ES2224258T3 - Manguito de linea de escoria para boquillas de entrada sumergidas y composicion para el mismo. - Google Patents

Manguito de linea de escoria para boquillas de entrada sumergidas y composicion para el mismo.

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ES2224258T3
ES2224258T3 ES97932323T ES97932323T ES2224258T3 ES 2224258 T3 ES2224258 T3 ES 2224258T3 ES 97932323 T ES97932323 T ES 97932323T ES 97932323 T ES97932323 T ES 97932323T ES 2224258 T3 ES2224258 T3 ES 2224258T3
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Donald B. Hoover
Franklin A. Renda
Donald J. Griffin
Colin Richmond
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Baker Refractories
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Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UNA TOBERA O TUBO QUE ES UTIL PARA VERTER METAL FUNDIDO, ESPECIALMENTE ACERO FUNDIDO CALMADO CON ALUMINIO. LA TOBERA ESTA FORMADA POR UNA MEZCLA DE DOLOMITA Y GRAFITO, AGLUTINADA EN UNA MATRIZ CEMENTADA. LAS TOBERAS O TUBOS FABRICADOS SEGUN LA PRESENTE INVENCION RESISTEN LA FORMACION DE OXIDO DE ALUMINIO EN LAS MISMAS CUANDO SE UTILIZAN PARA VERTER ACERO CALMADO CON ALUMINIO FUNDIDO. CONSECUENTEMENTE, DICHOS TUBOS O TOBERAS SE PUEDEN UTILIZAR EN UN PROCEDIMIENTO DE COLADA CONTINUA DURANTE UN LARGO PERIODO DE TIEMPO, SIN TENER QUE PARAR PERIODICAMENTE EN PROCEDIMIENTO Y CAMBIAR LOS TUBOS, A MEDIDA QUE ESTOS RESULTAN BLOQUEADOS POR OXIDO DE ALUMINIO. COMO RESULTADO DE LA RESISTENCIA AL CHOQUE TERMICO, EL PASO DE PRECALENTAMIENTO PREVIO A LA PUESTA EN CONTACTO DE LA TOBERA CON EL METAL FUNDIDO, SE REDUCE CONSIDERABLEMENTE.

Description

Manguito de línea de escoria para boquillas de entrada sumergidas y composición para el mismo.
Antecedentes de la invención Campo de la invención
La presente invención se refiere a boquillas de entrada sumergidas refractarias que se usan en la fundición continua de acero fundido desoxidado con aluminio. Más particularmente esta invención pertenece a un manguito o anillo mejorado que rodea la porción externa de la boquilla para protegerla de los efectos corrosivos del polvo de moldeado que flota sobre la superficie del metal fundido contenido en el molde de fundición continua a través de la cual la boquilla está parcialmente inmersa. Esta invención también pertenece a la composición refractaria que se usa para hacer que se mejore el manguito o anillo.
Técnica anterior
Es práctica común en las operaciones de fundición continua emplear una capa de polvo de molde encima de la superficie de metal en el molde para capturar y evitar la entrada de inclusiones no metálicas dentro del metal fundido. Además, el polvo de molde sirve como un lubricante y proporciona protección a la superficie para el filamento del metal solidificado según abandona el molde durante un procedimiento de fundición continuo. Habitualmente los polvos de molde usados comúnmente consisten en una mezcla de óxidos que tienen un punto de fusión relativamente bajo y que forman una capa de escoria fundida que flota sobre la superficie del metal fundido dentro del molde. En procedimientos de fundición continuos, es común que la boquilla a través de la cual pasa el metal fundido, esté ligeramente sumergida en la capa superior del metal fundido en el molde. De este modo, una porción de la boquilla entra en contacto con la capa de escoria del polvo de moldeado que flota sobre la superficie del metal fundido. El área de la boquilla que entra en contacto con el polvo de moldeado que flota se denomina comúnmente como área de línea de escoria o línea de polvo. Esta zona de la boquilla que entra en contacto con el polvo de moldeado se ve sometida a corrosión química en un alto grado debido a la naturaleza altamente corrosiva del polvo de moldeado. Por lo tanto, para proteger la porción de la boquilla que entra en contacto con el polvo de moldeado altamente corrosivo, es tradicional proporcionar un manguito o anillo de material resistente a la corrosión alrededor de la porción de la boquilla que entra en contacto con el polvo de moldeado corrosivo. Tales boquillas se describen en las Patentes de U.S. Nos. 5.185.300; 5.083.687; 5.348.202; 5.198.126 y 5.046.647.
Los manguitos o anillos tradicionales se limitan habitualmente a la porción de la línea de escoria de la boquilla. El manguito está habitualmente limitado a esta porción particular de la boquilla para reducir costes de fabricación. De este modo, al tiempo que se prefiere limitar el manguito a esta zona estrecha, esta limitación no es esencial a la presente invención y el manguito se puede extender a lo largo de toda la longitud o cualquier porción de la misma siempre que esté presente en al menos la porción de la boquilla que entra en contacto con la escoria fundida del polvo de molde que flota sobre la superficie del metal fundido en el molde.
