ES2211793T3 - Tratamiento a vacio de metal fundido con agitacion simultanea por inyeccion de helio. - Google Patents
Tratamiento a vacio de metal fundido con agitacion simultanea por inyeccion de helio.Info
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Abstract
Procedimiento de tratamiento a vacío de un metal fundido en forma líquida que comprende las etapas que consisten en: - introducir el metal fundido en forma líquida en una cuchara metalúrgica llenando dicha cuchara hasta alcanzar una altura de seguridad comprendida entre 0, 4 y 0, 6 m. - tratar el metal a la vez que pone la atmósfera por encima de dicha bolsa a vacío y procediendo simultáneamente a una agitación del metal fundido por inyección de helio en el fondo de dicha cuchara durante una parte o la totalidad del tratamiento.
Description
Tratamiento a vacío de metal fundido con
agitación simultánea por inyección de helio.
La invención se refiere a un procedimiento para
el tratamiento a vacío de un metal fundido en forma líquida, tal
como el acero por ejemplo.
A la salida del convertidor, el acero
efervescente debe generalmente ser sometido a diversas operaciones
metalúrgicas complementarias que se efectúan en una cuchara equipada
con una instalación a vacío. Estas operaciones consisten
generalmente en una
desoxidación del metal líquido y a continuación en su acondicionamiento y puesta en temperatura antes de la solidificación de este metal en colada continua o en lingotera. Para ciertas aplicaciones que requieren bajos contenidos de gas disuelto (hidrógeno y nitrógeno) y/o de carbono, se procede a un tratamiento llamado de desgasificación cuya eficacia se mejora en gran medida por la puesta a vacío de la atmósfera en contacto con el metal líquido.
desoxidación del metal líquido y a continuación en su acondicionamiento y puesta en temperatura antes de la solidificación de este metal en colada continua o en lingotera. Para ciertas aplicaciones que requieren bajos contenidos de gas disuelto (hidrógeno y nitrógeno) y/o de carbono, se procede a un tratamiento llamado de desgasificación cuya eficacia se mejora en gran medida por la puesta a vacío de la atmósfera en contacto con el metal líquido.
Para el tratamiento de descarburación por
ejemplo, cuando se cumplen las condiciones adecuadas de composición
del acero y de presión por encima del baño, se produce la
descarburación del acero por la combinación del oxígeno con el
carbono disuelto en el metal para formar monóxido de carbono
gaseoso. Esta descarburación está asistida por una agitación del
metal líquido efectuada por ejemplo, por la inyección de un gas
neutro, el más frecuente es el argón, en el acero líquido desde el
fondo de la cuchara.
Una agitación eficaz es indispensable para una
buena realización de la descarburación, así como de la
desgasificación, y que el vacío creado por encima del baño no afecte
más que a una pequeña capa de acero en la parte superior del baño.
Por lo tanto es esencial alimentar permanentemente esta zona de
reacción con acero situado por debajo para garantizar los resultados
globales deseados. Ocurre lo mismo con los tratamientos de
deshidrogenación o de desnitruración.
De manera general, la agitación del acero líquido
crea sin embargo, una agitación de la superficie del acero cubierto
por la escoria. Esta agitación, todavía exacerbada cuando la cuchara
se pone a vacío, puede provocar proyecciones de acero líquido y de
escoria sobre las paredes de la cuchara, de la tapa o de la cuba en
la que se coloca la cuchara a tratar. Para limitar tales
proyecciones y evitar que el metal líquido y la escoria sobrenadante
se desborden, el operador debe mantener una distancia de seguridad
entre la superficie del acero líquido en reposo y el reborde
superior de la cuchara, distancia llamada altura de seguridad. El
respeto de esta altura de seguridad impone por consiguiente limitar
el llenado de la cuchara metálica con un valor inferior a su valor
nominal.
Si no se hiciese así, el operador se vería
obligado a limitar el caudal de agitación, e incluso suprimir esta
agitación para limitar la agitación en superficie, lo que puede
conducir directamente a un cambio de categoría del acero
obtenido.
De este modo, la invención tiene como objetivo
proponer un procedimiento que permita tratar en cuchara a vacío
mayores cantidades de metal líquido, a la vez que garantizar el
correcto desarrollo de este tratamiento
Con este propósito, la invención tiene como
objeto un procedimiento de tratamiento a vacío de un metal fundido
en forma líquida que comprende las etapas que consisten en:
- -
- introducir el metal fundido en forma líquida en una cuchara metalúrgica llenando dicha cuchara hasta alcanzar una altura de seguridad comprendida entre 0,4 y 0,6 m.
