tubos de coquilla, el escape de calor es, en
general, más reducido, aunque aquí al mismo tiempo se imprime una
elevada corriente de calor. La consecuencia del enfriamiento local
diferente es un crecimiento irregular de la envoltura de la colada,
lo que puede conducir a tensiones del material y a grietas en la
envoltura de la colada y, por lo tanto, se eleva el riesgo de una
rotura de la colada.
Ya se han realizado una serie de propuestas para
conseguir un escape de calor lo más homogéneo posible y, por lo
tanto, también para crear la condición previa para una elevada
capacidad de fundición. Por ejemplo, se conoce a partir de los
documentos DE 36 21 073 A1 y JP 2003 311377 A una coquilla, en la
que solamente las superficies laterales en forma de arco, en cambio
no las zonas de las esquinas, son provistas con ranuras de
refrigeración. La refrigeración debería elevarse sobre todo en la
zona del nivel de la colada, como se describe también en el
documento DE 23 11 359 A1. También el documento EP 1 468 760 B1 se
ocupa de la mejora de la capacidad de refrigeración y de la
elevación de la velocidad de fundición, proponiendo que los canales
de refrigeración representen del 65% al 95% de la superficie
exterior del tubo de cobre, estando provisto el tubo de cobre al
mismo tiempo sobre toda su periferia y esencialmente sobre toda la
longitud con una envolvente de apoyo. El documento DE 195 81 547 C2
propone para las coquillas de colada continua oscilantes
verticalmente proveer la superficie interior con escotaduras o
avellanados, que están dispuestos a una distancia de 15 mm a 200 mm
debajo de un nivel de la colada registrado en un estado de
funcionamiento estable. De esta manera, debe posibilitarse
igualmente una fundición estable a alta velocidad. Todas estas
propuestas no tienen en cuenta en una medida suficiente la
distribución real de la corriente de calor.
En el documento JP 03 000 453 A de proponen
medios de refrigeración de diferente anchura y profundidad en
planchas de coquillas de desbaste con paredes laterales estrechas y
anchas. La profundidad o la anchura o la distancia se pueden
reducir hacia las zonas de las esquinas.
Partiendo del estado de la técnica, la invención
tiene el problema de preparar un tubo de coquilla, con el que se
incrementa todavía más la homogeneidad de la refrigeración de la
colada para conseguir, como resultado, capacidades de fundición
elevadas y una calidad mejorada de la colada y que contribuye,
además, a reducir tensiones dentro de la pared de la coquilla.
Este problema se soluciona con un tubo de
coquilla con las características de la reivindicación 1 de la
patente.
Las configuraciones ventajosas de la invención
son objeto de las reivindicaciones dependientes.
En el tubo de coquilla de acuerdo con la
invención es esencial que la acción de refrigeración del tubo de
coquilla esté optimizada de tal forma que corresponda a la oferta de
calor de la colada, para conseguir de esta manera una refrigeración
uniforme. Esto se consigue porque la profundidad y la anchura de las
ranuras de refrigeración son máximas en el centro de una pared
lateral de la coquilla y se reducen en dirección a las zonas de
esquina de la pared lateral. Es decisivo que el área de la sección
transversal de las ranuras de refrigeración sea mayor en la zona
central de una pared lateral que en la zona marginal de una pared
lateral. Se ha mostrado que a través de la realización de las
ranuras de refrigeración de la manera acorde con la invención, se
pueden reducir claramente las tensiones de compensación máximas que
se producen en la pared lateral. Cálculos de resistencia elástica
ideal han confirmado que la tensión de compensación se puede reducir
en más del 30% desde 504 MPa hasta 348 MPa. Esta indicación se
refiere a una sección transversal de la coquilla de 130 x 130 mm,
en la que se ha comparado un tubo de coquilla sin ranuras con un
tubo de coquilla con las ranuras configuradas de acuerdo con la
invención. La reducción de las tensiones alcanzada de esta manera en
el tubo de coquilla repercute favorablemente sobre el tiempo de
actividad y reduce la retracción condicionada térmicamente del tubo
de coquilla. El tubo de coquilla de acuerdo con la invención
presenta, en este cálculo, en cada pared lateral ocho ranuras a la
distancia de 5 mm con una longitud de 200 mm que se extiende en la
dirección de la fundición. Las ranuras centrales poseen una
profundidad de 5 mm, en cambio las ranuras exteriores poseen una
profundidad de 4 mm, con una anchura de 12 mm y 8 mm,
respectivamente. En las zonas de las esquinas de la pared lateral
no están dispuestas ranuras.
