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Fabricación de lingotes
- May 21, 2018 -

Fabricación de lingotes

Los lingotes se fabrican mediante la congelación de un líquido fundido (conocido como el fundido) en un molde. La fabricación de lingotes tiene varios objetivos. En primer lugar, el molde está diseñado para solidificarse completamente y formar una estructura de grano apropiada requerida para un procesamiento posterior, ya que la estructura formada por la masa fundida congelante controla las propiedades físicas del material. En segundo lugar, la forma y el tamaño del molde están diseñados para facilitar el manejo del lingote y el procesamiento posterior. Finalmente, el molde está diseñado para minimizar el desperdicio de material fundido y ayudar a expulsar el lingote, ya que perder el fundido o el lingote aumenta los costos de fabricación de los productos terminados.

Existe una variedad de diseños para el molde, que pueden seleccionarse para adaptarse a las propiedades físicas del fundido líquido y al proceso de solidificación. Los moldes pueden existir en vertido superior, horizontal o ascendente y pueden estar estriados o con paredes planas. El diseño acanalado aumenta la transferencia de calor debido a un área de contacto más grande. Los moldes pueden ser de diseño "masivo" sólido, fundición de arena (por ejemplo, para arrabio) o conchas refrigeradas por agua, dependiendo de los requisitos de transferencia de calor. Los moldes de lingotes están ahusados para evitar la formación de grietas debido a un enfriamiento desigual. La formación de grietas o espacios vacíos ocurre cuando la transición líquido a sólido tiene un cambio de volumen asociado para una masa constante de material. La formación de estos defectos de lingote puede hacer que el lingote colado sea inútil, y puede necesitar volver a fundirse, reciclarse o descartarse.

Lingotes en una fábrica de acero

La estructura física de un material cristalino está determinada en gran medida por el método de enfriamiento y precipitación del metal fundido. Durante el proceso de vertido, el metal en contacto con las paredes del lingote se enfría rápidamente y forma una estructura columnar, o posiblemente una "zona de enfriamiento" de dendritas equiaxiales, dependiendo del líquido que se enfría y la velocidad de enfriamiento del molde.

Para un lingote vertido en la parte superior, a medida que el líquido se enfría dentro del molde, los efectos de volumen diferencial hacen que la parte superior del líquido retroceda dejando una superficie curva en la parte superior del molde que eventualmente puede requerir mecanización del lingote. El efecto de enfriamiento del molde crea un frente de solidificación que avanza, que tiene varias zonas asociadas, más cerca de la pared hay una zona sólida que extrae calor de la masa fundida solidificante, para las aleaciones puede existir una zona "blanda", que es el resultado de un sólido -reglas de equilibrio líquido en el diagrama de fases de la aleación, y una región líquida. La velocidad de avance frontal controla el tiempo que las dendritas o núcleos deben formarse en la región de solidificación. El ancho de la zona blanda en una aleación se puede controlar ajustando las propiedades de transferencia de calor del molde, o ajustando las composiciones de aleación líquida fundida.

También existen métodos de moldeo continuo para el procesamiento del lingote, mediante el cual se forma un frente estacionario de solidificación mediante el despegue continuo de material sólido enfriado y la adición de líquido fundido al proceso de moldeo.

Aproximadamente el 70 por ciento de los lingotes de aluminio en los EE. UU. Se moldean utilizando el proceso de colada por enfriamiento directo, lo que reduce el agrietamiento. Un total de 5 por ciento de lingotes debe ser desechado debido a grietas inducidas por el estrés y deformación a tope.


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