BRPI0708261A2 - aparelho e método para lingotar um lingote de metal compósito e método para lingotar uma camada interna feita de um metal e pelo menos uma camada de revestimento metálico de um outro metal - Google Patents

Abstract

APARELHO E METODO PARA LINGOTAR UM LINGOTE DE METAL COMPóSITO E METODO PARA LINGOTAR UMA CAMADA INTERNA FEITA DE UM METAL E PELO MENOS UMA CAMADA DE REVESTIMENTO METALICO DE UM OUTRO METAL. São descritos um método e aparelho para lingotar metais em um molde CC para formar um lingote com pelo menos duas camadas formadas por solidificação seqúencial. O aparelho tem pelo menos uma parede divisória resfriada na região de extremidade de entrada do molde para dividir a região de extremidade de entrada em pelo menos duas câmaras de alimentação. Metal é alimentado nas câmaras para formar uma camada interna e pelo menos uma camada externa. A parede divisória tem uma superficie de contato com metal para entrar em contato com o metal para pelo menos uma camada externa, a superficie sendo arranjada em um ângulo com a vertical que inclina para fora do metal para a camada externa em uma direção descendente. O ângulo aumenta em posições na parede divisória espaçada de uma seção central da parede que se aproxima de cada extremidade longitudinal da mesma. O aparelho é adequado para lingotar um metal com um alto coeficiente de contração como uma camada interna ou um lingote de núcleo.

Description

"APARELHO E MÉTODO PARA LINGOT AR UM LINGOTE DE METALCOMPÓSITO E MÉTODO PARA LINGOTAR UMA CAMADA INTERNAFEITA DE UM METAL E PELO MENOS UMA CAMADA DEREVESTIMENTO METÁLICO DE UM OUTRO METAL"

Campo Técnico

Esta invenção diz respeito ao lingotamento de metais,particularmente alumínio e ligas de alumínio, por técnicas de lingotamentocom resfriamento direto (CC). Mais particularmente, a invenção diz respeitoao co-lingotamento de camadas de metal por lingotamento com resfriamentodireto envolvendo solidificação seqüencial.

Fundamentos da Invenção

Lingotes de metais são normalmente produzidos porlingotamento com resfriamento direto de metais fundidos. Isto envolve vazarum metal fundido em um molde que tem paredes resfriadas, uma extremidadesuperior aberta (depois da partida) e uma extremidade inferior aberta. O metalemerge pela extremidade inferior do molde como um lingote de metal quedesce à medida que a operação de lingotamento continua. Em outros casos, olingotamento ocorre horizontalmente, mas o procedimento é essencialmente omesmo. Tais técnicas de lingotamento são particularmente adequadas para olingotamento de alumínio e ligas de alumínio, mas podem ser empregadaspara outros metais também.

Técnicas de lingotamento deste tipo são extensivamentediscutidas na patente U.S. 6.260.602 de Wagstaff, que diz respeitoexclusivamente ao lingotamento de lingotes monolíticos, isto é, lingotes feitosinteiramente do mesmo metal e lingotados como uma única camada. Amáquina e métodos para lingotar estruturas em camadas por técnicas desolidificação seqüencial são revelados na publicação de patente U.S.2005/0011630 Al de Anderson et al. Solidificação seqüencial envolve olingotamento de uma primeira camada (por exemplo, uma camada para seruma camada interna, ou núcleo) e em seguida, subseqüentemente, mas namesma operação de lingotamento, lingotar uma ou mais camadas de outrosmetais na primeira camada uma vez que ela tenha atingido um grau adequadode solidificação.

Embora essas técnicas sejam efetivas e bem sucedidas,dificuldades podem ser encontradas quando se tenta empregar a técnica desolidificação seqüencial com uma ou mais ligas que têm altos coeficientes decontração mediante solidificação e resfriamento. Em particular, quando seemprega um metal como esse como a camada interna de formação de umsubstrato para uma camada externa de um outro metal, observou-se que acamada interna pode ter uma tendência de se desprender por cisalhamento dacamada externa (ou apresentar fraca adesão) durante a operação delingotamento, especialmente nas extremidades extremas de um lingoteretangular lingotado com uma estrutura em camadas, e especialmente duranteo estágio inicial de formação do lingote.