Las boquillas que pertenecen a esta invención son algunas veces denominadas en la técnica como tubos o cubiertas refractarios y similares. Por lo tanto, el uso del término "boquilla" según se usa en esta invención pertenece a boquillas, tubos, cubiertas y similares que se usan en procedimientos de fundición continuos. De este modo, el término "boquilla" según se usa aquí incluye tales tubos refractarios, cubiertas, y similares tradicionales los cuales se usan tradicionalmente en la fundición continua de acero fundido. Tales boquillas y el uso de las mismas son tradicionales en el campo técnico de esta invención y se toman como ejemplo en las Patentes de U.S. Nos. 5.046.647; 4.568.007; 5.244.130 y 4.682.718.
La Solicitud de Patente Japonesa No. 3-295858 describe una boquilla de fundición continua adecuada para aceros ricos en aluminio. Toda o parte de la boquilla tiene la siguiente composición de sólidos en peso: 50-95% de ZrO_{2}, 0,1-50% de B_{4}C o B_{2}O_{3}, 0,2-10% de CaO y 0,1-50% de C. El CaO está en la forma de un zirconato de calcio sintético. Las cantidades especificadas de materiales sólidos están mezcladas y amasadas con una resina fenólica. Se dice que tiene la boquilla una elevada resistencia a la erosión y no se atasca por acumulación del Al_{2}O_{3}.
Es bien conocido en la técnica que los aceros desoxidados con aluminio tienden a formar obstrucciones en boquillas y tubos que vierten grafito/alúmina tradicional. Una solución a este problema se describe en la Patente No. 5.885.520. En la patente antes mencionada, la boquilla o tubo se fabrica de doloma/grafito que evita el atasco no deseado. Sin embargo, el material de doloma/grafito del cual se fabrica la boquilla, se corroe fácilmente por el polvo de moldeado corrosivo según se ha expuesto anteriormente. No obstante, tales polvos de moldeado se consideran que son esenciales puesto que realizan muchas funciones útiles en el procedimiento de fundición continua. En particular, el polvo de molde actúa como aislante lo cual reduce al mínimo de forma radial y convectiva las pérdidas de calor y actúa como un lubricante para ayudar al movimiento del acero en el molde y actúa como una barrera de oxidación para evitar el ingreso de oxígeno. Además, el polvo de molde funciona para originar algún refinamiento metalúrgico.
La acción corrosiva origina erosión de la doloma en el tubo o boquilla de doloma/grafito. De este modo, los tubos de gráfico/doloma también están fabricados con manguitos o anillos según se expone anteriormente.
Tales manguitos o anillos son tradicionalmente fabricados de materiales que resisten el efecto corrosivo del polvo de molde. Uno de los materiales más útiles para fabricar tales manguitos es el material refractario que contiene óxido de zirconio. Tales manguitos fabricados de óxido de zirconio que contienen material refractario se describen en las Patentes de U.S. Nos. 5.198.126; 5.348.202; 5.083.687 y 5.185.300. Típicamente estos manguitos se fabrican de material refractario resistente al desgaste que es óxido de zirconio/grafito. El óxido de zirconio (zirconia)/grafito está tradicionalmente enlazado con una resina aglomerante (por ejemplo, resina fenólica) y coprensado en la porción externa de la boquilla en una zona estrecha para formar el manguito. La resina se cura de ese modo convirtiendo la resina en resita. La metodología para fabricar manguitos de la línea de escoria de zirconia/grafito tradicionales en boquillas de entrada sumergidas (por ejemplo, boquillas fabricadas de grafito/alúmina) se describe en el artículo de Sugie y col titulado "Submerged Nozzles for Continuous Casting of Steel" publicado en Taikabutsu Overseas, Vol. 1, No. 2, página 78. Según se observa en este artículo una zona de óxido de zirconio y grafito enlazada con resina fenólica está coprensada en un tubo de grafito/alumina para producir el manguito.
Cuando se usa este enfoque con tubos fabricados de doloma/grafito, las fuerzas generadas durante la conversión de la resina a la resita son expansible en el cuerpo de doloma/grafito y se contrae en la porción de manguito grafito/óxido de zirconio del cuerpo. Puesto que el cuerpo de doloma/grafito está en el interior de la porción de manguito de grafito/óxido de zirconio, los esfuerzos resultantes originan la fracturación en y alrededor de manguito de grafito óxido de zirconio. Tal fracturación es obviamente perjudicial a la integridad estructural de la boquilla y es particularmente perjudicial a la integridad estructural de manguito. Por lo tanto, hay una necesidad en la técnica de evitar la fracturación que ocurre debido a las fuerzas contráctiles generadas por la resina de curado en el manguito de grafito/óxido de zirconio y las fuerzas expansibles generadas por el curado de la resina en la boquilla de doloma/grafito.
