ES2236441T3 - Procedimiento para colar metales con refrigeracion directa. - Google Patents
Procedimiento para colar metales con refrigeracion directa.Info
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Abstract
Molde anular que define una cavidad que presenta unas aberturas extremas opuestas y un eje que se extiende entre sus aberturas extremas opuestas, a lo largo del cual se cuela metal fundido en un cuerpo alargado de metal que descarga en una abertura extrema de la cavidad; un par de paredes periféricas relativamente interior y exterior rodeando el eje de la cavidad y espaciadas entre sí en sentido transversal al eje para definir entre ellas una primera cámara; presentando dicha primera cámara unas paredes extremas dispuestas opuestas que se extienden en sentido transversal al eje y una entrada a través de la cual puede suministrarse refrigerante líquido bajo presión a la primera cámara; presentando la pared periférica interior del molde un escalón que forma resalte en la primera cámara desde la pared periférica interior relativamente hacia la pared periférica exterior; presentando dicho escalón una primera superficie que se extiende en sentido transversal al eje de la cavidad a distancia de una de las paredes extremas de la primera cámara, y una segunda superficie que se extiende paralelamente, en general, al eje de la cavidad, a distancia de la pared periférica exterior del molde y es limítrofe con la primera superficie para formar una esquina entre ellas, y unos medios para descargar el refrigerante desde la primera cámara sobre el metal que sale en forma de un cuerpo de una de las aberturas de extremas de la cavidad, comprendiendo una segunda cámara que está formada en la pared periférica interior del molde en el escalón; una serie de orificios que se abren en la primera cámara en una de las primera y segunda superficies del escalón y que desembocan en la segunda cámara para admitir el refrigerante a una presión reducida en relación con la del refrigerante en la primera cámara, y un paso que se abre en la segunda cámara y que desemboca en la atmósfera ambiente del molde en la proximidad de una de sus aberturas extremas para aplicar el refrigerante al cuerpo de metal que salede ella.
Description
Procedimiento para colar metales con
refrigeración directa.
La presente invención se refiere a un molde
anular para colar metal fundido en un cuerpo alargado de metal
mediante las etapas de verter metal fundido a través de un molde de
extremo abierto de un dispositivo de colada, mientras que en dos
etapas sucesivas de una operación de colada que sigue a la etapa de
vertido, un bloque inferior que estaba inicialmente acoplado en
cooperación con la abertura extrema inferior del molde, desciende a
lo largo de un eje vertical del molde a través de una sucesión de
niveles sucesivamente más bajos en un foso de colada situado debajo,
en primer lugar para formar una sección longitudinal inicial que
comprende el tope del cuerpo de metal, a medida que el bloque
inferior desciende a través de una serie de niveles relativamente
superiores en un foso de colada y a continuación, en una etapa
sucesiva de colada en régimen permanente alargar el cuerpo de
metal con secciones longitudinales adicionales, a medida que el
bloque inferior desciende a través de una serie de niveles
relativamente más bajos en el foso de colada, quedando la superficie
periférica exterior del cuerpo de metal expuesto, mientras tanto, a
la atmósfera ambiente del foso de colada, a medida que las
respectivas secciones longitudinales en el cuerpo de metal se
retiran del molde a través de una serie de niveles relativamente
superiores en el foso de colada. Más particularmente, la invención
se refiere a unos medios y a una técnica para el enfriamiento
directo de las secciones longitudinales respectivas en el cuerpo de
metal, a medida que se retiran del molde a través la serie de
niveles, relativamente superiores, del foso de colada y
especialmente, a unos medios y a una técnica de esta naturaleza con
los cuales se obtiene un diferencial entre el efecto refrigerante al
que se somete la sección longitudinal y el efecto refrigerante al
que se somete cada una de las secciones longitudinales adicionales,
durante la etapa de formación del tope del lingote y la etapa de
colada en régimen permanente de la operación de la colada,
respectivamente.
En el enfriamiento directo, las secciones
longitudinales respectivas del cuerpo de metal durante una operación
de colada convencional, se realiza una descarga de refrigerante
líquido a la atmósfera ambiente del foso de colada por debajo de la
abertura extrema inferior del molde y se forma una parte
longitudinal inicial de una capa de refrigerante líquido sobre la
superficie periférica exterior de la sección longitudinal inicial en
el cuerpo de metal a medida que el bloque inferior y la sección
longitudinal inicial se retiran del molde y descienden a través de
la serie de niveles relativamente superiores en el foso de colada. A
continuación, mientras el bloque inferior y en primer lugar, la
sección longitudinal inicial en el cuerpo de metal y luego, las
secciones longitudinales adicionales sucesivas en el cuerpo de
metal, descienden a través de la serie de niveles relativamente
inferiores en el foso de colada durante la etapa de colada en
régimen permanente de la operación de colada, se forma una parte
longitudinal adicional de la capa de refrigerante líquido sobre cada
sección longitudinal adicional sucesiva en el cuerpo de metal, a
medida que las secciones longitudinales adicionales respectivas en
el cuerpo de metal se retiran del molde a través de la serie de
niveles relativamente superiores en el foso de colada. Mientras
tanto, el refrigerante líquido en la parte longitudinal inicial de
la capa de refrigerante líquido y en cada parte longitudinal
adicional sucesiva de la capa de refrigerante líquido, fluye por
gravedad hacia abajo, a lo largo de la superficie del cuerpo de
metal, a través de la serie de niveles relativamente inferiores en
el foso de colada.
Numerosas patentes han sido registradas sobre el
tema del enfriamiento directo, y muchas de ellas dan a conocer
formas para controlar el procedimiento para alguna finalidad
relacionada con la variación del efecto refrigerante de las partes
longitudinales respectivas de la capa de refrigerante líquido sobre
la superficie del cuerpo de metal. Véanse los documentos USP nº
2.791.812, USP nº 3.441.079, USP nº 3.713.479, USP nº 3.623.536, USP
nº 3.765.493, USP nº 4.166.495, USP nº 4.693.298, USP nº 5.040.595,
USP nº 5.119.883 y USP nº 5.148.856, a título de ejemplos. En
algunas de estas patentes, además, se toman medidas para diferenciar
entre los efectos de enfriamiento a los que se someten las secciones
longitudinales respectivas en el cuerpo de metal, durante la etapa
de formación del tope y la etapa de colada en régimen permanente de
la operación de colada. En el documento USP nº 3.441.079, de
Bryson, por ejemplo, el refrigerante líquido es impulsado hacia la
atmósfera ambiente del foso de colada, de una forma cíclica o de
activación/desactivación durante la etapa de formación del tope de
la operación, para diferenciar entre los efectos conseguidos durante
dicha etapa y la etapa de colada en régimen permanente de la
operación. En el documento USP nº 4.351.384 de Goodrich, se forma
la parte longitudinal inicial de la capa de refrigerante líquido
sobre la superficie del cuerpo de metal a un nivel más alto en la
serie de niveles relativamente superiores en el foso de colada, para
la etapa de la operación de formación del tope, que los de las
partes longitudinales adicionales de la capa de refrigerante líquido
formada a continuación para la etapa de colada en régimen permanente
de la operación. En el documento USP nº 4.166.495 de Yu y USP nº
4.693.298, USP nº 5.040.595 y USP nº 5.119.883 de Wagstaff o
Wagstaff et al, el caudal másico del líquido refrigerante
desciende durante la etapa de formación del tope y a continuación,
vuelve a una condición normal durante la etapa de colada en régimen
permanente, para diferenciar entre los efectos conseguidos durante
las dos etapas. La diferenciación entre los efectos en todos estos
procedimientos se consigue mediante la realización de alguna
alteración en el procedimiento básico de refrigeración directa
durante la etapa de formación del tope y a continuación,
interrumpiendo la alteración durante la etapa de colada en régimen
permanente. Nunca se consigue por el contrario, alterando el
procedimiento durante la etapa de colada en régimen permanente.