Sabe-se que a adição de outros elementos ao alumínio puromuda seu coeficiente de contração em um grau maior ou menor. Algunselementos aumentam o coeficiente de contração, enquanto outros reduzem-no.Elementos tais como magnésio e zinco aumentam o coeficiente, comparadocom alumínio puro, ao passo que elementos tais como cobre, ferro, silício eníquel reduzem o coeficiente. O grau no qual o coeficiente muda em geralvaria de uma maneira aproximadamente linear com a porcentagem doelemento adicionado ao alumínio.

As dificuldades supra-referidas, embora potencialmenteobservadas com todas estruturas metálicas lingotadas seqüencialmente,tendem ser mais fortes quando uma camada interna é feita de uma liga dealumínio que tem um alto coeficiente de contração e, especialmente, ummaior coeficiente que o próprio alumínio, particularmente uma liga dealumínio contendo magnésio e/ou zinco, especialmente quanto tais elementossão contidos em concentrações relativamente altas, por exemplo, Mg emquantidades acima de cerca de 2,5% em peso. Entretanto, problemas similarespodem ser encontrados quando o coeficiente de contração de um metal deuma camada não é particularmente alto, mas existe uma grande diferençaentre os coeficientes de duas camadas adjacentes, por exemplo, uma ligacontendo quantidades significativas de níquel em uma camada e uma ligacontendo cobre em uma camada adjacente. Embora ambos esses elementoscausem uma redução do coeficiente, comparado com alumínio puro, níqueltem um efeito mais negativo no coeficiente do que o cobre, de forma que,dependendo das concentrações relativas desses elementos, a diferença nosrespectivos coeficientes pode ser bastante grande.

Portanto, existe uma necessidade de equipamento e técnicas delingotamento melhoradas para co-lingotamento de metais desses tipos.

Revelação da Invenção

Uma modalidade exemplar da invenção fornece máquina paralingotar um lingote de metal compósito. A máquina inclui uma cavidade domolde no geral retangular com extremidade aberta com uma região deextremidade de entrada, uma abertura de extremidade de descarga, e um blocoinferior móvel adaptado para se encaixar na extremidade de descarga emover-se axialmente do molde durante o lingotamento. A máquina tambémtem pelo menos uma parede divisora resfriada na região de extremidade deentrada e que termina acima da abertura da extremidade de descarga paradividir a porção da extremidade de entrada em pelo menos duas câmaras dealimentação, e dispositivo para alimentar metal para uma camada interna auma das câmaras de alimentação e pelo menos um dispositivo para alimentarum outro metal para pelo menos uma camada externa a uma outra dascâmaras de alimentação. Toda e qualquer parede divisória tem uma superfíciede contato de metal para entrar em contato com metal pelo menos na camadaexterna, a superfície sendo arranjada em um ângulo com a vertical que seinclina para fora do metal para a camada externa em uma direçãodescendente, e o ângulo aumentando em posições na pelo menos uma parededivisória espaçada de uma seção central da parede divisória para cadaextremidade longitudinal da mesma.

Uma outra modalidade exemplar fornece um método delingotar um lingote compósito. O método inclui prover uma máquina paralingotar um lingote de metal compósito, com uma cavidade do molde no geralretangular com extremidade aberta provido com uma região de extremidadede entrada, uma abertura de extremidade de descarga, um bloco inferiormóvel adaptado para se encaixar na extremidade de descarga e mover-seaxialmente do molde durante o lingotamento, e pelo menos uma parededivisória resinada na região de extremidade de entrada do molde eterminando acima da abertura da extremidade de descarga para dividir aregião de extremidade de entrada em pelo menos duas câmaras dealimentação para lingotar uma camada interna e pelo menos uma camadaexterna, a pelo menos uma parede divisória tendo uma superfície de contatocom metal para entrar em contato com metal introduzido para a pelo menosuma camada externa. A superfície fica arranjada em um ângulo com a verticalque inclina para fora do metal para a camada externa em uma direçãodescendente, e o ângulo aumenta em posições que se aproximam de cadaextremidade longitudinal da parede. O método inclui adicionalmentealimentar metal para uma camada interna a uma das pelo menos duas câmarasde alimentação, alimentar um outro metal para pelo menos uma camadaexterna a pelo menos uma outra das câmaras de alimentação, e mover o blocoinferior axialmente do molde para permitir que o lingote saia pela abertura daextremidade de descarga da máquina.