Sumario de la invención
Es un objeto de esta invención evitar las fracturas de esfuerzo que ocurren cuando la resina en el cuerpo de doloma/grafito de una boquilla de entrada sumergida y la resina de un manguito de la línea de escoria de zirconia/grafito localizada alrededor de la porción externa de la boquilla se convierte de resina a resita durante un procedimiento de curado que se usa para fabricar la boquilla.
Es también un objeto de esta invención proporcionar una boquilla de entrada sumergida de doloma/grafito que tiene un manguito de la línea de escoria de zirconia/grafito que resiste la fractura por esfuerzo durante el curado de la resina contenida en la boquilla de doloma/grafito y el manguito de zirconia/grafito.
Es también un objeto de esta invención proporcionar resina enlazada de zirconia/grafito que tiene tendencia contráctil reducida cuando la resina aglomerante se cura y se convierte de resina a resita.
Se alcanzan estos y otros objetos añadiendo una cantidad eficaz de óxido de calcio (CaO) al óxido de zirconio/material de grafito que se usa para formar el manguito. El óxido de calcio puede estar en la forma de cal apagada o doloma (dolomita sinterizada calcinada). En teoría se dice que la resina aglomerante usada con el óxido de zirconio/grafito libera una pequeña cantidad de agua durante el procedimiento de curado y esta agua escapa originando de este modo una pérdida en volumen de la resina cuando la resina se convierte en la resita. Por el contrario, cuando esta misma resina libera una pequeña cantidad de agua en la presencia de la doloma contenida en el cuerpo principal de la boquilla, la doloma forma un hidrato que tiene un volumen más grande.
El óxido de calcio, en la forma de cal muerta o doloma se incluye en la mezcla de resina/óxido de zirconio/grafito que se usa para formar el manguito. En teoría se dice que la inclusión de óxido de calcio en el material de resina/óxido de zirconio/grafito es suficiente para neutralizar la tendencia contráctil debido a que el agua que se ha liberado durante el procedimiento de curado de la resina origina la hidratación del óxido de calcio añadido que a su vez origina un aumento en el volumen del óxido de calcio. El óxido de calcio hidratado que se forma durante el curado de la resina tiene un volumen mayor y neutraliza de ese modo la tendencia contráctil. De este modo, la cantidad de óxido de calcio que se añade al material de resina/óxido de zirconio/grafito debería ser suficiente de modo que el óxido de calcio hidratado que se forma durante el curado sea suficiente para neutralizar la tendencia contráctil asociada con el material de oxido de zirconio/grafito de la resina curada. Preferiblemente la cantidad de óxido de calcio, como cal muerta o doloma, se añade en una cantidad de 0,25% en peso a 10% en peso en base a la cantidad de óxido de zirconio y grafito que se usa para formar el manguito.
Típicamente el óxido de zirconio que se usa para formar el manguito se estabiliza con óxido de calcio u óxido de magnesio. El óxido de calcio u óxido de magnesio que se usa para estabilizar el óxido de zirconio se convierte en parte de la estructura cristalina del óxido de zirconio. El óxido de calcio que se usa para la presente invención es distinto de la estructura cristalina del óxido de zirconio. El óxido de calcio que se usa en esta invención para neutralizar la naturaleza contráctil de la resina enlazada al material de grafito/óxido de zirconio se añade como un polvo separado y por lo tanto existe como partículas que están separadas y distintas del óxido de zirconio.
Breve descripción del dibujo
La figura 1 es una sección transversal de una boquilla de entrada sumergida tradicional que muestra la localización de un manguito en la línea de escoria.
Descripción detallada de la invención y realizaciones preferidas
La figura 1 muestra la configuración de una boquilla sumergida tradicional indicada generalmente por la referencia numérica 1. La boquilla incluye el manguito 2 que está fabricado de zirconia/grafito. Un orificio 3 se extiende a través de la boquilla para el paso a su través se acero fundido. El manguito 2 está convenientemente limitado a la porción de la línea de escoria de la boquilla. Sin embargo, según se observa más arriba, no es esencial limitar el manguito a la zona estrecha alrededor de la línea de escoria. De hecho, el manguito se puede extender a lo largo de toda la longitud o cualquier porción de la misma siempre que esté presente en al menos una porción de la boquilla que entra en contacto con la escoria fundida del polvo de molde que flota sobre la superficie del metal fundido en el molde.
La boquilla de doloma/grafito enlazada al carbono, para la cual el manguito de la presente invención es particularmente útil, se fabrica de una mezcla enlazada a resina que contiene doloma refractaria y grafito, particularmente grafito en escama. La doloma, resina y grafito se mezclan y moldean en la forma deseada de la boquilla, la resina se cura y entonces la boquilla formada se calienta bajo condiciones de cementación para convertir el aglomerante de resina en una matriz de carbono. De este modo, la boquilla contiene grafito y doloma dentro de una matriz o red de carbono derivada a partir de la resina aglomerante calentando la resina bajo condiciones de cementación.
