MXPA02008152A - Elemento de enfriamiento y metodo para la fabricacion de elementos de enfriamiento. - Google Patents

Abstract

Un elemento de enfriamiento disenado particularmente para hornos, dicho elemento comprende un bastidor (1) principalmente hecho de cobre y un sistema de canal (6) proveido en el bastidor para la circulacion de un medio de enfriamiento. Cuando menos sobre una parte de la superficie del bastidor (1) del elemento de enfriamiento esta dispuesta, por medio de una union por difusion, una capa de superficie (2) resistente a la corrosion. La invencion tambien se refiere a un metodo para la disposicion de dicha capa de superficie en el elemento de enfriamiento.

Description

ELEMENTO DE ENFRIAMIENTO Y MÉTODO PARA LA FABRICACIÓN DE ELEMENTOS DE ENFRIAMIENTO Campo de la Invención La presente invención se refiere a un elemento de enfriamiento de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación de patente 1. La invención también se relaciona con un método para la manufactura de elementos de enfriamiento.

Antecedentes de la Invención En relación con los hornos industriales, tales como los hornos de fundición ultrarápida, los hornos de chorro y los hornos eléctricos, se utilizan elementos de enfriamiento masivo que típicamente están hechos de cobre. Dichos elementos se utilizan en condiciones de trabajo extremas, en las que el cobre se somete a esfuerzos de corrosión intensos causados por la atmósfera del horno y aún por el contacto con el material fundido. Por ejemplo, en una atmósfera de SO2, la corrosión del cobre se provoca, entre otras razones, por las reacciones de oxidación y sulfatación, las cuales en el peor de los casos pueden resultar en pérdidas de material de aún décimas de milímetros en las superficies corroídas.

Objetivos y Compendio de la Invención El objeto de la invención consiste en realizar un elemento de enfriamiento por medio del cual pueden evitarse los problemas que se conocen en la técnica anterior. De esta forma, el objetivo de la invención también consiste en lograr un elemento de enfriamiento que tiene una vida útil más larga que la de los que se conocen en la técnica anterior. Otro objetivo de la invención consiste en un método para la manufactura de un elemento de enfriamiento que es más resistente que aquellos que se conocen en la técnica anterior. La invención se basa en una idea de conformidad con la cual sobre la superficie de un elemento de enfriamiento que consiste esencialmente y en forma principal de cobre, se une, mediante una unión por difusión, una superficie de acero que tiene una mejor resistencia a la corrosión. La invención está caracterizada por lo que se especifica en las reivindicaciones anexas. j-f Uta invención tiene varias ventajas notables. El método para la aplicación de una capa superficie por medio de una unión por difusión hace posible una excelente transferencia de calor en la unión. El método de unión sugerido permite que la capa de superficie sea unida al bastidor del elemento de enfriamiento a temperaturas que son de aún cientos de grados más bajas que el punto de fusión del cobre. El elemento de enfriamiento de acuerdo con la invención tiene una sobresaliente y mejor resistencia a la corrosión que los elementos de enfriamiento de la técnica anterior. Como consecuencia, sus vidas de trabajo antes del reemplazo son notablemente mayores que los de la técnica anterior. En esta solicitud, el término cobre se refiere a, aparte de otros objetos hechos de cobre, también a materiales de aleación con un contenido de cobre que incluye esencialmente cuando menos 50% de cobre. El término acero inoxidable en esta solicitud se refiere principalmente a aceros de aleación austenítica, tales como aceros inoxidables y a prueba de ácidos.

Breve Descripción de los Dibujos La invención se explica con mayor detalle y con referencia a los dibujos anexos, en los que: La Figura 1 ilustra un elemento de enfriamiento de acuerdo con la invención, en sección transversal. La Figura 2 ilustra la unión de acuerdo con el método de la invención, en una sección transversal simplificada, antes del calentamiento. La Figura 3 ilustra otra unión de acuerdo con el método de la invención, en una sección transversal simplificada, antes del calentamiento, y La Figura 4 ilustra una tercera unión de acuerdo con el método de la invención, en una sección transversal simplificada, antes del calentamiento.

Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas de la Invención La Figura 1 ilustra, en sección transversal, un elemento de enfriamiento utilizado particularmente en hornos. El elemento comprende un bastidor 1 hecho principalmente de cobre o una aleación de cobre y provisto con un sistema de canal de enfriamiento 6 para la circulación de un medio de enfriamiento. De acuerdo con la invención, cuando menos en una parte de la superficie del bastidor 1 del elemento de enfriamiento se dispone, por medio de una .^,^..-ilh^ljM MÉ>.lt«ai U i unión por difusión, una capa 2 de superficie resistente a la corrosión. Dicha capa de superficie 2 está hecha de acero, particularmente acero refinado. Típicamente el acero es, por ejemplo, acero a prueba de ácido. La capa de superficie 2 se aplica solo sobre una parte de la superficie del elemento de bastidor 1. El elemento de enfriamiento ilustrado en la Figura 1 es un elemento de enfriamiento de un horno de fundición ultrarápida. Naturalmente el elemento de enfriamiento puede pertenecer a otro tipo de horno, particularmente un horno que se utilice en la fabricación o refinación de metales. La forma y tamaño del elemento de enfriamiento depende del objetivo particular del uso en cada caso. Una modalidad preferida de acuerdo con la invención consiste en que el elemento es un elemento enfriado, un así denominado elemento de canalón, que se usa particularmente en la conducción de masa fundida. En ese caso la capa de superficie puede ser dispuesta, por ejemplo, en esa parte de la superficie en donde se entra en contacto con la masa fundida. De acuerdo con el método de la invención, la capa de superficie 2 se une, mediante una unión por difusión, al elemento de bastidor 1. En medio de las superficies de unión de la capa de superficie 2 y el bastidor 1, se provee cuando menos una capa intermedia 3, 4, 5 antes de la formación de la unión. La capa de superficie empleada 2 es acero, particularmente acero refinado. La Figura 2 ilustra una modalidad del método de unión de acuerdo con la invención, en sección transversal, antes del tratamiento térmico. Un bastidor 1 que consiste esencial y principalmente de cobre, y una capa de superficie 2 que consiste en acero refinado, por ejemplo, acero inoxidable austenítico, se unen de esta manera en forma conjunta. En la unión entre los dos objetos, se disponen capas intermedias 3,4. La primera capa intermedia 3 colocada contra la capa de superficie 2, capa que está principalmente diseñada para prevenir la pérdida del níquel procedente del acero, típicamente incluye principalmente níquel (Ni). Además, cuando se crea la unión, ventajosamente se utiliza cuando menos una segunda capa intermedia 4, esto es, una así llamada capa activadora, la cual en el caso del ejemplo es, por ejemplo, estaño (Sn). El estaño funciona como el activador y resulta en un abatimiento de la temperatura, que se requiere en la creación de la unión. La primera capa intermedia 3 puede formarse sobre la superficie de la capa de superficie por medio de un tratamiento separado. Cuando el níquel se utiliza como la primera capa intermedia 3, dicha capa puede crearse sobre la superficie de la capa de superficie, por ejemplo, por medio de electrólisis. El chapado de níquel típicamente se lleva a cabo de manera que la capa de pasivación proveída sobre la