COLADA CONVENCIONAL

COLADA CONVENCIONAL

1.   GENERALIDADES:

• Una vez que el acero ha sido sometido a los tratamientos adecuados de metalurgia secundaria, y posee por tanto las características deseadas en cuanto a composición, temperatura, contenido en gases y morfología de inclusiones, con la homogeneidad suficiente, entonces debe obtenerse ya en forma sólida, en la operación llamada cola.
• El acero líquido contenido en la cuchara es transferido a unos recipientes adecuados, en los que solidifica.
• Si la colada se realiza en forma discontinua este mecanismo recibe el nombre de colada convencional.
• Se vierte acero líquido en un recipiente prismático hasta que se llena, entonces se retira, y después lo mismo en otro recipiente, repitiéndose la operación hasta que se vacía la cuchara.
• Una vez solidificado el acero líquido, es transformado por laminación o forja, en semiproductos, y estos en productos acabados.

1.   DISPOSITIVO FISICO

• En acero líquido contenido en una de las cucharas de metalurgia secundaria es colado a través de una boquilla(buza), a la salida de la cual le espera el molde.
• La cuchara de colada es un recipiente metálico con una ligera conicidad, revestido interiormente de material refractario, y con un agujero en su fondo, del cual sale una boquilla o buza, para la salida del acero.
• La buza va cerrada mediante un tapón refractario, accionado por un vástago, o bien mediante placas deslizantes, movidas eléctrica o hidráulicamente.
• El molde o lingotera es un recipiente de fundición, de forma troncocónica, y con sección transversal cuadrada, rectangular, poligonal o redonda, en ocasiones.

1.   FORMAS DE COLAR

COLADA DIRECTA:        

• En este caso se cuela por arriba, situando la cuchara por encima de la lingotera, de forma que la buza queda justamente por encima de la boca de esta última.
• Aquí se debe vigilar estrechamente el grosor y el centrado del chorro, para evitar salpicaduras que luego puedan dar lugar a heterogeneidades, y por tanto a defectos más adelante, en los productos acabados.
• La razón de estas heterogeneidades es sencilla de seguro: si una gota se sale de lo que es el chorro general de acero, va a solidificar antes de los demás y luego su conexión con el resto de la masa de acero no va ser perfecta, quedando una especie de junta como recuerdo de aquella gota que solidifico independientemente.

[pic 1]

Figura 1: La colada directa

COLADA SIFON:        

• Aquí el llenado de la lingotera se hace por el fondo.
• Se coloca la cuchara de colada sobre el conducto central y vertical, el cual es punto de partida de unos canales horizontales de distribución a una serie de lingoteras, cada canal a una.
• Este método es recomendable cuando se requiere una mejor calidad superficial para el lingote; en este caso no hay salpicaduras, y se obtiene un lingote de gran homogeneidad.
• Como inconveniente de este método se debe destacar la necesidad de colar con temperaturas más altas que con colada directa; esto es debido a que el líquido entra aquí por la parte inferior de las lingoteras, y se sigue haciendo hasta que estén todas llenas.

[pic 2] 

Figura 2: Colada Sifon

1.   PRODUCTOS OBTENIDOS

• El producto de la celda continua son lingotes, pedazos de acero solidificado en forma de tronco de pirámide y son secciones:

Cuadrada; en cuyo caso se llaman tochos y van destinado a la fabricación de carriles, perfiles y redondos.

• Rectangular; conociéndose con el nombre de petacas, de los que se obtienen chapas.
• El rendimiento de los procesos de colada convencional esta entre 75-85%, debido principalmente al acero que se recorta de los lingotes en forma de mazarotas.
• Se llama rendimiento de colada al cociente, multiplicado por cien, entre el peso de los lingotes definitivos, y el peso de acero de la cuchara.

[pic 3][pic 4]

Figura 3: Acero solidificado

1.   MORFOLOGIA DE LOS LINGOTES
   SEGÚN EL NIVEL DE OXIGENO DEL ACERO COLADO        

LINGOTE DE ACERO EFERVESCENTE:        

• En estos, la piel es muy pura, siendo muy adecuada para la embutición; las burbujas de gas retenidas, y las inclusiones que ellas arrastran, se disponen en forma de corona cercana a la piel, a lo largo de toda la altura del lingote, excepto en la parte superior del mismo, en que están distribuidas de forma aleatoria por toda la sección, debido a la efervescencia final en la solidificación.

LINGOTE DE ACERO SEMICALMADO:

• En aceros semicalmados las burbujas e inclusiones gaseosas se concentran al solidificar en la parte superior del mismo, pero en este caso no se da una piel como la que se tiene para los efervescentes.
• Esta localización de las burbujas se debe a que aparecen al final de la solidificación, cuando la temperatura es menor, y allí la presión ferrostatica es más baja, en la parte superior del lingote.