La dolomita sinterizada calcinada, conocida como doloma, es un material refractario comercialmente disponible bien conocido el cual se usa normalmente para una variedad de aplicaciones refractarias debido a su capacidad de resistencia al calor. Se fabrica calcinando la dolomita (CaCO_{3}.MgCO_{3}) para convertir el MgCO_{3} a MgO y el CaCO_{3} a CaO. La sinterización se realiza entonces sobre la dolomita calcinada para densificar el grano.
La boquilla de doloma/grafito enlazada al carbono se fabrica mezclando polvo de doloma con grafito, preferiblemente escamas de grafito, con suficiente aglomerante de resina líquida para formar aglomerados. Generalmente, 9-13% en peso, preferiblemente alrededor de 9½-10½% en peso de aglomerante de resina líquida (en base al peso de la mezcla de sólidos) es suficiente para formar aglomerados en el procedimiento de mezclado.
Los aglomerados se presionan isostáticamente en un molde a temperatura ambiente para conformar el material a una forma deseada. La masa conformada se hornea en un horno de curado en el que la temperatura se aumenta gradualmente para endurecer (curar) la resina. Después la masa formada se carboniza (coquizado) en un horno a una temperatura de cementación mayor que 850ºC (por ejemplo, 980-1320ºC) en una atmósfera gaseosa inerte la cual no reacciona con la resina (por ejemplo nitrógeno o argón) para cementar la resina y formar una red o matriz de carbono la cual sujeta conjuntamente la doloma y el grafito.
Las resinas que tienen suficiente resistencia verde para unir los materiales refractarios y que pueden ser cementadas para formar una red de carbono son bien conocidas por aquellos expertos en la técnica. Muchas resinas sintéticas son conocidas como útiles para formar los materiales refractarios tales como boquillas y se pueden usar en la presente invención. En general, se conoce que estas resinas forman una red de carbono después de la cementación o etapa de carbonización. La red de carbono sujeta el objeto conjuntamente para que resista la fractura. De este modo, la cantidad de resina debería ser suficiente para proporcionar una cantidad suficiente de red de carbono para alcanzar este bien conocido objetivo. Se deberían evitar las cantidades excesivas de red de carbono. De este modo, es preferible que la cantidad de red de carbono no debería ser más que la cantidad que se requiere para sujetar conjuntamente el objeto terminado para que resista la fractura. Generalmente, la red de carbono constituye 4-7% en peso de la boquilla terminada, preferiblemente alrededor de 5-6% (por ejemplo, 6%).
Si se usa la resina sólida, se debería disolver en un disolvente para formar una composición de resina aglomerante líquida. Típicamente, las resinas que son conocidas par usar en la formación de boquillas tienen un valor de carbonización elevado en el intervalo de alrededor de 45%-50% para producir suficiente red de carbono después de la cementación. También, el curado de la resina debería evitar una reacción de condensación puesto que el agua producida por tal reacción se supondría que reaccionara con el óxido de calcio en la doloma para producir el hidróxido correspondiente que ocupa un volumen mayor y de ese modo hace que la estructura se divida. De este modo, se pueden usar las resinas que son conocidas para usar con otro óxido de calcio que contiene materiales refractarios. La resina aglomerante producirá una red de carbono después de la cementación o etapa de carbonización que es suficiente de forma que la boquilla resista la fracturación. Se conoce que algunas pérdidas de peso de la resina ocurren durante la etapa de cementación. Esta pérdida de peso da como resultado alguna porosidad abierta. Idealmente, la pérdida de peso que acompaña los tratamientos térmicos no dan como resultado una porosidad abierta mayor que 16%.
Una resina preferida es resina de fenol/formaldehído. Tales resinas son bien conocidas y se producen por la reacción de fenol y formaldehído. Preferiblemente, el sistema de resina contiene formaldehído y fenol en una relación de 0,85 de formaldehido a fenol. La reacción entre el fenol y formaldehído está normalmente catalizada por ácido de forma que la resina resultante debe ser buffered, desecada y tener ajustado el fenol libre. Los niveles preferidos son un pH de alrededor de 7,0, agua por debajo de 0,1% y fenol libre entre 0,2-0,9%. La resina debería ser colocada entonces dentro de la disolución con disolvente. Los disolventes adecuados incluyen alcoholes primarios tales como alcohol metílico, etílico, isopropílico y furfurílico; glicol tal como glicol de etileno; cetonas tales como metil etil cetona y metil isobutil cetona; aldehido tal como furfuraldehido y acetaldehído; ésteres dibásicos y dimetil formamida. Preferiblemente el disolvente es un compuesto furánico, preferiblemente furfuraldehido o una disolución de alcohol furfurílico y furfuraldehido. En la práctica, la disolución de resina incluye un coreactante tales como tetramina de trietileno, tetramina de dietileno, diamina de etileno y pentamina de tetraetileno. Otros coreactantes adecuados incluyen diaminas que tienen un valor amina de 1000 \pm 100 y el peso molecular equivalente de 30 \pm 2.
