ES2343465T3

ES2343465T3 - Sistema de transferencia para metales liquidos.

Info

Publication number: ES2343465T3
Application number: ES05107410T
Authority: ES
Inventors: Fernando Luis Daroqui
Original assignee: Aluar Aluminio Argentino S A I; Aluar Aluminio Argentino Saic
Current assignee: Aluar Aluminio Argentino S A I; Aluar Aluminio Argentino Saic
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2010-08-02
Anticipated expiration: 2025-08-11
Also published as: EP1752726A1; DE602005020774D1; ATE465379T1; SI1752726T1; EP1752726B1

Abstract

Un método para controlar la transferencia de metal líquido desde un horno hasta una máquina de colada que comprende las etapas de: a) inclinar el horno hasta un grado en el que el metal líquido se vierte en un conducto; b) obtener la información del nivel de dicho conducto mediante un detector de nivel (8); c) enviar los datos obtenidos por dicho detector de nivel a un controlador lógico programable (3); d) controlar el grado de inclinación del horno comparando los datos enviados por el detector de nivel y los datos ya pre-programados; e) controlar la temperatura del metal líquido cerca de la entrada y cerca de la salida del conducto y enviar los datos de temperatura al PLC (3); f) activar las cubiertas articuladas (17) en el caso de que el diferencial de temperatura esté por debajo de un nivel preestablecido en el controlador lógico programable; g) encender los medios de generación de calor (16) en el caso de que la temperatura aún esté por debajo del nivel preestablecido después de activar la cubierta articulada; h) regular la temperatura activando individualmente dichas cubiertas articuladas y dichos medios de generación de calor.

Description

Sistema de transferencia para metales líquidos.

Antecedentes de la invención Campo de la invención

La invención se refiere a un sistema de transferencia para metales líquidos tales como aluminio, cinc y magnesio. La invención se refiere también a un método para transferir metales líquidos usando el sistema de transferencia.

Descripción de la técnica relacionada

El uso de canales en la transferencia de metales líquidos desde el horno a la máquina de colada se conoce y usa ampliamente. En el pasado, estos canales se hacían de hormigón refractario pero el uso de dicho material generaba una gran pérdida de temperatura en el metal líquido durante su transferencia. Debido a la enorme cantidad de materiales disponibles hoy en día, hay al menos dos condiciones que deben satisfacerse cuando se elige el material correcto en el proceso de fabricación de canales. La primera condición que un material elegido debe satisfacer es que la pérdida de temperatura del metal líquido cuando se transfiere del horno a la máquina de colada debe ser mínima. La segunda condición que un material elegido debe satisfacer es la resistencia al ataque químico procedente del metal fundido transferido.

La mayor parte de los procesos que en el pasado se realizaban dentro del horno se convirtieron en un proceso continuo que incorporaba equipos específicos para filtrar y retirar gases contaminantes para el metal. Debido a esta modificación, la longitud de los canales que transportan el metal fundido tenía que alargarse, aumentando por lo tanto la pérdida de temperatura durante la transferencia de metal líquido. Para reducir dicha pérdida de temperatura, la solución habitual era aumentar la temperatura del metal líquido en el horno, consiguiendo una pérdida reducida de temperatura del metal líquido durante su transferencia. Sin embargo, esta solución obvia hacía que el metal líquido se oxidara a una velocidad más rápida, convirtiéndolo en un material químico más agresivo, reduciendo de esa manera la vida de los canales. También es importante mencionar que el aumento de temperatura en el metal líquido generaba la incorporación de diversos contaminantes, tales como hidrógeno, cuya solubilidad aumentaba con el aumento de la temperatura.

A finales de los años 70, las fibras cerámicas se incorporaron al mundo de los materiales tecnológicos. Usando fibras cerámicas en la construcción de canales, los resultados de durabilidad aumentaron sorprendentemente. Sin embargo, el uso de dichos canales sólo era útil en procesos de colada cortos, que normalmente duraban entre 4 y 5 horas. Después de ese periodo los canales tenían que sustituirse. Como el uso del aluminio aumentó con el tiempo, la industria desarrolló nuevos equipos conocidos como máquinas de colada continua, donde la duración del proceso de colada era de hasta varios días.

