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WO2014117285A1 - Tubo para el consumidor final con mínima oxidación interior y exterior, con granos que pueden ser seleccionables en tamaño y orden; y proceso de producción de los tubos - Google Patents

Tubo para el consumidor final con mínima oxidación interior y exterior, con granos que pueden ser seleccionables en tamaño y orden; y proceso de producción de los tubos Download PDF

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Publication number
WO2014117285A1
WO2014117285A1 PCT/CL2013/000007 CL2013000007W WO2014117285A1 WO 2014117285 A1 WO2014117285 A1 WO 2014117285A1 CL 2013000007 W CL2013000007 W CL 2013000007W WO 2014117285 A1 WO2014117285 A1 WO 2014117285A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tube
production process
casting
process according
range
Prior art date
Application number
PCT/CL2013/000007
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Edaurdo Andrés MOREL RODRÍGUEZ
Eduardo Alfonso VALDEBENITO LÓPEZ
Marco Antonio CARRASCO GÁLVEZ
Original Assignee
Madeco Mills S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Madeco Mills S.A. filed Critical Madeco Mills S.A.
Priority to EP13717409.0A priority Critical patent/EP2803423B1/en
Priority to ES13717409T priority patent/ES2947497T3/es
Priority to BR112013012415A priority patent/BR112013012415A2/pt
Priority to CN201380000288.6A priority patent/CN104169015A/zh
Priority to PCT/CL2013/000007 priority patent/WO2014117285A1/es
Priority to CA2812122A priority patent/CA2812122A1/en
Priority to US13/976,363 priority patent/US20140220370A1/en
Priority to CL2013000963A priority patent/CL2013000963A1/es
Publication of WO2014117285A1 publication Critical patent/WO2014117285A1/es

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    • B22D11/006—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D11/001—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of specific alloys
    • B22D11/004—Copper alloys
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    • Y10T428/139—Open-ended, self-supporting conduit, cylinder, or tube-type article

Definitions

  • the traditional process usually begins by smelting material, in which cylinders, commonly called “billets” (technical term) in a range of 8.9 cm (3.5 inches) and 25 inches are cast , 4 cm (10 inches), or greater. Then, these tickets are heated at high temperatures to later be extruded in a high pressure press, or perforated and elongated by mechanical systems that result in what is known in the industry as “pre-tube” which, as we noted, it will be referred to herein as “old pre-tube”.
  • This old pre-tube has a predetermined length for the size and weight of the billet.
  • the weight of the billet ranges from 75 to 400 Kg, which restricts the size of the old pre-tube because they must be limited to the capacity of extruder presses or drills.
  • the old pre-tube goes through a series of drawing processes that basically consist of stretching and reducing the thickness of its walls by passing it through traction by: i. a tungsten carbide die; ii. with a "pepa” or “bullet” or “mandrel”,
  • the old system consists in passing a tube through a die or a hollow plate whose hole has tungsten carbide walls of a diameter smaller than said tube.
  • the pipe is threaded through said hole (after decreasing the diameter of the pipe at the tip) and a metal tube or cylinder with a diameter slightly larger than the hole in the plate is placed inside the pre-tube.
  • a metal tube or cylinder with a diameter slightly larger than the hole in the plate is placed inside the pre-tube.
  • the second source of loss is the breakage of material. As the diameter of the tube decreases, the tractions become more intense and the material accumulates strain by deformation in each pass. If there is any imperfection in the tube, it is cut and a loss of material occurs.
  • the third source of loss is the final sizing of the product that will depend directly on the length of the old pre-tube or the weight of the billet and the size required by the final customer.
  • the production process of the present invention consists in unifying a three-stage production line to obtain a standardized tube that would correspond to an eighth of the traditional line process, these can be seen in Figure 5.
  • the vertical continuous casting process is a process that was created in the 70s for the exclusive manufacture of OFHC (oxygen free high conductivity) wire rod.
  • An automatic loader machine feeds the foundry homo with copper cathodes, where the molten metal is kept at a temperature of 1160 ⁇ 5 ° C covered with a layer of flake graphite, to partially prevent its oxidation.
  • a special cooler is assembled with a graphite matrix, a kaowool cup, a graphite cup and a mortar, all shown in Figure 7.
  • the casting process begins with the insertion of a steel tube ("fishing rod") with a piece of perforated steel at the tip (Figure 8).
  • this assembly When this assembly is inserted into the liquid metal, it enters the graphite matrix and solidifies on the perforated tip, it is left to rest for a short period of time, and then the rod is pulled upwards with the help of the machine traction and with the pinch rolls ( Figure 9 and Figure 10), when the metal pre-tube has already passed through the traction table, the fishing rod is removed and its tip is cut ( Figure 1 1 ). At that time, said pre-tube is maintained by itself and is taken to the receivers where they are accumulated.
