COLADA DEL ACERO

1. INTRODUCCIÓN
La gran mayoría del acero que se fabrica actualmente se obtiene en su última
fase de fabricación en estado líquido, a diferencia de épocas anteriores que se
obtenía el hierro en estado pastoso y por cementación de barras de hierro. El
acero líquido es colado en forma de lingotes.
El avance mundial en las técnicas de producción de acero, ha provocado un
constante cambio en los métodos de extracción, fabricación, conformado y
tratamiento. Los procesos han ido mejorando desde que el hombre empezó a
reducir el mineral de hierro, desde la Forja Catalana pasando por los hornos
Siemens-Martin, el convertidor Bessemer, convertidor L.D hasta los H.E.A. y
Horno de Inducción. Son diferentes tipos hornos con procesos
significativamente diferentes que nos ofrecen propiedades distintas. Estos
avances no solo cubren los hornos sino que se han ampliado también a las
técnicas de colado. Hasta los años 50 el colado se hacía por el proceso
convencional, es decir utilizando la lingotera como recipiente de solidificación y
con llenado directo o por fuente, conicidad directa o inversa, distintos tamaños
de lingote, etc. según la calidad y el uso del acero que se fabrique. En la década
de los 60 se implanto la automatización de la colada con equipos denominados
Máquinas de Colada Continua para algunas calidades de acero, obteniendo
mayor producción con mayor calidad.

2. Historia
La colada continua es un método que comenzó a desarrollarse en los años 50
del siglo pasado. En este se obtiene palanquillas o productos planos de gran
longitud y espesores de 50 a 300 mm a diferencia de los métodos
convencionales.
Henry Bessemer fue un ingeniero de gran creatividad que en 1855 fabricó
acero en convertidor, también ideó y patentó una máquina de colada continua
en la segunda mitad del siglo XlX. La máquina proyectada por Bessemer que no
llegó a construir, estaba diseñada para colar el acero entre dos cilindros
metálicos refrigerados interiormente con agua. El gran éxito de la Máquina de
Colada Continua (MCC) se dió con el invento de Siegfried Junghans de un molde
metálico oscilante refrigerado con agua. Puede considerarse que la colada
continua comenzó a funcionar industrialmente con regularidad y con éxito en
1950. La primera instalación
fue proyectada por Junghans y se instaló en la empresa alemana Mannesman
junto con un HEA de 6 ton de capacidad. Posteriormente Junghans fundó la
empresa Concast Ltd. que impulso este proceso en los primeros años de su
desarrollo. Desde aquí el desarrollo y la utilización de la MCC hasta nuestros
días ha sido impresionante.

3. COLADA DEL ACERO

El acero fundido no pasa directamente del horno a las lingoteras, si no que con
una parte de escoria va primero a la cuchara de colada. El tiempo que el acero
permanece en ella es suficiente para que las inclusiones no metálicas por su
menor densidad se separen y floten sobre el baño metálico.

COLADA

Puede ser

CONTINUA DISCONTINUA

LINGOTES MOLDE DE ARENA

Se produce

ACERO SÓLIDO

En los procesos de colado, el acero puede seguir los siguientes procesos:

- La colada convencional o sea la fabricación de lingotes

- La colada continua
- Fundición de piezas de acero moldeado.

Este último proceso por ser una aplicación para obtener piezas moldeadas no
será tema de este curso.

Colada convencional

El acero líquido se vierte sobre unos moldes de fundición gris de sección

cuadrada, rectangular, poligonal y de formas especiales. Los lingotes tienen una
altura de 2 m y más, su peso varía desde 100 Kg y 30 T. los más frecuentes
oscilan entre 10 y 30 toneladas.

Colada en lingotera

Cuando se ha alcanzado una solidificación suficiente se extraen del molde (con

un stripper), obteniendo si es el caso la misma forma de la pieza plasmada en el
molde. Los lingotes o planchones obtenidos se introducen rápidamente en los
hornos de foso hasta que alcanzan la temperatura para su laminación en el tren
desbastador. Otros lingotes se destinan a ser conformados por forja para
lograr el producto final. (Varilla, alambrón, perfiles, barras, lámina, etc.).