El problema encontrado, cuando se usan los canales hechos de fibra cerámica en el proceso de colada continua, era que después de cada periodo de colada los canales tenían que sustituirse, generando de esta manera un aumento en el coste final del producto. Una solución parcial a dicho problema era desarrollar canales usando materiales con mayor resistencia al ataque químico, pero el problema encontrado entonces era que usando dichos materiales también aumentaba la pérdida de temperatura en el metal líquido. Por lo tanto, los canales incluían un aislamiento térmico mejorado para obtener un resultado satisfactorio. Sin embargo, al comienzo del proceso de colada continua tenía que aplicarse el uso de quemadores de gas en dicho proceso. Los quemadores de gas se conocen y usan ampliamente en el proceso de colada, aunque se sabe también ampliamente que la exposición de un material a una corriente de llama constante y potente reducía la vida útil de dicho material produciendo grietas y hendiduras. Como alternativa, en las zonas próximas a los quemadores podía encontrarse una diferencia de temperatura de varios cientos de grados que genera tensiones y microgrietas que acortan la vida útil del canal. Para evitar el uso de quemadores de gas para mantener la temperatura en el canal, se implementó el uso de quemadores eléctricos, reduciendo el deterioro del canal.

Debido al deterioro constante de los canales y del equipo de colada a través del cual pasa el metal líquido, el programa de mantenimiento a seguir para continuar con el procedimiento de colada normal requiere diversos tiempos de detención, lo que es inadmisible en un proceso de colada continua. Usando canales convencionales, la temperatura media del metal líquido en ocasiones es mayor de 100ºC, que es más que la temperatura normal necesaria para la colada. Esto representa una pérdida de 5 a 10ºC por metro de longitud del canal. Esta pérdida de temperatura puede generar también la reducción o incluso la pérdida del proceso de colada. En el caso de que el proceso de colada dure varias horas, la interrupción de un proceso de colada debido a cálculos paramétricos erróneos en el proceso puede generar un daño económico importante.

Como se ha indicado anteriormente, los canales de transferencia se hacen de fibras cerámicas y los mismos se ponen en un soporte metálico que se usa para soportar el canal y apoyar el canal con uno adyacente mediante una brida para adaptar un canal completo para transferir el metal líquido. Otro factor importante a considerar es la gran diferencia entre el coeficiente de expansión térmica del canal y del soporte metálico, que genera fugas de metal en la unión entre los canales que se apoyan, aumentando las fugas durante los diversos procesos de colada.

Otro factor importante a considerar es el nivel de metal líquido durante la transferencia entre el horno y la máquina de colada. Cuando el metal líquido entra en contacto con el molde, se forma una capa fina de sólidos que contiene el resto del metal líquido. Éste es un proceso dinámico donde la capa sólida generada se retira a velocidad constante y el nuevo metal líquido llega al molde. La calidad de la pieza obtenida depende, principalmente, de la estabilidad de la interacción sólido/líquido y su contacto con el molde en el proceso de solidificación. La variación en el nivel de metal en el sistema de alimentación de los moldes modifica la presión de líquido y desordena el contacto entre la capa sólida fina y el molde. El resultado final resulta ser una reducción notable en la longitud del proceso de colada.

Resumen de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de transferencia para metal líquido desde un horno a una máquina de colada en el que el sistema aumenta la vida útil del canal de transferencia mientras se usa en diversos procesos de colada.

La presente invención se refiere también a un método para controlar la transferencia de metal líquido entre un horno y una máquina de colada, permitiendo un mantenimiento automático del nivel de metal líquido durante dicha transferencia de metal líquido.

Las características y ventajas analizadas anteriormente y otras de la presente invención las apreciarán y entenderán aquellos expertos habituales en la materia a partir del siguiente análisis detallado y los dibujos.