Como una alternativa a la disolución de novolaca fenólica-furfural de la etapa B, la invención puede usar una novolaca fenólica disuelta en glicol y alcohol metílico aunque esta resina es menos deseable.
Otro sistema aglomerante alternativo comprende el uso de furfural y una resina de fenolformaldehído en polvo, mezclada hasta que el furfural recoge el sólido, la resina en polvo y la resina plastificada resultante hacen que las materia primas se enrollen en aglomerados. Un secador de tambor se usa con posterioridad para densificar los aglomerados. Ese proceso da como resultado aglomerados con excelentes propiedades.
El grafito usado es preferiblemente escama natural con un contenido de carbono no menor que alrededor de 94%. Preferiblemente el tamaño de la escama debería ser descrito por una curva de distribución normal centrada alrededor de 250 micrones. Aunque cantidades menores de impurezas pueden ser toleradas en el grafito, es preferible minimizar tales impurezas. Preferiblemente el grafito debería estar substancialmente libre de contaminantes y compuestos de flotación residual y el contenido de agua debería ser menor que 0,5%. Se muestra un análisis de una escama de grafito preferida en la Tabla 1.
TABLA 1
Especie Peso en %
Carbono 95 \pm 1
CaO 0,15
MgO 0,06
Al_{2}O_{3} 0,87
SiO_{2} 2,7
Fe_{2}O_{3} 1,0
Otros 0,22
El grafito está conformado en la forma de un polvo para que pueda formar aglomerados con el polvo de doloma y resina y de esta manera estos aglomerantes pueden entonces ser moldeados en una forma fija por cementación. Preferiblemente las partículas son de un diámetro de 0,044-0,3 mm.
La doloma está también en la forma de un polvo que puede formar aglomerados con el grafito y la resina. Preferiblemente la doloma es suficiente pequeña para pasar a través de un tamiz de malla 14 y suficiente grande para ser asegurado sobre un tamiz de malla 100 (malla estándar de EE.UU.). Sin embargo, cuando se tamiza la doloma para obtener el alcance de recorrido apropiado, no es absolutamente necesario retirar todo el material que pasaría a través del tamiz de malla 100. Por ejemplo, es aceptable incluir hasta alrededor de 10% en peso de los fines que finalmente pasarían a través del tamiz de malla 100 si el proceso de tamizado fuera continuado por un largo período de tiempo. Además, los finos del molino de bola de doloma se pueden también incluir. Los finos del molino de bola son lo suficientemente pequeños para pasar a través de una malla estándar de EE.UU. de 325 y se puede definir como partículas que tienen una relación de área de superficie a peso de 2300 cm^{2}/g a 2800 cm^{2}/g. Una doloma adecuada es un polvo que tiene partículas que oscilan en tamaño de 0,15 mm a 1,4 mm en diámetro y que pueden además incluir finos de molino de bola de doloma. Se pueden tolerar menores cantidades de impurezas en la doloma. Sin embargo, es preferible minimizar tales impurezas. Preferiblemente, la doloma contendría un mínimo de 56,5% CaO, 41,5% MgO y un máximo de 2% de otras impurezas con un máximo de 1% de Fo_{2}O_{3}. Un análisis de una doloma preferida se muestra más abajo en la Tabla 2.
TABLA 2
Especie % en Peso
CaO 56,7
MgO 41,2
Al_{2}O_{3} 0,5
SiO_{2} 0,4
Fe_{2}O_{3} 1,2
Preferiblemente la densidad de la doloma es de 3,25 hasta 3,28 gramos/centímetro cúbico. De este modo, la doloma debería ser sinterizada hasta que la densidad de volumen del grano es un mínimo de 3,25 gramos/centímetros cúbicos. Preferiblemente la porosidad total abierta y cerrada, no debería exceder 5%. La distribución del tamaño de partícula de la fracción de doloma contenida en la boquilla es 150 micrones - 1300 micrones con los finos de molino de bola que tiene un diámetro de partícula medio estadístico de 7,2 micrones. En otra realización preferida, la doloma incluye una fracción que tiene un tamaño de partícula que oscila de 0,15 mm – 1,4 mm en diámetro (fracción gruesa) y una fracción de finos de molino de bola. En esta realización preferida, la fracción gruesa de doloma debería estar en el intervalo de alrededor de 32% en peso a alrededor de 43% en peso con respecto a la mezcla de sólidos. La mezcla de sólidos incluye todo el material sólido (por ejemplo, grafito y doloma) y excluye la resina, disolvente y coreactante de resina. En esta realización preferida, la fracción de finos del molino de bola puede estar en el intervalo de 20-25% en peso de la mezcla de sólidos.
