ES2225795T3 - Cierre de inyeccion fiable de gas. - Google Patents
Cierre de inyeccion fiable de gas.Info
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- ES2225795T3 ES2225795T3 ES02740140T ES02740140T ES2225795T3 ES 2225795 T3 ES2225795 T3 ES 2225795T3 ES 02740140 T ES02740140 T ES 02740140T ES 02740140 T ES02740140 T ES 02740140T ES 2225795 T3 ES2225795 T3 ES 2225795T3
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- B22D41/186—Stopper-rods therefor with means for injecting a fluid into the melt
Abstract
Cierre monobloque adaptado para entregar gas durante el vertido de metal fundido que comprende un cuerpo de cierre que tiene una cámara (1) interna y una lumbrera (2) de descarga de gas, conectando un taladro (3) la cámara (1) interna a la lumbrera (2) de descarga de gas, estando provistos medios (4) de calibrado en el taladro (3) para proporcionar un camino estrechado, caracterizado porque los medios de calibrado comprenden una varilla (4) que se extiende por encima del piso de la cámara (1) interna y que tiene, al menos uno, pasos de gas que se extienden axialmente a lo largo de la misma, teniendo el (los) paso(s) de gas una sección tal que ofrece una resistencia predeterminada al flujo.
Description
Cierre para inyección fiable de gas.
Esta invención se refiere a una varilla de cierre
monobloque usada para controlar el flujo de metal fundido desde una
boquilla de descarga en un recipiente de contención durante el
vertido de metal fundido.
En procesos de colada continua, el uso de gases
inyectados al interior del cierre ha demostrado tener significantes
beneficios sobre la calidad del metal que se está colando. Por
ejemplo, los gases inertes, como argón o nitrógeno, pueden ser
inyectados para reducir los problemas debidos a la alúmina formada y
obstruida o para ayudar a eliminar los productos solidificados de
la vecindad de la boquilla de descarga. También se pueden emplear
gases reactivos cuando la composición fundida necesita modificarse.
Convencionalmente, el cierre está dotado de una cámara interna
conectada a un medio de suministro de gas en uno de los extremos, y
a una lumbrera de descarga de gas sobre el otro extremo.
Se han desarrollado varios sistemas para asegurar
que al cierre se suministra un flujo de gas medido con precisión.
Se han encontrado problemas con la estanqueidad de dichos sistemas
y con la consecución de que el gas fluya por su camino pretendido y
no se desperdicie, en los documentos
EP-A2-358.535,
WO-A1-00/30785 y
WO-A1-00/307086 se describen cierres
que han demostrado tener éxito al cumplir muchos de estos
problemas.
Sin embargo, aun cuando se dan valiosas mejoras,
existe la necesidad de tratar otros problemas. Uno de dichos
problemas se debe en apariencia al efecto durante el vertido de un
gran volumen de metal fundido que fluye por delante de la nariz del
cierre a través de la boquilla de descarga. Se puede generar una
presión negativa en la punta del cierre que puede ser transmitida a
través de la lumbrera de descarga de gas al interior del cuerpo y de
nuevo al conducto de alimentación donde puede aprovechar
cualesquiera juntas inadecuadas ocasionando aspiración de aire en
la corriente de gas, con el detrimento significativo en la calidad
del metal que se está colando.
Se han propuesto diversas soluciones para
eliminar este riesgo, las cuales incluyen restringir el flujo de
gas dentro del cierre buscando, de este modo, crear una presión
positiva dentro del cierre. Por ejemplo, ya se conoce un sencillo
estrechamiento entre la cámara interna y la lumbrera de descarga de
gas que proporciona control. A la presión requerida, el tamaño del
orificio de la cámara interna se calculó para tener un diámetro
entre 0,2-0,5 mm y, como tal, es extremadamente
sensible al bloqueo por restos o polvo portados en la corriente de
gas, ocasionando de este modo, pérdidas de flujo. También se conoce
insertar un tapón permeable al gas en el cierre para proporcionar el
estrechamiento requerido al flujo y para presurizar el cierre. Sin
embargo, estos sistemas experimentan el problema de cambios en las
características permeables de los materiales refractarios durante
la vida útil del cierre y la susceptibilidad a un rápido aumento de
temperatura durante la colada y, debido a su falta de fiabilidad,
han encontrado un uso limitado.