Breve descripción de los dibujos

Haciendo referencia ahora a los dibujos, en los que los elementos similares se numeran de forma similar en las diversas Figuras:

La Figura 1 es una vista esquemática del sistema de acuerdo con la presente invención;

La Figura 2 es una vista en alzado frontal, parcialmente en sección transversal, de un canal de acuerdo con la presente invención;

La Figura 3 es un dibujo esquemático del uso del método de la presente invención con el sistema de la Figura 1.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Con referencia inicialmente a la Figura 1, el sistema de transferencia de la presente invención comprende un panel de operaciones central 2 que controla y da órdenes a un PLC (Controlador Lógico Programable) 3. Como se indica en la Figura 1, el PLC controla el rendimiento de una central hidráulica 4 que ordena el movimiento de una válvula equilibrada 5. Esta válvula equilibrada actúa sobre un cilindro hidráulico 6 controlando la inclinación de un horno de colada 7.

Un detector láser 8 detecta el nivel de metal líquido en el conducto 9 cuando el metal líquido se vierte desde el horno 7 hacia la máquina de colada 22 (Figura 3). Los datos tomados por el detector láser 8 se envían al PLC 3 para ajustar la inclinación del horno. El detector 8 debe configurarse para detectar la presencia de metal líquido a un nivel preestablecido, donde el nivel 0 es la base del canal. Dicho nivel puede ajustarse de acuerdo con la configuración específica del proceso de colada. El detector láser 8 debería ponerse cerca de la salida del horno 7 pero dicho detector 8 puede usarse en cualquier posición disponible donde pueda determinarse el nivel del metal líquido en el conducto 9.

Haciendo referencia a la Figura 3, el conducto 9 se construye basándose en una pluralidad de canales adyacentes 10 apoyados unos en otros mediante tuercas y pernos. Entre cada apoyo se pone una junta compresible 11 hecha de fibra cerámica para reducir la fuga de metal líquido una vez que se transfiere del horno 7 hacia la máquina de colada 22. Cualquier experto en la materia podría observar que el uso de pernos y tuercas como un medio para apoyar diversos canales 10 para constituir el conducto 10 es sólo un ejemplo y que puede usarse cualquier medio para unir dos o más canales tales como soldadura, remachado, roblado y similares, sin alejarse del alcance de la presente invención. Sin embargo, es preferible usar cualquier medio para unir dos o más canales que permita realizar una sustitución rápida de los canales dañados y, de esta manera, mantener el estado modular del conducto 9.

El canal 10 mostrado en la Figura 2 comprende un primer perfil con forma de U 12 en el que se pone un segundo perfil con forma de U 14, estando separados ambos perfiles por una capa aislante 13. El perfil 14 define una trayectoria para el metal líquido a transferir desde el horno 7 hasta la máquina de colada 22. En la presente realización, el primer perfil 12 se hace de una aleación de acero mientras que el segundo perfil 14 se hace de un material cerámico refractario. Además, la capa aislada 13 puede hacerse de cualquier material aislante tal como fibra de vidrio, fibra cerámica, paneles aislantes microporosos, amianto, barro refractario o una combinación de los mismos. Se pone una tapa 15 encima del primer y segundo perfiles, protegiendo los bordes de dichos perfiles de la rotura cuando se limpia el conducto 10 una vez que el proceso de colada ha terminado.