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Para la realización concreta de las ranuras de
refrigeración con respecto a su profundidad y anchura es decisivo
que la geometría de refrigeración corresponda lo mejor posible a la
corriente de calor impresa por ellas y de esta manera se puede
conseguir un campo de temperatura ampliamente homogéneo, lo que sólo
se consigue hasta ahora en una medida poco satisfactoria. Es
importante que las ranuras de refrigeración estén realizadas más
profundas y anchas en el centro de la pared lateral, donde la oferta
de calor es máxima, que es decir, que posean una pared de la
sección transversal mayor que en las zonas próximas al radio de las
esquinas.
La relación entre la distancia de los centros de
las ranuras y la anchura de una ranura de refrigeración entre 1,2 y
3 proporciona de una manera sorprendente buenos resultados. Se
pueden conseguir los mejores resultados cuando las ranuras de
refrigeración presentan una profundidad de 3 mm a 6 mm. En este
caso, el espesor de la pared residual no debe ser inferior a 6 mm
entre la profundidad máxima de las ranuras de refrigeración y el
lado interior del tubo de coquilla. Para adaptar el número de las
ranuras de refrigeración a diferentes formatos/dimensiones de los
tubos de coquilla, se ha revelado que es favorable para las
dimensiones indicadas de las ranuras un número de 4 a 10 ranuras de
refrigeración por 100 mm de superficie lateral del tubo de
coquilla.
Con preferencia, a una distancia de 10 mm a 15
mm desde la zona del radio de las esquinas no están previstas
ranuras de refrigeración en la pared lateral, para no elevar aquí la
refrigeración y para no debilitar de manera innecesaria la rigidez
de la coquilla.
La anchura de las ranuras de la coquilla se
puede seleccionar con preferencia entre 5 mm y 20 mm.
Se consideran especialmente favorables desde el
punto de vista de la técnica de la circulación relaciones entre la
anchura y la profundidad de las ranuras de refrigeración entre 1 y
4. Las relaciones que se desvían de ellas tienen influencias
desfavorables sobre las relaciones de la circulación y, por lo
tanto, sobre la capacidad de refrigeración así como sobre la
rigidez del tubo de coquilla en la zona del nivel del baño. Las
ranuras de refrigeración son provistas en el fondo de las ranuras
con preferencia con un radio de transición pequeño hacia las
paredes de las ranuras, para evitar allí picos de tensión.
Las ranuras de refrigeración presentan de manera
ideal en la zona de entrada y en la zona de salida un radio, que
contribuye a la optimización de la circulación del agua de
refrigeración y a la reducción de pérdidas de presión.
Contribuye a una disposición considerada
favorable de las ranuras de refrigeración su distancia mutua, medida
desde el centro de la ranura, entre 10 mm y 25 mm.
En principio, se pretende que la anchura de las
ranuras de refrigeración se incremente hacia el centro de la pared
lateral y se aumenta, además, también la profundidad hacia el
centro. La geometría diferente de las ranuras de refrigeración
puede ser realizada o bien a través de mecanización por arranque de
virutas del tubo de coquilla o también a través de mecanización sin
arranque de virutas durante la transformación del tubo de
coquilla.
Es favorable que las ranuras de refrigeración
estén dispuestas en una zona que se inicia aproximadamente a 50 mm
por encima de la posición teórica del nivel de la colada y se
extiende hasta aproximadamente 300 mm por debajo de la posición
teórica del nivel de la colada, puesto que en esta zona se producen
las máximas densidades de corriente de calor y, por lo tanto,
también las tensiones en la pared lateral del tubo de quilla son
máximas. Las zonas que se encuentran más profundas en la dirección
de la colada, es decir, las zonas a una distancia mayor de 300 mm
por debajo de la posición teórica del nivel de la colada, deben
refrigerarse, en efecto, de la misma manera, pero en virtud de la
envoltura de la colada ya configurada, la inhomogeneidad de la
temperatura no es tan grande para que en estas zonas inferiores sean
necesarias forzosamente las ranuras configuradas de acuerdo con la
invención. Se consiguen ya resultados sorprendentes cando las
ranuras configuradas de acuerdo con la invención se inician
aproximadamente a 50 m por encima de la posición teórica del nivel
de la colada y se extienden hasta 300 mm por debajo de la posición
teórica del nivel de la colada.
A continuación se explica en detalle la
invención con la ayuda de un ejemplo de realización representado en
los dibujos. Las figuras 1a y 1b muestran, por una parte, en
representación en perspectiva y, por otra parte, en una ampliación
de la representación en perspectiva un tubo de coquilla 1, que está
posicionado en un cajón de agua de una manera no representada en
detalle. La particularidad de este tubo de coquilla 1 consiste en
las ranuras de refrigeración 2 configuradas de manera especial, que
están configuradas en la superficie exterior 3 del tubo de coquilla
1. Las ranuras de refrigeración 2 no se extienden sobre toda la
longitud del tubo de coquilla 1, sino que se encuentran
exclusivamente en la zona superior, en el lado de entrada de la
colada, el tubo de coquilla 1. En este ejemplo de realización, las
ranuras de refrigeración 2 poseen una longitud de 200 mm. Las
ranuras de refrigeración 2 se encuentran en la zona de la posición
teórica del nivel de la colada, de manera que ésta se encuentra en
el cuarto superior de las ranuras de refrigeración 2 representadas.