LINGOTE DE ACERO CALMADO:

• En este tipo de acero, las burbujas gaseosas e inclusiones de óxidos y sulfuros que van arrastrados por ellas, se concentran todas en una única gran burbuja final: rechupe.
• En los aceros calmados, como estas burbujas de monóxido de carbono no se forman, la contracción es visible claramente en forma de un hueco de material; ese es el rechupe.
• Lo deseable en principio es que el rechupe se forme en la parte superior del lingote, en un exceso de volumen que ya se prevé a tal fin, y que se denomina mazarota. Después esta mazarota se corta y se recicla en el proceso.

[pic 5]

Figura 4: Acero calmado

1.   TRATAMIENTO DEL ACERO DURANTE LA COLADA EN LINGOTERA

• Antes de empezar a colar se debe comprobar tanto el estado de las lingoteras como el de las placas que las sustentan.
• Respecto a las lingoteras se debe verificar que no presenten grietas en sus paredes, que están limpias y pintadas. La temperatura ideal de las lingoteras para empezar a colar esta entre 80 a 100°C. La finalidad de estas comprobaciones es lograr una buena piel del lingote para su laminación.
• Sobre la pintura del lingote, sus misiones son las siguientes:

Hacer de lubricante para facilitar la subida del acero

Originar al quemarse unos gases que limpian las paredes de pequeñas impurezas

Tapar los pequeños defectos de las lingoteras

• Es importante que la placa de asiento no tenga huella muy marcada, pues ello es perjudicial tanto para la vida de la lingotera como para el lingote. En este caso el primer acero que se cuela en la lingotera solidifica muy pronto, formando junta entre la placa y la lingotera, con esta forma se impide que el líquido escape.

1.   TRATAMIENTO DEL ACERO EFERVESCENTE DURANTE LA COLADA EN LINGOTERA

A)  DESCENDENTE:

• Se produce cuando el hervido es muy intenso y se escapa a la atmosfera gran cantidad de gas.
• Las sopladuras atrapadas son pocas, y no compensan la perdida de volumen debido a la contracción por solidificación. Por eso el nivel final está por debajo del nivel de colada, siendo posible la existencia de rechupe.
• Para evitar este defecto se adiciona aluminio durante el llenado, empezando desde el principio. Este aluminio tiene una afinidad con el oxígeno superior a la del carbono. Por este motivo disminuye la efervescencia.

B)   NIVELADO:

• En este caso el volumen de burbujas atrapadas compensa la disminución de volumen debido a la solidificación, por lo que el nivel final de acero solidificado prácticamente coincide con el de colada. Las sopladuras están bastante alejadas de la piel y repartidas por todo el lingote.
• El rendimiento del lingote es muy bueno, lo que significa que se pierde muy poco acero en la colada, las sopladuras no aparecen en las superficies laterales.

C)   ASCENDENTE:

• Este tipo de lingote se obtiene cuando la efervescencia que se produce en el acero es débil, quedando el gas atrapado en el mismo. El volumen de gas atrapado es superior a la contracción del material por solidificación, por lo que el nivel final del acero solido es superior al de colada.
• Las ultimas burbujas se concentran en la parte alta dando lugar a la llamada cabeza esponjosa. Ya que la causa es la falta de oxígeno, se puede disminuir este efecto mediante la adición de elementos oxidantes empezando la colada.

1.   TRATAMIENTO DEL ACERO SEMICALMADO DURANTE LA COLADA EN LINGOTERA

• Las operaciones de centrado, comienzo y final de llenado de la lingotera son las mismas que para el acero efervescente.
• La cabeza ha de quedar al mismo nivel de colada y un poco abombado hacia arriba, por lo que si es necesario se realizan adiciones de aluminio u oxidantes para el comienzo del tratamiento de colada.
• Se realiza el bloqueo de la cabeza con agua, añadiéndose aluminio en algunos casos para facilitar la operación ya que se forma una capa de aluminio de gran dureza, dicha adición tiene lugar al terminar el llenado de la lingotera.

1.   TRATAMIENTO DEL ACERO CALMADO DURANTE LA COLADA EN LINGOTERA

• Al igual que ocurre con los aceros efervescentes y semicalmados, en los calmados también es de gran importancia el centrado del orificio de salida del acero en la cuchara, sobre la lingotera, antes de empezar a colar. Y ello igualmente a fin de evitar los defectos superficiales llamados sojas.
• Dichas sojas se forman por el siguiente mecanismo: Si al caer el acero de la cuchara a la lingotera se producen salpicaduras sobre las paredes de la lingotera, estas quedan pegadas a la misma y como están oxidadas, no sueldan con el resto del lingote, dando el defecto superficial.
• Como el acero calmado no tiene formación de gas, no puede compensar el rechupe en la forma en lo que hace el efervescente. Para evitar que dicho rechupe se forme en el interior del techo se mantiene más tiempo liquido el acero en la cabeza que en el centro(mazarota).