Como se observa en la Figura 2, una cubierta 17 se fija con una articulación 18 al primer perfil 12. La cubierta se acciona por medios neumáticos o hidráulicos (no mostrados) controlados por dicho PLC 3. Dicha cubierta incluye un medio de generación de calor 16 fijado a la parte interna de la cubierta mediante una capa aislante 19. La capa aislante 19 puede hacerse del mismo material que la capa aislada 13. Dichos medios de generación de calor 16 se definen mediante elementos calefactores de resistencia eléctrica 20 encerrados en tubos metálicos que emiten calor en forma de rayos infrarrojos. Incluso aunque el número de elementos calefactores de resistencia eléctrica 20 ilustrado en la Figura 2 es de sólo dos, el número de dichos elementos calefactores 20 puede ser tan alto como sea necesario dependiendo del proceso de colada particular. Por otro lado, incluso aunque sea posible sustituir dichos elementos calefactores 20 por quemadores de gas, el uso de dichos quemadores de gas puede comprometer la seguridad de toda la línea de colada. Sin embargo, el uso de elementos calefactores 20 como medio para generar calor en los canales 9 no puede considerarse limitante del alcance de la invención, puesto que para cualquier experto en la materia la sustitución de los elementos calefactores 20 por cualquier otra fuente calefactora disponible será obvia. Como se observa en la Figura 3, el sistema de transferencia de la presente invención comprende al menos dos detectores térmicos 23. Dichos detectores 23 se sitúan preferiblemente uno cerca de la salida del horno 7 y el otro cerca de la entrada de la máquina de colada 22. Este despliegue de detectores permite al sistema controlar estrictamente cualquier diferencia de temperatura a lo largo de toda la transferencia del metal líquido por el conducto 10. Puede apreciarse que el uso de más de dos sensores térmicos se incluye dentro de los límites del alcance de la invención, ya que será obvio para cualquier experto en la materia observar que cuanto mayor es el número de detectores térmicos mejor será el resultado para mantener el nivel de temperatura. Por otro lado, los detectores térmicos 23 pueden ser cualquier detector disponible en el mercado, tal como un detector de rayo láser, termopar o una combinación de ambos.

Desde el punto de vista de seguridad, el sistema de transferencia incluye un cable eléctrico complejo (no mostrado) que incluye detectores de corriente y tensión que controlan cualquier variación, tal como en los elementos calefactores 20 o los detectores térmicos 23, permitiendo al operario de la línea de colada controlar la temperatura del proceso. Como se muestra en la Figura 2, los canales 9 se ponen sobre una viga 21 de doble T. Dicha viga 21 se usa como una plataforma de soporte fuerte y firme para la longitud total del conducto 10.

Para una mejor comprensión de la presente invención, se dará una explicación del uso y funcionalidad de todo el sistema en detalle, usando todas las figuras mencionadas anteriormente. Como cualquier proceso de colada, éste comienza en el horno 7. El metal en forma líquida se pone dentro de dicho horno 7 manteniéndolo en su punto de fusión hasta que está listo para verterlo en el conducto 10. Para la presente realización, el proceso de colada se explicará usando aluminio como el metal a transferir. El aluminio en forma líquida se mantiene en el horno a aproximadamente 720ºC. Una vez que el horno 7 se inclina, ocurre el vertido del metal líquido en el conducto 10. Este método de vertido se basa en un vertido por gravedad y el grado de inclinación se gradúa y mantiene mediante el cilindro hidráulico 6. Una vez que el horno 7 se inclina y comienza el vertido, el detector láser 8 controla el nivel de metal vertido y toma datos sobre los niveles mínimo y máximo y los envía a la unidad PLC 3. La unidad PLC verifica entonces que dichos datos enviados por el detector 8 están dentro de los parámetros ya configurados en la unidad PLC. En el caso de que los datos enviados por el detector 8 estén por encima o por debajo de los parámetros configurados, la unidad PLC envía las instrucciones a la central hidráulica 4 para ordenar, mediante la válvula equilibrada 5, al cilindro hidráulico correspondiente 6, aumentar o disminuir el grado de inclinación del horno 7. Una vez que los datos enviados por el detector 8 están dentro de los parámetros configurados en la unidad PLC, la inclinación del horno 7 se detiene.