Também, uma outra modalidade exemplar fornece, em ummétodo de lingotar uma camada interna feita de um metal e pelo menos umacamada de revestimento metálico de um outro metal em uma máquina delingotamento com resfriamento direto que tem pelo menos uma parededivisória que forma pelo menos duas câmaras na máquina, em que o metalpara a camada interna tem um maior coeficiente de contração do que o metalpara a camada externa, a melhoria que compreende angular a pelo menos umaparede divisória em um ângulo com a vertical para entrar em contato masinclinando-se para fora em uma direção descendente do metal suprido para apelo menos uma camada externa, e aumentando o ângulo em posições que seaproximam das extremidades longitudinais da parede divisória.

Deve-se perceber que o termo "retangular" na forma usadanesta especificação deve incluir o termo "quadrado".

Descrição Resumida dos Desenhos

A figura 1 é uma elevação em seção transversal vertical parcialmostrando uma máquina de lingotamento com parede divisória simples;

A figura 2 é uma ilustração esquemática de uma região decontato entre ligas metálicas na máquina da figura 1;

A figura 3 é uma elevação de parte da máquina delingotamento da figura 1 mostrando um exemplo de curvatura de topoproduzido durante o lingotamento;

A figura 4 é uma representação tridimensional de uma parte deextremidade de uma camada interna durante o lingotamento, mostrando aslinhas de solidificação do metal e as forças de contração;

A figura 5 é uma vista plana da parte de extremidade dacamada interna da figura 4, mostrando forças que agem no metal;

A figura 6 é uma vista plana de uma camada interna (lingotede núcleo), mostrando, de forma exagerada, distorções da forma retangularideal causadas por forças que agem no metal;

As figuras 7A a 7D são desenhos que ilustram uma forma deuma parede divisória usada na máquina da figura 9 em perspectiva e seçõestransversais ilustrativas;A figura 8 é uma modalidade exemplar alternativa de umaparede divisória de acordo com a presente invenção; e

A figura 9 é uma seção transversal vertical de uma máquina delingotamento configurada de acordo com uma modalidade exemplar dapresente invenção.

Melhor Maneira de Realizar a Invenção

A presente invenção pode empregar máquina de lingotamentodo tipo descrito, por exemplo, na publicação de patente U.S. 2005/0011630,publicada em 20 de janeiro de 2005 em nome de Anderson et al. (cujarevelação está aqui incorporada pela referência). Esta máquina possibilitalingotar metais por solidificação seqüencial para formar pelo menos umacamada externa (por exemplo, uma camada de revestimento) em uma camadainterna (por exemplo, um lingote de núcleo). A invenção também se estende atécnicas reveladas na patente U.S. 6.260.602 de Wagstaff (cuja revelação estátambém aqui incorporada pela referência).

Deve-se explicar que os termos "externa" e "interna" são aquiusados de forma bem abrangente. Por exemplo, em uma estrutura de duascamadas, estritamente falando, pode não haver camada externa ou camadainterna, mas uma camada externa é uma que é normalmente destinada a ficarexposta à atmosfera, ao tempo ou ao olho, quando fabricada em um produtofinal. Também, a camada "externa" é geralmente mais fina que a camada"interna", normalmente de forma considerável, e é assim provida como umacamada de revestimento fina na camada "interna" subjacente ou lingote denúcleo. No caso de lingotes para laminação a quente e/ou a frio para formarartigos de chapa fina, é geralmente desejável revestir ambas as facesprincipais (laminação) do lingote, caso este em que existem certas camadas"interna" e "externa" certamente perceptíveis. Em tais circunstâncias, acamada interna é geralmente referida como um "núcleo" ou "lingote denúcleo", e as camadas externas são referidas como "revestimento" ou"camadas de revestimento".

A figura 1 mostra uma versão 10 da máquina de Anderson etal. usada para lingotar uma camada externa 11 em ambas superfíciesprincipais (faces de laminação) de uma camada interna retangular ou lingotede núcleo 12. Nota-se que, nesta versão da máquina, as camadas derevestimento são solidificadas primeiro (pelo menos parcialmente) durante olingotamento e em seguida a camada de núcleo é lingotada em contato com ascamadas externas. Este arranjo é típico durante o lingotamento de uma ligacom um alto coeficiente de contração (por exemplo, uma liga de alto Mg)como a camada de núcleo 12. A máquina inclui um conjunto de molde delingotamento retangular 13 que tem paredes do molde 14 formando parte deuma camisa de água 15 da qual uma corrente 16 de água de resfriamento édispensada em um lingote emergente 17. Lingotes lingotados desta maneirageralmente têm seção transversal retangular e têm um tamanho de até 70polegadas por 35 polegadas. Eles são normalmente usados para laminaçãoem chapa de revestimento, por exemplo, chapa de brasagem, em umlaminador por procedimentos de laminação a quente e a frio convencional.

