ES2229007T3 - Boquilla refractaria. - Google Patents

Boquilla refractaria.

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ES2229007T3 ES02009195T ES02009195T ES2229007T3 ES 2229007 T3 ES2229007 T3 ES 2229007T3 ES 02009195 T ES02009195 T ES 02009195T ES 02009195 T ES02009195 T ES 02009195T ES 2229007 T3 ES2229007 T3 ES 2229007T3
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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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