- -
- tratar el metal a la vez que se pone la atmósfera por encima de dicha cuchara a vacío y que se procede simultáneamente a una agitación del metal fundido por inyección de helio en el fondo de dicha cuchara durante una parte o la totalidad del tratamiento.
- La invención puede además, presentar las siguientes características:
- -
- el tratamiento es un tratamiento de descarburación que se aplica al acero,
- -
- el metal tratado es acero que presenta un contenido de carbono inferior a 60 ppm después de haber sido descarburado,
- -
- el tratamiento es un tratamiento de deshidrogenación que se aplica al acero,
- -
- el tratamiento es un tratamiento de desnitrutración que se aplica al acero,
- -
- el caudal de helio inyectado es superior o igual a 1,875 Nl/min, para 1 tonelada de metal fundido,
- -
- la inyección de helio se efectúa a través de la pared de la cuchara que está provista con inyectores de gas implantados por debajo del nivel del metal líquido,
- -
- la inyección de helio se efectúa a través del fondo de la cuchara que está provista con inyectores de gas en su fondo.
Como se habrá entendido, la invención consiste en
acoplar la utilización del helio como gas de agitación con el
establecimiento de una altura de seguridad inferior a las prácticas
habituales.
Los presentes inventores han constatado
efectivamente que utilizando como gas de agitación el helio en
lugar del argón o del nitrógeno, los fenómenos de agitación de la
superficie del acero líquido se atenúan muy sensiblemente,
permitiendo de este modo, la reducción de la altura de seguridad y
por consiguiente el aumento del nivel de llenado de metal líquido de
la cuchara, de lo cual se deriva una importante ganancia de
productividad.
A continuación se describe un ejemplo de
procedimiento de la técnica anterior y un ejemplo de realización
de la invención en el caso de la descarburación del acero líquido en
cuba a vacío.
En la técnica anterior, el tratamiento a vacío de
un metal fundido tal como el acero, se realiza por el llenado
previo de una cuchara metalúrgica hasta alcanzar una altura de
seguridad generalmente comprendida entre 0,6 y 1 m, y a continuación
por la puesta a vacío de la cuchara en cuyo interior se procede
simultáneamente a la inyección de argón o de nitrógeno para agitar
el acero.
La cuchara utilizada en este ejemplo es de forma
sensiblemente cilíndrica con una altura total de aproximadamente 4,4
metros y una capacidad máxima de 300 toneladas de acero. Al ajustar
la altura de seguridad en un valor de 0,8 m, se puede generalmente
tratar 240 toneladas por cuchara. Los inyectores de gas utilizados
están constituidos por tres tapones porosos insertados en el fondo
de la cuchara. Estos tapones porosos están diseñados para soportar
cada uno un caudal de gas máximo de 600 Nl/min (1 Nl = 1 litro
medido en condiciones normales de temperatura y de presión).
Cuando la cuchara que contiene el acero líquido
se coloca en un recinto que se pone progresivamente a vacío, se
produce una emisión de CO que procede de las capas superiores del
metal en la cuchara, con un nivel de presión en el recinto que
corresponde a la presión de CO en equilibrio con las actividades de
carbono y de oxígeno disuelto en el metal. El caudal de estas
emisiones de CO por ebullición espontánea bajo el efecto del vacío
es relativamente importante y conduce a una elevación del nivel de
metal en la cuchara y a la formación de proyecciones metálicas.
Debido a esta emisión de CO, se debe limitar el caudal de agitación
para cada uno de los tapones porosos, típicamente de 50 a 80 Nl/min,
para una altura de seguridad inicial de 0,8 m, o dicho de otro modo,
un caudal total de gas neutro inyectado de 0,625 a 1 Nl/min.
Cuando el caudal de emisión de CO se reduce,
después de la reducción del contenido de carbono del metal, se
procede generalmente a un aumento del caudal de gas de agitación que
interviene en la fase llamada de bajo vacío, para la cual la presión
en el recinto que contiene la cuchara está a una presión inferior a
10 mbar, típicamente del orden de 1 mbar. El caudal de gas inyectado
por el elemento poroso es típicamente de 200 Nl/min, es decir un
caudal total de argón o de nitrógeno inyectado en la cuchara de 2,5
Nl/min por tonelada de acero.