A porção da extremidade de entrada 18 do molde é separadapelas paredes divisórias 19 (algumas vezes referidas como "coquilhas" ou"paredes coquilhadas") em três câmaras de alimentação, uma para cadacamada da estrutura do lingote. As paredes divisórias 19, que são geralmentefeitas de cobre para boa condutibilidade térmica, são mantidas frias por meiodo equipamento de resfriamento refrigerado a água (não mostrado) que entraem contato com as paredes divisórias acima dos níveis de metal fundido.

Conseqüentemente, as paredes divisórias resfriam e solidificam o metalfundido que entra em contato com elas. Conforme indicado pelas setas A,cada uma das três câmaras é suprida com metal fundido até um nível desejadopor meio de um bico de distribuição de metal fundido separado 20 equipadocom um estrangulador ajustável (não mostrado). O metal escolhido para ascamadas externas 11 é normalmente diferente do metal do núcleo 12 (estesendo um metal com um alto coeficiente de contração nesta modalidadeexemplar). Uma unidade de bloqueio inferior verticalmente móvel 21inicialmente fecha a extremidade inferior aberta 22 do molde e em seguida éabaixada durante o lingotamento (indicado pela seta B), suportando ainda olingote compósito embriônico à medida que ele emerge do molde.

A figura 2 é uma ampliação da região da máquina da figura 1adjacente à parede divisória do lado esquerdo 19 onde o metal fundido 23 dacamada de núcleo 12 e o metal fundido 24 da camada de revestimento do ladoesquerdo 11 entra em contato mútuo no molde. Ligas metálicas, durante oresfriamento de fluido para sólido, passam por um estado semi-sólidointermediário, ou "pastoso", quando a temperatura do metal está entre atemperatura do liquidus e a temperatura do solidus do metal. O metal 24 queforma a camada de revestimento 11 tem uma região de reservatório fundida25, uma zona semi-sólida ou pastosa 26 no geral abaixo do reservatóriofundido, e uma região completamente sólida 27 no geral abaixo da zonapastosa, mas essas regiões são contornadas da maneira mostrada, por causados efeitos do resfriamento da parede do molde 14 e a parede divisória 19. Asuperfície interna 28 da camada de revestimento 11 imediatamente abaixo daparede divisória resfriada 19 é sólida, mas a casca do metal sólido é bastantefina quanto ela envolve a zona pastoso 26 e o reservatório fundido 25. Estasuperfície faz contato com o metal fundido 23 da camada de núcleo 12 umpouco abaixo da extremidade inferior da parede divisória, e calor do metalfundido re-funde uma porção da superfície sólida 28 da camada derevestimento em uma região rasa 29 da casca. Esta ré-fusão proporciona boaadesão entre as camadas nas suas interfaces quando elas solidificam. Abaixodesta região 29, o metal da camada de núcleo cai abaixo de sua temperaturado liquidus e uma zona pastosa 30 é formada com metal sólido 31 ainda maisabaixo. Entretanto, à medida que o metal da camada de núcleo torna-secompletamente sólido, ela contrai fortemente na direção das setas 32, isto é,para dentro em direção ao centro do lingote, por causa de seu alto coeficientede contração. Isto arrasta o metal da camada de revestimento 11 junto comele, e assim empurra toda a superfície interna 28 da camada de revestimentopara dentro. O movimento da camada de revestimento desta maneira émantido de volta para sua extremidade superior pelo seu contato com a parededivisória 19, e o metal da camada de revestimento pode formar uma fratura 33adjacente à extremidade inferior da parede divisória, conforme mostrado. Seocorrer uma fratura como esta, o procedimento de lingotamento tem que serterminado, em virtude de o metal fundido da camada de núcleo e da camadade revestimento se misturarem e a interface não ser mais intacta.