Mientras tanto, la propia etapa de colada en régimen permanente no
es mejor por sí misma en la extracción de calor que la que las
partes longitudinales adicionales de la capa de refrigerante líquido
pueden extraer del cuerpo de metal, después de que se interrumpa la
alteración efectuada durante la etapa de formación de tope. En un
sentido práctico, ésta es una función de la cantidad de calor
extraído por unidad de volumen desde las respectivas partes
longitudinales adicionales de la capa de líquido refrigerante, y
puede efectuarse cualquier mejora aumentando el caudal de descarga
en el refrigerante líquido para incrementar así el volumen de las
respectivas partes.
El objetivo de estos esfuerzos creativos de los
diseñadores y trabajadores en la técnica de colada de metal fundido
ha sido evitar dichos problemas reduciendo la cantidad de calor
extraído del cuerpo de metal durante la etapa de formación del tope,
mientras que al mismo tiempo se maximiza la cantidad de calor
extraído del cuerpo de metal, durante la etapa de colada en régimen
permanente de la operación de colada. Pero el objetivo sigue sin
conseguirse en su plenitud. Se ha tenido conocimiento de que el
Número Weber, es decir, el régimen al que se produce la
atomización, la mezcla y la "agitación" en las respectivas
partes longitudinales de la capa de refrigerante líquido, tiene
mucho que ver con el régimen al que cada una de las respectivas
partes de la capa extraerá calor del cuerpo de metal, por unidad de
volumen del refrigerante líquido que haya en su interior. Además,
se sabe que, en general, cuanto más delgada sea una parte y más
"laminar" sea su flujo, tanto menor será la cantidad de calor
extraído por unidad de volumen y cuanto más turbulenta o agitada sea
la parte y mayor el flujo que la atraviesa, tanto mayor será su
cantidad de calor extraído por unidad de volumen. Los diseñadores y
usuarios de esta técnica también han asumido siempre que cuando se
descarga el refrigerante líquido a la atmósfera ambiente por debajo
de un molde y se dirige a las respectivas secciones longitudinales
en el cuerpo de metal que se está fundiendo, para formar así partes
longitudinales sucesivas de una capa de refrigerante líquido sobre
las superficies de las secciones, el refrigerante debe dirigirse a
las superficies en ángulos relativamente pequeños de incidencia
respecto al eje del molde, es decir, aproximadamente 15 a 30 grados
respecto al eje, de tal modo que se minimice la cantidad de
salpicaduras desde los puntos de impacto de la descarga de
refrigerante líquido con las superficies, en el plano generalmente
horizontal del foso de colada en el que la descarga impacta sobre
las superficies. Véase, por ejemplo, las líneas 39 a 42 de la
columna 1 en el documento de Goodrich. Los diseñadores y usuarios
han observado, además, que en los niveles del foso inmediatamente
por debajo del plano de impacto, la descarga forma una banda
circunferencial relativamente estrecha de turbulencia o agitación en
torno a las superficies respectivas, esto es, inferior a 1/2 pulgada
y que, por debajo de esta estrecha banda de turbulencia, las
respectivas partes longitudinales de la capa de refrigerante líquido
asumen el tipo de flujo laminar en las superficies, hasta que, en
menos de otra pulgada aproximadamente, las partes reanudan el flujo
turbulento. Durante la etapa de formación de tope de la operación de
colada, esta pauta de comportamiento es aconsejable para la
extracción mínima de calor desde el cuerpo de metal, pero durante la
etapa de colada en régimen permanente de la operación de colada, ya
no es aconsejable. Y, asimismo, los diseñadores y usuarios de esta
técnica han descubierto que aun cuando se aumenta el caudal de
descarga, la banda inicial de turbulencias cambia poco en anchura y
la naturaleza del flujo por debajo de la banda sigue siendo
esencialmente el del flujo laminar, seguido por un renovado régimen
de flujo turbulento en su parte inferior.
En el dispositivo de la invención se sigue
descargando refrigerante líquido a la atmósfera ambiente del foso
por debajo de la abertura extrema inferior del molde y se sigue
formando una parte longitudinal inicial de una capa de refrigerante
líquido sobre la superficie periférica exterior de la sección
longitudinal inicial en el cuerpo de metal, a medida que el bloque
inferior y la sección longitudinal inicial en el cuerpo de metal, se
retiran del molde y descienden a través de la serie de niveles
relativamente superiores del foso. Sin embargo, en la presente
invención se consigue lo que la técnica anterior fue incapaz de
hacer: aumentar la cantidad de calor extraído por unidad de volumen
desde la parte longitudinal inicial de la capa de refrigerante
líquido y se logra porque las respectivas partes longitudinales
adicionales de la capa de refrigerante líquido se forman en las
secciones longitudinales adicionales correspondientes del cuerpo de
metal en la serie de niveles relativamente superiores del foso de
colada. De esta forma, se puede aumentar la cantidad de calor
extraído por las respectivas partes longitudinales adicionales de la
capa de refrigerante líquido desde las secciones longitudinales
adicionales en el cuerpo de metal durante la etapa de colada en
régimen permanente de la operación de colada, sin importar si se
produjo alguna variación en el régimen al que la parte longitudinal
inicial de la capa de refrigerante líquido extrajo calor desde la
sección longitudinal inicial, en el cuerpo de metal, durante la
etapa de formación del tope en la operación de colada. Esto
significa que se puede conseguir ahora, de la forma más óptima, un
diferencial entre las dos etapas y, además, se puede agudizar el
diferencial a cualquier extremo que se desee. Es decir, utilizando
el dispositivo de la invención, se puede abordar ambas etapas de la
operación de colada y, si se desea, ambos al mismo tiempo, lo que
significa elevar el diferencial entre las dos utilizando, por
ejemplo, el dispositivo de la invención para aumentar la cantidad de
calor extraído durante la etapa de colada en régimen permanente,
mientras se emplea uno o más de los procedimientos de la técnica
anterior para disminuir la cantidad de calor extraído durante la
etapa de formación del tope.
En numerosas realizaciones actualmente preferidas
de la presente invención, se forma la descarga de refrigerante
líquido en corrientes presurizadas de refrigerante líquido y durante
la etapa de formación del tope en la operación de colada, se dirige
las corrientes de refrigerante líquido hacia la sección longitudinal
inicial del cuerpo de metal, de tal modo que las corrientes incidan
sobre su superficie periférica exterior en un plano prácticamente
horizontal del foso de colada, para formar así una parte
longitudinal inicial de una capa de refrigerante líquido sobre la
superficie periférica exterior de la sección longitudinal inicial,
teniendo una banda circunferencial de turbulencia alrededor en los
niveles del foso inmediatamente por debajo del plano del impacto. A
continuación, durante la etapa de colada en régimen permanente de
la operación de colada, se incrementa la cantidad de calor extraído
por unidad de volumen desde las respectivas partes longitudinales
adicionales de la capa de refrigerante líquido formando una banda
circunferencial de turbulencia alrededor de las respectivas partes
longitudinales adicionales de la capa de refrigerante líquido en los
niveles del foso inmediatamente por debajo del plano de dicho
impacto, que es más ancha que la banda circunferencial de
turbulencia formada alrededor de la parte longitud inicial de la
capa de refrigerante líquido, en el sentido axial del molde. En
algunas realizaciones, además, se eleva también el plano en el que
las corrientes de refrigerante líquido inciden sobre las superficies
de las secciones longitudinales adicionales del cuerpo de metal, en
relación con el plano en el que las corrientes de refrigerante
incidieron sobre la superficie de la sección longitudinal inicial en
el cuerpo de metal.
