Para una colada continua de aluminio óptima, la selección puntas de rueda y boquillas es el factor más crítico a la hora de controlar el calibre de la chapa, la calidad de la superficie y la microestructura. Alto rendimiento puntas de fibra cerámica (concretamente las variantes N17 y de alto contenido en silicio) son el estándar de la industria para la fundición de doble rodillo, ya que ofrecen un aislamiento térmico superior, propiedades antihumedad frente al aluminio fundido y resistencia al choque térmico. Los datos de ensayos industriales indican que el uso de puntas de fundición nanorreforzadas y mecanizadas con precisión puede reducir defectos superficiales como marcas onduladas y grietas en los bordes en hasta 30%, al tiempo que se prolonga la vida útil a más de 48 horas por juego. La clave para maximizar el rendimiento y la calidad reside en adaptar la rigidez de la punta y la conductividad térmica a su grado de aleación específico (por ejemplo, serie 1xxx frente a 5xxx) y mantener un estricto protocolo de precalentamiento de 260 °C para eliminar la humedad absorbida antes de la instalación.

1. El papel fundamental de las puntas de rueda en la fundición de doble rodillo

En el proceso de colada continua de doble cilindro (TRC), la punta de rueda (también conocido como boquilla o inyector) sirve de interfaz final entre el sistema de distribución de metal fundido y los rodillos refrigerados por agua. Su función principal no es simplemente suministrar metal, sino acondicionar el flujo, garantizando un frente de onda laminar y uniforme en toda la anchura de los rodillos de fundición.

Por qué es importante la precisión
Si la punta de fundición no mantiene la estabilidad dimensional, la separación (apertura) entre los labios de la punta variará. Una variación de incluso 0,1 mm puede provocar un enfriamiento desigual, dando lugar a “puntos calientes” o “cierres fríos”. La dirección ADtech brand se centra en resolver estos retos específicos de la dinámica de fluidos mediante el uso de materiales que resistan la erosión y mantengan la rigidez bajo la presión hidrostática del cabezal.

Funciones principales del conjunto de boquillas:

• Distribución del caudal: Convertir el flujo turbulento de la caja de cabecera en una corriente laminar.

• Mantenimiento de la temperatura: evitar la solidificación prematura antes del punto de nip utilizando materiales de baja conductividad térmica.

• Control de anchura: Determinación de la anchura de colada precisa mediante presas de borde ajustables y espaciadores.

2. Tipos de fundición de aluminio Consejos: Materiales y rendimiento

La elección del material de su boquilla determina la consistencia de su campaña de colada. Las dos categorías de materiales dominantes son Fibra cerámica y N17 (Silicato cálcico de alta densidad).

Puntas de fundición de fibra cerámica

Son la solución más común para la producción estándar de chapas de aluminio. Fabricadas mediante un proceso de conformado por vacío-succión, son ligeras y poseen excelentes propiedades aislantes. Puntas de fibra cerámica de ADtech suelen reforzarse con un revestimiento a escala nanométrica para evitar la deslaminación de las fibras, que provoca inclusiones en la lámina final.

• Lo mejor para: Aleaciones de las series 1xxx, 3xxx y 8xxx.

• Ventaja clave: Su excelente flexibilidad permite que la punta se comprima ligeramente bajo la fuerza del rodillo sin agrietarse, manteniendo un cierre hermético.

N17 y puntas rígidas duras

Para aplicaciones más exigentes, como las aleaciones de alto magnesio (serie 5xxx), se prefieren placas rígidas como la N17. Se mecanizan a partir de bloques de alta densidad en lugar de formarse al vacío.

• Lo mejor para: Fundición de alta velocidad y aleaciones más duras (por ejemplo, 5052, 5182).

• Ventaja clave: Resistencia superior a la erosión y al “arqueamiento” en grandes anchuras (hasta más de 2000 mm).

Comparación: Fibra cerámica frente a cartón rígido N17

3. Optimización del flujo: deflectores y espaciadores internos

Una boquilla de fundición rara vez es un simple tubo hueco. En su interior, contiene una sofisticada disposición de deflectores y separadores.

• Bafles: Estas estructuras internas interrumpen la energía cinética del aluminio fundido entrante. Al obligar al metal a recorrer una trayectoria “serpenteante”, los deflectores garantizan que la velocidad sea uniforme en el labio de salida. Sin deflectores, el centro de la chapa recibiría metal más rápido y caliente que los bordes, lo que provocaría segregación en el centro de la línea.

• Espaciadores: Estos bloques rígidos mantienen el hueco interno (apertura) de la punta de la tobera. Deben estar fabricados con materiales que no reaccionen con el aluminio, normalmente sílice fundida densa o cerámica de alta alúmina.