Fratura deste tipo é mais provável de ocorrer durante o estágioinicial de formação do lingote, isto é, durante a emergência das primeiras 12 a30 polegadas (305 a 762 milímetros) do lingote do molde. Isto se dá emvirtude das tensões extras impostas no lingote neste momento pelo fenômenobem conhecido de "curvatura de topo", que é encontrado no início doprocesso de lingotamento. Este fenômeno está ilustrado de forma esquemáticasimplificada e exagerada na figura 3, que mostra uma região de uma base dolingote emergente 17 em uma extremidade longitudinal do mesmo, olhandopara uma das faces de revestimento. Na mesma base 34 do lingote, o metalfaz contato com o bloco inferior 21, que tem uma capacidade térmicasubstancial, e assim resfria rapidamente o lingote na sua extremidade inferior.Nesta região, o lingote é portanto resinado tanto pela base quanto pelos lados(pelo resfriamento primário das superfícies do molde resfriada e oresfriamento secundário por uma aspersão ou jato de água 16 que faz contatocom o lingote imediatamente abaixo do molde). À medida que o lingoteemerge ainda mais e cresce de comprimento, a influência do resfriamento nobloco inferior diminui, em virtude da maior distância, e o resfriamento entãoocorre basicamente pelos lados do lingote. A combinação do resfriamentopela base e do resfriamento pelos lados torna a região inicial do lingote curvada maneira mostrada. As extremidades inferiores do lingote sofrem ainfluência de um torque τΐ que levanta as quinas do lingote e faz com que aparede do lingote arqueie para dentro em 35. Percebe-se que a tensão verticalresultante imposta no lingote nesses locais em combinação com a tensãohorizontal imposta pela contração do metal do núcleo aumentasubstancialmente o risco de fratura das camadas de revestimento.

Em geral é também o caso em que o estágio inicial dolingotamento é realizado a uma maior vazão do que ocorre no lingotamentodepois do estágio inicial. Isto pode criar reservatórios mais profundos demetal fundido nas várias camadas, e isto, por sua vez, aumenta a força decontração gerada pelo metal do núcleo (as forças sendo geradas ao longo dasuperfície de solidificação, conforme será explicado mais detalhadamente aseguir). Por este motivo também fratura é mais provável durante o estágioinicial do lingotamento do que no processo.

Igualmente sendo mais provável de ocorrer durante o estágioinicial de lingotamento, a fratura ou falha de metal indicada torna-se maisprovável nas regiões nas extremidades longitudinais do lingote do que nocentro do lingote. O motivo para isto pode ser explicado como se segue. Afigura 4 é uma representação diagramática de uma extremidade longitudinalde um lingote retangular 17 (mostrando apenas a camada interna 12, porquestão de simplificação) à medida que ele é lingotado em uma máquina dotipo mostrado na figura 1. A linha tracejada 50 é a linha de transição delíquido para sólido no lingote - a assim chamada linha de convergênciatérmica (mais precisamente referida como uma superfície). Percebe-se que alinha é bastante profunda em direção ao centro longitudinal do lingote onde ometal está próximo da válvula de alimentação de metal fundido 20 (figura 1),e torna-se mais rasa e chapa em direção à extremidade longitudinal extremado lingote. Entretanto, no ponto 52, a linha de convergência térmica bifurca eestende-se para cima até cada quina do lingote. Isto se dá em virtude de oresfriamento ocorrer pela superfície da extremidade 54 do lingote, bem comopelas superfícies laterais 56 e 58. À medida que o metal se solidifica na linhade convergência térmica, ocorre contração paralela às superfícies desolidificação, conforme mostrado pelas setas A, B e C. Nas posições nolingote mais centrais do que o ponto de bifurcação 52, o lingote está sendoresfriado, e assim se contrai, em geral igualmente por cada superfície lateral,mas, além do ponto de bifurcação em direção à extremidade do lingote, oresfriamento (perda de calor) e contração pela superfície de extremidade 54torna-se mais afetado à medida que se aproxima da superfície de extremidade.Isto faz com que o lingote enrasque ou sofra a ação de torque para dentro nasextremidades das superfícies laterais, conforme explicado com mais detalhesa seguir.

As forças que agem na extremidade superior do lingote estãomostradas na figura 5. Na parte do lingote além do ponto de bifurcação 52 emdireção à superfície de extremidade 54, o topo do lingote sofre a ação deforças (representadas pelas setas de duplo sentido 62) que agem tanto parafora de uma linha central 60 em direção a uma superfície lateral, por exemplo,a superfície lateral 56 (forças X) quanto forças que agem para dentro emdireção à linha central 60 (forças Y). À medida que a superfície deextremidade se aproxima, a força direcionada para fora X torna-seprogressivamente menor que a força direcionada para dentro Y, em virtude dea mudança de direção da força ocorrer ao longo das bifurcações da linha deconvergência térmica 50. Isto faz com que uma rotação em torção, ou torque,T2, conforme mostrado na figura 5, aja em uma quina do lingote, tendendoassim virar a quina em direção ao centro do lado menor 54. Em decorrênciadisto, o lingote toma uma forma ilustrada de maneira bastante exagerada nafigura 6 estabelecida contra uma forma retangular "ideal" 59. Pode-se ver queas superfícies externas 56 e 58 assim curvem para dentro nas extremidadesextremas do lingote e acredita-se que este curvatura aumenta as tensõesimpostas nas camadas de revestimento e aumenta a tendência de as camadasse separarem nesta região à medida que o lingote é lingotado. Pelos motivosanteriormente explicados, a camada de metal externa (não mostrada), àmedida que faz contato com a camada ou lingote interno, não pode seguirfacilmente esta volta, já que ela retida pela parede divisória 19. Aprobabilidade de fratura é portanto aumentada nas regiões de extremidade.