Preferentemente, se forma una banda
circunferencial de turbulencia alrededor de las respectivas partes
longitudinales adicionales de la capa de refrigerante líquido, que
es co-extensiva con la última de las secciones
longitudinales adicionales mediante las que el cuerpo de metal se
alarga durante la etapa de colada en régimen permanente de la
operación de colada. Es decir, dicho régimen de flujo laminar se
elimina en todo su conjunto.
En algunas de las realizaciones actualmente
preferidas de la presente invención, se forma la banda más ancha de
turbulencia por debajo del plano de impacto en las respectivas
partes longitudinales adicionales de la capa de refrigerante
líquido, mediante la descarga de un fluido adicional en la capa de
atmósfera ambiente del foso, inmediatamente circundante de las
superficies periféricas exteriores de las respectivas partes
longitudinales adicionales de la capa de refrigerante líquido, a
medida que se forman en las correspondientes secciones
longitudinales adicionales del cuerpo de metal. En algunas
realizaciones, además, se establece la descarga de fluido adicional
en chorros presurizados de fluido y se dirige los chorros de fluido
en las partes longitudinales adicionales de la capa de refrigerante
líquido, de tal modo que incida en sus superficies con el fluido por
debajo del plano de impacto de las corrientes de líquido.
En un grupo de las realizaciones actualmente
preferidas, se dirige las respectivas corrientes de refrigerante
líquido y chorros de fluido adicional a las superficies de las
secciones longitudinales adicionales respectivas en el cuerpo de
metal y a las superficies de las partes longitudinales adicionales
de la capa de refrigerante líquido en ellas, respectivamente, de
tal modo que, en primer lugar, se entrecrucen partes de las
respectivas corrientes y chorros entre sí en la capa de atmósfera
ambiente del foso inmediatamente circundante de las superficies de
las partes longitudinales adicionales de la capa de refrigerante
líquido y, en segundo lugar, se interpongan las partes de las
corrientes de refrigerante líquido en los recorridos de las partes
de los chorros de fluido adicional, de tal modo que las partes de
las corrientes de refrigerante líquido sean arrastradas en las
partes de los chorros e incidan sobre las superficies de las partes
longitudinales adicionales de la capa de refrigerante líquido
mediante los chorros.
Cuando se forma la banda más ancha de turbulencia
descargando un fluido adicional en la capa de atmósfera ambiente que
rodea a las respectivas partes longitudinales adicionales de la capa
de refrigerante, se puede interponer, además, una masa de
pulverización de refrigerante líquido en suspensión en el aire en
sentido transversal al recorrido del fluido adicional, a medida que
se descarga el fluido en la capa de atmósfera ambiente, de tal modo
que el fluido adicional realice la infusión de las respectivas
partes longitudinales adicionales de la capa de refrigerante líquido
con refrigerante líquido adicional arrastrado por el aire, cuando
las partes adicionales se formen en las correspondientes secciones
longitudinales adicionales en el cuerpo de metal. En las
realizaciones de la invención, por ejemplo, en las que se forma la
descarga de fluido adicional en chorros presurizados de fluido que
son dirigidos a las partes longitudinales adicionales de la capa de
refrigerante líquido, de tal modo que incidan en sus superficies, se
procede a interponer masas de pulverización de refrigerante líquido
en suspensión en el aire transversalmente a los recorridos de los
respectivos chorros de fluido adicional en la capa de atmósfera
ambiente, de forma que los chorros de fluido adicional produzcan una
infusión en las partes longitudinales adicionales de la capa de
refrigerante con refrigerante líquido adicional arrastrado por el
aire, cuando los chorros incidan sobre las superficies de las partes
longitudinales adicionales. Y en las realizaciones de la invención
en las que se dirige las corrientes de refrigerante líquido y los
chorros de fluido adicional a las respectivas secciones
longitudinales adicionales en el cuerpo de metal y las partes
longitudinales adicionales de su capa de refrigerante, para
entrecruzar así las partes de las respectivas corrientes y chorros
entre sí en la capa de atmósfera ambiente, se procede a interponer
masas de pulverización de refrigerante líquido en suspensión en el
aire transversalmente a los recorridos de los respectivos chorros de
fluido adicional, en primer lugar, dirigiendo las corrientes de
refrigerante líquido a lo largo de los ángulos relativamente altos
de incidencia con respecto al eje del molde con partes sustanciales
de las respectivas corrientes de refrigerante líquido rebotando
desde las superficies de las secciones longitudinales adicionales,
en los respectivos puntos de incidencia de las corrientes y forman
masas de tipo corola de pulverización de refrigerante líquido en
suspensión en el aire en la capa de atmósfera ambiente del foso
inmediatamente circundante a las respectivas partes longitudinales
adicionales de la capa de refrigerante líquido y, en segundo lugar,
dirigiendo los chorros de fluido adicional a lo largo de ángulos
relativamente bajos de incidencia con el eje del molde, desde
elevaciones axiales por encima del plano de impacto de las
corrientes, y de tal modo que las masas de tipo corola de la
pulverización estén interpuestas en sentido transversal con los
recorridos de los chorros de fluido adicional cuando se descargue el
fluido adicional en la capa de atmósfera ambiente.
Preferentemente, se descargan las respectivas
co-
rrientes y chorros desde una corona circular que rodea la abertura extrema inferior del molde y así se desvían de forma angular entre sí las corrientes y los chorros en el sentido axial del molde y de este modo, se escalonan las corrientes y los chorros entre sí de forma circunferencial respecto al molde, de tal modo que las masas de tipo corola de pulverización de refrigerante líquido surjan desde los puntos de impacto de corrientes relativamente adyacentes de refrigerante y se combinen para formar las así denominadas "fuentes de interacción" de pulverización que inciden directamente hacia arriba en los recorridos de los chorros de fluido adicional. Este fenómeno se informa por Slayzak y otros en un artículo titulado EFFECTS OF INTERACTIONS BETWEEN ADJOINING ROWS OF CIRCULAR, FREE SURFACE JETS ON LOCAL HEAT TRANSFER FROM THE IMPINGEMENT SURFACE, a publicarse en el Journal of Heat Transfer de la American Society of Mechanical Engineers, del que una copia se proporcionará e incorporará aquí a título de referencia. De hecho, se ha descubierto que cuando las características de este fenómeno son incorporadas al procedimiento y dispositivo de la invención, las fuentes de pulverización no solamente disparan directamente en las rutas de los chorros de fluido adicional, sino también en una condición muy llena de aire, de modo que cuando sean arrastrados, a su vez por los chorros de fluido adicional, los chorros producen un grado extraordinario de turbulencia en las capas adicionales de refrigerante líquido y esto, a su vez, produce un incremento notable en la cantidad de calor extraído por unidad de volumen de las respectivas capas.
rrientes y chorros desde una corona circular que rodea la abertura extrema inferior del molde y así se desvían de forma angular entre sí las corrientes y los chorros en el sentido axial del molde y de este modo, se escalonan las corrientes y los chorros entre sí de forma circunferencial respecto al molde, de tal modo que las masas de tipo corola de pulverización de refrigerante líquido surjan desde los puntos de impacto de corrientes relativamente adyacentes de refrigerante y se combinen para formar las así denominadas "fuentes de interacción" de pulverización que inciden directamente hacia arriba en los recorridos de los chorros de fluido adicional. Este fenómeno se informa por Slayzak y otros en un artículo titulado EFFECTS OF INTERACTIONS BETWEEN ADJOINING ROWS OF CIRCULAR, FREE SURFACE JETS ON LOCAL HEAT TRANSFER FROM THE IMPINGEMENT SURFACE, a publicarse en el Journal of Heat Transfer de la American Society of Mechanical Engineers, del que una copia se proporcionará e incorporará aquí a título de referencia. De hecho, se ha descubierto que cuando las características de este fenómeno son incorporadas al procedimiento y dispositivo de la invención, las fuentes de pulverización no solamente disparan directamente en las rutas de los chorros de fluido adicional, sino también en una condición muy llena de aire, de modo que cuando sean arrastrados, a su vez por los chorros de fluido adicional, los chorros producen un grado extraordinario de turbulencia en las capas adicionales de refrigerante líquido y esto, a su vez, produce un incremento notable en la cantidad de calor extraído por unidad de volumen de las respectivas capas.