La mezcla de sólidos puede además incluir otros óxidos que son compatibles con CaO y MgO. Tales óxidos incluyen sílice (SiO_{2}), zirconio (ZrO_{2}), hafnio (HfO_{2}), cerio (CeO_{2}), titanio (TiO_{2}) y magnesio (MgO_{2}). Estos óxidos deberían estar por debajo de 25% en peso de la mezcla de sólidos, preferiblemente no más de 10% en peso y más preferiblemente no más de 5% en peso. La cantidad de MgO puede exceder el 1% (por ejemplo, más de 1% hasta el 10% o más del 1% hasta el 5%). Además, las cantidades eficaces de antioxidantes conocidos usados en las boquillas refractarias también se pueden incluir en la mezcla de sólidos. Los antioxidantes adecuados pueden incluir los polvos de metal de aluminio, silicio, boro, calcio y magnesio o los carburos de silicio, calcio, zirconio, boro, tantalio, y titanio. Algunos óxidos de bajo punto de fusión tal como el oxido bórico, borato de sodio o cualquier combinación de óxidos de aluminio, silicio, boro, fósforo y zirconio formadores del vidrio se pueden añadir al cuerpo para formar una capa protectora sobre la superficie para prohibir el ingreso de oxígeno dentro del cuerpo. Este oxígeno destruirá el enlace de carbono, y por lo tanto, se debe evitar que así sea por medio de alguna capa barrera. Las adiciones de metales u óxidos formadores de vidrio o los carburos logran este fin. Estos materiales se añaden en cantidades eficaces de antioxidantes para proteger la boquilla de la oxidación particularmente cuando la boquilla está caliente.
Las boquillas y objetos relacionados se fabrican por técnicas de moldeado tradicionales. Primero, se mezclan la mezcla sólida que contiene la doloma, el grafito y los aditivos de óxido de metal opcionales y aditivos antioxidantes opcionales. Después, se añade la resina a la mezcla de sólido seco y los ingredientes se mezclan en un mezclador aglomerante para formar aglomerados. Preferiblemente los aglomerados tienen una distribución de tamaño normal centrada alrededor de 400 micrones sin que ninguno de los aglomerados sea más grande que alrededor de 2000 micrones y sin que ninguno sea más fino que alrededor de 150 micrones. Los aglomerados están formados en la operación de mezclado cuando la mezcla de sólidos se mezcla en húmedo con la resina. Por ejemplo, en una realización preferida, los aglomerados se forman por la mezcla en húmedo de la mezcla de sólidos con la disolución de resina junto con el coreactante. La densificación de los aglomerados ocurre durante la operación de mezclado a través del aumento de viscosidad de la resina lo cual ocurre cuando los líquidos volátiles se evaporan y la resina y el coreactante reaccionan uno con otro. Preferiblemente, la densidad por unidad de volumen de los aglomerados no debería ser menor que 1,65 gramos/centímetro cúbico, más preferiblemente de 1,9-2,1 gramos/centímetro cúbico. Tales aglomerados, cuando se presionan a 68,948 MPa, formarán un objeto que tiene una densidad por unidad de volumen de 2,37-2,45 gramos/centímetro cúbico.
La aglomeración se realiza mejor a temperatura ambiente con sólo una cantidad gradual y limitada de calentamiento que ocurre debido al mezclado y la reacción ligeramente exotérmica que ocurre según se cura la resina. Preferiblemente el material que se está aglomerando se le debería permitir que excediera una temperatura mayor que alrededor de 60ºC y el aumento de velocidad de la temperatura no debería ser mayor que 1,67ºC por minuto.
Los aglomerados se colocan en un molde (por ejemplo, molde de caucho) y se conforman a elevada presión, por ejemplo, 58,605 MPa a 172,369 MPa para formar la estructura conformada que tiene una densidad por unidad de volumen en el intervalo de 2,35-2,45 gramos/centímetro cúbico la cual es la densidad preferida para la operación en un procedimiento de fundición de metal. Se puede usar una prensa isostática con herramientas de caucho para la operación de moldeado. Después del moldeado, la estructura conformada se caliente en la ausencia de oxígeno (por ejemplo, en una atmósfera de nitrógeno o argón) a una temperatura elevada (por ejemplo, 975-1375ºC) hasta que el enlace de resina se convierta en un enlace de carbono. Los objetos en esta condición carbonizada tendrán las características físicas requeridas para permitir el uso con éxito como boquillas y similares para fundición de metal fundido.