superficie de acero inoxidable no presenta un obstáculo para la transferencia de material en la superficie de la unión entre el acero inoxidable y el níquel. La primera capa intermedia 3 también puede existir en la forma de una hoja metálica. En el método de acuerdo con la invención, entre las superficies de unión de la capa de superficie 2 y el bastidor 1 del elemento de enfriamiento, que van a ser unidas conjuntamente, se provee una primera capa intermedia 3 sobre la superficie de unión de la capa de superficie 2 o contra dicha superficie, y una segunda capa intermedia 4 sobre la superficie de unión del bastidor 1 o contra dicha superficie, de manera que las superficies de unión incluyendo sus capas intermedias 3, 4 se presionan en forma conjunta, y en dicho método se calienta, cuando menos, el área de la unión. La primera capa intermedia 3 puede incluir principabnente níquel (Ni) o cromo (Cr), o una aleación o mezcla de ellos. La segunda capa intermedia 4 consiste en un activador con una temperatura de fusión que es más baja que aquella de los objetos que deben unirse en forma conjunta. La segunda capa intermedia 4 incluye principalmente plata (Ag) y/o estaño (Sn), o como una aleación o mezcla de ellos, plata y cobre (Ag+Cu), aluminio y cobre (Al+Cu) o estaño y cobre (Sn+Cu). Cuando se calienta el área de unión, se crea una unión por difusión sobre las superficies de los objetos que van a ser unidos conjuntamente; esto tiene lugar como resultado de la difusión del níquel, por un lado, y como resultado de la difusión de los componentes del cobre y el acero, por el otro lado. La formación de la unión por difusión, y las estructuras que se crean de esta manera, se activan por medio de una segunda capa intermedia 4 extremadamente delgada, esto es, la capa del agente de soldadura, que se requiere por las condiciones de manufactura aplicadas y la unión deseada, o por medio de una mezcla de varias capas intermedias 4,5 colocadas sobre la superficie de unión entre la capa de superficie 2 de chapa de níquel y el bastidor 1. Los agentes de soldadura empleados y los activadores de difusión de las capas intermedias 4, 5 pueden ser aleaciones de plata-cobre y estaño en forma pura o en estructuras de emparedado específicas. Se obtienen uniones mecánicamente fuertes dentro del intervalo de temperaturas de 600 - 850 °C. La selección de los periodos de tratamiento térmico puede llevarse a cabo de manera que se evite la creación de fases intermetálicas quebradizas en la "ñtiñl. Los espesores del agente de soldadura, así como la temperatura del tratamiento téítfRco y la duración de las capas intermedias se escogen de manera que se evite la pérdida de níquel procedente del acero como resultado de la aleación con un alto contenido de níquel proveído sobre la superficie de éste. Una ventaja de la baja temperatura de unión consiste en que son mínimos los esfuerzos térmicos creados en el área de unión. La Figura 3 ilustra una modalidad preferida del método de acuerdo con la invención. Allí, se proveen cuando menos una segunda capa intermedia 4 y cuando menos una tercera capa intermedia 5, y la temperatura de fusión de la segunda capa intermedia 4 es más baja que aquella de la tercera capa intermedia 5. La tercera capa intermedia 4 consiste principalmente en plata (Ag) o tanto plata (Ag) como cobre (Cu), ya sea