Se suele dirigir las corrientes de refrigerante
líquido a las superficies de las respectivas secciones
longitudinales adicionales en el cuerpo de metal, a lo largo de
ángulos de incidencias comprendidos entre 30 y 105 grados respecto
al eje del molde. Se dirigen los chorros de fluido adicional a las
superficies de las partes longitudinales adicionales de la capa de
refrigerante líquido a lo largo de ángulos de incidencia
comprendidos entre 15 y 30 grados respecto al eje del molde.
Como se ha indicado anteriormente, también se
puede variar la parte longitudinal inicial de la capa de
refrigerante líquido formada en la sección longitudinal inicial en
el cuerpo de metal en la etapa de formación del tope de la operación
de colada, diseñada de en alguna manera para reducir la cantidad de
calor extraído por volumen unitario.
Asimismo, cuando el molde está adaptado para
formar un cuerpo de metal que presente una sección transversal
poligonal a través del eje del mismo, tal como cuando se forma un
lingote de láminas, se puede incrementar también la cantidad de
calor extraído por unidad de volumen de la parte longitudinal
inicial de la capa de refrigerante líquido formada en lados opuestos
de la sección longitudinal inicial en el cuerpo de metal, tal como
en los extremos opuestos del tope de la sección transversal
rectangular del lingote. De esta manera, se puede conseguir un
diferencial entre pares opuestos de partes laterales del cuerpo de
metal durante la etapa de formación de tope, tal como entre lados
opuestos del tope, por una parte, y sus extremos opuestos, por otra
parte.
Se puede utilizar un refrigerante líquido
adicional o gas como fluido adicional. Una ventaja de utilizar
refrigerante líquido adicional es la de simplificar el molde. El
líquido también es más fácil de controlar y su uso facilita
conseguir la uniformidad de un molde a otro así como dentro de cada
molde, cuando se utiliza una pluralidad de moldes. Por otra parte,
cuando se utiliza un gas, el mismo gas puede emplearse en cualquiera
de las diversas técnicas anteriores para reducir el caudal másico
del refrigerante líquido durante la etapa de formación de tope de la
operación de colada.
Otra ventaja de utilizar refrigerante líquido
adicional como fluido adicional, es que durante la etapa de
formación de tope de la operación de colada, el refrigerante líquido
puede descargarse en la sección longitudinal inicial en el cuerpo de
metal para formar la parte longitudinal inicial de la capa de
refrigerante líquido en ese lugar. De hecho, en algunas
realizaciones preferidas actuales de la invención, dicho primer
refrigerante líquido y el refrigerante líquido adicional se
descargan desde el propio molde a través de una primera y segunda
series de orificios espaciados que rodean la abertura extrema
inferior del molde en una corona circular y que están conectados con
un par de cámaras de suministro de refrigerante líquido en el cuerpo
del molde, de modo que los conjuntos de corrientes de refrigerante
líquido, primaria y secundaria, pueden descargarse desde las primera
y segunda serie de orificios, respectivamente, y dirigirse a las
secciones longitudinales adicionales respectivas en el cuerpo de
metal y las respectivas partes longitudinales adicionales de la capa
de refrigerante líquido sobre sus superficies, respectivamente, de
modo que se enfríe el cuerpo de metal durante la etapa de colada en
régimen permanente de la operación de colada o como alternativa, se
active y desactive, de forma selectiva, en las cámaras de
alimentación correspondientes, controlando el flujo de refrigerante
líquido a las respectivas cámaras, de modo que, si se desea, durante
la etapa de formación de tope de la operación de colada, solamente
el refrigerante líquido secundario sea dirigido a la sección
longitudinal inicial en el cuerpo de metal para formar la parte
longitudinal inicial de la capa de refrigerante líquido allí
existente.
En algunas de estas últimas realizaciones
mencionadas, las primera y segunda series de orificios están así,
desviados entre sí de forma angular en el sentido axial del molde y
la primera serie de orificios está así más profundamente inclinada
en el sentido axial del molde que la segunda serie y que las
respectivas cámaras para suministrar el refrigerante líquido a las
primera y segunda series de orificios pueden estar relativamente
superpuestas una sobre otra en el cuerpo del molde. Sin embargo,
preferentemente, las cámaras se interconectan por una válvula de
modo que el refrigerante líquido pueda suministrarse a la cámara
relativamente superior para entrega a las primera y segunda series
de orificios, pero solamente alimentarse a la cámara relativamente
más baja a través de la válvula, cuando se inicie la fase de colada
en régimen permanente de la operación de colada.
En algunas realizaciones para producir un
lingote, la cámara relativamente más baja está subdividida en
secciones extremas y secciones laterales y las secciones extremas
están directamente interconectadas por la cámara relativamente
superior a través de pasos abiertos, mientras que las secciones
laterales están interconectadas con la cámara relativamente más alta
a través de válvulas, de modo que se suministre refrigerante líquido
a las secciones extremas de la cámara inferior al mismo tiempo que
se suministra a la cámara superior, para el enfriamiento directo de
los extremos del lingote durante la etapa de formación de tope y la
etapa de colada en régimen permanente de la operación de colada.
Estas características se pondrán más claramente
de manifiesto haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que
se ha ilustrado una de las últimas realizaciones mencionadas de la
presente invención, que emplea un molde de descarga de refrigerante
que tiene cámaras dobles, pero parcialmente subdividido para enfriar
los extremos y partes laterales del lingote de láminas de forma
diferente.