Puede haber una amplia variación en la cantidad y proporción de los materiales sólidos que se van a usar para formar las boquillas y objetos similares de esta invención. Generalmente, la doloma (incluyendo finos de molino de bola) puede variar desde 30-70% en base al peso de la mezcla de sólidos. A menos que se establezca de otro modo, todos los porcentajes facilitados en este documento son porcentajes en peso.
Debería haber al menos alrededor de 25% en peso de grafito en la mezcla de sólidos. No hay un límite superior para la cantidad de grafito siempre que haya suficiente doloma para evitar el problema de atasco. Sin embargo, se prefiere limitar el grafito a no más de 45% para evitar la erosión excesiva asociada con las boquillas que contienen una gran cantidad de grafito. De este modo, en una realización preferida, el grafito puede variar de alrededor de 25% en peso hasta alrededor de 45% en peso en base al peso de la mezcla de sólidos, más preferiblemente alrededor de 30% hasta alrededor de 45% en peso. Sin embargo, para combinar la ventaja contra el atasco con la resistencia al choque térmico deseada requerida para el rendimiento adecuado, el contenido de grafito debería ser mayor que 33% (por ejemplo, mayor que 35%) hasta alrededor de 43%, preferiblemente alrededor de 37-43% y más preferiblemente alrededor de 38% y la doloma debería estar en el intervalo de 37-63% en peso en base al peso de la mezcla de sólidos.
Ejemplos de boquillas de doloma/grafito enlazados a carbono adecuado se han fabricado a partir de las composiciones mostradas en la Tabla 3 que muestra las partes en peso para cada ingrediente utilizado.
TABLA 3
1
En los ejemplos 1-6, los ingredientes secos (grafito, doloma y finos de molino de bola) se mezclan en seco para formar una mezcla que es después mezclada en húmedo con la resina y el coreactante. Se continúa con el mezclado para formar aglomerados de la resina curada y partículas de sólido. Estos aglomerados se colocan en un molde de caucho y se conformado a elevada presión (por ejemplo, 59-172 MPa). A continuación, estas partes son después calentadas en la ausencia de oxígeno hasta que la resina se convierta en un enlace de carbono. Las partes en esta condición carbonizada tienen propiedades físicas deseables para permitir un uso satisfactorio como tubos o boquillas de vertido.
Aunque se selecciona la resina usada para aglomerar el doloma/grafito-grafito para minimizar la liberación de agua durante la reacción de curado, no bastante, se libera suficiente agua para producir la tendencia expansible observada anteriormente con respecto al material de doloma-grafito unido a la resina. Las resinas típicas usadas para la boquilla de doloma/grafito y que se usan también en el material de zirconia/grafito de manguito incluyen resina de novalaca fenólica disuelta en furfuraldehido o alcohol de furfurilo. Otros disolventes adecuados para la resina novalaca fenólica incluyen alcohol metílico, alcohol etílico y glicol etileno. Se pueden también usar las resinas resole fenólicas tradicionales.
Una disolución de resina fenólica típicamente contiene 40%-60% en peso de resina. Se puede usar cualquier mezclador del tipo aglomerante tradicional tal como un tipo Eirich R o un mezclador tipo Littleford F. Las propiedades prensadas verdes del aglomerado podrían tener una densidad por unidad de volumen de 3,5-3,8 g/cm^{3}. Después el aglomerado es comoldeado con la doloma/grafito para formar una boquilla que tiene estructura de manguito según se muestra en la figura 1. La boquilla se somete después a tratamiento térmico y la resina se convierte a un resita sin ningún fraccionamiento de zirconia/grafito de la zona reforzada (manguito).
Aunque se pueden incluir los antioxidantes, no es esencial que tales antioxidantes se incluyan en el material usado para fabricar el manguito.
En una realización preferida se mezclaron los siguientes ingredientes para formar material que se usó para formar un manguito según la presente invención.
grafito 12%
óxido de zirconio 83%
doloma 5%
solución de resina fenólica 11%
(50% en peso de resina en disolvente de furfuraldehido)
Una boquilla de doloma/grafito enlazada a resina fabricada con un manguito que tiene la composición anterior ha resistido a la fracturación durante el curado de la resina para convertir la resina en resita.

Claims (13)

1. Una composición para formar un manguito de línea de escoria que comprende óxido de zirconio, grafito y aglomerante de resina capaz de formar una resita durante una reacción de curado que libera agua, conteniendo opcionalmente dicho óxido de zirconio una cantidad de estabilizante de CaO o MgO dentro de la estructura cristalina de la misma, en la que dicha composición comprende una cantidad de polvo que contiene CaO eficaz para neutralizar las fuerzas contráctiles que se desarrollan cuando dicha resina es curada para formar dicha resita; dicho CaO de dicho polvo que contiene CaO es reactivo con dicha agua liberada durante la reacción de curado para formar óxido de calcio hidratado, y dicho polvo que contiene CaO está separado y es distinto de la estructura cristalina de dicho óxido de zirconio.