Una vez que el metal líquido empieza a fluir a través del conducto 10 para alcanzar la máquina de colada, la brecha de temperatura entre la salida del horno y la entrada de la máquina de colada aumenta proporcionalmente a la longitud del conducto 10. Por lo tanto, los detectores 23 toman la temperatura en ambos lugares y cada uno envía la información a la unidad PLC. La unidad PLC compara los datos recibidos con los parámetros configurados previamente. En el caso de que la temperatura caiga unos pocos grados, la unidad PLC envía las instrucciones a un centro hidráulico (no mostrado) que ordena el cierre de las cubiertas 17 para reducir la pérdida de temperatura. Si la temperatura sigue cayendo, los detectores 23 detectan dicha caída y envían la información a la unidad PLC. Posteriormente, la unidad PLC procesa la información y controla la ignición de los elementos calefactores 20 para elevar y mantener el calor del metal líquido dentro de los parámetros de temperatura. Para mantener la temperatura tan homogénea como sea posible a lo largo de toda la longitud del conducto 10, la unidad PLC puede controlar individualmente la ignición de los elementos calefactores 20 en cada canal, manteniendo de esta manera un control más estricto sobre el intervalo de temperatura.

Una vez que el procedimiento de colada ha terminado, y como se ha indicado anteriormente podría durar varios días, comienza la rutina de mantenimiento. Esta rutina comprende la comprobación y el control completos de todos y cada unos de los canales 9. En el caso de que uno o más canales 9 muestren cualquier signo de desgaste fundamental, dicho canal puede sustituirse fácilmente por uno nuevo gracias al concepto de construcción modular que tiene el conducto 10. Por otro lado, si uno o más canales 9 muestran cualquier pequeño signo de deterioro, tal como grietas en la superficie de la fibra cerámica en el segundo perfil, éste puede sustituirse in situ. Esto es posible ya que cada canal tiene una configuración de construcción fácil que permite la sustitución de cualquier parte implicada en la construcción del canal 9. Como muestra la experiencia, el segundo perfil es la parte que sufre un mayor deterioro entre los diversos procesos de colada. La fijación in situ o sustitución de dicho segundo perfil reduce los costes de mantenimiento del proceso de colada.

Finalmente, es importante mencionar que incluso aunque la longitud de los canales 9 no se mencione, ésta puede variar dependiendo de la línea de colada a usar y también dichos canales pueden formarse en diferentes formas, no solo canales en línea recta sino también canales en forma de Y, curvos o con cualquier forma deseable necesaria para eludir cualquier obstáculo en el proceso de construcción de una línea de colada.

Claims

1. Un método para controlar la transferencia de metal líquido desde un horno hasta una máquina de colada que comprende las etapas de:

a): inclinar el horno hasta un grado en el que el metal líquido se vierte en un conducto;

b): obtener la información del nivel de dicho conducto mediante un detector de nivel (8);

c): enviar los datos obtenidos por dicho detector de nivel a un controlador lógico programable (3);

d): controlar el grado de inclinación del horno comparando los datos enviados por el detector de nivel y los datos ya pre-programados;

e): controlar la temperatura del metal líquido cerca de la entrada y cerca de la salida del conducto y enviar los datos de temperatura al PLC (3);

f): activar las cubiertas articuladas (17) en el caso de que el diferencial de temperatura esté por debajo de un nivel preestablecido en el controlador lógico programable;

g): encender los medios de generación de calor (16) en el caso de que la temperatura aún esté por debajo del nivel preestablecido después de activar la cubierta articulada;

h): regular la temperatura activando individualmente dichas cubiertas articuladas y dichos medios de generación de calor.

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2. El método de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende las etapas adicionales de:

a): aumentar el grado de inclinación del horno en el caso de que dicho detector de nivel detecte una disminución en el nivel del metal líquido en el conducto,

b): disminuir el grado de inclinación del horno en el caso de que dicho detector de nivel detecte un aumento en el nivel del metal líquido en el conducto.

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3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la activación de dicha cubierta articulada está relacionada estrictamente con los datos suministrados por el detector térmico al controlador lógico programable.