En los dibujos:
La Figura 1 es una vista en perspectiva superior
explosionada de los principales componentes del cuerpo del
molde;
La Figura 2 es una vista en perspectiva superior
ensamblada y relativamente ampliada de dos componentes corporales
intermedios, es decir, una caja anular y un anillo de colada de
grafito que rodea su periferia interior;
La Figura 3 es una vista análoga en planta
superior ampliada del conjunto de caja y anillo;
La Figura 4 es una vista análoga en perspectiva
inferior ampliada del conjunto de caja y anillo;
La Figura 5 es una vista análoga en planta
inferior ampliada del conjunto de caja y anillo;
La Figura 6 es una sección transversal del molde
con un conjunto tomado a lo largo de la línea 6-6 de
las Figuras 3 y 5;
La Figura 7 es una sección transversal del molde,
como un conjunto, tomada a lo largo de la línea 7-7
de las Figuras 3 y 5;
La Figura 8 es una sección transversal del molde,
como un conjunto, tomada a lo largo de la línea 8-8
de las Figuras 3 y 5 que ilustra también uno de un conjunto de
dispositivos que se puede utilizar para la apertura y cierre de un
conjunto de válvulas que interconectan las secciones laterales de la
cámara relativamente inferior con la cámara relativamente superior
en el cuerpo del molde;
La Figura 9 es una sección transversal similar a
la Figura 6, pero que ilustra también en parte el foso, el bloque
inferior y la etapa de formación de tope del procedimiento de
enfriamiento directo de la invención cuando el bloque inferior ha
sido acoplado en cooperación con el molde en la abertura de su
extremo inferior y luego descendido a través de una serie de niveles
superiores en el foso cuando el metal fundido se vierte a través del
molde y mientras ambos conjuntos de las corrientes de refrigerante
líquido se descargan en los extremos del lingote de la manera
ilustrada en la Figura 10, descargándose solamente un conjunto de
las corrientes en las partes laterales del lingote de la manera
ilustrada en la Figura 9, para formar la parte longitudinal inicial
de una capa de refrigerante líquido en el tope de lingote, que está
diferenciada en cuanto a su efecto refrigerante en los respectivos
extremos y partes laterales del lingote;
La Figura 10 es una vista esquemática parcial de
una sección transversal parcial del molde tomada en el mismo lugar
que la Figura 9, pero cuando las válvulas han sido abiertas para
introducir también refrigerante líquido a las secciones laterales de
la cámara inferior, de modo que dos conjuntos de corrientes de
refrigerante líquido se descargan ahora en las partes laterales del
lingote, partes de las cuales se entrelazan una con otra en la capa
de atmósfera ambiente que rodea a la capa de refrigerante líquido en
las partes laterales del lingote, porque las corrientes desde la
cámara inferior sufren un "bote" o rebotan desde las partes
laterales del lingote y forman masas de tipo corola de pulverización
de refrigerante líquido transportada por el aire que no solamente se
expande desde las partes laterales del lingote en rutas
transversales a las de las corrientes de la cámara superior, sino
que también se expanden tan próximas una a la otra, que las
denominadas "fuentes de interacción" formadas entre ellas se
disparan en las rutas de las corrientes de la cámara superior y se
arrastran con la corriente de la cámara superior y se transportan
con ellas sobre las superficies de las capas adicionales sucesivas
de refrigerante líquido formadas sobre las partes laterales del
lingote en las que está ahora la etapa de función en régimen
permanente de la operación de colada;
La Figura 11 es una vista esquemática parcial de
la sección transversal parcial a lo largo de la línea
11-11 de la Figura 10;
La Figura 12 es otra vista esquemática parcial de
una sección transversal parcial a lo largo de la línea
12-12 de la Figura 10;
La Figura 13 es una ilustración esquemática del
efecto de "fuente de interacción" observado por Slayzak et
al, cuando pares de corrientes líquidas o chorros están
suficientemente próximas una a la otra de modo que no solamente
generan masas de tipo corola de pulverización de líquido en
suspensión en el aire en la atmósfera ambiente por encima de sus
puntos de impacto con una superficie metálica, sino que también las
masas de pulverización se combinan para formar dichas "fuentes de
interacción" de pulverización entre ellas, que tienden a
dispararse incluso más altas por encima de la superficie que las
masas de tipo corola por sí solas, aunque Slayzak y otros emplearon
las así denominadas guardas entre los pares de chorros para
controlar el efecto que deseaban observar;
La Figura 14 es otra ilustración esquemática del
efecto que se utiliza en la presente invención y cuando se observa
en ángulo recto con los respectivos pares de corrientes de
refrigerante líquido cuando inciden sobre las partes laterales del
lingote y las partes longitudinales adicionales sucesivas de la capa
del refrigerante, respectivamente; y
La Figura 15 es otra ilustración esquemática del
efecto, pero que ilustra el efecto en perspectiva cuando los pares
de corrientes inciden en la superficie del lingote y las partes
longitudinales adicionales de la capa de refrigerante en ese
lugar.
Haciendo referencia en primer lugar a las Figuras
1 a 8, se observará que el cuerpo del molde 2 comprende un par de
placas anulares superior e inferior 4 y 6 respectivamente, una caja
anular 8 que está interpuesta entre las placas para formar el
componente de colada principal del molde y un anillo de grafito
segmentado 10 que rodea la periferia interior de la caja para formar
su superficie de colada. Las placas, la caja y el anillo de colada
son todos rectangulares en la sección transversal al eje vertical 12
del molde y la cavidad de extremo abierto 14 formada dentro del
anillo presenta una sección transversal similar al eje del molde,
compatible con el molde que se adapta para formar el lingote de
láminas. Las paredes laterales opuestas 15 y las paredes extremas 16
del anillo son relativamente convexas y planas, además, para
prestarse por sí mismas a esta función, puesto que son paredes
laterales respectivas 17 y paredes extremas 18 de la caja. Estas
últimas paredes están también rebajadas en sus partes superiores
para proporcionar un asiento 20 para el anillo de colada. El anillo
10 está asentado alrededor del perímetro de la cavidad de una manera
ilustrada en el documento USP 4.947.925 y se le suministra aceite y
gas para los fines descritos en el documento USP 4.598.763. Sin
embargo, los servicios son ilustrados solamente de forma esquemática
en la referencia 22 (Figura 6), como el asentamiento del anillo, en
tanto que los detalles de ambas características pueden obtenerse a
partir de las patentes anteriores.
En su superficie superior 24, la caja 8 presenta
un rebaje anular 26 formado en ella y dicho rebaje presenta un
escalón anular 28 formado en su parte inferior en la periferia
interior del rebaje. En su superficie inferior 30, la caja presenta
un par de rebajes anulares parciales 32 y 34 formados en sus
extremos opuestos y en las partes laterales y, una vez más, cada
rebaje 32 ó 34 presenta un escalón anular 36 formado en su parte
inferior en la periferia interna del rebaje. Utilizando pernos 37,
las placas anulares 4 y 6 son atornilladas mediante tirafondos a las
respectivas superficies 24 y 30 de la caja para cubrir sus
respectivos rebajes y para formar un par de cámaras relativamente
superpuestas 38 y 40 en las partes superior e inferior de la caja,
cuya parte superior 38 es anular y cuya parte inferior 40 está
subdividida en secciones anulares parciales 42 y 44 en los extremos
y en las partes laterales de la caja, respectivamente. Además, para
ayudar en el sellado de las respectivas cámaras, cada placa 4, 6
está rebajada alrededor de sus periferias internas y externas, de
modo que existan espacios intermedios 46 que puedan ajustarse de
forma telescópica dentro del rebaje 26 o de los rebajes 32, 34
opuestos, cuando las placas se aplican a la caja. Además, a cada
placa se le proporciona un par de ranuras de extensión
circunferencial 48, 50 alrededor de sus espacios, en los que se
asientan unas juntas tóricas elastoméricas 52 para sellar las juntas
entras las respectivas placas y la caja, en las periferias internas
y externas de cada espacio, cuando las placas son aplicadas a la
caja. La placa superior 4 es suficientemente estrecha en su abertura
para superponerse al anillo de colada de grafito 10 y para formar un
reborde estrecho 54 en su periferia interna por encima del anillo.
Una tercera junta tórica elastomérica 56 se asienta en una tercera
ranura 58 alrededor de la circunferencia de la placa superior en la
junta entre ella y el anillo de colada y las características de un
sistema de desviación de fugas, tal como el descrito en el documento
USP 4.597.432, están incorporadas en la placa superior y
representadas de forma esquemática en la referencia 60 para proteger
la junta contra la incursión de fugas procedentes de la cámara
superior.