2. Una composición según la reivindicación 1, que comprende una cantidad estabilizante de CaO o MgO dentro de la estructura cristalina del óxido de zirconio.
3. Una composición según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que dicho polvo que contiene CaO se selecciona a partir del grupo que consiste en cal calcinada muerta y doloma.
4. Una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el CaO de dicho polvo que contiene CaO está presente en una cantidad de 0,25 hasta 10% en peso en base a la cantidad de óxido de zirconio y grafito contenida en dicha composición.
5. Una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende una mezcla de sólidos mezclados con dicha resina; comprendiendo dicha mezcla de sólidos 12% en peso de grafito, 83% en peso de óxido de zirconio y 5% en peso de doloma; siendo dicha resina una disolución de resina fenólica que comprende furfuraldehído que contiene 50% en peso de resina fenólica disuelta en él; estando dicha disolución de resina fenólica presente en dicha composición en una cantidad de 11% en peso en base al peso de dicha mezcla de sólidos.
6. Un método para fabricar una boquilla para verter metal fundido, comprendiendo dicha boquilla una porción de cuerpo y una porción de manguito de línea de escoria unida a la misma;
teniendo dicha porción de cuerpo una forma que incluye una superficie exterior y una región de superficie interna, en la que dicha región de superficie interna define un orificio que se extiende a su través para el paso de metal fundido;
estando dicha porción de manguito de línea de escoria localizada alrededor de al menos una porción circunferencial de dicha superficie exterior para entrar en contacto con una capa de escoria en un molde de fundición continua;
comprendiendo dicho método formar dicha porción de cuerpo moldeando una primera mezcla que contiene aglomerante de resina, grafito y partículas refractarias de doloma, en la forma de dicha porción del cuerpo, y después curando la resina de dicha primera mezcla; y
formar una segunda mezcla que comprende óxido de zirconio, grafito y aglomerante de resina capaz de formar una resita durante una reacción de curado que libera agua, revestir con dicha segunda mezcla al menos una porción circunferencial de dicha superficie exterior y después curar dicha resina de dicha segunda mezcla para formar una resita, conteniendo opcionalmente dicho óxido de zirconio una cantidad estabilizante de CaO o MgO dentro de la estructura cristalina del mismo;
en el que dicho método comprende la inclusión adicional de una cantidad eficaz de polvo que contiene CaO en dicha segunda mezcla para neutralizar las fuerzas contráctiles que se desarrollan cuando dicha resina de dicha segunda mezcla se cura para formar dicha resita, dicho CaO de dicho polvo que contiene CaO es reactivo con dicha agua liberada durante la reacción de curado para formar óxido de calcio hidratado, y dicho polvo que contiene CaO está separado y es distinto de la estructura cristalina de dicho óxido de zirconio.
7. Un método según la reivindicación 6, en el que dicha segunda mezcla comprende una cantidad estabilizante de CaO o MgO dentro de la estructura cristalina del óxido de zirconio.
8. Un método según la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en el que dicha primera mezcla comprende doloma, grafito y aglomerante de resina.
9. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que dicho polvo que contiene CaO se selecciona a partir del grupo que consiste en cal calcinada muerta y doloma
10. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en el que la cantidad de CaO de dicho polvo que contiene CaO está presente en dicha segunda mezcla en una cantidad de 0,25 hasta 10% en peso en base a la cantidad de óxido de zirconio y grafito contenida en dicha segunda mezcla.
11. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, en el que dicha segunda mezcla comprende una mezcla de sólidos mezclados con dicha resina; comprendiendo dicha mezcla de sólidos 12% en peso de grafito, 83% en peso de óxido de zirconio y 5% en peso de doloma; siendo dicha resina una disolución de resina fenólica que comprende furfuraldehído que contiene 50% en peso de resina fenólica disuelta en él; siendo añadida dicha disolución de resina fenólica a dicha mezcla de sólidos en una cantidad de 11% en peso en base al peso de dicha mezcla de sólidos.
12. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11, en el que dicha boquilla se ha sometido a condiciones de carbonización con lo que la resina de dicha primera y segunda mezclas se carboniza formando de este modo una matriz de carbono en dicha porción de cuerpo y dicha porción de manguito de la línea de escoria.
13. Una boquilla para verter metal fundido, comprendiendo dicha boquilla una porción de cuerpo y una porción de manguito de línea de escoria unida a la misma;
teniendo dicha porción de cuerpo una forma que incluye una superficie exterior y una región de superficie interna, en la que dicha región de superficie interna define un orificio que se extiende a su través para el paso de metal fundido;
estando dicha porción de manguito de la línea de escoria localizada alrededor de al menos una porción circunferencial de dicha superficie exterior para entrar en contacto con una capa de escoria en un molde de fundición continuo;
en la que dicha porción de cuerpo comprende partículas refractarias de doloma y grafito y dicha porción de manguito de la línea de escoria comprende una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.
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