En estas condiciones, el grado de agitación de la
superficie del acero líquido así como el caudal de las proyecciones
de acero generadas bajo el efecto conjugado de la ebullición del CO
y del gas de agitación permanece aceptable a lo largo de todo el
tratamiento.
Si se redujese la altura de seguridad en un valor
comprendido entre 0,4 y 0,6 m, inyectando argón o nitrógeno, sería
indispensable reducir en gran medida el caudal de inyección de gas
neutro a caudales inferiores a los indicados para una altura de
seguridad estándar, lo que llevaría, a una duración de tratamiento a
vacío idéntica, a una degradación de los resultados de
descarburación. En el caso de una descarburación de acero, esto
llevaría a un acero insuficientemente descarburado y por lo tanto
impuro para la utilización deseada.
Se ha operado mediante el procedimiento según la
invención efectuando un tratamiento a vacío de 240 toneladas de
acero líquido en una cuchara similar a la del ejemplo de la técnica
anterior que se acaba de describir, a la vez que se inyecta helio,
en las mismas condiciones que anteriormente. Los caudales de helio
inyectados son del orden de 150 Nl/min para cada uno de los tapones
porosos en la fase de puesta a vacío, es decir, 1,875 Nl/t/min en
total. Estos caudales aumentan a continuación hasta 200 Nl/min para
cada uno de los tapones cuando la cuchara está a vacío de 1 mbar o
menos, es decir un caudal total de 2,5 Nl/t/min.
Se constata entonces de manera sorprendente que
se reduce la agitación de la superficie del acero líquido. Las
proyecciones de acero líquido sobre las paredes de la cuchara por
con, se reducen también, lo que permite llenar la cuchara hasta
dejar una altura de seguridad comprendida entre 0,4 y 0,6 m. De este
modo se pueden tratar 20 toneladas de acero líquido suplementarias
en una sola operación, con los mismos resultados metalúrgicos y las
mismas condiciones de seguridad que con la inyección de argón o de
nitrógeno, de donde se deriva una ganancia de productividad del
orden del 10%.
Además, el tratamiento se puede llevar a su
término durante el lapso de tiempo disponible, lo que permite
obtener un acero conforme a las características deseadas.
Por supuesto, la inyección del gas en el metal
líquido se puede realizar por cualquier tipo de inyector tal como,
en particular, al menos un tapón poroso insertado en el fondo de la
cuchara, o al menos una lanza sumergida directamente en el metal
líquido.
El procedimiento según la invención se adapta
más en particular a la aplicación de tratamientos de descarburación
a vacío de aceros, para los cuales se desea obtener un contenido de
carbono inferior a 60 ppm, pero se podrá utilizar en cualquier
procedimiento metalúrgico a vacío que requiera una agitación y que
implique el respeto de una altura de seguridad.
Claims (8)
1. Procedimiento de tratamiento a vacío de un
metal fundido en forma líquida que comprende las etapas que
consisten en :
- -
- introducir el metal fundido en forma líquida en una cuchara metalúrgica llenando dicha cuchara hasta alcanzar una altura de seguridad comprendida entre 0,4 y 0,6 m.
- -
- tratar el metal a la vez que pone la atmósfera por encima de dicha bolsa a vacío y procediendo simultáneamente a una agitación del metal fundido por inyección de helio en el fondo de dicha cuchara durante una parte o la totalidad del tratamiento.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho tratamiento es un tratamiento de
descarburación que se aplica al acero.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque el acero presenta un contenido de
carbono inferior a 60 ppm, después de haber sido descarburado.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho tratamiento es un tratamiento de
deshidrogenación que se aplica al acero.
5. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho tratamiento es un tratamiento de
desnitruración que se aplica al acero.
6. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el caudal de
helio inyectado es superior o igual a 1,875 Nl/min, para 1 tonelada
de metal fundido.
7. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se efectúa dicha
inyección de helio a través de la pared de la cuchara que está
provista con inyectores de gas implantados por debajo del nivel del
metal líquido.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque se efectúa dicha inyección de helio a
través del fondo de la cuchara que está provista con inyectores de
gas en su fondo.
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