As modalidades exemplares superam este problema afunilandoou angulando as paredes divisórias 19 na superfície 40 que faz contato com ometal da(s) camada(s) de revestimento, e aumentando o ângulo de conicidade(inclinação da superfície) das paredes divisórias em pontos entre o centro e asextremidades longitudinais do lingote de forma a acomodar tanto a contraçãodo lingote quanto as forças adicionais produzidas pela curvatura de topo ecurvatura para dentro do lingote do núcleo nas suas extremidadeslongitudinais. Por exemplo, para a máquina de lingotamento do tipo mostradona figura 1, a parede divisória 19 pode ser cônica ou angulada em relação àvertical em um ângulo que é preferivelmente na faixa de 0 a 2 maspreferivelmente 1 a 2 Isto significa que a superfície 40 da parede divisória19 que faz contato e restringe o metal da camada externa ou revestimentoinclina-se para dentro em direção à camada de núcleo do topo para a base daparede divisória. Além disso, o ângulo de conicidade da parede divisória éaumentado nas extremidades longitudinais do molde, por exemplo, para umafaixa de 3 a 7 ou mais, preferivelmente 3 a 4 para um lingote de tamanhoconvencional. Os ângulos selecionados podem depender do coeficiente decontração do metal da camada interna (normalmente, quanto mais alto ocoeficiente, maior deve ser o ângulo de conicidade exigido em ambas asextremidades central e longitudinal). Para comparação, durante olingotamento de um lingote monolítico de um metal que não tem altocoeficiente de contração, o ângulo de conicidade da parede divisória pode sercerca de 1,5 0 e permaneceria o mesmo por todo o comprimento da parededivisória.

O aumento na conicidade das paredes divisórias em direção àssuas respectivas extremidades está ilustrado esquematicamente nas figuras 7 Aa 7D, nas quais o ângulo de conicidade no centro está representado como oângulo Θ, e o ângulo de conicidade nas extremidades longitudinais estárepresentado pelo ângulo θ1. O ângulo Θ' nas extremidades é preferivelmentepelo menos o dobro do ângulo θ no centro, mas isto pode depender das ligasparticulares empregadas. Qualquer grau de aumento no ângulo de conicidadeem direção às extremidades da parede divisória é geralmente consideradobenéfico, mas a duplicação preferida ou mais dás melhorias significativas. Oângulo mais preferido para qualquer conjunto particular de circunstânciaspode ser facilmente determinado empiricamente realizando operações delingotamento de teste usando diferentes ângulos e observando os resultados.Ao contrário da angulação das paredes divisórias, a parede do molde 11 podeser vertical ou pode ser em si cônica, isto é, inclinando para fora em direção àbase do molde (caso este em que o ângulo de conicidade normalmente seriaaté cerca de Io). Quando uma conicidade deste tipo é empregada para a parededo molde 11, entretanto, ele é geralmente mantido o mesmo por todo ocomprimento do molde.

O aumento no ângulo de conicidade da superfície 40 da parededivisória 19 pode ocorrer gradualmente e linearmente ao longo docomprimento da parede divisória do centro para as extremidades longitudinaisem cada lado longitudinal. Entretanto, não é sempre necessário aumentar oângulo de conicidade desta maneira. Observou-se que, em uma região daparede divisória do centro do molde até o ponto em linha com o início dabifiircação 52 dentro do lingote, pode haver a necessidade de pouco ounenhum aumento no ângulo de conicidade. Portanto, o ângulo de conicidadepode permanecer constante em uma região central alongada e pode entãoaumentar em regiões de extremidade espadas ao longo da parede divisória apartir do centro do molde. Nas regiões de extremidade, o aumento podeocorrer gradualmente, que é preferido, ou o ângulo de conicidade podeaumentar rapidamente até o ângulo de conicidade máximo por uma curtadistância no início da região e em seguida permanecer constante por todo oresto da região até as extremidades da parede divisória. Como umaaproximação geral, nas modalidades exemplares, as posições onde o ângulode conicidade começa aumentar em cada lado do centro podem ocorrer comopontos de um quarto do comprimento do lingote. Ou seja, a região central deconicidade constante (mínima) estende-se através da região central (osegundo e terceiro quarto) até aproximadamente os pontos de um quarto e trêsquartos ao longo da parede divisória, e em seguida o ângulo de conicidadeaumenta nos primeiro e quarto quartos mais distantes. Uma parede divisóriacônica desta maneira está mostrada na figura 8.