1.   SOLIDIFICACION DEL ACERO EN LINGOTERA

• Esta colada convencional el acero solidifica dentro de una lingotera metálica cuya altura es grande en relación con su diámetro, de manera que el flujo de calor es horizontal y radial.
• A medida que pasa el tiempo se modifica el gradiente de temperaturas, llegando un momento en que la transmisión de calor se dificulta porque la pared de acero solidificado se separa de la lingotera; con esto el crecimiento direccional de las dendritas va ser muy lento, mientras que ahora en el líquido se produce una nucleación homogénea en toda la masa.
• Una vez terminada la solidificación, la sección transversal del lingote presenta unas zonas claramente diferenciadas, desde la periferia al centro del lingote:

1. Zona periférica de granos muy pequeños orientados al azar (muy delgada)
2. Dendritas orientadas hacia el interior de la lingotera (estructura columnar)
3. Zona interna de granos equiaxicos de aspecto globular

1.    CONTRACCION POR SOLIDIFICACION:

• Habitualmente la densidad de un metal en estado líquido es inferior a la que presenta en estado sólido, por lo que en casi todos los metales se produce una contracción al solidificarse, un metal solidificado sigue experimentando variaciones dimensionales durante su enfriamiento.
• El metal se contrae en estado líquido desde la temperatura de colada hasta la solidificación; se contrae a temperatura constante durante el cambio de estado de líquido a sólido, y sigue contrayéndose en estado sólido, ya de forma más suave, salvo posibles transformaciones alotrópicas, que dan lugar a dilataciones.
• El rechupe es la suma de la contracción liquida y la solidificación. La formación generalizada de microrechupes se produce habitualmente a partir del momento en que solidifica toda la periferia o corteza del lingote, pues antes la presión metalostatica sumada a la atmosférica obliga al líquido a rellenar los espacios interdendriticos.

1.   SOPLADURAS:

• Cuando la temperatura del metal fundido desciende hasta la de solidificación, se produce un rápido descenso de su capacidad para mantener gases disueltos en su interior.
• Estas cavidades de gases ocluidos en el metal reciben el nombre de sopladuras y pueden ser periféricas o internas.
• Las sopladuras periféricas tienen forma alargada en dirección perpendicular a las paredes del molde, adaptando a veces forma abocinada.
• Las sopladuras de los lingotes destinados a conformación termo mecánico, no son perjudiciales cuando se localizan dentro del metal, relativamente lejos de la superficie, ya que en este caso sus paredes sueldan y recristalizan durante la laminación.

1.   DESLINGOTADO Y EVACUACION

• El deslingotado consiste en la extracción del lingote de acero de la lingotera.
• Para aceros efervescentes y semicalmados el comienzo del deslingotado se hace a partir de transcurrida una hora después de haber terminado de colar. Para aceros calmados el comienzo del deslingotado se efectúa a partir de las tres horas, según la composición exacta del acero y el tamaño del lingote.
• La evacuación consiste en el trasvase de los lingotes del arrastrador a los vagones, en los cuales los lingotes van trasladados a los hornos de fosa.
• Esta operación se debe efectuar después del deslingotado, pues toda perdida de temperatura en el lingote es perjudicial para la calidad de los aceros.
• Se debe evitar marcar la piel del lingote, por ello se coge el lingote por su parte superior, ya que las marcas coinciden con los despuntes que se van hacer después.

1.   REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

LIBROS

• J. Temple Black, (2002), “MATERIALES Y PROCESOS DE FABRICACIÓN”, España, Editorial Reverte S. A.
• J.A.T. Jones, B. Bowman, P.A. Lefrank, Electric Furnace Steelmaking, in The Making, Shaping and Treating of Steel, R.J. Fruehan, Editor. 1998, The AISE Steel Foundation: Pittsburgh. p. 505-530.
• Malishev, A. y col. Tecnología de los Metales. Edit. Mir. Moscú. 1987.

SITIOS WEB:

• Julio Alberto Aguilar Schafer, “HORNOS METALÚRGICOS”.

http://biblio3.url.edu.gt/Libros/2013/cmI/10-Hornos_industriales.pdf

• “PROCESO DE FABRICACIÓN DEL ACERO”

https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/3319/558687.pdf?sequence=7

...