4. Un sistema para realizar el método de la reivindicación 1 que comprende:

-: un PLC (3) controlado por un panel de operaciones central (2);

-: un sistema central hidráulico (4) conectado operativamente a una válvula equilibrada (5) que actúa sobre un cilindro hidráulico (6) bajo las ordenes del PLC (3) para inclinar el horno hasta un grado tal que el metal líquido se vierta en un conducto (10);

-: un detector de nivel láser (8) para detectar el nivel del metal líquido que pasa a través del conducto, estando conectado dicho detector de nivel (8) a dicho PLC (3) para enviar la información de nivel en dicho conducto.

-: siendo capaz también dicho PLC (3) de verificar que dicha información de nivel está dentro de parámetros ya configurados en el PLC (3) y que es capaz de enviar instrucciones al sistema central hidráulico (4) para ordenar a dicho cilindro hidráulico (6) que ajuste el grado de inclinación del horno (7);

-: al menos dos detectores térmicos (23) para determinar el diferencial de temperatura del metal líquido a lo largo del conducto (10) y enviar los datos de temperatura al PLC (3);

-: una cubierta (17) accionada por medios neumáticos o hidráulicos controlados por dicho PLC (3) para cerrarse en caso de detectar un diferencial de temperatura que esté por debajo de un nivel preestablecido en el PLC (3);

-: incluyendo dicha cubierta (17) medios de generación de calor (16) fijados a la parte interna de la cubierta mediante una capa aislante (19);

-: siendo capaz dicho PLC (3) de procesar los datos de temperatura para encender los medios de generación de calor (16) para elevar y mantener el calor del metal líquido dentro de los parámetros preestablecidos.

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5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 4 en el que dicho conducto (9) comprende al menos un canal (10) que contiene un primer perfil (12) y un segundo perfil (14) dentro de dicho primer perfil (12).

6. El sistema de acuerdo con las reivindicaciones 4 y 5 en el que una pluralidad de dichos canales (10) se apoyan unos en otros mediante medios de sujeción tales como tuercas y pernos, soldadura y bridas, definiendo un conducto modular.

7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 4 en el que dicho al menos un detector de nivel (8) se pone en las proximidades de la salida del horno.

8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 5 en el que el primer perfil (12) y el segundo perfil (14) del canal (10) tienen forma de U, estando separados dichos dos perfiles (12, 14) por una capa aislante (13), definiendo dicho segundo perfil o perfil conformado (14) una trayectoria para el metal líquido a transferir desde el horno (7) hasta la máquina de colada, estando fijada dicha cubierta (17) con una articulación (18) al primer perfil con forma de U (12).

9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8 en el que dicho primer perfil con forma de U (12) se fija a una viga de doble T.

10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8 en el que la capa aislada (13) se hace de fibra de vidrio, fibra cerámica, paneles de aislamiento microporosos, amianto, barro refractario o una combinación de los mismos.

11. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8 en el que dicho primer perfil con forma de U (12) se hace de una aleación de acero.

12. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8 en el que dicho segundo perfil con forma de U (14) se hace cualquier fibra de vidrio, fibra cerámica, paneles aislantes microporosos, amianto, barro refractario o una combinación de los mismos.

13. El sistema de acuerdo con la reivindicación 4 en el que dichos medios de generación de calor (16) son elementos calefactores de resistencia eléctrica (20) encerrados en tubos metálicos que emiten calor en forma de rayos infrarrojos.

14. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8 en el que se pone una tapa (15) encima del primer y segundo perfiles (12, 14) que protege a los bordes de dichos perfiles de la rotura.

15. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8 en el que dicha cubierta articulada (17) fijada a dicho primer perfil con forma de U (12) está accionada por medios hidráulicos.

16. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8 en el que el canal (10) comprende dichos detectores térmicos (23) situados en cualquiera de los extremos del canal.

17. El sistema de acuerdo con la reivindicación 16 en el que dichos detectores térmicos (23) son uno de sensores de rayo láser, termopares o una combinación de ambos.