Uno de los métodos de colada se efectúa con el molde inclinado y a medida que
se va llenando se va enderezando paulatinamente. Con esto se obtiene una
introducción más lenta del metal y, por lo tanto, una colada más tranquila y
menos expuesta a defectos. Esta operación se efectúa a mano cuando las
coquillas son muy ligeras, pero es preferible utilizar un tablero basculante
sobre el que se fija el molde. Esta colada se puede facilitar imprimiendo a la
coquilla vibraciones de pequeña amplitud por medio de un mecanismo adecuado,
accionado por un motor eléctrico.

Lubricación del molde

Para proteger la coquilla o molde del desgaste por fricción y corrosión del
metal fundido y facilitar su deslizamiento y des-moldeo se emplean diversos
tipos de lubricantes que pueden agruparse en dos clases:

-Los lubricantes buenos conductores de calor, a base de grafito coloidal.

-Los lubricantes malos conductores del calor, como son el blanco de España,
caolín, talco, etc.
Si las aleaciones son sensibles a las grietas se emplean lubricantes de baja
conductividad térmica, para retardar el enfriamiento. Pero si los metales son
poco sensibles a la producción de grietas, se emplean lubricantes a base de
grafito que dan mejor protección a las paredes del molde.

Colada en fuente
O colada Reina aquí las lingoteras se colocan sobre unas placas de hierro
fundido que tienen una serie de canales o ramificaciones, recubiertos de
refractario.

Calentamiento de la coquilla
Se disminuye el riesgo de las grietas colando en coquilla caliente, de acuerdo
con la regla general que aconseja colar el metal relativamente frio en molde
caliente. La temperatura a la que debe calentarse la coquilla podrá llegar a ser
lo más aproximada posible a la del metal fundido cuando este sea muy sensible
a las grietas.
Un lingote sobrecalentado es el que tiene una estructura acicular (cristales en
formas de agujas) y resulta frágil debido a haber sido colado a una
temperatura elevada.
 Comparación entre colada en fuente y colada convencional

Colada continua
La colada continua es un proceso en el que se vierte el metal líquido en una
lingotera que extrae el exceso de calor, formando barras de dimensiones
deseadas a medida que avanzan, la lingotera es alimentada continuamente.

Acero Líquido  Extracción de energía  Solidificación

(refrigeración) (acero Sólido)
 LA CUCHARA

El acero líquido debe tener una temperatura que permita un tiempo de estadía
en el distribuidor sin que solidifique.

FACTORES A TENER EN CUENTA

- La temperatura de la cuchara
- El tipo de acero
- La homogeneidad del acero
- Protección del chorro de la atmósfera
- La velocidad de colada

DISTRIBUIDOR

En un recipiente en el cual se deposita el acero proveniente de la cuchara, y

con el que podemos llenar una o más lingoteras. Las variables que tenemos en
consideración para la selección del distribuidor son:

- Velocidad de colada
- Número de líneas
- Temperatura de llegada
- Temperatura de salida

Se puede utilizar el distribuidor como un reactor metalúrgico y en él se pueden

realizar las siguientes operaciones:

 Agitar ( Gas inerte - Bobinas electromagnéticas)

 Suministrar calor ( Arco – Esr.h.t)
 Filtrar impurezas (Con materiales cerámicos)
 Recoger impurezas (Escoria)
En el distribuidor se forma una escoria y aparecen las inclusiones provenientes
del contacto:

Acero – aire.
Acero – escoria.
Arrastres de escoria.
Erosión del refractario.

Se espera que estas inclusiones floten hacia la superficie.

Hay 3 zonas en el revestimiento:

1. Zona exterior material aislante

2. Zona media de seguridad.
3. Zona interior de trabajo.

LINGOTERA, MOLDE O CRISTALIZADOR

Es la parte más importante de la máquina de colada continua. Se distinguen

varios elementos:

- Porta lingotera: Se realiza el enfriamiento primario.

- Cristalizador: (molde) se forma la piel o cáscara.
- Sistema oscilador.
- Control de nivel y lubricación.
- Sistema extractor

El espesor de la zona solidificada será igual a la cantidad de calor removido.

La remoción de calor se realiza con agua; para esto se toman en cuenta las
siguientes variables:

 La temperatura.
 El flujo.
 La Presión.
 La Calidad.

Cristalizador

Se fabrica de cobre recubierto con cromo por su conductividad térmica y

resistencia a la abrasión.

Propiedades que se esperan del molde:

 Alta resistencia mecánica.

 Resistencia a los esfuerzos de contracción.
 Diseño muy preciso para mayor contacto entre el acero y el molde.
 Recubrimiento interior de cromo: disminuye la fricción.