La placa inferior 6, mientras tanto, es
suficientemente amplia en su abertura de modo que la periferia
interna de la placa está relativamente desviada hacia fuera desde
las paredes 17, 18 de la caja para dejar descubierta una corona
circular 62 de la caja en su esquina periférica interna más baja. La
mitad superior de la corona circular está cortada en inglete en un
ángulo de 67,5 grados respecto al eje del molde y a una mayor
profundidad en sentido radial hacia fuera de dicho molde, de modo
que la corona circular tenga un par de superficies con desviación
axial y radial 64 y 66 en ese lugar. Las superficies, a su vez,
tienen dos series de orificios espaciados 68 y 70, respectivamente,
que rodean la abertura del extremo inferior 72 de la cavidad de la
corona circular, para la descarga de corrientes de refrigerante
líquido, primaria y secundaria, desde el molde, tal como se
explicará más adelante.
Con referencia ahora a las respectivas cámaras
38, 40 de la caja, se observará que una ranura circunferencial 74 ó
75 está profundamente realizada desde la pared periférica interior
del escalón 28 ó 36 en cada cámara y está rebajada alrededor de su
boca para recibir un anillo de obturación anular 76 de un diámetro
considerablemente mayor que los utilizados en las juntas del
montaje. Además, una serie de orificios espaciados 78 está perforada
en el resalte 80 de cada escalón para abrirse en la correspondiente
ranura 74 ó 75 y para proporcionar un flujo restringido desde la
correspondiente cámara, con una forma de dispositivo de desviación
para la cámara. Las respectivas series de orificios 68 y 70 en la
esquina periférica interna más baja de la caja se perforan luego en
las partes inferiores de las ranuras 74 y 75, desde las superficies
biseladas 64, 66 de la corona circular 62 y en ángulo recto con
ellas, de tal modo que las series de orificios tengan ángulos de
22,5 y 45 grados, respectivamente, con respecto al eje 12 del molde.
Los orificios en las respectivas series están escalonados alrededor
de la circunferencia del molde, sin embargo, de modo que los
orificios en una serie están circunferencialmente desplazados
respecto a los orificios en las demás series y viceversa, y cada una
se extiende a través de los intervalos de espacio entre los pares de
orificios en las demás series de orificios. Véanse las Figuras 6 y 8
a 15.
Haciendo referencia ahora a las Figuras 1 a 5, 7
y 8 en particular, se observará que la caja 8 del molde presenta dos
conjuntos de pasos verticales 82 y 84, que se abren en sus cámaras
superior e inferior, en puntos contiguos a las respectivas esquinas
de la caja. Un conjunto de pasos, los designados con la referencia
82, interconectan las secciones extremas 42 de la cámara inferior 40
con la cámara superior 38 y viceversa y en los extremos opuestos de
las secciones extremas 42 en sentido transversal del molde. El otro
conjunto de pasos, los designados con la referencia 84,
interconectan las secciones laterales 44 de la cámara inferior con
la cámara superior y viceversa. Una abertura roscada 86 está
prevista debajo de cada paso 82 y en cada esquina del molde, en su
placa inferior 6, para recibir el acoplamiento macho (no ilustrado)
de una fuente de agua presurizada, con la que cargar las secciones
extremas 42 de la cámara inferior y la cámara superior completa 38
con refrigerante líquido presurizado. Gracias a los pasos 84 entre
la cámara superior y las secciones laterales 44 de la cámara
inferior, el refrigerante presurizado puede acceder también a las
secciones laterales de la cámara inferior. Sin embargo, estos pasos
84 están acondicionados como válvulas 88 de tal modo que el
refrigerante presurizado en la cámara superior puede admitirse en
las secciones laterales de la cámara inferior de forma selectiva, es
decir, en una forma de conexión/desconexión cuando se desee. Como se
observa en la Figura 8, un dispositivo de cierre de válvula 90 está
montado bajo cada paso 84, en la placa inferior. El dispositivo 90
se puede accionar para abrir y cerrar el respectivo paso para el
flujo y comprende una carcasa cilíndrica 92 que comprende una cámara
cilíndrica 94 formada en ella, en un eje vertical. Un pistón 96 está
insertado de forma deslizante en la cámara para elevarse y descender
en sentido axial y el pistón está provisto de un vástago 98 cuyo
cuerpo está insertado de forma deslizante en la respectiva sección
lateral 44 de la cámara inferior, a través de orificios opuestos 100
y 102 en la parte superior 103 de la carcasa y la esquina adyacente
de la placa inferior, respectivamente. El vástago 98 presenta a su
vez un disco de cierre de válvula 104 en su parte superior en la
correspondiente sección lateral 44 de la cámara inferior y el disco
está rebajado y biselado en su lado superior 106 y provisto de una
junta tórica elastomérica 108 en el resalte 110 del rebaje para
proporcionar un cierre hermético con la abertura inferior 112 del
paso y cerrarla bajo la acción del pistón. El pistón está
acompañado, sin embargo, por un muelle helicoidal 114 que rodea el
vástago, en la cámara 94 de la carcasa, entre el pistón y la parte
superior 103 de la carcasa. El fluido se suministra a la parte
inferior del pistón a través de una abertura (no ilustrada) en la
carcasa y cuando el paso 84 ha de cerrarse, la cámara 94 en la
carcasa es presurizada con el fluido para elevar el pistón contra la
reacción del muelle 114 hasta que el disco 104 se acople en la
abertura 112 del paso para cerrarlo. Cuando tenga que abrirse el
paso, el fluido se libera para permitir que el pistón se retraiga
bajo la acción del resorte y desacoplar así el disco desde la
abertura del paso. En condiciones normales, el fluido se libera
lentamente para abrir el paso de una manera gradual, según se
explicará más adelante.
Unas juntas tóricas elastoméricas adicionales 116
están provistas alrededor de la periferia del pistón y alrededor del
cuerpo del vástago 98 en cada uno de los orificios 100, 102 en la
placa 6 y la parte superior 103 de la carcasa.
Preferentemente, cada entrada formada por encima
de las aberturas 86 está apantallada y controlada de la manera
ilustrada en la solicitud de patente US nº de serie 07/970.686,
presentada el 4 de noviembre de 1992, con el título ANNULAR METAL
CASTING UNIT y ahora USP nº 5.323.841.
Como se observa en la Figura 1 y en las Figuras 6
a 10, la placa superior 4 es suficientemente ancha en su periferia
exterior, para proporcionar una brida 118 alrededor del cuerpo del
molde y cuando se utiliza el molde, se inserta en una abertura (no
ilustrada) en una mesa de colada y se apoya sobre la mesa con la
brida 118 utilizándose como soporte del molde en la abertura. La
mesa, a su vez, es soportada sobre un foso de colada 120 (Figura 9)
que está provisto de un bloque inferior 122 y es susceptible de
desplazamiento alternativo a lo largo del eje 12 (Figura 1) del
molde e inicialmente tiene un movimiento comparativamente
telescópico acoplado con la abertura del extremo inferior 72 del
molde. Con el inicio de la operación de colada, y cuando el metal
fundido se vierte a través del molde en su cavidad 14, el bloque
inferior 122 tiene un movimiento descendente a lo largo del eje, a
través de una sucesión de niveles sucesivamente más bajos en el
foso. Con referencia a las Figuras 9 a 15, se observará que, en
primer lugar, la etapa de vertido y el movimiento asociado del
bloque inferior, se accionan para formar una sección longitudinal
inicial 124 en el cuerpo del lingote que se va a fundir, que suele
denominarse el "tope" del lingote. Durante este tiempo, sin
embargo, el bloque inferior desciende solamente a través de una
serie superior 126 de niveles en el foso, posiblemente para un total
de 6 a 12 pulgadas de descenso. En lo sucesivo, a medida que
continúa la etapa de vertido, y cuando continúa el movimiento
descendente del bloque inferior, el cuerpo del lingote se alarga con
secciones longitudinales adicionales 128 (Figura 10) a medida que el
bloque inferior desciende a través de una serie relativamente más
baja (no ilustrada) de niveles en el foso, por debajo de la serie
superior 126. Ésta suele denominarse la etapa de colada en régimen
permanente de la operación de colada. Durante todo este periodo, en
ambas etapas, la superficie periférica exterior 130 del cuerpo del
lingote está progresivamente expuesta a la atmósfera ambiente del
foso por debajo del molde, a medida que las respectivas secciones
longitudinales, 124 y 128, en el cuerpo del lingote, se retiran del
molde a través de la serie relativamente superior 126 de niveles en
el foso. Además, para el enfriamiento directo de las respectivas
secciones longitudinales en el cuerpo del lingote a medida que se
retiran del molde, se descarga refrigerante líquido 132 sobre la
superficie de cada sección a medida que sale del molde. Esto fue
examinado con anterioridad, y según se indicó entonces, es en este
punto cuando la invención entra en juego.
