ES2253701T3 - Dispositivo de inyeccion y procedimiento para inyeccion de un fluido. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de inyección (1) para la introducción de un fluido en un recipiente metalúrgico que tiene un revestimiento refractario, el dispositivo se puede insertar de manera removible en el revestimiento; comprende un primer cuerpo refractario (2) y un segundo cuerpo refractario (3) ensamblados de manera ajustada, el primer cuerpo (2) está hecho de un material refractario menos permeable al fluido que el material del segundo cuerpo (3), el primer y segundo cuerpos tienen cada uno una superficie (4, 5), adaptada para hacer contacto con metal fundido; y cada uno tiene pasos de fluido (6, 7) que se extienden desde los medios de alimentación de fluido (8) hacia una superficie (4, 5) adaptada para hacer contacto con el metal fundido, la resistencia de flujo relativa de los pasos de fluido (7) en el segundo cuerpo (3) es mayor a aquella de los pasos de fluido (6) en el primer cuerpo (2), los pasos de fluido (6) en el primer cuerpo (2) están constituidos por ranuras u orificios, caracterizadoporque los pasos de fluido (6) en el primer cuerpo (2) son independientes de los pasos de fluido (7) en el segundo cuerpo (3).

Description

Dispositivo de inyección y procedimiento para inyección de un fluido.

La presente invención se refiere a dispositivos de inyección para la introducción de un fluido en un recipiente metalúrgico y a un procedimiento para la inyección de un fluido. En particular, la invención se refiere a un dispositivo tal que se pueda insertar de manera removible en el revestimiento de un recipiente metalúrgico.

Los fluidos, en gases particulares, con frecuencia son inyectados en metal fundido en recipientes tales como cucharones, crisoles o artesas para diversos propósitos. Por ejemplo, se puede introducir un gas en la parte inferior de un recipiente para limpiar el área inferior relativamente fría de productos de solidificación, por ejemplo, para removerlos de la proximidad de una salida inferior de vertido en donde el recipiente tiene dicha salida. En la elaboración de acero, por ejemplo, el uso de inyección lenta de una cortina fina de burbujas de gas en la artesa ayuda a la remoción de inclusiones; las inclusiones siendo atraídas hacia las burbujas de gas finas y elevándose a través del material fundido hacia la superficie en donde son convencionalmente capturadas por el polvo o flujo de cubierta de la artesa. También se puede introducir un fluido para enjuagar o para homogeneizar el material fundido a nivel térmico o de composición, o para ayudar a dispersar las adiciones de aleación a través de todo el material fundido.

Normalmente, se utiliza un fluido inerte pero también se pueden emplear fluidos reactivos, por ejemplo, gases de reducción o de oxidación, cuando las composiciones de material fundido o componentes de los mismos necesitan modificación. Por ejemplo, es habitual inyectar gases tales como nitrógeno, cloro, freón, hexafluoruro de azufre, argón y similares en metal fundido, por ejemplo, aluminio fundido o aleaciones de aluminio, con el fin de remover constituyentes indeseables tales como gas hidrógeno, inclusiones no metálicas y metales alcalinos. Los gases reactivos agregados al metal fundido reaccionan químicamente con los constituyentes no deseados para convertirlos en una forma tal como un precipitado, una espuma o un compuesto de gas insoluble que pueda ser fácilmente separado del resto del material fundido. Estos fluidos (u otros) también pueden ser utilizados por ejemplo, con acero, cobre, hierro, magnesio o aleaciones de los mismos.

Debido a los variados requisitos operacionales, se emplean dos tipos diferentes de dispositivos de inyección:- obturadores de purga porosos, en donde el fluido corre a través de poros distribuidos de forma irregular y de tamaños diversos y- obturadores en donde se controla la dirección de flujo de fluido y también el tamaño de las aberturas a través de las cuales es entubado el fluido. Estas aberturas pueden ser canales redondos u orificios, los cuales se mantienen ya sea separados o entrelazados o ranuras las cuales, cuando los segmentos son ensamblados, pueden estar dispuestas en una línea recta, o en un círculo, al ajustar juntos dos postes cónicos.

