ES2229007T3 - Boquilla refractaria. - Google Patents
Boquilla refractaria.Info
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Abstract
Boquilla refractaria para disponer en las paredes de recipientes metalúrgicos, en especial, para coladas de acero, con una abertura de paso, que presenta un extremo superior y otro inferior; con una pared interior de material de electrolito sólido, que rodea lateralmente la abertura de paso; con, al menos, un electrodo dispuesto de forma eléctricamente conductora en la cara exterior del material de electrolito sólido opuesta a la abertura de paso, en el cual se han dispuesto conducciones de conexión; y con un material térmicamente aislante que rodea, al menos parcialmente, la cara exterior del material de electrolito sólido y los electrodos, caracterizada porque el, al menos único, electrodo (3; 4) está formado básicamente por un metal, que presenta un punto de fusión de, al menos, 1400ºC y/o por, al menos, uno de sus óxidos.
Description
Boquilla refractaria.
El invento se refiere a una boquilla refractaria
para disponerla en las paredes de recipientes metalúrgicos, en
especial, para coladas de acero, con una abertura de paso que
presenta un extremo superior y otro inferior; con una pared interior
de material de electrolito sólido, que rodea lateralmente la
abertura de paso; con, al menos, un electrodo dispuesto de forma
eléctricamente conductora en la cara exterior del material de
electrolito sólido opuesta a la abertura de paso; y con material
aislante térmico que rodea, al menos parcialmente, la cara exterior
del material de electrolito sólido y el electrodo.
Una boquilla semejante se conoce, por ejemplo,
por el documento US 4,850,572. En este ejemplo, se evita que el
material fluyente por la boquilla se fije en la superficie de la
pared interior de la boquilla por medio de un proceso
electroquímico.
Por el documento JP 62104655 A, se conoce una
boquilla semejante.
Se conoce además calentar boquillas refractarias
para coladas metálicas. En el documento US 3,722,821 se revela que
se ha dispuesto una calefacción por resistencia alrededor de la
pared interior de la boquilla con objeto de contrarrestar tensiones
termomecánicas y de evitar un una solidificación del material
fluyente en la pared de la boquilla.
Se le plantea al invento el problema de crear una
boquilla refractaria, que mejore las soluciones conocidas y que
proporcione una elevada seguridad operativa de la boquilla.
Según el invento, se resuelve el problema de modo
que el, al menos único, electrodo esté hecho básicamente de un metal
con un punto de fusión de, al menos, 1400ºC y/o de, al menos, uno de
sus óxidos. Tales electrodos han dado pruebas de estabilidad, de
modo que una boquilla refractaria equipada con ellos presenta una
elevada seguridad operativa y, al mismo tiempo, con una elevada
estabilidad y precio bajo. En especial, se ha manifestado
ventajosamente que el, al menos único, electrodo esté hecho de
acero, cromo y/o un óxido de cromo.
También se ha manifestado ventajosamente que,
entre la pared interior de material de electrolito sólido y el
electrodo, se haya dispuesto, al menos parcialmente, una capa de
cromo sobre el material de electrolito sólido, que presente
preferiblemente un espesor de unos 50 \mum. Un óxido del metal
del, al menos único, electrodo debería presentar una conductividad
de, al menos, 10^{-2} \Omega^{-1} cm^{-1} con una
temperatura de 1400ºC. Los conocidos electrodos de cobre son, al
contrario que la disposición según el invento, difíciles de
contactar con el material habitual de electrolito sólido; el
conocido material de electrodos de grafito se oxida fácilmente
formando monóxido de carbono o dióxido de carbono, lo que puede
llevar a la destrucción de la boquilla. En cambio, la utilización de
cromo es apropiada en cuanto que, incluso la oxidación del material,
es inofensiva, ya que los óxidos de cromo son asimismo buenos
conductores eléctricos. La disposición también presenta, por ello,
una baja resistencia eléctrica estable a largo plazo. El cromo se
puede mezclar ventajosamente con dióxido de circonio.
Es adecuado además que, en la cara del electrodo
opuesta al material de electrolito sólido, se disponga un
revestimiento metálico, en especial, una malla de alambre. Además,
resulta ventajoso que se dispongan, al menos, dos electrodos uno
detrás de otro vistos en la dirección de la abertura de paso o bien
que los electrodos comprendan anular, tubular o espiralmente el
material de electrolito sólido. Otra configuración ventajosa más del
invento se obtiene de modo que, entre los extremos de la abertura de
paso y del al menos único electrodo, se disponga, en cada caso, un
material eléctricamente aislante. El material aislante de la
boquilla refractaria está hecho preferiblemente de, al menos, un
material del grupo óxido de aluminio, óxido de circonio y mullita,
en especial, de dióxido de circonio-mullita con
preferiblemente alrededor de 37% en peso de óxido de circonio y
alrededor de 63% en peso de mullita.