De acuerdo con otro conocido sistema, descrito
por ejemplo en el documento
GB-A-2.254.274, se proporciona un
cierre monobloque adaptado para entregar gas durante el vertido de
metal fundido que comprende un cuerpo de cierre que tiene una
cámara interna y una lumbrera de descarga de gas, conectando un
taladro la cámara interna a la lumbrera de descarga de gas, estando
provistos medios de calibrado en el taladro para proporcionar un
camino estrechado. Los medios de calibrado están formados usando un
anterior hueco de sacrificio para formar una parte del taladro que
conecta la cámara interna a la lumbrera de descarga de gas,
proporcionando de este modo un camino estrechado con forma a modo de
hendidura, el cual se dice que ofrece una resistencia
predeterminada al flujo y tiende a mantener una presión positiva
dentro del cierre. Sin embargo, la formación de un camino a modo de
hendidura, fabricado usando un hueco anterior de sacrificio es
extremadamente poco fiable y no permite la formación de un
estrechamiento con una resistencia precisa predeterminada al flujo.
Además, este procedimiento de formación no permite la formación de
pasos muy estrechos. Se ha de entender que una presión positiva
dentro del cierre significa que la presión es al menos igual a la
presión fuera del cierre.
De acuerdo con otro conocido sistema descrito por
ejemplo, en el documento
FR-A-2.787.045, se proporciona un
cierre monobloque adaptado para entregar gas durante el vertido de
metal fundido, que comprende un cuerpo de cierre que tiene una
cámara interna y una lumbrera de descarga de gas, conectando un
taladro la cámara interna con la lumbrera de descarga de gas. Están
provistos medios de calibrado en forma de un tubo Venturi insertado
en la cámara interna. Un diseño como este de los medios de
calibrado no permite flexibilidad en el proceso de fabricación.
Además, se deben tomar precauciones especiales para evitar el
problema de obstruir el tubo Venturi, por ejemplo, por polvo.
La presente invención apunta a superar, o al
menos a mitigar, los problemas descritos en lo que antecede
asociados con los cierres de la técnica anterior y, en particular,
su falta de fiabilidad.
De acuerdo con un aspecto, la presente invención
se refiere de este modo a un cierre monobloque adaptado para
entregar gas durante el vertido de metal fundido, que comprende un
cuerpo de cierre que tiene una cámara interna y una lumbrera de
descarga de gas, conectando un taladro la cámara interna con la
lumbrera de descarga de gas, estando provistos medios de calibrado
en el taladro para proporcionar un camino estrechado. Este cierre
se caracteriza por el hecho de que el medio de calibrado comprende
una varilla que tiene al menos un paso de gas que se extiende
axialmente a lo largo de la misma, teniendo el paso de gas una
sección tal que ofrezca al flujo una resistencia predeterminada.
La resistencia predeterminada al flujo de los
pasos de gas que se extienden a lo largo de la varilla está
calculada para permitir un control muy preciso y fiable de la
relación flujo de gas/presión interna y/o para mantener una presión
de gas positiva dentro del cierre.
El uso de dicha varilla, que puede ser
introducida en el cuerpo del cierre en el mismo final del proceso
de fabricación del cierre, permite una extrema fiabilidad en el
establecimiento de la resistencia "predeterminada" al flujo de
tal forma que el cierre de la invención puede ser adaptado a un
amplio intervalo de parámetros operativos simplemente cambiando la
varilla. Además, la varilla - que está fabricada por separado -
puede recibir mucha más atención que si se fabrica junto con el
cierre y es, por ello, mucho más fiable. Dichas varillas están
comercialmente disponibles para usarse como fundas de termopar.
Preferiblemente, la varilla se fabrica a partir
de un material refractario impermeable al gas de tal forma que se
evitan fugas de gas al nivel de la varilla, aumentando de este modo
la fiabilidad del calibrado. Ventajosamente, el material también es
resistente al desgaste, de tal forma que la resistencia
predeterminada al flujo permanece constante durante toda la vida
útil de la varilla. Los materiales adecuados incluyen, mullita, un
aluminosilicato cocido, alúmina, alúmina recristalizada,
circonia-alúmina y otros materiales altamente
refractarios que tienen las propiedades requeridas.
Ventajosamente, el paso (o la pluralidad de
pasos) que se extiende(n) axialmente a lo largo de la
varilla tiene (o tienen) la forma de taladro(s) capilares o
de ranura(s) a fin de aumentar la pérdida de presión. Sin
embargo, es de destacar que también se han usado con éxito pasos
mayores de gas de hasta 2 ó 3 mm. En particular, es ventajoso
configurar los pasos de tal forma que el cierre opere en condiciones
sónicas (el gas fluye a través de los pasos a una velocidad al
menos igual a la velocidad del sonido). De hecho se sabe que en
estas condiciones, se puede obtener un flujo de gas mucho más
fiable ya que el flujo de descarga de gas es independiente de la
presión exterior en la punta de descarga de gas, y únicamente
depende de la presión dentro del cierre o dentro del medio de
descarga de gas.
Opcionalmente, se proporcionan una pluralidad de
pasos en la varilla.
Se destaca que el ajuste fino del calibrado puede
ser realizado bien variando la sección total de los pasos de gas o
la longitud de la varilla.