Para la formación de la piel o cáscara influyen las siguientes variables:

1. La presión ferrostática.
2. Intercambio térmico.
3. Las tensiones debidas a la contracción.
4. La oscilación de la lingotera.
5. Geometría de la lingotera.
La geometría debe ser cónica y parabólica para un mejor contacto entre
lingotera y metal.

Espesor de solidificación

Es proporcional al tiempo de permanencia en la lingotera.

S = k t1/2 S = Espesor de la piel en mm.
t = Tiempo de permanencia en minutos.
k = Constante, entre 24 y 28 para planchones.

LONGITUD DEL CONO LÍQUIDO EN LA LINGOTERA

L = Longitud del cono.

L = (1/t) k v t = Tiempo de permanencia.
v = Velocidad de colada.

En la solidificación del lingote hay tres zonas:

1. Zona externa: Presenta grano fino y es de espesor reducido.

2. Zona intermedia: Estructura dendrítica columnar.
3. Zona interior: Estructura dendrítica coaxial.

SISTEMA OSCILADOR:
El molde debe tener un movimiento cíclico, para evitar la adherencia del metal
al molde y facilitar la extracción de la palanquilla.

Las variables son:

1. La amplitud y
2. La frecuencia.
Por ejemplo, para colar un acero al carbono con 0.1% C en 3 m/min. debemos
tener una amplitud de 14 mm y una frecuencia de oscilación = 150 oscilac./min.

CONTROL DE NIVEL:

El nivel del metal dentro de la lingotera debe mantenerse constante, para

evitar fugas de metal líquido por el extremo inferior o trabas en la parte
superior.

Se utilizan los siguientes sistemas para su control.

- Radiactivo: Ir 127, rayos gamma.

- Infrarrojo.
- Electromagnético: bobina de inducción.

Lubricación:

Como existe movimiento relativo entre el molde y lingote, se debe lubricar, con
lo que se evita la adherencia del metal y mejora la durabilidad de la lingotera.
Para esto se utiliza aceite de colza.

El aceite debe reunir las siguientes características:

- Debe soportar altas temperaturas.

- No debe producir humos en exceso.
- Consumo de 0.2 a 0.3 l/ton.

Enfriamiento secundario:

En esta zona se continúa con la extracción de calor para que finalice la

solidificación del cono líquido interior.

El sistema esta compuesto por:

- Rodillos extractores.
- Rodillos enderezadores.
- Refrigeración con boquillas.

Lo anterior es función de:

- La sección de la palanquilla.
- Velocidad de colada.
- Radio de la máquina.

Las boquillas pueden ser cónicas o planas:

- Cónica para las aristas.

- Plana para las caras.

Enfriamiento terciario:

Se hace al aire.

SISTEMA DE CORTE

De la longitud de la palanquilla depende, el diámetro y longitud del producto

terminado.

La palanquilla se corta a la longitud deseada, de dos maneras:

- Con Oxigeno.
- Con Cizalla.

BARRA FALSA

Se utiliza al comienzo de la solidificación y sirve para extraer el lingote del

molde.

Hay dos maneras, más usadas:

- Cadena articulada.
- Rígida.

AGITACION DENTRO DEL MOLDE

El metal dentro del molde se agita para homogenizarlo, por:

- Medios electromagnéticos.

TORRETA GIRATORIA

Se utiliza para la colada secuencial, o sea para colar el metal líquido de varias
coladas en forma continua, sin interrupción.
DEFECTOS DE LOS PRODUCTOS DE LA MAQUINA DE COLADA
CONTINUA( MCC)

- Longitudinales
Grietas - Transversales
- Por choque térmico

Depresiones - Longitudinal
- Transversal

I. SUPERFICIALES Marcas - De oscilación

Se aprecian a simple vista - De rodillo guía

Enchapado: Pliegues o costras sobre la superficie

de la barra.
Colada interrumpida

Doble piel

Porosidad superficiales y sub-superficiales

Inclusiones no metálicas
 Grietas internas - Transversales
- Longitudinales
- En estrella
- Diagonales
II. INTERNOS
No afloran a la superficie Rechupe

Porosidad central

Atrapamiento de inclusiones no metálicas

de sección:

Romboidal:

Convexa:
III.DEFECTOS DE FORMA
Desviación de la geometría de la barra Concavidad:

Ondulación: Configuración senoidal

Sable: Arqueamiento.
Figuras: