ES2203537T3 - Plato de valvula resistente contra las grietas, para una valvula corredera de compuerta y corredera de compuerta. - Google Patents

Abstract

Un plato o placa refractario (1) para una válvula corredera de compuerta, circunscrito por un rectángulo R alargado que tiene dos lados paralelos a la dirección de su alargamiento y que tiene un orificio de vertido (3) colocado de manera excéntrica en la mitad entre los lados paralelos del rectángulo R y circunscrito por un círculo C de centro (4), quedando dividido el rectángulo R en cuatro cuadrantes por dos líneas perpendiculares (5, 6) que entran en intersección en el centro (4) del círculo C, una (6) de estas líneas (5, 6) extendiéndose en la mitad entre los lados paralelos del rectángulo R, cada cuadrante teniendo diagonales de intersección D1, D2, y D3, D4 y D5, D6 y D7, D8 respectivamente, en la cual los ángulos (7-10) del rectángulo R están cortados y reemplazados por bordes inclinados (15-18) y la dirección de al menos una porción de estos bordes (15, 16) que están más lejos del orificio de vertido (3) se desvía a un máximo de 5° de la dirección de la diagonal que no hace intersección con el ángulo respectivo, caracterizado porque la dirección de al menos una porción de los bordes (17, 18) más próximos al orificio de vertido (3) se desvían un máximo de 5° de una de las siguientes direcciones: (i) la dirección perpendicular a la diagonal que hace intersección al ángulo respectivo; (ii) la dirección de la otra diagonal del cuadrante respectivo; (iii) una dirección intermedia entre las direcciones (i) y (ii).

Description

Plato de válvula resistente contra las grietas, para una válvula corredera de compuerta y corredera de compuerta.

Se refiere esta invención en general a platos de válvula para uso en válvulas correderas de compuerta para regular un flujo de metal fundido, y corresponde específicamente a un plato de válvula resistente contra la producción de grietas causadas por las cargas o tensiones termomecánicas.

Se utilizan comúnmente las válvulas correderas de compuerta para regular un flujo de metal fundido en la producción de acero y en otros procesos metalúrgicos. Tales válvulas comprenden en general un bastidor de soporte, un plato de válvula superior fijo dotado de un orificio que coincide con un embudo o tobera de colada, para conducir un flujo de metal fundido, y una placa reguladora dotada igualmente de un orificio conductor del metal que es móvil en disposición deslizante bajo el plato de válvula fijo. En las válvulas correderas de compuerta utilizadas en conjunción con moldes de vaciado continuo, se dispone un plato de válvula fijo inferior por debajo de la placa reguladora móvil, que igualmente presenta un orificio para la conducción del flujo, sustancialmente alineado con el orificio del plato fijo superior. El régimen de flujo del metal fundido depende del grado de superposición del orificio de la placa reguladora móvil en deslizamiento respecto al orificio del plato fijo superior. La placa reguladora móvil es usualmente más larga que las placas reguladoras fijas con el fin de presentar la capacidad de regular el flujo de metal fundido desde los bordes delantero y posterior de su propio orificio, así como la capacidad de cerrar el flujo totalmente al situar su orificio por completo fuera de toda superposición con los orificios del plato fijo. Típicamente, la placa reguladora se manipula en deslizamiento entre los platos fijos por medio de un sistema hidráulico.

La placa reguladora y el plato fijo están montados respectivamente en un endentado inferior y un endentado superior, descansando cada uno de estos platos o placas en un endentado a través de una superficie que se convierte en su superficie de soporte y coopera con la otra placa mediante una superficie que se convierte en su superficie activa o deslizante.

Tanto la placa reguladora como las placas o platos fijos de tales válvulas correderas de compuerta están hechos con materiales refractarios resistentes al calor y a la erosión, tales como óxido de aluminio, alúmina-carbono, óxido de circonio. No obstante, a pesar de la resistencia al calor y a la erosión de tales materiales refractarios, las fuertes cargas termomecánicas a las que están sometidos acaban por causar cierto grado de posibilidad de agrietamiento. Así por ejemplo, en la producción de acero, cada plato de válvula es sometido a temperaturas de aproximadamente 1600ºC en la superficie que circunda inmediatamente su orificio conductor del flujo, mientras que sus bordes exteriores sólo experimentan la temperatura ambiental. El amplio gradiente térmico resultante crea altos grados de carga termomecánica, ya que la superficie de cada plato que rodea inmediatamente su orificio se expande en un grado notablemente superior al del resto del plato. Estas cargas son origen de la formación de grietas que irradian hacia fuera desde el orificio del mismo. Si no se hace nada por contener la extensión de tales grietas, pueden llegar hasta los bordes exteriores del plato o placa, que se romperá.

Para impedir la extensión de dichas grietas y la consiguiente rotura de los platos de válvula, se han desarrollado diversas soluciones en la técnica anterior. En un primer intento, se han concebido mejores mecanismos de sujeción. El propósito de tales mecanismos es el de aplicar una presión suficiente alrededor del perímetro del plato, para que las grietas emanadas desde el orificio no se extiendan hasta los bordes del plato. Uno de tales mecanismos comprende un bastidor con cuñas reguladas por tornillo, que ajustan con los ángulos del plato que han sido truncados en un ángulo complementario al ángulo de las cuñas. Tal sistema aparece descrito en el documento DE-C2-3,522,134. Si bien tal bastidor y mecanismos de sujeción por cuñas constituyen un avance, los inventores han comprobado la existencia de ciertos inconvenientes en este diseño que impiden que logre su pleno potencial de retraso de producción de grietas. En general, las fuerzas de sujeción no se establecen uniformemente donde se produce el grado máximo de la producción de grietas, es decir, a proximidad del orificio, donde se encuentra presente el grado mayor de tensiones termomecanicas. Además, los solicitantes han observado que, en general, la orientación angular de las esquinas truncadas en tales platos no impiden de modo óptimo la extensión de las grietas, como se pensó primeramente. Estos resultados nada óptimos proceden del hecho de que la formación de las grietas no se distribuye uniformemente en 360º alrededor del orificio, sino que se extiende a lo largo de la línea de centro longitudinal de todos los platos de válvula, tanto fijos como móviles. Tal distribución asimétrica de las grietas en torno a los orificios del plato o placa parece ser el resultado de la acción deslizante longitudinal de la placa reguladora a través de las caras de los platos fijos.

El documento USP 5,626,164 describe un plato de válvula resistente a la formación de grietas, estando diseñada la forma de tal plato de modo que impide la formación y la extensión de las grietas. Este plato tiene un eje y un orificio conductor del metal fundido situado a lo largo de dicho eje, y unos ángulos truncados para remitir una fuerza de fijación hacia el citado eje a proximidad de dicho orificio, siendo cada uno de dichos ángulos truncados ortogonal a una línea que se extiende entre un punto tangente a dicho orificio, a través de dicho eje, y a través de una intersección de líneas trazadas paralelamente para converger en los bordes del plato que están espaciados de dichos bordes en una distancia igual a la mitad de la anchura del indicado orificio.

En el documento WO-A1-98/05451, se describe una variante de esta solución, en la cual los ángulos entre las caras laterales del plato se definen como prolongadores de la vida útil del plato.

Aunque la solución del documento USP 5,626,164 constituye ya un avance marcadamente evidente sobre la solución anterior conocida, los solicitantes han tratado de hacer todavía más adecuada la configuración del plato. Evidentemente, se hace necesario un plato de válvula cuya forma concentre óptimamente las fuerzas de fijación en las zonas más propensas a la formación de grietas en el plato, para retrasar en un grado máximo la longitud de cualquiera de tales grietas. Idealmente, los ángulos deberán presentar una longitud suficiente para evitar la producción de cargas o tensiones mecánicas indeseables localizadas en los ángulos.

La figura 2 del documento DE-A1-195 312 353 describe un plato de válvula de corredera de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Los bordes que están más cercanos al agujero de vertido están ligeramente inclinados con respecto a la dirección de alargamiento del rectángulo. Se ha determinado que con dicha orientación de los bordes, se desarrollarán altas fuerzas de tensión alrededor del orificio de vertido y podría resultar, en uso, en grietas que irradian desde el orificio hacia los lados de la placa paralelos ala dirección de alargamiento del rectángulo.

En términos generales, diremos que la invención consiste en un ensamble de plato de válvula resistente a la formación de grietas, para uso en una válvula corredera de compuerta que supere o que por lo menos mejore todos los inconvenientes asociados a la técnica anterior o que por lo menos iguale el rendimiento del plato descrito en el documento USP 5,626,164.

La invención se define en las reivindicaciones 1 y 7; características opcionales se mencionan en reivindicaciones independientes. Se refiere pues la invención a un plato o placa refractario para una válvula corredera de compuerta que puede quedar circunscrito por un rectángulo R de dos lados paralelos a la dirección de su alargamiento. El rectángulo R tiene un eje longitudinal definido como su eje de simetría mayor y que coincidirá con la trayectoria preferente de deslizamiento del plato. Debe quedar, sin embargo, claramente entendido que este concepto de trayectoria de deslizamiento preferente es una característica intrínseca del plato según la invención y que este plato puede deslizarse en una válvula de compuerta en una dirección que no sea la óptima o la preferente.

La placa tiene un orificio -el orificio de vertido- para conducir metal fundido. Con más frecuencia el orificio es circular, más en general, está circunscrito por un círculo C de un diámetro \varphi. El orificio está colocado de manera concéntrica en la mitad entre los lados paralelos del rectángulo R.

A fines de construcción, el rectángulo R se divide en cuatro cuadrantes por medio de dos líneas perpendiculares en intersección en el centro del círculo C, una de estas líneas extendiéndose en la mitad entre los lados paralelos del rectángulo R. Cada cuadrante tiene diagonales en intersección: las diagonales D1, D3, D5, D7 que unen el centro del círculo C con los ángulos del rectángulo R y diagonales D2, D4, D6 y D8 que unen las intersecciones adyacentes de las líneas perpendiculares en intersección en el centro del círculo C a los lados del rectángulo R.

El orificio de vertido está desviado a lo largo del eje longitudinal, de manera que puede efectuarse la estrangulación reguladora sobre un área más grande. El orificio de vertido también puede estar ligeramente desviado a lo largo de un eje perpendicular al eje longitudinal.

El plato tiene bordes orientados angularmente - con arreglo a las esquinas truncadas del rectángulo R - para dirigir las fuerzas de sujeción hacia la proximidad del orificio y en dirección a la zona de estrangulación reguladora para impedir la formación y desarrollo de grietas en ella.

Según la invención, por lo menos una parte de los bordes pueden definirse como sigue:

- los bordes más alejados del orificio de vertido (y por tanto más próximos a la zona de estrangulación) se desvían un máximo de 5º de la dirección de las diagonales que no atraviesan el ángulo respectivo y

- los bordes más próximos al orificio de vertido (y por tanto más alejados de la zona de estrangulación) se desvían un máximo de 5º de una de las siguientes direcciones:

(i)

- la dirección perpendicular a la diagonal que cruza el ángulo respectivo;

(ii)

- la dirección de la otra diagonal del cuadrante respectivo;

(iii)

- una dirección intermedia entre las direcciones (i) y (ii).

Los solicitantes han determinado, de hecho, que tal configuración del plato remite la fuerza de fijación hacia dos diferentes superficies del plato. Por una parte, se mantiene bajo compresión la zona de estrangulación reguladora, impidiendo con ello la aparición de grietas en esa zona, y por otra parte, se mantiene en compresión el perímetro del orificio de vertido, impidiéndose con ello la extensión de grietas irradiadas desde el orificio de vertido.

Los solicitantes han observado que el plato conforme al nuevo diseño es extremadamente ventajoso. En primer lugar, se observan muchas menos grietas. En segundo lugar, aunque se produzcan las mismas, estas grietas no se expanden hacia los bordes del plato, por lo cual queda marcadamente reducida la entrada de aire. Y en tercer lugar, cuando se utiliza el plato según la invención en combinación con un dispositivo de fijación apropiado, las grietas, si es que se producen, solamente lo harán dentro de una zona aceptable. Es decir, no tendrán lugar en la superficie correspondiente a la estrangulación reguladora, ni directamente en la zona situada entre el orificio de vertido y los bordes más próximos.

El plato puede ser simétrico respecto a su eje longitudinal, pero en su forma preferente de ejecución, no será simétrico respecto al eje longitudinal.

Gracias a esta asimetría, el plato puede montarse solamente en una posición en el endentado superior y en una posición en el endentado inferior, de modo que la superficie de soporte del plato se convertirá en su superficie de deslizamiento o superficie activa cuando el plato pase de una posición a otra en caso de que sea deseable reciclar platos.

El plato puede presentar solamente cuatro bordes tal como quedan arriba definidos, pero con el fin de evitar ángulos marcados, puede poseer más bordes. En tal caso, los bordes suplementarios podrán ser (o no) paralelos y/o perpendiculares al eje longitudinal.

Debe quedar entendido que según la presente invención, no es indispensable que el plato sea poligonal. Por el contrario, en el caso de utilizarse una banda de sujeción alrededor del plato, tal banda de sujeción podrá aplicar cargas mecánicas localizadas - que podrán dar origen a grietas - sobre el vértice definido por los bordes adyacentes. En consecuencia, será ventajoso que las esquinas sean redondeadas.

En la forma preferida de ejecución, solamente una parte de los bordes satisface la citada definición.

Más preferentemente, el resto de los bordes estará formado por curvas que unan dichas porciones de borde y mejor el radio de transición de dichos bordes.

Breve descripción de las figuras

Las figuras 1 y 2 son vistas superiores en planta de platos según la invención.

Descripción detallada de la forma preferida de ejecución

Con referencia ahora a la figura 1, en la cual los mismos números designan los mismos componentes en las distintas figuras, la invención se refiere a un plato o placa de válvula 1 para uso en una válvula corredera de compuerta del tipo utilizado para regular un flujo de acero u otro metal fundido desde un embudo hasta un molde o desde un caldero de colada hasta un embudo.

El plato 1 presenta un orificio 3 destinado al vertido de la corriente de metal fundido. Este orificio de vertido 3 queda circunscrito por un circulo C de centro 4. La figura 1 representa un plato con un orificio de vertido no circular y la figura 2 muestra un plato con un orificio de vertido 3 correspondiente al círculo C. El rectángulo R es visible en las figuras 1 y 2. El rectángulo R circunscribe el plato 1 y tiene sus lados mayores paralelos a la trayectoria de deslizamiento del plato en la válvula corredera de compuerta. A fines de construcción, es necesario trazar dos líneas perpendiculares 5 y 6 que atravesarán el centro 4 del círculo C y serán paralelas a los lados menores y mayores del rectángulo R. Estas líneas definen así cuatro cuadrantes del rectángulo R. Cada cuadrante tiene unas diagonales en intersección D1, D3, D5 y D7 que comunican el centro 4 del círculo C con los cuatro ángulos (7, 8, 9, 10) del rectángulo R y D2, D4, D6 y D8 que unen las intersecciones adyacentes (11, 12, 13, 14) de las líneas 5 y 6 con los lados del rectángulo R.

Según la invención, los bordes del plato especialmente destinados a dirigir las fuerzas de fijación dentro de la zona de regulación por estrangulación, es decir, los bordes 15 y 16 que son los más alejados del orificio de vertido 3, y por tanto los más próximos a dicha zona, presentan por lo menos una porción (contra la cual se aplica la fuerza de fijación) que es paralela a la diagonal D2 o D4 del cuadrante que contiene dicho borde.

En las figuras 1 y 2, por lo menos una porción del borde 15 es paralela a la diagonal D2 y por lo menos una porción del borde 16 es paralela a la diagonal D4. En la figura 1, la totalidad de los bordes 15 y 16 es paralela a las diagonales D2 y D4, mientras que en la figura 2, solamente una porción de los bordes 15 y 16 es paralela a las diagonales D2 y D4.

Los bordes del plato destinados específicamente a dirigir las fuerzas de fijación alrededor del orificio de vertido 3, es decir, los bordes 17 y 18 más próximos al orificio de vertido 3 pueden configurarse perpendiculares a las diagonales D5 o D7 del cuadrante que contiene dicho borde o, dicho en otras palabras, paralelos a una dirección 19 ó 20 definida como una perpendicular a las diagonales D5 o D7. Esta forma de ejecución aparece representada en ambos bordes 17 y 18 en la figura 2, siendo respectivamente perpendiculares a las diagonales D5 o D7.

Como alternativa, estos bordes 17 y 18 pueden estar configurados de modo que sean paralelos a las diagonales D6 o D8 del cuadrante que los contiene, según aparece ilustrado en los bordes 17 y 18 de la figura 1 que están paralelos a las diagonales D6 o D8.

En otra variante, se pueden orientar los bordes 17 y 18 en una dirección comprendida entre las dos direcciones arriba definidas.

Los bordes 15, 16, 17 y 18 pueden estar en contacto entre sí, definiendo así un plato tetragonal 1, definido por las diagonales de junta D2, D4, D6 y D8. Obviamente, para evitar cargas mecánicas, se prefiere evitar estos ángulos en punta. Por consiguiente, de preferencia, los bordes 15, 16, 17 y 18 no entran directamente en contacto. Pueden estar separados por líneas rectas, de preferencia paralelas a los lados del rectángulo, tal como aparece ilustrado en la figura 1.

Incluso mejor, quedarán separados por curvas de transición.

En la figura 2, los bordes 15 y 16 y los bordes 17 y 18 quedan unidos por radios de transición 21 y 22.

Según la invención, el parámetro esencial es la orientación de los bordes 15, 16, 17 y 18, que determinarán la forma en que conduzcan las fuerzas de fijación para evitar las grietas. Su posición con respecto al orificio de vertido 3, es decir, la posición de los bordes 15, 16, 17 y 18 a lo largo de las respectivas diagonales D1, D3, D5 y D7 es menos importante en este criterio. Sin embargo, es preferible que los bordes 15, 16, 17 y 18 no sean demasiado largos, para evitar las tensiones mecánicas debidas a los ángulos en punta, ni demasiado cortos para conducir eficazmente las fuerzas de fijación donde sea necesario.

Así pues, los bordes más próximos a la zona de estrangulación regulada, es decir, los bordes 15 y 16 (o sus proyecciones) cortarán preferentemente el lado menor del rectángulo R en una zona comprendida respectivamente entre 1/8 y 3/8 y entre 5/8 y 7/8 de la longitud del lado menor del rectángulo R.

Esta condición es menos importante en el otro lado del plato (es decir, en el lado en el que los bordes se encuentran más próximos al orificio de vertido), de modo que los bordes 17 y 18 (o su proyección) deberán preferiblemente cortar el lado menor del rectángulo R en una zona comprendida entre 1/10 y 9/10 de la longitud del lado menor del rectángulo R.

Para determinar si se ha diseñado un plato o no conforme a la invención, es necesario establecer el rectángulo R que circunscriba al plato. Si el plato no es regular - lo cual es el caso generalmente - habrá una infinidad de rectángulos que circunscriban dicho plato. En cambio, sólo habrá un rectángulo R que circunscriba el plato y presente bordes paralelos a la trayectoria preferente del plato. La trayectoria preferente del plato puede hallarse fácilmente. De hecho, según la norma de construcción del plato arriba definida, es sabido que, en el lado más alejado del orificio de vertido, por lo menos una porción de los bordes 15, 16 del plato 1 debe ser paralela a la diagonal D2 o D4 de un cuadrante del rectángulo R.

En consecuencia, si estas porciones de borde se prolongan hasta que se crucen, se definirá un sector con un vértice que será la intersección de los bordes prolongados 15 y 16. Este sector es similar al sector definido por las diagonales D2 y D4 y su vértice 11.

Por otra parte, hay por lo menos un par (aunque con frecuencia una infinidad) de líneas paralelas (E1, E2), comprendiendo una de ellas (E1) el centro 4 del circulo C que circunscribe el orificio de vertido 3, siendo la otra (E2) tangente a un borde del plato alejado del orificio de vertido 3. Para cada par de líneas paralelas (E1, E2), hay solamente una línea (E3) que es perpendicular a ambas líneas paralelas E1 y E2 y que comprende el centro 4 del círculo C que circunscribe el orificio de vertido 3.

Finalmente, sólo una de estas combinaciones de líneas (E1, E2, E3) tales como E1 y E3 que coincida con las líneas perpendiculares 5 y 6 utilizadas en la construcción del plato. En consecuencia, si el vértice del sector arriba definido se sitúa (por traslación) en la intersección de las líneas perpendiculares E2 y E3, sólo habrá una orientación posible de estas líneas (E2 y E3), de modo que las líneas que generan el sector definido anteriormente coincidirán con las diagonales D2 y D4, coincidiendo la intersección de las líneas E2 y E3 con el vértice 11. Conforme a la norma de construcción, las intersecciones de las diagonales D2 y D4 con la línea E1 (que coincide así con la línea 5) se encontrarán en el borde del plato o fuera del mismo, pero nunca dentro del plato. Una vez establecida esta orientación, será fácil dibujar el rectángulo R de lados paralelos a las líneas 5 y 6 (o E1 y E2).

Claims (7)

1. Un plato o placa refractario (1) para una válvula corredera de compuerta, circunscrito por un rectángulo R alargado que tiene dos lados paralelos a la dirección de su alargamiento y que tiene un orificio de vertido (3) colocado de manera excéntrica en la mitad entre los lados paralelos del rectángulo R y circunscrito por un círculo C de centro (4), quedando dividido el rectángulo R en cuatro cuadrantes por dos líneas perpendiculares (5, 6) que entran en intersección en el centro (4) del círculo C, una (6) de estas líneas (5, 6) extendiéndose en la mitad entre los lados paralelos del rectángulo R, cada cuadrante teniendo diagonales de intersección D1, D2, y D3, D4 y D5, D6 y D7, D8 respectivamente, en la cual los ángulos (7-10) del rectángulo R están cortados y reemplazados por bordes inclinados (15-18) y la dirección de al menos una porción de estos bordes (15, 16) que están más lejos del orificio de vertido (3) se desvía a un máximo de 5º de la dirección de la diagonal que no hace intersección con el ángulo respectivo, caracterizado porque la dirección de al menos una porción de los bordes (17, 18) más próximos al orificio de vertido (3) se desvían un máximo de 5º de una de las siguientes direcciones: (i) - la dirección perpendicular a la diagonal que hace intersección al ángulo respectivo; (ii) - la dirección de la otra diagonal del cuadrante respectivo; (iii) - una dirección intermedia entre las direcciones (i) y (ii).

2. El plato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque los bordes 15 y 16 o sus proyecciones hacen intersección con el lado corto del rectángulo R en regiones comprendidas respectivamente entre 1/8 y 3/8 y entre 5/8 y 7/8 de la longitud de dicho lado corto del rectángulo R.

3. El plato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado además porque los bordes 17 y 18 o sus proyecciones entran en intersección con el lado menor del rectángulo R en zonas comprendidas entre 1/10 y 9/10 de la longitud de dicho lado menor del rectángulo R.

4. El plato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 3, caracterizado además porque los bordes 15 y 16 quedan unidos por curvas de transición, de preferencia por radios de transición.

5. El plato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 4, caracterizado además porque los bordes 17 y 18 quedan unidos por curvas de transición, de preferencia por radios de transición.

6. El plato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el plato no está simétrico con respecto a la parte media entre lados paralelos del rectángulo R.

7. Una válvula de compuerta de corredera que comprende un plato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.