Além de ser cônica em um ângulo crescente ao longo de seucomprimento, a parede divisória 19 pode também ser arqueada para fora (damaneira mostrada na figura 7 da U.S. 2005/0011630) para acomodar acontração das faces laterais maiores 56 e 58 do lingote durante o resfriamentoe solidificação. Isto compensará o "arqueamento" dessas faces, da maneiramostrada na figura 6 e produzirá superfícies laterais mais próximas da formaplana ideal que é desejável para laminação em artigos de chapas finas.

A figura 9 é uma similar à da figura 1, mostrando umamáquina de lingotamento de acordo com uma modalidade exemplar dainvenção. A figura é dividida verticalmente para baixo até o centro damáquina de lingotamento. O lado direito mostra a máquina em seçãotransversal vertical no ponto central longitudinal do lingote, e o lado esquerdomostra o molde de lingotamento em uma posição voltada para umaextremidade longitudinal do lingote. O ponto de bifurcação térmica 52 estáindicado, mas o lado esquerdo do desenho está realmente mostrado como eleaparece um pouco além deste ponto ainda mais em direção à extremidade dolingote. As duas metades do desenho mostram os diferentes ângulos (Θ e Θ1)das paredes divisórias 19 dessas diferentes posições, bem como a variação naaltura do ponto de solidificação central do metal da camada interna dessespontos. Percebe-se que o ângulo de conicidade Θ' em direção à extremidadedo lingote é muito maior que no centro (ângulo Θ).

Na presente invenção, a liga usada para lingotar a camadainterna pode ser um metal com um alto coeficiente de contração, por exemplo,uma liga de alumínio alto Mg ou alto Zn, por exemplo, uma liga de alumíniocontendo pelo menos 2,5% em peso de Mg, mais preferivelmente 2,5 a 15%em peso, mais preferivelmente 2,5 a 9% em peso, e ainda maispreferivelmente 2,5 a 7% em peso de Mg. Exemplos de ligas adequadas sãogeralmente escolhidas da série AA5xxx e incluem ligas AA 5083, 5086, 5454,5182 e 5754.

A liga usada para a camada de revestimento pode ser uma quenão tem um alto coeficiente de contração, por exemplo, uma liga de alumínioque não contém absolutamente nenhum Mg ou Zn, ou uma que não tem umaconcentração muito alta de Mg ou Zn, por exemplo, uma liga de alumíniocontendo 2 a 3% em peso de Mg ou menos.

Entretanto, deve-se notar que a invenção é também benéficaem casos onde existe uma diferença significativa no coeficiente de contraçãoentre os metais da camada interna e externa, mesmo se os metais em si nãotiverem coeficientes de contração térmica particularmente altos, em virtude detais combinações poderem também apresentar uma tendência de separaçãodas camadas. Com os propósitos desta invenção, a diferença de coeficiente decontração é significativa se for grande o bastante para resultar em ocorrênciasde separação de camadas.

Claims (14)

1. Aparelho para lingotar um lingote de metal compósito,caracterizado pelo fato de que compreende:uma cavidade de molde no geral aberta em uma extremidadecom uma região de extremidade de entrada, uma abertura de extremidade dedescarga, e um bloco inferior móvel adaptado para se encaixar na extremidadede descarga e mover-se axialmente no molde durante o lingotamento;pelo menos uma parede divisória resfriada na porção daextremidade de entrada do molde terminando acima da dita abertura daextremidade de descarga para dividir a região de extremidade de entrada empelo menos duas câmaras de alimentação; edispositivo para alimentar metal para uma camada interna auma das ditas pelo menos duas câmaras de alimentação e pelo menos umdispositivo para alimentar um outro metal para pelo menos uma camadaexterna a pelo menos uma outra das ditas câmaras de alimentação;em que a dita pelo menos uma parede divisória tem umasuperfície de contato com metal para fazer contato com o dito metal para adita pelo menos uma camada externa, a dita superfície sendo arranjada em umângulo com a vertical que se inclina para fora do dito metal para a ditacamada externa em uma direção descendente, o dito ângulo aumentando emposições na dita pelo menos uma parede divisória que se aproxima de cadaextremidade longitudinal da mesma.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o dito pelo menos um dispositivo para alimentar o dito umoutro metal para a dita pelo menos uma camada externa fica posicionado paraintroduzir o dito metal para a dita camada externa no dito molde em umaposição no dito molde mais alta que o dito dispositivo para alimentar o ditometal para a dita camada interna.