  • the said pre-tubes made by this process will be called "new pre-tubes"
  • These new pre-tubes have two special characteristics that differentiate them from the old pre-tubes and that make their reduction to marketable sizes difficult. Namely: a. their structural micro ordering, of disordered grains (according to their cooling) and of a large size that they produce: i. the fragility of said pre-tube in the drawing process; Y, I. easy appearance of micro fissures in the drawing process; and, b. its consequent rapid oxidation that generates the rupture of the pre-tube in the process of drawing by the emanation of the free oxide particles.
  • the materiality of the tube comprises a metal and / or a nonmetal, a metal alloy, composite metal, metallo-ceramic alloy, ceramic or a polymer, preferably copper.
  • An object of the present patent is the sequence of additional steps required to ensure that the new pre-tube (fresh from the vertical continuous strainer) can end up being a marketable product.
  • Another object of the present patent is to obtain a tube in which the type of grain required for its application can be selected, which includes a tube with a minimum or zero degree of oxidation.
  • Some characteristics of the tube, preferably of copper obtained with the process that will be described below are: that it has homogeneous grains, preferably equiaxial, with an average grain size in the range of 0.025mm to 0.050mm, preferably 0.040mm
  • the copper tube chemically has a sulfur concentration range of 2 ppm - 12 ppm, preferably 6.6 ppm, and an oxygen concentration range of 5 ppm - 12 ppm, preferably 10.5 ppm.
  • the drawing consists basically of stretching and reducing the thickness of the walls of a tube by means of passing it through traction on a tungsten carbide die with a pepa or bullet or mandrel inside it until the desired result is achieved.
  • wire drawing There are several ways to perform wire drawing as shown in Figure 2 and Figure 3.
  • the type of wire drawing for new pre-tubes coming from the vertical continuous strainer is the type of floating bowl indicated in Figure 2 already mentioned.
  • the new pre-tube is received from continuous casting with measures of 38.00 x 2.50 mm +/- 5%. Then, it is taken to the drawing sector where a double drawing is done thanks to the union and synchronization of two drawing machines that work in tandem. Before starting the drawing, the material is prepared. The new pre-tube is approached towards the dotting machine where it is internally lubricated, a tungsten carbide cup is inserted ( Figure 1) and then a tip is made at the beginning of the rolled tube, which is then inserted into a winder to put on run the drawing line at a constant speed using paraffin as an external lubricant / coolant.
  • the new pre-tube passes through the first wire drawing machine ( Figure 12), then through a tension regulator (Figure 13), then the said new pre-tube passes through the second wire drawing machine ( Figure 14) that performs the second section reduction using said lubricant / coolant to finally accumulate the material in a receiver that is inserted in baskets ( Figure 15) in which the material is moved to the next stage (annealing furnace and cooling chamber).
  • the material received from the wire drawing machines is manually inserted in the oven inlet guides ( Figure 16).
  • the new pre-tube is purged inside with a noble gas, preferably nitrogen.
  • a solvent such as turpentine to the outside of the tube to remove the lubricant and other elements that affect the process such as dust, chips or stains, among others.
  • the tube enters an oven that, by means of induction coils, heats the metal. Said furnace works at a maximum speed, preferably 40 m / min and maximum current intensity of 5000 Amp.
  • the tube passes to a cooling chamber, where the temperature of the metal is reduced to room temperature, to finally wind the tube in a basket. In the passage to said area, protective wax is applied.
  • the oven zone and the cooling chamber are constantly saturated with the same purged noble gas, preferably nitrogen.
  • the final product is a tube with an equiaxial grain structure with an average size of 0.040 mm.
  • oxidation is prevented from forming on the surface of the tube, whereby the final product meets the commercially indicated characteristics.
  • the power to start with pre-tubes of smaller diameters allows to reach smaller tube diameters with greater safety and quality because the laundry has been exposed to less stress.
  • the percentage of reprocessing in the traditional system at best reaches 25%, with the vertical continuous casting process and the process object of this patent, it is possible to reach 5% reprocessing.
  • the homogeneous grain size for 95% of the pre-tube annealed in the induction furnace has an equiaxial grain structure with an average size of 0.040mm ( Figure 17)
  • the 1000kg process time via the vertical continuous casting route for a 3 / 4L product is 45% faster than the traditional process.
  • the personnel required for the vertical continuous casting production line is 35% lower than that used in the traditional process.
  • the combination of the grain size and its hardness give better mechanical properties for the production of the tube to the final consumer.