De acuerdo con una variante particularmente
preferida de la invención, la varilla sobresale del taladro más
allá del piso de la cámara interna. Esta disposición, proporciona
de hecho una "trampa" alrededor de la parte que sobresale de
la varilla que retiene polvo y partículas presentes en el cierre de
tal forma no pueden obstruir el (los) paso(s) de gas. En
este caso, la varilla debería sobresalir suficientemente más allá
del piso de la cámara interna para evitar que las partículas
alcancen la entrada de los pasos de gas. Una altura de al menos 1
centímetro, preferiblemente al menos 2 centímetros, más allá del
piso de la cámara interna permite conseguir este objetivo.
De acuerdo con otra realización de la presente
invención, un sello estanco, fabricado preferiblemente a partir de
un material refractario compresible, está presente entre al menos
una parte de la varilla y las paredes del taladro. Sellos de
grafito de baja densidad son adecuados para este uso. El sello puede
ser configurado en su lugar tanto durante la fabricación del cierre
como en una etapa posterior.
Se puede tener la varilla que se extiende hasta
la lumbrera de descarga; esta realización es de particular interés
cuando los pasos de gas están formados en la varilla como taladros
capilares o varillas. Esto permite inyectar el gas en el metal
fundido como chorro fino de gas o grandes burbujas. En una variante,
también se puede proporcionar material poroso en una parte del
taladro que se encuentra entre el extremo inferior de la varilla y
la lumbrera de descarga de gas. En una disposición como esta, los
chorros de gas se rompen y se convierten en una dispersión de
pequeñas burbujas. De acuerdo con una realización preferida, un
tapón poroso se inserta en el taladro a través de la lumbrera de
descarga de gas.
Genéricamente, la varilla se extenderá por encima
del piso de la cámara interna de únicamente algunos centímetros de
tal forma que el (los) paso(s) de gas que se extienden
axialmente a lo largo de la misma, comunica(n) con la cámara
interna y con la lumbrera de descarga de gas. Sin embargo, en una
variante particular, la varilla se extiende hacia arriba y está
conectada al medio de suministro de gas. En estas condiciones, el
gas suministrado al cierre es descargado directamente en la
lumbrera de descarga de gas a través del (de los) paso(s) de
gas de la varilla incluso sin ser descargado en la cámara interna.
Una disposición como esta evita todas las pérdidas de gas que se
pudieran deber a la permeabilidad del material del cierre.
El cierre de acuerdo con la invención puede ser
fabricado de acuerdo con diferentes procedimientos de fabricación.
De acuerdo con un primer procedimiento, una varilla que tenga al
menos un paso de gas que se extienda axialmente, es embutida junto
con el cuerpo del cierre. En una variante preferida de este
procedimiento, un sello estanco refractario se coloca alrededor de
la varilla antes de que la etapa de embutido conjunto de tal forma
que el sello es embutido conjuntamente entre la varilla y el
material que constituye el cuerpo del cierre.
De acuerdo con otro procedimiento de fabricación,
la varilla se inserta en el taladro en una etapa posterior. La
varilla puede ser insertada en el taladro a través de la lumbrera
de descarga de gas o a través de la cámara interna. Se puede
añadir mortero o cemento alrededor de la varilla para asegurarla,
dentro del taladro. Ventajosamente, se pueden colocar uno o varios
sellos alrededor de la varilla antes de su inserción a fin de
compensar las posibles diferencias durante la expansión térmica de
los diferentes materiales. También puede ser necesario forzar el
sello en el taladro. Preferiblemente, el material del sello está
protegido de la oxidación por mortero o por cemento. La región del
taladro que se pretende reciba el sello, puede tener un diseño
cónico de tal forma que el sello se mantiene comprimido durante su
inserción y se mantiene a compresión durante toda la vida de la
varilla.
El segundo procedimiento de fabricación se
prefiere por varias razones: permite tener un diseño estándar de
cierre el cual únicamente se adapta en el mismo final del proceso
de fabricación a los parámetros operativos particulares; evita,
además, el rechazo debido a la posible ruptura de la varilla
calibrada durante el embutido y operaciones subsiguientes de
cocción.
En una variante particular del segundo
procedimiento de fabricación, la región más baja del taladro está
roscada internamente y está diseñada para recibir una pieza
insertada porosa roscada externamente. Esta pieza insertada cumple
la función de difundir el gas en el material fundido y de proteger
la parte inferior de la varilla (del ingreso de material fundido) y
el sello (de la oxidación). En este caso, el tapón poroso puede
contactar, además, la parte inferior del sello de tal forma que
también contribuye a mantener el sello a compresión.
En otra variante de fabricación correspondiente
al caso de la varilla que se extiende hacia arriba y que está
conectada al medio de suministro de gas, el procedimiento
comprende, además, una etapa de conexión de la varilla al medio de
suministro de gas.