Haciendo de nuevo referencia a la Figura 9, se
observará que, durante la etapa de formación del tope de la
operación de colada, la cámara superior 38 del molde -y aunque no se
ilustra, también las secciones extremas 42 de la cámara inferior- se
cargan con refrigerante líquido presurizado 132. El refrigerante se
descarga sobre las partes laterales y extremas del lingote
emergente, solamente a través de los orificios de 22,5 grados 68 en
el molde en las partes laterales del lingote, mientras atraviesa los
orificios de 22,5 grados 68 y los orificios de 45 grados 70 en los
extremos del lingote. La descarga sobre las partes laterales se
observa en la Figura 9 y la descarga sobre los extremos en la Figura
10. Ignorando los extremos de momento, y haciendo referencia en
primer lugar a la Figura 9, se observará que la descarga sobre las
partes laterales forma una parte longitudinal inicial 134 de una
capa de refrigerante líquido formada sobre la superficie 130 de las
partes laterales cuando el bloque inferior 122 desciende a través de
la serie superior 124 de niveles en el foso. La parte longitudinal
inicial 134 tiene su origen en un plano horizontal del foso, visto
de forma general en la referencia 133, donde las corrientes 136 de
refrigerante desde los orificios 68 inciden sobre la superficie 130
de las partes laterales del lingote. Como se explicó con
anterioridad, y como es bien conocido en esta técnica, a niveles
inmediatamente por debajo del plano de impacto 133, una banda
circunferencial estrecha 135 de turbulencia se eleva en la parte de
refrigerante líquido 134 y esto, a su vez, es seguido por un régimen
de flujo laminar algo más ancho 137, que desciende verticalmente
desde ella. Más adelante, el refrigerante reanuda el flujo
turbulento a medida que continúa circulando por la acción de la
gravedad en sentido descendente a lo largo de la sección
recientemente emergida 124 en el lingote. Mientras tanto, sobre la
superficie 130 el régimen de flujo laminar es delgado y sujeto a
ebullición de película, calidades que son deseables para la etapa de
formación del tope, para reducir al mínimo el "rizado del
tope", pero que no son deseables para la etapa de colada en
régimen permanente de la operación de colada, cuando se desea el
máximo rendimiento de la colada.
La eficacia del enfriamiento se suele equiparar
con el flujo turbulento y viceversa, puesto que cuanto más
turbulento es el flujo, tanto más elevado es el número de Weber. Si
se completara la etapa de formación del tope y la etapa de colada en
régimen permanente de la operación de colada se iniciara con
solamente las corrientes 136 como medios para el enfriamiento de las
secciones longitudinales 128 adicionales sucesivas en el cuerpo del
lingote, cada parte longitudinal adicional sucesiva 138 de la capa
de refrigerante líquido formada en ella tendría una banda estrecha
de turbulencia por debajo del plano de impacto 133, pero la banda
tendría una capacidad limitada para extraer calor desde el cuerpo
del lingote antes de que la tarea de hacerlo así tuviera que
asumirse por el régimen de flujo laminar. Paradójicamente, los
niveles del foso coincidentes con los regímenes 135 y 137 son el
mejor momento para extraer calor desde el cuerpo del lingote, puesto
que está en su parte exterior más caliente del molde. No obstante,
según se explicó, no se conoce ninguna manera de beneficiarse de
esta oportunidad. El régimen de descarga del refrigerante puede
incrementarse cuando se inicia la etapa en régimen permanente, pero
esto tiene un efecto muy limitado y no mejora en absoluto la
cantidad de calor extraído por unidad de volumen de las respectivas
partes de la capa de refrigerante líquido en los regímenes 135, 137.
Mientras tanto, por cada pulgada de caída por debajo de su menisco,
el cuerpo del lingote sufre aproximadamente una caída de 800ºF en su
temperatura y se pierde rápidamente la oportunidad para extraer
calor en el momento óptimo.
La invención cambia esta circunstancia
proporcionando un medio y técnica para aumentar la cantidad de calor
extraído por unidad de volumen de las partes adicionales sucesivas
138 (Figura 10) de la capa de refrigerante líquido formada sobre la
superficie 130 durante el paso del cuerpo del lingote a través de
los regímenes 135, 137 en la etapa de colada en régimen permanente
de la operación de colada. En resumen, la banda 135 es ensanchada,
tanto en sentido descendente como ascendente del eje del molde, y de
hecho se ensancha hacia abajo en la magnitud necesaria para eliminar
el régimen de flujo laminar 137 en su totalidad. Este efecto fue
realmente conseguido durante la etapa de formación del tope de la
operación de colada, pero solamente en los extremos del lingote, en
los que el refrigerante líquido se descargó también desde los
orificios 70 de 45 grados para incidir sobre los extremos del
lingote. Esta operación fue realizada gracias a la naturaleza del
fenómeno de rizado del tope en sentido transversal a la dimensión
más ancha del lingote, frente a su dimensión más estrecha. No
obstante el hecho de que el efecto a lo largo del lingote se haya
seleccionado para ilustración en las Figuras 9 a 15, la descripción
sucesiva será dirigida a dicha parte solamente, a pesar de que el
mismo efecto se consiguiera en los extremos del lingote durante la
etapa de formación del tope de la operación de colada.
Al finalizar la etapa de formación del tope, los
pasos 84 son abiertos, utilizando los dispositivos 90 y el
refrigerante líquido 132 se libera en las secciones laterales 44 de
la cámara inferior para iniciar la descarga a través de los
orificios de 45 grados 70 en las secciones laterales de la corona
circular 62. Puesto que aumenta la descarga añadida y las corrientes
142 de refrigerante, que salen a través de los orificios 70 de 45
grados, inciden sobre las partes laterales de cada sección
longitudinal adicional sucesiva 128 del lingote de la manera
ilustrada en las Figuras 9 a 15, partes importantes de las
respectivas corrientes 142 de 45 grados rebotan desde la superficie
130 de las secciones longitudinales adicionales 128 en los
respectivos puntos 144 de impacto de las corrientes 142. Además,
cuando se mantienen en el aire las partes rebajadas en las masas de
tipo corola de pulverización de refrigerante líquido 146 que se
entrecruzan entre las corrientes 136 de 22,5 grados de refrigerante
líquido que atraviesa la capa de atmósfera ambiente que rodea
inmediatamente a la parte longitudinal adicional 138 de la capa de
refrigerante líquido actualmente en el lingote. En esta capa de
atmósfera circundante, las masas de pulverización 146 son
arrastradas, a su vez, por las corrientes 136 de refrigerante
líquido y el refrigerante líquido en las corrientes 136 es objeto, a
su vez, de infusión con el aire y líquido de la pulverización cuando
las corrientes se dirigen e inciden sobre la superficie de la parte
138. En consecuencia, además de rodear la superficie de dicha parte
138 con fluido adicional, y agitar la superficie con la fuerza de su
impacto, las corrientes 136 realizan también la infusión de las
partes 138 con un considerable volumen de aire cuando generan
turbulencia en ellas.