  • Figure 18 Comparative microg raffia of the products obtained in the different processes of the state of the art and the present process of the invention.
  • the material After being annealed, the material is processed in a circular wire drawing giving a single drawing of drawing, and finally, the finishing reduction in the straight drawing machines.
  • the tip was fabricated so that it could be drawn. Once this was done, the tube was taken to the drawing banks, these banks were approximately 30 to 40 meters in length where the tube was stretched.

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Abstract

Al día de hoy, en la industria de la manufactura de tubos se conocen principalmente cinco metodologías generales de fabricación de tubos. La primera, es bajo una extrusión del metal fundido por medio de una prensa. La segunda, es por medio de un sistema de laminación rotatoria llamada "Piercing" o "Mannesman". La tercera, es el pre-tubo soldado que se obtiene a partir de un fleje laminado. La cuarta, llamada sistema de "Cast & Roll", mediante la cual directamente desde la fundición se obtiene un pre-tubo que es laminado por un sistema de triple rodillo. Finalmente, la innovadora forma por medio de una colada continua vertical, en la cual de forma continua se fabrican pre-tubos directo de la colada. Los cuatro primeros sistemas son ampliamente utilizados en la industria para fabricar lo que se denomina "pre-tubo", que tiene usualmente un diámetro de 60 mm o superior, al que nosotros denominaremos "pre-tubo antiguo". A dicho pre- tubo antiguo, se le aplican diversos procesos para llevarlo a diámetros y espesores menores, finalmente requeridos por el mercado. El invento planteado en esta memoria descriptiva considera implementar un proceso de producción a través de una línea productiva de una coladora continua vertical que genera un pre-tubo directo de la colada, al que denominaremos "pre- tubo nuevo". Luego, como segundo paso, dicho pre-tubo nuevo pasa a través de dos máquinas trefiladoras simultáneas sincronizadas y, finalmente, por un horno de recocido por inducción. Con ello, es posible obtener un producto a ser comercializado cumpliendo con las normas internacionales, el cual puede ser reducido a un menor tamaño mediante la trefilación del mismo utilizando los procesos habituales de la industria.

Description

TUBO PARA EL CONSUMIDOR FINAL CON MÍNIMA OXIDACIÓN INTERIOR Y EXTERIOR, CON GRANOS QUE PUEDEN SER SELECCIONABLES EN TAMAÑO Y ORDEN; Y PROCESO DE PRODUCCIÓN DE LOS TUBOS
Este innovador proceso, corresponde a la continuación y la resolución de problemas técnicos derivados del procesamiento del pre-tubo nuevo para formar un tubo comercial estandarizado en concordancia con la solicitud de patente 1935-2011 y PCT/CL2012/00013.
PROCEDIMIENTO TRADICIONAL
Así como se señaló, el proceso tradicional por lo general comienza mediante la fundición de material, en la cual se cuelan cilindros, comúnmente llamados "billets" (termino técnico) en un rango de 8,9 cm (3,5 pulgadas) y 25,4 cm (10 pulgadas), o superiores. Luego, estos billets se calientan a altas temperaturas para posteriormente ser extruidos en una prensa a alta presión, o perforados y alargados mediante sistemas mecánicos que dan como resultado lo que se conoce en la industria como "pre-tubo" al que, como señalamos, se referirá en esta memoria como "pre-tubo antiguo". Este pre-tubo antiguo tiene un largo predeterminado por el tamaño y peso del billet. Actualmente en la industria, el peso del billet oscila entre los 75 a 400 Kg, lo cual restringe el tamaño del pre- tubo antiguo debido que se deben limitar a la capacidad de las prensas extrusoras o los perforadores.
Una vez formado el pre-tubo antiguo, éste pasa por una serie de procesos de trefilación que consisten básicamente en estirar y reducir el espesor de sus paredes mediante el paso del mismo a través de tracción por: i. un dado de carburo de tungsteno; ii. con una "pepa" o "bala" o "mandril",
HOJA BE REEMPLAZO (Regla 26) Ambos se muestran en la Figura 1 y Figura 2.
