Graphite crystallizer and its surface quality as a factor affecting the copper continuous casting process

El cristalizador de grafito y su calidad superficial como factor que afecta al proceso de fundición continua de cobre

El cobre puro es uno de los mejores metales conductores entre los materiales conocidos, lo que lo convierte en la primera elección para alambres y microhilos. Sin embargo, antes de someterlo al trabajo del metal, el material se fabrica en las líneas de fundición continua. El estudio experimental realizado en condiciones de laboratorio demostró que la calidad de la superficie externa y, por tanto, la calidad del contacto con el sistema de refrigeración es responsable del empeoramiento o la mejora de la transferencia de calor y, por tanto, de la temperatura del propio cristalizador. El estudio realizado podría funcionar como una especie de guía para el proceso industrial.

INTRODUCCIÓN

La energía eléctrica es uno de los recursos del mundo actual cuyo consumo aumenta drásticamente cada año [1]. Su transmisión suele realizarse mediante hilos y cables de cobre o aluminio, cuyo origen suele estar en las líneas de colada continua. El cobre puro de grado ETP se suele laminar en caliente después de la estampación para darle la forma final de alambrón, mientras que el cobre libre de oxígeno se funde directamente en una varilla de fundición [2-6]. Los procesos de colada continua de cobre y aleaciones de cobre suelen llevarse a cabo con el uso de crisoles y cristalizadores de grafito, ya que no son mojables por el cobre, tienen propiedades autolubricantes y apenas se difunden en cada estructura, lo que garantiza una alta calidad de los materiales obtenidos [710]. La razón de esto es también una excelente conductividad térmica del grafito que es responsable de la transferencia de calor desde el metal cristalizante al sistema de refrigeración proporcionando una gran eficiencia del proceso. Por estos medios hace que el sistema de cristalización sea la parte más importante del horno de fundición [11-14]. Otros trabajos de investigación han demostrado que la potencia que recibe el cristalizador del material en solidificación viene determinada por la composición química, la temperatura del metal líquido, el tamaño de la colada, la alimentación y parada del proceso y por ello la temperatura del cristalizador durante el proceso [15,16]. Sin embargo, el impacto de la rugosidad de la superficie del cristalizador y la calidad del contacto con el sistema de refrigeración, así como su influencia en la distribución de la temperatura no se han discutido ampliamente de forma empírica, lo cual constituye el objeto de este trabajo.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

La investigación realizada se dividió en dos partes principales, simulaciones numéricas con el uso del método de los elementos finitos y verificación empírica de los resultados obtenidos en las condiciones reales de laboratorio.