como una aleación o en una mezcla. En una modalidad preferida, la tercera capa intermedia consiste en un agente de soldadura de Ag+Cu, ventajosamente en la forma de una hoja delgada metálica. De acuerdo con una modalidad preferida, la segunda capa intermedia incluye, en porcentajes en peso, 71% de Ag y 29% de Cu, Ventajosamente el agente de soldadura tiene, con una composición de aleación dada, una composición eutéctica con cobre. El área de unión se calienta en una etapa. De acuerdo con una modalidad preferida del método de acuerdo con la invención, la segunda capa intermedia 4 es llevada sobre la superficie de la tercera capa intermedia 5. Típicamente, pero no necesariamente, cuando menos una de las capas intermedias 3, 4, 5 es llevada al área de unión en la forma de una hoja delgada de metal. Los agentes de soldadura empleados y los activadores de difusión de las capas intermedias 4 y 5 pueden ser aleaciones de plata-cobre y estaño, ya sea en forma pura o como estructuras de emparedado específicas. Se obtienen uniones mecánicamente fuertes dentro del intervalo de temperaturas de 600 - 850 °C. La selección de los periodos de tratamiento térmico puede llevarse a cabo de manera que se evite la creación de fases intermetálicas quebradizas en la unión final. Los espesores del agente de soldadura fuerte, así como la temperatura del tratamiento térmico y su duración se escogen de manera que se evite la pérdida de níquel procedente del acero como resultado de la aleación con un alto contenido de níquel proveído sobre la superficie de éste. Una ventaja de la baja temperatura de unión consiste en que son mínimos los esfuerzos térmicos creados en el área de unión. La Figura 4 ilustra todavía otra modalidad del método de acuerdo con la invención y antes del calentamiento de la unión de la capa de superficie y el bastidor. Se provee una segunda capa intermedia 4 sobre ambas superficies de la tercera capa intermedia 5, o contra dichas superficies. En esta modalidad, típicamente se puede utilizar una hoja delgada de metal en emparedado, en donde una o ambas superficies de la hoja metálica se tratan, por ejemplo, con estaño. Los espesores de las capas intermedias utilizadas en el método varían. El espesor de la capa de Ni empleada como la primera capa intermedia 3 es típicamente de 2 - 50 µm. Después de la electrólisis es típicamente de 2 - 10 µm, en tanto que como hoja metálica es del orden de 20 - 50 µm. El espesor de la hoja metálica de Ag o Ag+Cu que se utiliza como la tercera capa intermedia 5 es típicamente de 10 - 500 µm, preferiblemente 20 - 100 µm. El espesor de la segunda capa intermedia típicamente depende del espesor de la tercera capa intermedia 5 y es, por ejemplo, de 10 - 50% del espesor de la tercera capa intermedia. Ha sido posible lograr uniones de una calidad extremadamente alta mediante la aplicación de, por ejemplo, una capa delgada de estaño de 5 - 10 µm sobre las superficies de una hoja metálica de agente de soldadura fuerte de Ag+Cu de un espesor de 50 µm. Las capas de estaño pueden formarse, por ejemplo, mediante inmersión del agente de soldadura en la forma de una hoja metálica en estaño fundido y, cuando es necesario, enrollando posteriormente la hoja metálica para que sea lisa. El material seleccionado para la capa de superficie puede ser el tipo más adecuado de acero.