En otras palabras, el sistema antiguo consiste en hacer pasar un tubo por un dado o una placa hueca cuyo agujero tiene paredes de carburo de tungsteno de un diámetro menor al citado tubo. Por dicho agujero se enhebra la tubería (previa disminución del diámetro de la misma en la punta) y se le coloca dentro del pre- tubo una pepa o cilindro metálico de diámetro algo superior al agujero de la placa. Así, al aplicarse tracción sobre el tubo, la citada pepa es empujada por la tubería, se traba y permite reducir el espesor de la pared mientras pasa por el dado, como se muestra en la Figura 1y Figura 2. Es necesario realizar este proceso debido a que el pre-tubo antiguo inicial tiene un diámetro mayor a los 60 mm, lo que obliga a reducirlo hasta llegar a las medidas estandarizadas comerciales. Es importante señalar que, en cada proceso de trefilación, no se suele reducir más del 30% de la dimensión original del tubo. Dado lo anterior, es necesario pasar el tubo en forma repetida por este proceso de trefilación para llegar a los diámetros requeridos comercialmente. Por ejemplo, los productos finales masivos generalmente según norma ASTM B-88 de ¾ pulgadas nominal, cuyo diámetro real es de 7/8 de pulgada (22,22mm), debe pasar a lo menos por 10 procesos para llegar a dichos diámetros (Figura 4), lo cual encarece el valor del proceso y, por consiguiente, del tubo, especialmente por el consumo de los siguientes insumos asociados:
• Alto gasto energético,
• Elevado gasto innecesario de materiales,
• Mano de obra intensiva en exceso, y
• Generación de despuntes de los pre-tubos antiguos (o pérdidas de material), que se producen principalmente por 3 razones: o Primero, para poder enhebrar el tubo en el dado (hacerlo pasar por su agujero), y así poder aplicar tracción respecto del mismo, es necesario reducir el tamaño (hacerle una punta) deformando los primeros 30 o 40 cm de cada tubo en cada pasada, los cuales luego se pierden.
La segunda fuente de pérdida, son las roturas de material. Al ir disminuyendo el diámetro del tubo, las tracciones se van haciendo más intensas y el material acumula tensión por deformación en cada pasada. Si existe alguna imperfección en el tubo, éste se corta y se produce una pérdida de material.
Finalmente, la tercera fuente de pérdida es el dimensionamiento final del producto que dependerá directamente del largo del pre-tubo antiguo o el peso del billet y el tamaño requerido por el cliente final.
PROCESO INNOVADOR DEL PRESENTE INVENTO
El proceso de producción del presente invento consiste en unificar en una línea de producción de tres etapas para obtener un tubo normalizado que correspondería a un octavo del proceso de la línea tradicional, estos se pueden ver en la Figura 5.
Las etapas de este proceso de producción en línea se describirán a continuación:
COLADA CONTINUA VERTICAL:
El proceso de colada continua vertical, es un proceso que se creó en la década del 70 para la fabricación exclusiva de alambrón OFHC (oxygen free high conductivity).
En una de estas máquinas, durante el mes de mayo del 2008 se produjo en Madeco una colada fallida que generó un alambrón hueco continuo. Dicho alambrón hueco continuo, luego de múltiples avances y pruebas, finalmente, dio origen a la solicitud de patente 1935-2011 y solicitud PCT/CL2012/00013. Desde ese momento, hasta la fecha, se han probado diversas formas para obtener tubos de este tipo de coladora, siendo posible llegar a estandarizar el proceso de colada en un pre-tubo de 38 x 2,5 mm.
Respecto a la operación de la coladora, se describe a continuación el proceso de fusión e inicio de la colada:
Una máquina cargadora automática alimenta con cátodos de cobre al homo de fundición, donde se mantiene el metal fundido a una temperatura de 1160 ± 5 °C cubierto con una capa de grafito en escamas, para evitar parcialmente la oxidación de éste. Antes de comenzar el proceso de colada, se arma un enfriador especial con una matriz de grafito, una copa de kaowool, una copa de grafito y un mortero, todos mostrados en Figura 7.
El proceso de colada, se inicia con la inserción de un tubo de acero ("caña de pescar") con una pieza de acero perforada en la punta (Figura 8). Al insertar este conjunto en el metal líquido, éste entra en la matriz de grafito y se solidifica en la punta perforada, se deja reposar un lapso corto de tiempo, y luego se procede a tirar la caña hacia arriba con la ayuda de la máquina de tracción y con los pinch rolls (Polines de presión) (Figura 9 y Figura 10), cuando el pre-tubo de metal ya ha pasado por la mesa de tracción, la caña de pescar se saca y su punta se corta (Figura 1 1). En ese momento, dicho pre-tubo se mantiene por sí mismo y es llevado a los recibidores donde son acumulados. En adelante, los citados pre- tubos realizados mediante este proceso se llamarán "pre-tubos nuevos"
Dichos pre-tubos nuevos tienen dos características especiales que los diferencian de los pre-tubos antiguos y que dificultan su reducción a tamaños comercializables. A saber: a. su micro ordenamiento estructural, de granos desordenados (según su enfriamiento) y de un gran tamaño que producen: i. la fragilidad de dicho pre-tubo en el proceso de trefilado; y, ¡i. fácil aparición de micro fisuras en el proceso de trefilado; y, b. su consecuente rápida oxidación que genera la rotura del pre-tubo en el proceso de trefilación por la emanación de las partículas de óxido libres.