Ahora se describirán algunas realizaciones de la
invención a modo de ejemplos, haciendo referencia a las figuras que
se acompañan en las cuales, las figuras 1 a 4 son vistas
esquemáticas de la parte inferior de cuatro cierres de acuerdo con
las diferentes realizaciones de la invención.
En estas figuras, la referencia 1 representa la
cámara interna formada dentro del cuerpo del cierre. La cámara 1
interna está comunicada con el medio de suministro de gas (no
mostrado). El cierre también tiene una lumbrera 2 de descarga de
gas situada en la punta más baja del cierre. Un taladro 3 conecta la
cámara 1 interna con la lumbrera 2 de descarga de gas. Una varilla
4 está situada en el taladro 3. La varilla 4 tiene uno o varios
pasos de gas que se extienden axialmente a lo largo de la misma. La
sección total de los pasos de gas está calculada a fin de ofrecer
una resistencia predeterminada al flujo para mantener una presión
positiva de gas dentro del cierre. Un sello 5 fabricado a partir de
grafito de baja densidad y colocado alrededor de la varilla 4
permite evitar fugas de gas y aumenta de este modo la fiabilidad
del sistema.
La varilla 4 del cierre de la figura 1 nivela el
piso de la cámara 1 interna. Se representan cierres similares en
las figuras 2 a 4, pero la varilla 4 sobresale más allá del piso de
la cámara 1 de tal forma que el polvo y las partículas presentes en
la cámara 1 interna (por ejemplo, portada por la corriente de gas o
creada por abrasión dentro del cierre) no puede alcanzar las
entradas de paso de gas.
La figura 3 muestra una realización particular en
la cual la varilla 4 y un sello 5 de grafito de baja densidad se
han embutido conjuntamente con el cierre.
La figura 4 muestra otra realización en la cual
un tapón 6 poroso se ha introducido en un taladro perforado
alrededor del taladro 3 en el nivel de la lumbrera 2 de descarga de
gas.
- 1.
- Cámara interna
- 2.
- Lumbrera de descarga de gas
- 3.
- Taladro
- 4.
- Varilla
- 5.
- Sello
- 6.
- Material poroso
Claims (12)
1. Cierre monobloque adaptado para entregar gas
durante el vertido de metal fundido que comprende un cuerpo de
cierre que tiene una cámara (1) interna y una lumbrera (2) de
descarga de gas, conectando un taladro (3) la cámara (1) interna a
la lumbrera (2) de descarga de gas, estando provistos medios (4) de
calibrado en el taladro (3) para proporcionar un camino estrechado,
caracterizado porque los medios de calibrado comprenden una
varilla (4) que se extiende por encima del piso de la cámara (1)
interna y que tiene, al menos uno, pasos de gas que se extienden
axialmente a lo largo de la misma, teniendo el (los) paso(s)
de gas una sección tal que ofrece una resistencia predeterminada al
flujo.
2. Cierre según la reivindicación 1,
caracterizado porque la varilla (4) está fabricada de
material refractario.
3. Cierre según la reivindicación 2,
caracterizado porque la varilla (4) está fabricada de
alúmina recristalizada, preferiblemente extruida.
4. Cierre según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los pasos
tienen forma de taladros capilares o ranuras.
5. Cierre según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque un sello (5),
preferiblemente un sello refractario e incluso más preferiblemente
un sello de grafito, está situado alrededor de la varilla (4).
6. Cierre según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el material (6)
poroso está presente entre el extremo inferior de la varilla (4) y
la lumbrera (2) de descarga de gas.
7. Cierre según la reivindicación 6,
caracterizado porque un tapón (6) poroso se inserta en una
parte del taladro (3), la cual se encuentra entre el extremo
inferior de la varilla (4) y la lumbrera (2) de descarga de gas.
8. Cierre según las reivindicaciones 1 a 7,
caracterizado porque el (los) paso(s) de gas está(n)
comunicado(s) con la cámara (1) interna y con la lumbrera
(2) de descarga de gas.
9. Cierre según las reivindicaciones 1 a 7,
caracterizado porque la varilla (4) se extiende hacia arriba
y está conectada con los medios de suministro de gas.
10. Procedimiento para la fabricación de un
cierre según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que
comprende las etapas de
a) introducir un material refractario en un molde
adecuado,
b) prensar el material refractario dentro del
molde
c) sacar el cierre prensado del molde
d) cocer el cierre prensado
e) introducir una varilla en el taladro
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque comprende, además, una etapa para
perforar o alargar el taladro antes de insertarlo en la
varilla.
12. Procedimiento según las reivindicaciones 10 u
11, que comprende, además, una etapa de conexión de la varilla al
medio de suministro de gas.
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