La particularidad de las ranuras de refrigeración 2 de este tubo de
coquilla es que no todas tienen la misma anchura y profundidad,
sino que se diferencian tanto en la anchura como también en la
profundidad. En este ejemplo de realización, las ranuras de
refrigeración exteriores 2a y 2b, dirigidas hacia las zonas de la
esquina 4, son más estrechas que las ranuras de refrigeración 2c
que se encuentran en la zona central de la pared lateral
respectiva. Mientras que las ranuras de refrigeración centrales 2c
tienen, por ejemplo, una anchura de 12 mm, las cuatro ranuras de
refrigeración exteriores 2a y 2b tienen, por ejemplo, una anchura de
8 mm. Todas las ranuras de refrigeración 2a, 2b, 2c poseen la misma
longitud. No obstante, no sólo varía la anchura de las ranuras de
refrigeración 2a, 3b, 2c, sino también su profundidad. Esto se puede
reconocer en que las ranuras de refrigeración 2a, 2b, 2c presentan
en la zona de entrada y en la zona de salida, es decir, en el lado
extremo respectivo, un radio 5. La transición del radio 5 hacia la
más profunda de las ranuras de refrigeración 2a, 2b, 2c
individuales se puede reconocer a través de una línea horizontal. En
las ranuras de refrigeración centrales 2c, se puede reconocer la
profundidad máxima. La profundidad de las ranuras de refrigeración
2b adyacentes en el lado exterior es un poco menor. La profundidad
es mínima en las ranuras de refrigeración exteriores 2c, dirigidas
hacia las zonas de esquina 4.
Las zonas de esquina 4 no están provistas con
ranuras de refrigeración. El tubo de coquilla se fija en el cajón
de agua con una chapa conductora de agua no representada en detalle,
de manera que el agua de refrigeración es pensionada en los canales
de refrigeración 2a, 2b, 2c individuales. Las chapas de conducción
de agua están dispuestas de tal forma que el tubo de coquilla es
retenido en el centro en el intersticio de agua.
Claims (8)
1. Tubo de coquilla para la colada continua de
metal, en el que al menos una zona parcial de la superficie
exterior (34) del tubo de coquilla está provista con ranuras de
refrigeración (2, 2c), caracterizado porque la profundidad y
la anchura de las ranuras de refrigeración (2, 2a, 2b, 2c) son
máximas en el centro de una pared lateral del tubo de coquilla (1)
y se reducen en la dirección de las zonas de esquina de la pared
lateral, en el que la relación entre la distancia entre centro de
las ranuras y la anchura de una ranura de refrigeración (2, 2a, 2b,
2c) está en un intervalo de 1,2 a 3, en el que las ranuras de
refrigeración (2, 2a, 2b, 2c) presentan una profundidad de 3 mm a 8
mm, con un espesor de la pared residual en la zona de las ranuras de
refrigeración (2, 2a, 2b, 2c) no mayor de 6 mm, en el que por cada
100 mm de superficie lateral del tubo de coquilla están dispuestas
entre cuatro y diez ranuras de refrigeración (2, 2a, 2b, 2c).
2. Tubo de coquilla de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque a una distancia de 10
mm a 15 mm desde el radio de las zonas de esquina (4) no están
dispuestas ranuras de refrigeración (2, 2a, 2b, 2c) en la pared
lateral.
3. Tubo de coquilla de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la distancia entre
centros de dos ranuras de refrigeración (2, 2a, 2b, 2c) está en un
intervalo de 10 mm a 25 mm.
4. Tubo de coquilla de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la relación
entre la anchura y la profundidad de una ranura de refrigeración
(2, 2a, 2b, 2c) está en un intervalo de 1 a 4.
5. Tubo de coquilla de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las ranuras de
refrigeración (2, 2a, 2b, 2c) poseen una anchura en un intervalo de
5 mm a 20 mm.
6. Tubo de coquilla de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las ranuras de
refrigeración (2, 2a, 2b, 2c) están dispuestas en una zona que se
inicia a 50 mm por encima de la posición teórica del nivel de la
colada y se extiende hasta 300 mm por debajo de la posición teórica
del nivel de la colada.
7. Tubo de coquilla de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las ranuras de
refrigeración (2, 2a, 2b, 2c) están provistas en el fondo de la
ranura con un radio de transición hacia la pared de la ranura.
8. Tubo de coquilla de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las ranuras de
refrigeración (2, 2a, 2b, 2c) presentan un radio (5) en su zona de
entrada y en su zona de salida.
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