El material aislante está delimitado más
ventajosamente, en su cara superior, por un anillo de dióxido de
circonio y mullita sinterizado, que rodea al material de electrolito
sólido, pudiendo estar dispuesto el anillo de dióxido de circonio y
mullita en el extremo superior de la abertura de paso y pudiéndose
disponer un cemento entre el anillo de dióxido de circonio y mullita
y el material de electrolito sólido. El cemento puede estar formado,
por ejemplo, a base de óxido de aluminio. El cemento presenta más
ventajosamente una dilatación térmica absoluta más elevada que el
dióxido de circonio y/o el material de electrolito sólido, para
permitir que, al calentarse, se forme una tensión en dirección al
centro de la boquilla y elevar así la resistencia del dispositivo.
En este caso, el cemento actúa análogamente a un anillo de apriete,
que eleva la resistencia del dispositivo.
Es ventajoso que la cara exterior del material de
electrolito sólido de la cara interior esté rodeada, al menos
parcialmente, por un calentador, preferiblemente una calefacción de
resistencia, que rodee preferiblemente los electrodos. El calentador
posibilita un precalentamiento de la boquilla para evitar, en la
mayor medida posible, tensiones y destrucciones de material por
cambios súbitos de temperatura. El calentador se dispone más
ventajosamente anular, tubular o espiralmente alrededor de la cara
exterior del material de electrolito sólido, preferiblemente dentro
del material térmicamente aislante. El calentador puede estar
formado por carbono, grafito, un metal de alta fusión, en especial,
molibdeno, por un carburo, en especial, carburo de silicio o por un
óxido, en especial, un óxido de cromo, como el dióxido de cromo, o
por una mezcla o una aleación de, al menos, dos de esos materiales.
Como material de electrolito sólido de la pared interior se pone
preferiblemente dióxido de circonio. Presenta éste ventajosamente
una densidad mayor de 5,2 g/cm^{2} y un contenido en dióxido de
silicio menor que 1,5% en peso y está sinterizado
preferiblemente.
Se explica, a continuación, un ejemplo de
realización del invento a base de un dibujo. El dibujo muestra una
sección transversal a través de una boquilla refractaria.
La boquilla presenta una abertura 1 de paso, cuya
pared 2 interior está hecha de dióxido de circonio. El diámetro de
esta abertura 1 de paso se ensancha continuamente hacia el orificio
superior de la abertura 1 de paso. En la cara exterior del dióxido
de zirconio, se adosan dos electrodos 3, 4 anulares dispuestos uno
por encima del otro, habiéndose dispuesto, al menos parcialmente,
entre la pared 2 interior de material de electrolito sólido y los
electrodos 3, 4 una capa 3', 4' de cromo densificada sobre el
material de electrolito sólido, que presenta un espesor de unos 50
\mum, pudiendo estar hechos los electrodos 3; 4 o la capa 3'; 4'
de cromo de polvo de cromo. Los electrodos 3; 4 también pueden estar
hechos de acero; el material de la capa 3'; 4' de cromo puede
mezclarse con dióxido de circonio. A partir de los electrodos 3; 4
se llevan hacia afuera electrodos 5 de conexión. Los electrodos 3; 4
están rodeados de un material 6 eléctricamente aislante, a saber,
dióxido de circonio y mullita, en el que se empotra un calentador 7.
La boquilla está rodeada por su contorno exterior por una camisa 8
de acero, que está formada por una parte 8a superior y una parte 8b
inferior. En el extremo superior de la pieza 8a superior, un anillo
9 de dióxido de circonio y mullita forma el cierre exterior de la
boquilla. Entre el anillo 9 de dióxido de circonio y mullita y la
pared interior de dióxido de circonio se ha dispuesto un cemento 10
a base de óxido de aluminio.