Con el invento que se describe en la presente patente, venimos en resolver exitosamente todos los problemas antes señalados.
La materialidad del tubo comprende un metal y/o un no metal, una aleación metálica, metal compuesto, aleación metalo-cerámica, cerámica o un polímero, de preferencia cobre.
Un objeto de la presente patente, es la secuencia de pasos adicionales requeridos para asegurar que el pre-tubo nuevo (recién salido de la coladora continua vertical) pueda terminar siendo un producto comercializable.
Otro objeto de la presente patente es la obtención de un tubo en el cual pueden seleccionarse el tipo de grano requerido para su aplicación, lo cual incluye un tubo con un grado de oxidación mínima o nula. Algunas características del tubo, de preferencia de cobre obtenido con el proceso que se describirá a continuación son: que posee granos de formación homogénea, de preferencia equiaxiales, con un tamaño de grano promedio en el rango de 0,025mm a 0,050 mm, de preferencia de 0,040mm.
Además químicamente el tubo de cobre posee un rango de concentración de azufre de 2 ppm- 12 ppm de preferencia 6,6 ppm y un rango de concentración de oxígeno de 5 ppm - 12 ppm de preferencia 10,5 ppm.
Con respecto al proceso propuesto en este invento, se indicará la secuencia de pasos requeridos.
TREFILACIÓN: Como se comentó respecto del sistema antiguo, la trefilación consiste básicamente en estirar y reducir el espesor de las paredes de un tubo mediante el paso del mismo a través de tracción por un dado de carburo de tungsteno con una pepa o bala o mandril en su interior hasta lograr el resultado deseado. Existen diversas formas de realizar el trefilado como lo muestra la Figura 2 y Figura 3.
El tipo de trefilado para los pre-tubos nuevos provenientes de la coladora continua vertical es del tipo de pepa flotante indicado en la Figura 2 ya citada.
El pre-tubo nuevo es recibido de la colada continua con medidas de 38,00 x 2,50 mm +/- 5%. Luego, es llevado al sector de trefilación en donde se realiza un doble trefilado gracias a la unión y sincronización de dos máquinas trefiladoras que trabajan en tándem. Antes de comenzar el trefilado, se procede a preparar el material. Se acerca el pre-tubo nuevo hacia la punteadora donde se lubrica interiormente, se inserta una pepa de carburo de tungsteno (Figura 1) y posteriormente se realiza una punta al inicio del tubo enrollado, el cual luego es insertado en un devanador para poner en marcha la línea de trefilación a una velocidad constante usando parafina como agente lubricante/refrigerante exterior. El pre-tubo nuevo pasa por la primera trefiladora (Figura 12), luego por un regulador de tensión (Figura 13), luego pasa el citado pre-tubo nuevo por la segunda trefiladora (Figura 14) que realiza la segunda reducción de sección utilizando el citado lubricante/refrigerante para finalmente acumular el material en un recibidor que está inserto en canastos (Figura 15) en los cuales se traslada el material hacia la siguiente etapa (horno de recocido y cámara de enfriamiento).
HORNO DE RECOCIDO Y CÁMARA DE ENFRIAMIENTO:
En este proceso se recuperan las propiedades mecánicas del tubo (ocurre una re cristalización del mismo). Sin este paso, no sería posible controlar la fragilidad de dicho pre-tubo en el proceso de trefilado dado que al ordenamiento estructural que posee facilita la aparición de micro fisuras, al tener, como se dijo, granos desordenados y de gran tamaño, y su consecuente rápida oxidación que genera su rotura en el proceso de trefilación por la emanación de las partículas de óxido libres. Sin la resolución de dichos problemas no se puede trefilar en forma satisfactoria.
El material recibido de las trefiladoras es insertado manualmente en las guías de entrada del horno (Figura 16). Para iniciar el proceso, el pre-tubo nuevo es purgado en su interior con un gas noble, de preferencia nitrógeno. Luego, entra a una cámara en donde se le aplica un solvente, tal como el aguarrás al exterior del tubo para sacar el lubricante y otros elementos que afecten el proceso como polvo, virutas o manchas, entre otros. A continuación, el tubo entra a un horno que mediante bobinas de inducción, calienta el metal. Dicho horno trabaja a una velocidad máxima, de preferencia de 40 mts/min e intensidad de corriente máxima de 5000 Amp. Posteriormente, el tubo pasa a una cámara de enfriamiento, en donde se reduce la temperatura del metal a temperatura ambiente, para finalmente enrollar el tubo en un canasto. En el paso a dicha zona, se le aplica cera protectora. La zona del horno y la cámara de enfriamiento se encuentran constantemente saturadas con el mismo gas noble purgado, de preferencia nitrógeno.