Consejo profesional para operadores:
Al colar chapas anchas (>1500mm), aumente el número de espaciadores internos para evitar que los labios de la boquilla se abomben hacia fuera debido a la presión metalostática. Un labio abombado hace que la chapa sea más gruesa en el centro, un defecto conocido como “corona”.”

4. Defectos comunes relacionados con las boquillas y solución de problemas

El mal estado de la boquilla es la causa principal de casi 40% de los defectos de fundición en TRC. Identificar el vínculo entre el defecto y el estado de la boquilla es esencial para solucionar rápidamente los problemas.

Tabla 2: Solución de problemas relacionados con los defectos de fundición de la boquilla

5. Especificaciones técnicas de las puntas de rueda ADtech

Para asegurarse de que selecciona el componente adecuado, consulte los parámetros técnicos que figuran a continuación. Estas normas cumplen los requisitos mundiales aeroespaciales y de embalaje de láminas.

6. Procedimiento de instalación y sustitución

Una instalación incorrecta es la principal causa de “roturas” (derrame de metal fundido). Siga este estricto protocolo para garantizar la seguridad y el rendimiento.

Paso 1: Preparación

Garantizar la carcasa de acero (el soporte metálico para la punta cerámica) esté limpio y libre de pegamento refractario viejo o salpicaduras de aluminio. Cualquier resto hará que la punta cerámica se asiente de forma irregular, creando puntos de tensión.

Paso 2: Precalentamiento (paso crucial)

Los materiales de fibra cerámica absorben de forma natural la humedad del aire. Si una punta fría y húmeda entra en contacto con aluminio fundido (aprox. 680 °C), el agua se convierte en vapor instantáneamente, lo que provoca que la punta explote o se agriete.

• Protocolo: Coloque las puntas nuevas en un horno de secado.

• Ciclo: Rampa hasta 200°C durante 2 horas, luego mantener a 260°C durante al menos 4 horas.

• Almacenamiento: Conservar en una caja seca a >100°C hasta el momento exacto de la instalación.

Paso 3: Montaje

Aplique una fina capa de sellador refractario (como la masilla de alta temperatura de ADtech) entre la punta y la caja del cabezal. Apriete las abrazaderas uniformemente-no apriete demasiado, ya que esto puede fracturar la placa cerámica antes de que comience la fundición.

Paso 4: Revestimiento de la superficie

Aplique una capa de Nitruro de boro (BN) spray a los labios de la boquilla. Este agente no humectante evita que el aluminio se pegue a la cerámica y garantiza un desencofrado suave.

7. Estudio de caso: Optimización de la fundición de la aleación 5052 en Henan (2024)

Ubicación: Provincia de Henan, China (centro de la industria del aluminio)
Date: Marzo de 2024
Cliente: Tren de laminación de aluminio de tamaño medio especializado en escudos térmicos para automóviles.

El problema:
El cliente producía Aleación de aluminio 5052 (un grado alto de magnesio) utilizando puntas de fundición estándar formadas al vacío. Experimentaban frecuentes “marcas de arrastre” y desgarros en la superficie de la banda. En consecuencia, tenían que detener la línea de fundición cada 12 ó 14 horas para sustituir la boquilla, lo que perjudicaba considerablemente su OEE (Overall Equipment Effectiveness). Las puntas blandas se erosionaban con demasiada rapidez bajo el flujo de la aleación abrasiva rica en magnesio.

La solución:
Los ingenieros de ADtech recomendaron cambiar a un Boquilla de placa rígida endurecida estilo N17 con un diseño específico de deflectores internos optimizado para un alto flujo de magnesio.

• Cambio material: Sustitución de la fibra cerámica estándar por silicato cálcico reforzado con grafito de alta densidad (equivalente a N17).

• Cambio de diseño: Implementación de un diseño de deflector de “3 cámaras” para reducir las turbulencias en el labio de salida.

Los resultados:

1. Vida útil prolongada: La duración de la campaña de casting pasó de De 14 a 72 horas funcionamiento continuo.

2. Reducción de defectos: Prácticamente se eliminaron las marcas de arrastre superficiales, lo que redujo la tasa de desechos en un 18%.

3. Ahorro de costes: Aunque las puntas rígidas N17 costaron inicialmente 25% más, la reducción de los tiempos de inactividad y de las piezas desechadas se tradujo en un ahorro neto de $45.000 USD durante el primer trimestre de 2024.

Sistemas de blanqueo y distribución

La punta del lanzador es sólo el extremo de la línea. La calidad del metal que entra en la punta depende de la lava (canales) y cajas de filtración. Si el forro desprende partículas, éstas obstruirán los deflectores de la punta del lanzador, arruinando el lance. Utilice siempre puntas de alta calidad con revestimientos de sílice fundida.

Revestimientos de nitruro de boro

A menudo buscado como “desmoldeante para fundición”, el nitruro de boro es el mejor amigo de una punta de fundición. Actúa como lubricante a altas temperaturas. A diferencia del grafito, que puede quemarse o contaminar la masa fundida con carbono, el BN permanece estable e inerte.

Consejos de fundición de doble rodillo frente a fundición de banda

Este artículo se centra en la fundición de doble cilindro (TRC), Ruedas de correa (como Hazelett) también utilizan boquillas de inyección. Sin embargo, las boquillas de fundición de cinta funcionan en condiciones térmicas diferentes y suelen ser mucho más anchas y estar sometidas a menos fuerza de compresión que las puntas TRC.

8. Preguntas más frecuentes (FAQ)

P1: ¿Cuál es la principal diferencia entre las puntas de rueda “duras” y “blandas”?
R: Las puntas “duras” se fabrican con placas rígidas de alta densidad (como N17) y se mecanizan. Se utilizan para fundición a alta velocidad y aleaciones abrasivas. Las puntas “blandas” se fabrican al vacío a partir de fibra cerámica. Son comprimibles, más baratas y se utilizan para la fundición general de aleaciones más blandas.

P2: ¿Por qué a veces explotan las puntas de los lanzadores durante el arranque?
R: La causa casi siempre es la humedad atrapada. Si la punta no se precalienta al menos a 250 °C para evaporar el agua absorbida, la rápida expansión del vapor al entrar en contacto con el aluminio fundido provoca la rotura de la cerámica.

P3: ¿Con qué frecuencia debo sustituir las puntas de las ruedas?
R: Depende de la aleación y de la duración de la campaña. Para las láminas estándar, las puntas se cambian después de cada campaña (normalmente entre 24 y 48 horas). En general, no se recomienda reutilizar las puntas, ya que la superficie se degrada y se producen defectos.

P4: ¿Puedo utilizar la misma boquilla para las aleaciones de las series 1xxx y 5xxx?
R: Técnicamente sí, pero no es lo óptimo. Las aleaciones 1xxx (aluminio puro) son blandas y fluyen con facilidad. Las aleaciones 5xxx (aditivos de Mg) son propensas a la oxidación y a los lodos. Para las 5xxx, se necesita una punta más densa y lisa recubierta generosamente con nitruro de boro para evitar que se atasquen.

P5: ¿Cuál es el mejor revestimiento para las puntas de las ruedas?
R: El nitruro de boro (BN) es el estándar del sector. Ofrece excelentes propiedades antihumectantes y de lubricación.

P6: ¿Qué causa las “orejas” o “crestas” en la banda de colada?
R: La causa suele ser una velocidad de flujo desigual a la salida de la boquilla. Si los deflectores internos están dañados o mal diseñados, el metal fluye más rápido en determinadas zonas, creando crestas (orejas) en la banda.

P7: ¿Cómo garantiza ADtech la calidad de sus puntas de fundición?
R: ADtech utiliza tecnología de nanocompuestos para reforzar la estructura de las fibras, lo que garantiza la ausencia total de deslaminación. También realizamos inspecciones con rayos X en placas de alta densidad para garantizar que no existan vacíos internos.

P8: ¿Cuál es la anchura máxima de una punta de rueda?
R: Se pueden fabricar puntas de hasta 2200 mm de anchura. Sin embargo, en el caso de las ruedas extremadamente anchas, a veces se utilizan puntas segmentadas para controlar la dilatación térmica.

P9: ¿Cómo evito que la boquilla se bloquee durante la fundición?
R: Asegúrese de que la filtración previa (CFF o filtro de lecho profundo) funciona correctamente para eliminar las inclusiones. Además, mantenga una temperatura y un nivel constantes en el cabezal para evitar que entren óxidos en la boquilla.

Q10: ¿Por qué es importante la conductividad térmica del material de la punta?
R: La baja conductividad térmica es esencial para evitar que el aluminio se congele dentro de la punta (solidificación prematura). La punta actúa como aislante, manteniendo el metal líquido hasta que llega a los rodillos de fundición.

9. Conclusiones y recomendaciones

El humilde punta de rueda es un componente de alta tecnología que dicta la rentabilidad de una línea de fundición de aluminio. Ya se trate de producir láminas ultrafinas o robustas planchas para automóviles, la interacción entre el material de la boquilla y la aleación fundida es el factor determinante de la calidad.

Para los trenes de laminación modernos, la actualización a puntas de fibra cerámica nanorreforzada o placas N17 mecanizadas con precisión es uno de los métodos más rentables para mejorar el rendimiento. Siguiendo los protocolos de mantenimiento e instalación descritos anteriormente -especialmente el riguroso régimen de precalentamiento-, los operarios pueden eliminar los defectos comunes y lograr resultados de fundición uniformes y de primera clase.

ADtech sigue comprometida con el avance de la metalurgia de los consumibles, proporcionando puntas de fundición que no sólo resisten el calor, sino que también ofrecen la precisión necesaria para el mercado actual del aluminio de alto rendimiento.