Claims (19)
1. Boquilla refractaria para disponer en las
paredes de recipientes metalúrgicos, en especial, para coladas de
acero, con una abertura de paso, que presenta un extremo superior y
otro inferior; con una pared interior de material de electrolito
sólido, que rodea lateralmente la abertura de paso; con, al menos,
un electrodo dispuesto de forma eléctricamente conductora en la cara
exterior del material de electrolito sólido opuesta a la abertura de
paso, en el cual se han dispuesto conducciones de conexión; y con un
material térmicamente aislante que rodea, al menos parcialmente, la
cara exterior del material de electrolito sólido y los electrodos,
caracterizada porque el, al menos único, electrodo (3; 4)
está formado básicamente por un metal, que presenta un punto de
fusión de, al menos, 1400ºC y/o por, al menos, uno de sus
óxidos.
2. Boquilla refractaria según la reivindicación
1, caracterizada porque el, al menos único, electrodo (3; 4)
está hecho básicamente de acero, cromo y/o un óxido de cromo.
3. Boquilla refractaria según la reivindicación 1
ó 2, caracterizada porque, entre la pared (2) interior de
material de electrolito sólido y los electrodos (3; 4), se ha
dispuesto, al menos parcialmente, una capa (3'; 4') de cromo sobre
el material de electrolito sólido, que presenta preferiblemente un
espesor de unos 50 \mum.
4. Boquilla refractaria según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque, sobre la cara
de los electrodos (3; 4) opuesta al material de electrolito sólido,
se ha dispuesto un revestimiento metálico, preferiblemente una malla
de alambre.
5. Boquilla refractaria según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque se han
dispuesto, al menos, dos electrodos (3; 4) uno detrás de otro en la
dirección de la abertura (1) de paso.
6. Boquilla refractaria según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque los electrodos
(3; 4) comprenden anular, tubular o espiralmente el material de
electrolito sólido.
7. Boquilla refractaria según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque, entre los
extremos de la abertura (1) de paso y el, al menos único, electrodo
(3; 4), se ha dispuesto en cada caso un material (6) eléctricamente
aislante.
8. Boquilla refractaria según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el material (6)
aislante está formado por, al menos, un material del grupo óxido de
aluminio, dióxido de circonio y mullita, en especial, de dióxido de
circonio y mullita con preferiblemente alrededor del 37% en peso de
dióxido de circonio y alrededor del 63% en peso de mullita.
9. Boquilla refractaria según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el material (6)
aislante está delimitado por su cara superior por un anillo (9) de
dióxido de circonio y mullita preferiblemente sinterizado, que rodea
el material de electrolito sólido.
10. Boquilla refractaria según la reivindicación
9, caracterizada porque el anillo (9) de dióxido de circonio
y mullita se ha dispuesto en el extremo superior de la abertura (1)
de paso.
11. Boquilla refractaria según la reivindicación
9 ó 10, caracterizada por que, entre el anillo (9) de dióxido
de circonio y mullita y el material de electrolito sólido, se ha
dispuesto un cemento (10).
12. Boquilla según la reivindicación 11,
caracterizada porque el cemento (10) está formado
preferiblemente a base de óxido de aluminio.
13. Boquilla refractaria según la reivindicación
11 ó 12, caracterizada por que el cemento (10) presenta una
dilatación térmica absoluta más elevada que el anillo (9) de dióxido
de circonio y mullita y/o el material de electrolito sólido.
14. Boquilla refractaria según una de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque la cara
exterior del material de electrolito sólido de la pared (2) interior
está rodeado, al menos parcialmente, por un calentador (7),
preferiblemente una calefacción por resistencia, que rodea
preferiblemente los electrodos (3; 4).
15. Boquilla refractaria según la reivindicación
14, caracterizada porque el calentador (7) se ha dispuesto
anular, tubular o espiralmente alrededor de la cara exterior del
material de electrolito sólido.
16. Boquilla refractaria según la reivindicación
14 ó 15, caracterizada porque el calentador (7) se ha
dispuesto en el material (6) térmicamente aislante.
17. Boquilla refractaria según una de las
reivindicaciones 14 a 16, caracterizada porque el calentador
se ha de carbono o grafito, de un metal de elevado punto de fusión,
en especial, de molibdeno, de un carburo, en especial, de carburo de
silicio, o de un óxido, en especial, de Cr_{2}O_{2}, o de una
mezcla o una aleación de, al menos, dos de esos materiales.
18. Boquilla refractaria según una de las
reivindicaciones 1 a 17, caracterizada porque el material de
electrolito sólido de la pared (2) interior se ha hecho de dióxido
de circonio.
19. Boquilla refractaria según la reivindicación
18, caracterizada porque el material refractario de la pared
(2) interior presenta una densidad mayor de 5,2 g/cm^{2} y un
contenido de dióxido de silicio menor del 1,5% en peso y está
sinterizado preferiblemente.
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