Ejemplo 1 Se unieron en forma conjunta acero a prueba de ácido (AISI 316) y cobre (Cu). Se proveyó sobre la superficie de unión del acero una primera capa intermedia, una capa de níquel (Ni) con un espesor de 7 µm. Se utilizó como activador de la difusión y agente de soldadura un agente de soldadura de Ag+Cu que tenía una composición eutéctica, incluyendo en porcentajes en peso de 71% de Ag y 29% de Cu. El agente de soldadura estaba en la forma de una hoja metálica con el espesor de 50 µm, y sobre la superficie de la hoja metálica también se formó una capa de estaño (Sn) con un espesor del orden de 5 - 10 µm. Los objetos que van a ser unidos en forma conjunta se colocaron uno contra el otro, de manera que la hoja metálica se dejó en medio de las superficies de unión. Los objetos se presionaron entre ellos y el área de unión se calentó por encima de la temperatura de fusión del agente de soldadura, hasta una temperatura de aproximadamente 800 °C. El tiempo durante el cual se mantuvo fue de aproximadamente 10 minutos. La unión de acuerdo con el ejemplo tuvo un éxito extremadamente bueno. El resultado obtenido fue una unión metalúrgicamente compacta.

Claims (8)

1. Novedad de la Invención 1. Un elemento de enfriamiento diseñado particularmente para hornos, dicho elemento de enfriamiento comprende un bastidor (1) hecho principalmente de cobre, y un sistema de canal (6) proveído en el bastidor para la circulación de un medio de enfriamiento, 5 caracterizado en que cuando menos en parte de la superficie del bastidor (1) del elemento de enfriamiento se dispone, por medio de una unión por difusión, una capa de superficie (2) resistente a la corrosión, hecha de acero, particularmente acero refinado. 2. Un elemento de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que la capa de superficie (2) está proveída solo en parte de la superficie del 10 bastidor (1) del elemento. 3. Un elemento de enfriamiento de conformidad con las reivindicaciones 1 O 2, caracterizado en que el elemento de enfriamiento es un elemento de enfriamiento de un horno de fundición ultrarápida. 4. Un elemento de enfriamiento de conformidad con cualquiera de las 15 reivindicaciones 1 - 3, caracterizado en que el elemento de enfriamiento es un elemento que se conoce como canalón enfriado que se usa particularmente para la conducción de material fundido. 5. Un método para disponer una capa de superficie resistente a la corrosión en un elemento de enfriamiento que consiste principalmente en cobre, caracterizado en que la capa 20 de superficie (2), hecha de acero, particularmente acero refinado, se une al bastidor (1) del elemento por medio de una unión por difusión y en que entre la capa de superficie (2) y las superficies de unión del bastidor (1) se dispone cuando menos una capa intermedia (3) consistente principalmente en níquel (Ni) o cromo (Cr) o de una aleación o mezcla de ellos, antes de la creación de la unión. 25 6. Un método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado en que entre la capa de superficie (2) y las superficies de unión del bastidor (1) del elemento de enfriamiento, que van a ser unidos conjuntamente, se dispone una primera capa intermedia (3) en la superficie de unión de la capa de superficie (2) o contra dicha superficie, y una segunda capa intermedia (4) en la superficie de unión del bastidor (1) o contra dicha superficie, de 30 manera que las superficies de unión, incluyendo sus capas intermedias sean presionadas conjuntamente, y método en el cual se calienta cuando menos el área de unión. .SLA¿.A.á? ¿^^h "^*-**^- - .^^ ..«i^,^,^ ^ 7. Un método de conformidad con la reivindicación 5 o 6, caracterizado en que la segunda capa intermedia (4) consiste en un activador con una temperatura de fusión que es menor que la temperatura de fusión de los objetos que van a ser unidos conjuntamente. 8. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 5 - 7, caracterizado en que la segunda capa intermedia (4) consiste principalmente en plata (Ag) y/o estaño (Sn), o como una aleación o en mezcla, plata y cobre (Ag+Cu), aluminio y cobre (Al+Cu) o estaño y cobre (Sn+Cu). 9. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 5 - 8, caracterizado en que se llevan cuando menos una segunda capa intermedia (4) y cuando menos una tercera capa intermedia (5), y que la temperatura de fusión de la segunda capa intermedia (4) es más baja que aquella de la tercera capa intermedia (5). 10. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 5 - 9, caracterizado en que la tercera capa intermedia (5) consiste principalmente en plata (Ag) o en plata (Ag) y cobre (Cu), ya sea como una aleación o en una mezcla. 11. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 5 - 10, caracterizado en que el área de unión se calienta en una sola etapa. 12. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 5 - 1 1, caracterizado en que la segunda capa intermedia (4) se lleva sobre la tercera capa intermedia (5). 13. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 5 - 12, caracterizado en que cuando menos una de las capas intermedias (3, 4, 5) se lleva al área de unión en la forma de una hoja delgada de metal. ' glf t u Resumen de la Descripción de la Invención Un elemento de enfriamiento diseñado particularmente para hornos, dicho elemento comprende un bastidor (1) principalmente hecho de cobre y un sistema de canal (6) proveído en el bastidor para la circulación de un medio de enfriamiento. Cuando menos sobre una parte de la superficie del bastidor (1) del elemento de enfriamiento está dispuesta, por medio de una unión por difusión, una capa de superficie (2) resistente a la corrosión. La invención también se refiere a un método para la disposición de dicha capa de superficie en el elemento de enfriamiento.