Para reducir al mínimo el choque del refrigerante
añadido, sin embargo, los pasos 84 suelen abrirse con lentitud de
tal modo que liberen gradualmente el refrigerante añadido en las
secciones laterales 44 de la cámara inferior.
Habida cuenta del espaciado suficientemente
estrecho entre los pares de corrientes en los respectivos conjuntos
de corrientes 136 y 142, en sentido circunferencial del molde, las
masas de tipo corola de la pulverización del refrigerante líquido
146 que se obtienen desde los puntos de impacto de pares de las
corrientes 142 de 45 grados del refrigerante, relativamente
contiguas, se puede esperar que formen las así denominadas
"fuentes de interacción" 148 de la pulverización que inciden
directamente en las rutas de las corrientes 136 de 22,5 grados de
refrigerante. Este fenómeno se ilustra en la Figura 13, tomada del
artículo de Slayzak y otros, mencionado anteriormente, pero con
ligeros cambios en sus leyendas. Como se ilustra en la Figura, y con
el fin de aislar el fenómeno para los fines de sus observaciones,
Slayzak y otros montaron pares de guardas 150 entre sus respectivos
pares de "chorros libres" o corriente 152. A continuación,
observaron que cuando los chorros o corrientes están suficientemente
próximos entre sí, las masas de tipo corola de la pulverización 146
procedentes de los puntos 144 de impacto de las corrientes, se
funden realmente entre sí en los intervalos de espacio entre las
corrientes y al hacerlo, inciden dentro de la atmósfera ambiente por
encima de la superficie 130 objeto de impacto, en la medida en que
las "fuentes" 148 de pulverización se formen en los intervalos,
bastante por encima de las propias corolas 146. Se ha observado que
cuando se capturan y se introducen en las capas de refrigerante
líquido 138 por las corrientes 136 de 22,5 grados de refrigerante
líquido, según el procedimiento y dispositivo de la invención, las
fuentes 148 de pulverización realizan la infusión de las corrientes
136 de 22,5 grados de refrigerante con considerables volúmenes de
refrigerante arrastrado por el aire o aire arrastrado por el
refrigerante y las corrientes realizan, a su vez, la infusión de las
capas con el mismo refrigerante arrastrado por aire, o aire
arrastrado por refrigerante, que, a su vez, producen un importante
incremento en la cantidad de calor extraído por unidad de volumen de
las respectivas capas.
Se observa también que utilizando etapas con
válvulas (no ilustradas) con control independiente en los centros de
las secciones extremas 42 de la cámara inferior en el molde,
similares a las ilustradas en la Figura 8, y en lugar de los pasos
ilustrados en 82, es posible aplicar, de forma selectiva,
refrigerante a los extremos del lingote así como a sus paredes
laterales. En dicho caso, sin embargo, los pasos 82 deben separarse
con paredes de las secciones extremas 42 de la cámara inferior para
alimentar solamente a la cámara superior 38.
Claims (14)
1. Molde anular que define una cavidad que
presenta unas aberturas extremas opuestas y un eje que se extiende
entre sus aberturas extremas opuestas, a lo largo del cual se cuela
metal fundido en un cuerpo alargado de metal que descarga en una
abertura extrema de la cavidad;
un par de paredes periféricas relativamente
interior y exterior rodeando el eje de la cavidad y espaciadas entre
sí en sentido transversal al eje para definir entre ellas una
primera cámara;
presentando dicha primera cámara unas paredes
extremas dispuestas opuestas que se extienden en sentido transversal
al eje y una entrada a través de la cual puede suministrarse
refrigerante líquido bajo presión a la primera cámara;
presentando la pared periférica interior del
molde un escalón que forma resalte en la primera cámara desde la
pared periférica interior relativamente hacia la pared periférica
exterior;
presentando dicho escalón una primera superficie
que se extiende en sentido transversal al eje de la cavidad a
distancia de una de las paredes extremas de la primera cámara, y una
segunda superficie que se extiende paralelamente, en general, al eje
de la cavidad, a distancia de la pared periférica exterior del molde
y es limítrofe con la primera superficie para formar una esquina
entre ellas, y unos medios para descargar el refrigerante desde la
primera cámara sobre el metal que sale en forma de un cuerpo de una
de las aberturas de extremas de la cavidad, comprendiendo una
segunda cámara que está formada en la pared periférica interior del
molde en el escalón;
una serie de orificios que se abren en la primera
cámara en una de las primera y segunda superficies del escalón y que
desembocan en la segunda cámara para admitir el refrigerante a una
presión reducida en relación con la del refrigerante en la primera
cámara, y
un paso que se abre en la segunda cámara y que
desemboca en la atmósfera ambiente del molde en la proximidad de una
de sus aberturas extremas para aplicar el refrigerante al cuerpo de
metal que sale de ella.
2. Molde anular según la reivindicación 1, en el
que la primera superficie del escalón se extiende prácticamente en
ángulo recto respecto al eje de la cavidad.
3. Molde anular según la reivindicación 1 ó 2, en
el que la segunda superficie del escalón es plana en su extensión
según el eje del molde.
4. Molde anular según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la segunda superficie del
escalón se termina junta con la otra pared extrema de la primera
cámara para formar una esquina entre ellas.
5. Molde anular según la reivindicación 4, en el
que las primera y segunda superficies del escalón terminan juntas
prácticamente en ángulo recto entre sí, y la segunda superficie del
escalón y la otra pared extrema de la primera cámara terminan
prácticamente en ángulo recto entre sí.
6. Molde anular según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que las paredes extremas
respectivas de la primera cámara terminan juntas con la pared
periférica interior del molde para formar esquinas de la primera
cámara entre ellas, y el escalón forma parte integrante de la pared
periférica interior del molde en una de las esquinas de la primera
cámara.
7. Molde anular según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la segunda superficie del
escalón presenta una ranura que, a su vez, presenta una boca en la
segunda superficie del escalón, y la boca de la ranura comprende
unos medios que definen un elemento de cierre para la ranura, y el
elemento de cierre está acoplado herméticamente con el escalón en la
boca de la ranura para formar la segunda cámara en dicho
escalón.
8. Molde anular según la reivindicación 7, en el
que el elemento de cierre comprende un anillo de estanqueidad
elastomérico y la boca de la ranura está relativamente abocardada
para cooperar de manera estanca con el anillo.
9. Molde anular según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el paso está definido por una
segunda serie de orificios que están relativamente inclinados hacia
el interior con respecto al eje de la cavidad formando ángulos
agudos con éste.
10. Molde anular según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la entrada está formada en
una pared extrema de la primera cámara.
11. Molde anular según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la primera cámara presenta
una abertura practicada en una de sus paredes extremas y la abertura
está provista de medios de válvulas que están conectados para abrir
y cerrar la abertura en diferentes modos de funcionamiento del
molde.
12. Molde anular según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la primera cámara está
dispuesta alrededor de todo el perímetro de la cavidad.
13. Molde anular según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la serie de orificios se abre
en la primera cámara en la primera superficie del escalón.
14. Molde anular según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el eje de la cavidad se
extiende a lo largo de una línea vertical de tal modo que el cuerpo
de metal puede ser colado por gravedad para salir en la abertura
extrema inferior de la cavidad.
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