El producto final es un tubo con una estructura de grano equiaxial con un tamaño promedio de 0,040 mm. Además, al ser trabajado en un ambiente inerte se evita que se forme oxidación en la superficie del tubo con lo cual el producto final cumple con las características comercialmente señaladas.
Ya conocido el proceso, estas son las principales ventajas que tiene el proceso de fabricación de tubos por vía colada continua vertical vs los procedimientos tradicionales:
1. Aumenta la productividad ya que el tamaño del lote de la línea de colada continua vertical es 20 veces superior al procedimiento tradicional (1500 kg vs 75 kg respectivamente), lo que optimiza el uso de energía en 18% aproximadamente, pérdidas de material en 40% aproximadamente. 2. No requiere de una fundición previa para la fabricación de los cilindros ya que la línea posee una fundición menor y propia. Ello, disminuye el consumo energético y las emisiones contaminantes de un proceso de fundición tradicional por calentar el metal mediante inducción.
3. Permite obtener tubos de diversos tamaños y, especialmente de menor diámetro en un menor tiempo en proceso de terminación. Característica sumamente importante en relación al consumo energético y pérdidas de material por cuanto para llegar al producto final se requiere de menos pasos de procesamiento.
4. El poder partir de pre-tubos de menores diámetros permite llegar a menores diámetros de tubos con una mayor seguridad y calidad por cuanto la colada ha sido expuesta a menos tensiones. El porcentaje de reproceso en el sistema tradicional en el mejor de los casos llega a un 25%, con el proceso de colada continua vertical y el proceso objeto de esta patente, es posible alcanzar un 5% de reproceso.
5. El tubo final que pasó por el proceso de colada continua vertical se diferencia en la composición química que se muestra en la siguiente tabla I. En la cual se aprecia y destaca una disminución en la cantidad de S y 02. TABLA 1
Figure imgf000010_0001
El tamaño de grano homogéneo para el 95% del pre-tubo recocido en el horno de inducción tiene estructura de grano equiaxial con un promedio de tamaño de 0,040mm (Figura 17)
El tiempo de proceso de 1000kg por la vía de la colada continua vertical para un producto 3/4L es un 45% más rápido que el proceso tradicional. El personal necesario para la línea de producción de la colada continua vertical es un 35% inferior que el utilizado en el proceso tradicional.
Puede ser seleccionado el tipo de grano con que se quiere materializar el tubo.
Comparativamente el tubo en sí, obtenido por el proceso descrito en la presente invención es sumamente diferente a los producidos en los procesos del estado del arte previo.
Estas características físicas pueden analizarse en función de la siguiente tabla II:
TABLA II
Figure imgf000011_0001
Analizando la tabla II, se puede ver claramente que la distribución de los granos, para el proceso de la presente invención es altamente homogénea en la distribución de los mismos, lo cual disminuye la velocidad de oxidación y deterioro del tubo. El resto de las pruebas son parte del estado del arte en donde se logran granos y/o macrogranos no homogéneos con espacios grandes donde penetra el oxígeno y aumentando la variabilidad en la distribución de los mismos generando numerosos espacios facilitando así, la penetración el oxigeno.
La combinación del tamaño de grano y su dureza otorgan mejores propiedades mecánicas para la producción del tubo al consumidor final.
Finalmente, en la penúltima línea se presenta el pre-tubo, que corresponde al desarrollo más cercano a la presente invención y en la última línea de la tabla, corresponde al sistema innovador con la aplicación de la presente patente.
DESCRIPCIÓN DE FIGURAS:
Figura 1.
(1) Dados
(2) Pepas
Figura 2.
(1) Dados
(2) Pepas
(3) Pretubo
Figura 3.