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o dito ângulo da dita pelo menos uma parede divisória nasditas extremidades longitudinais é pelo menos o dobro do dito ângulo em umcentro desta.

4. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o dito ângulo da dita pelo menos uma parede divisória é pelomenos 3 o nas ditas extremidades longitudinais e não mais que 2o em seucentro.

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o dito ângulo da dita pelo menos uma parede divisória é nafaixa de 3 a 70 nas ditas extremidades longitudinais e na faixa de 1 a 20 noseu centro.

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a dita parede divisória tem uma seção central alongada, e emque o dito ângulo permanece constante dentro da dita região central e emseguida aumenta além da dita região central.

7. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que inclui um suprimento de metal fundido com um maiorcoeficiente de contração do que o alumínio puro conectado no dito dispositivopara alimentar metal para a dita camada interna.

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de que o dito suprimento de metal fundido é um suprimento de umaliga de alumínio-magnésio contendo pelo menos 2,5% em peso de Mg.

9. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que inclui um suprimento de metal fundido conectado no ditodispositivo para alimentar o dito pelo menos um outro metal, o dito metalfundido sendo um metal com um menor coeficiente de contração do que odito metal alimentado na dita camada interna.

10. Método para lingotar um lingote compósito, caracterizadopelo fato de que compreende as etapas de:prover uma máquina para lingotar um lingote de metalcompósito, incluindo uma cavidade de molde no geral retangular comextremidade aberta que tem uma região de extremidade de entrada, umaabertura de extremidade de descarga, um bloco inferior móvel para seencaixar na extremidade de descarga e mover-se axialmente do molde durantelingotamento, e pelo menos uma parede divisória resfriada na região deextremidade de entrada do molde e que termina acima da dita abertura deextremidade de descarga para dividir a região de extremidade de entrada empelo menos duas câmaras de alimentação para lingotar uma camada interna epelo menos uma camada externa, a dita pelo menos uma parede divisóriatendo uma superfície de contato com metal para entrar em contato com ometal introduzido para a dita pelo menos uma camada externa, a ditasuperfície sendo arranjada em um ângulo com a vertical que se inclina parafora do dito metal para a dita camada externa em uma direção descendente, eo dito ângulo aumentando em posições na dita pelo menos uma parededivisória espaçada de uma seção central da dita pelo menos uma parededivisória para cada extremidade longitudinal desta;alimentar metal para uma camada interna a uma das ditas pelomenos duas câmaras de alimentação;alimentar um outro metal para pelo menos uma camadaexterna a pelo menos uma outra das ditas câmaras de alimentação; emover o dito bloco inferior axialmente do dito molde parapermitir que um lingote saia pela dita abertura de extremidade de descarga dadita máquina.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que o dito metal para a dita camada interna é um metal com ummaior coeficiente de contração do que o alumínio puro.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que o dito metal para a dita camada interna e o dito metal para adita pelo menos uma camada externa têm uma diferença significativa nos seusrespectivos coeficientes de contração.

13. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que o dito um outro metal para a dita pelo menos uma camadaexterna é introduzido no dito molde em uma posição no dito molde mais altaque a posição escolhida para introduzir o dito metal para a dita camadainterna.

14. Método para lingotar uma camada interna feita de ummetal e pelo menos uma camada de revestimento metálico de um outro metalem um aparelho de lingotamento com resfriamento direto que tem pelo menosuma parede divisória que forma pelo menos duas câmaras na dita máquina,em que o metal para a camada interna tem um maior coeficiente de contraçãodo que o metal da dita pelo menos uma camada externa, caracterizado pelofato de que compreende angular a dita pelo menos uma parede divisória emum ângulo com a vertical para contato, mas inclinando para fora em umadireção descendente do metal suprido para a dita pelo menos uma camadaexterna, e aumentando o dito ângulo em posições espaçadas de uma seçãocentral da dita pelo menos uma parede divisória para as suas extremidadeslongitudinais.