(1) Dados
(3) Mandril Fijo
(4) Pretubo Figura 4
(5) Proceso Tradicional
(5a) Fundición
(5b) Piercing o sistema de presión rotatoria
(5c) Decapado
(5d) Punteadora 1
(5e) Banco 120.000 Ibs
(5f) Punteadora 2
(5g) Banco 50.000 Ibs
(5h) Bull Block 10.000 Ibs
(7) Proceso de corte
Figura 5
(6) Proceso Colada Continua Vertical (6a) Colada Continua
(6b) Trefilado en Tándem
(6c) Recocido
(6d) Spinner
(7) Proceso de corte
Figura 6
(5) Proceso Tradicional
(5a) Fundición
(5b) Piercing o sistema de presión rotatoria (5c) Decapado
(5d) Punteadora 1
(5e) Banco 120.000 Ibs
(5f) Punteadora 2 (5g) Banco 50.000 Ibs
(5h) Bull Block 10.000 Ibs
(6) Proceso Colada Continua Vertical (6a) Colada Continua
(6b) Trefilado en Tándem
(6c) Recocido
(6d) Spinner
(7) Proceso de corte
Figura 7 Figura 8
(8) Rodillos de presión
(9) Rodillos traccionadores
(10) Tubo de pesca
(11 ) Agua de enfriamiento
(12) Horno
(13) Camisa de kaowool
(14) Punta de pesca
(15) Copa de grafito
(16) Cobre líquido
(17) Matriz de grafito
Figura 9
(14) Punta de pesca
(18) Pre-tubo nuevo
(19) Frente de solidificación Figura 0
(14) Punta de pesca
(18) Pre-tubo nuevo
(19) Frente de solidificación
Figura 1 1
(18) Pre-tubo nuevo
(19) Frente de solidificación
Figura 12 Figura 13
Figura 14 Figura 15 Figura 16 Figura 17
Figura 18 Microg rafias comparativas de los productos obtenidos en los diferentes procesos del estado del arte y el presente proceso del invento.
(20) Corte de tubo de cobre con granos de gran tamaño, no uniformes, con espacios para la oxidación, del proceso de colada continua vertical con el proceso de troquelado conocido en el estado del arte. (21) Corte de tubo de cobre con macro granos, segregación, con amplios espacios para la oxidación, de los clásicos procesos conocidos en el estado del arte, sin el sistema de colada continua.
(22) Corte de tubo de cobre con formación homogénea de granos, con mínima segregación y mínimos espacios para la oxidación, del proceso de la presente invención posterior a la formación del pre-tubo nuevo por la colada continua.
EJEMPLO DE APLICACIÓN
Como ejemplo de aplicación, se tendrá en cuenta la fabricación de un tubo estándar de ¾ pulgada nominal para la industria de la construcción.
Una vez fundidos y colados 1300-1500 kilogramos del pre-tubo nuevo a través de la coladora continua vertical, ellos son llevados al sector de la trefilación para una primera y segunda trefilación en dos máquinas trefiladoras que trabajan en forma sincronizada y continua hasta llegar a un tubo de diámetro de preferencia de 30,00 x ,40 mm. El producto de estas trefiladoras, es acumulado en un canasto tal como se muestra en la Figura 15 que une el proceso de trefilación con el proceso de recocido.
Luego de ser recocido, el material es procesado en un trefilador circular dando un solo rebaje de trefilación, y finalmente, el rebaje de terminación en las trefiladoras rectas.
Comparativamente, en el proceso tradicional para el mismo tubo de ¾ pulgadas nominal para la industria de la construcción, mencionado en el ejemplo anterior, el flujograma de este proceso se puede apreciar en la Figura 4. El dicho proceso tradicional, el tubo inicialmente se extruía u obtenía mediante algún nfV
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proceso mecánico como ya se mencionó anteriormente. Luego, toda vez que el tubo se calentó y deformó, era necesario para su manipulación limpiarlo de toda impureza o rastro de óxido. Para lo anterior, se realizaba un proceso denominado "decapado" que consistía en un baño químico para remover estas impurezas.
Luego de limpiado el tubo, se procedía a fabricar la punta para que pudiese ser trefilado. Una vez realizado ello, se llevaba el tubo a los bancos de trefilación, estos bancos eran de aproximadamente 30 a 40 metros de longitud en donde se estiraba el tubo.
Una vez realizada la reducción inicial en los bancos y producido un tubo de un diámetro cercano al deseado, éste pasaba a un proceso de trefilación en rollo en máquinas trefiladoras circulares. Éstas hacían la misma función que los bancos pero con diámetros menores y tubos más largos. Una vez llegado al diámetro y espesor deseados y luego se cortaba en los largos comercialmente requeridos.
Todo ello, según se describe en la comparación indicada en la Tabla I anexada precedentemente.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Tubo para el consumidor final con mínima oxidación interior y exterior, CARACTERIZADO porque sus granos pueden ser seleccionados en tamaño y orden.
2 - Tubo de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la materialidad del tubo comprende un metal y/o un no metal, una aleación metálica, metal compuesto, aleación métalo-cerámica, cerámica o un polímero, de preferencia cobre.
3.- Tubo de acuerdo a la reivindicación 2, CARACTERIZADO porque posee granos de formación homogénea, de preferencia equiaxiales, con un tamaño de grano promedio en el rango de 0,025 mm a 0,050 mm, de preferencia de 0,040 mm.
4. - Tubo de acuerdo a la reivindicación 2, CARACTERIZADO porque posee un rango de concentración de azufre de 2 ppm- 12 ppm de preferencia 6,6 ppm y un rango de concentración de oxígeno de 5 ppm - 12 ppm de preferencia 10,5 ppm.
5. - Proceso de producción de tubos para el consumidor final con mínima oxidación interior y exterior, por el cual es posible obtener tubos de diámetros menores al pre-tubo de inicio, todos realizados mediante el proceso de formación de pre-tubos en una colada continua vertical que optimiza el consumo de energía, las horas hombre, la productividad, la pérdida de material y la generación de contaminantes, CARACTERIZADO porque comprende las siguientes etapas: a) el pre-tubo obtenido del proceso de colada continua vertical, es preparado con el equipo punteador, se lubrica el pretubo internamente y se le inserta una bala de trefilación. Luego se le realiza una punta en el inicio del rollo de pretubo y se inserta en el devanador;
b) se pone en marcha el primer trefilador a una velocidad constante;
c) el tubo que sale de la primera trefiladora, pasa a través de un equipo de regulación de tensión en tándem; 17 •W/CL20130 0 0 0 0 0 7j
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d) el tubo que ya pasó por la primera trefiladora contenido por el equipo de regulación de tensión pasa a la segunda trefiladora también en tándem, donde se realiza una segunda reducción;
e) el material que sale del segundo trefilador se acumula en canastos en forma continua;
f) entrada del material acumulado y doblemente trefilado al horno de recocido con el fin de reordenar la microestructura del tubo final reduciendo la velocidad de oxidación para permitir ser trefilado;
g) el tubo es purgado interiormente con gas noble;
h) el tubo se limpia exteriormente;
i) el horno calienta el tubo mediante inducción;
j) el tubo pasa rápidamente a una cámara de enfriamiento;
k) el tubo final se enrolla en un canasto para su posterior dimensionamiento.
6.- Proceso de producción de acuerdo a la reivindicación 5, CARACTERIZADO, porque de la etapa j) se producen tubos de cobre DHP ("Desoxidado Alto
Fósforo") de medidas en el rango de 22,22 mm diámetro por 1 , 14 mm de espesor hasta 4,76 mm de diámetro por 0,30 mm de espesor, de preferencia un diámetro de 38 mm y un espesor de pared de 2,5 mm.
7 - Proceso de producción de acuerdo a la reivindicación 5, CARACTERIZADO porque la velocidad de entrada al proceso comprende una velocidad máxima de colada vertical continua de 1 m/min, flujo de agua de 50L/min y presión de agua de
8 bar.
8.- Proceso de producción de acuerdo a la reivindicación 5, CARACTERIZADO porque las trefiladoras que trabajan sincronizadas y en tándem, tienen como materia prima los pre-tubos producidos en la colada continua vertical, y se aplica una reducción en el primer rebaje en el rango de 30,25% a 38,38% de preferencia de 38,38% y en el segundo rebaje en el rango de 22,69% a 26,78% de preferencia de un 26,78%, logrando una reducción acumulada en el rango de
46,08% a 54,88% de preferencia del 54,88%.
9. - Proceso de producción de acuerdo coh la reivindicación 5, CARACTERIZADO porque las trefiladoras en los puntos c) y e) trabajan a una velocidad promedio de 35m/min y además poseen un sistema de enfriamiento en cada máquina.
10. - Proceso de producción de acuerdo con la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque se utiliza parafina como agente lubricante/refrigerante exterior.
11. - Proceso de producción de acuerdo con la reivindicación 5, CARACTERIZADO porque el horno de inducción, trabaja con el producto de las maquinas trefiladoras a una velocidad en el rango de 6m/min-40m/min, de preferencia de y con una potencia en el rango de 1200- 5000A, de preferencia.
12. - Proceso de producción de acuerdo con la reivindicación 11 , CARACTERIZADO porque el horno de inducción trabaja a una velocidad de 40 m/min con una potencia de preferencia 600 Kva.
13. - Proceso de producción de acuerdo con la reivindicación 1 1 , CARACTERIZADO porque el solvente utilizado en el punto h) es de preferencia aguarrás antes de entrar al horno y con cera protectora entre la zona de enfriamiento y la zona de enrollado.
14. - Proceso de producción de acuerdo con la reivindicación 5, CARACTERIZADO porque el gas noble utilizado desde el punto g) en adelante es de preferencia nitrógeno.
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