Con el fin de obtener una limpieza óptima, es aconsejable que el fluido sea introducido en el metal fundido, preferiblemente desde el fondo del recipiente, en forma de un número muy grande de burbujas extremadamente pequeñas a modo de transportar rápidamente las impurezas o gases no metálicos hacia la escoria. A medida que disminuye el tamaño de burbujas de gas, incrementa el número de burbujas por unidad de volumen. Un aumento en el número de burbujas y su área superficial por unidad de volumen incrementa la probabilidad de que el gas inyectado sea utilizado de manera efectiva para realizar la operación esperada de limpieza o enjuague. Por lo tanto, los mejores dispositivos de inyección para obtener esta operación de limpieza o enjuague son obturadores porosos.

Cuando es necesaria la homogeneización (es decir, cuando los aditivos tienen que ser distribuidos y disueltos) o se tiene que alcanzar un equilibrio de temperatura, se utilizan obturadores de purga para ayudar al mezclado al soplar grandes cantidades de gas en el baño de metal. Para estas aplicaciones, los obturadores de purga con porosidad dirigida han demostrado ser la alternativa más efectiva.

Generalmente, la elección del tipo de dispositivo de inyección dependerá de los requisitos principales de una aplicación especifica.

Como punto de partida para la presente solicitud, los inventores tuvieron en mente mejorar la confiabilidad de los dispositivos de inyección del tipo "obturadores de purga con porosidad dirigida". Desde luego, se considera generalmente que un flujo constante de fluido a través de la porosidad dirigida es necesario con el fin de evitar el bloqueo causado por el ingreso de metal fundido. La necesidad de suspender el suministro de fluido al final de cada operación de inyección da como resultado, por lo tanto, bloqueo y tiende a hacer difícil sino es que imposible, la reutilización del dispositivo de inyección, especialmente si la presión de fluido disponible no es suficiente para volver a abrir los pasos de fluido. De manera general, se considera que por debajo de 10 bars existe un riesgo de que los dispositivos de inyección del tipo "obturadores de purga con porosidad dirigida" no puedan ser abiertos. Para evitar ese problema, la solicitud de patente japonesa (Kokai) 60-46312 enseña por ejemplo utilizar solamente porosidad de masa para ayudar en el mezclado.

La patente europea 424,502 ya trata este problema y propone un inyector de gas con pasos de gas formados como orificios o ranuras capilares en una varilla constituida de un material refractario impermeable al gas. Los orificios o ranuras capilares tienen una dimensión tan pequeña que, en uso, el metal fundido es sustancialmente incapaz de introducirse con fuerza en los pasos.

Aunque este dispositivo de inyección ya constituye un gran paso hacia la confiabilidad de la inyección de fluido en un recipiente metalúrgico, es conveniente encontrar dispositivos de inyección alternativos. De manera ideal, dicho dispositivo de inyección debe al menos igualar la confiabilidad del inyector de gas descrito en la patente europea 424,402 y ser producido económica y sencillamente a través de técnicas convencionales y con materiales convencionales. También debe de ser posible abrir este dispositivo de inyección aun cuando la presión de fluido disponible máxima sea relativamente baja (por ejemplo, inferior a 10 bars).

La solicitud de patente alemana DE-A1-1,101,825 describe un dispositivo de inyección para la introducción de un fluido en un recipiente metalúrgico que tiene un revestimiento refractario, el dispositivo:

- pudiendo ser insertado de manera removible en el revestimiento;

- comprende un primer cuerpo refractario y un segundo cuerpo refractario ensamblados de manera ajustada, el primer y segundo cuerpos tiene cada uno una superficie adaptada para hacer contacto con el metal fundido; y

- tiene pasos de fluido que se extienden desde el medio de alimentación de fluido hacia una superficie adaptada para hacer contacto con el metal fundido y comprende pasos de fluido en el primer cuerpo y en el segundo cuerpo, la resistencia de flujo relativa de los pasos de fluido del segundo cuerpo es mayor a aquella de los pasos de fluido del primer cuerpo.

De acuerdo con la invención, los pasos de fluido en el primer cuerpo son independientes de los pasos de fluido en el segundo cuerpo. De hecho, se ha observado que cuando la porosidad dirigida del primer cuerpo está entrelazada con los pasos de fluido del segundo cuerpo según lo descrito en el documento DE-A1-1,101,825 - por ejemplo cuando las ranuras del primer cuerpo son directamente adyacentes al segundo cuerpo - esto puede dar como resultado la separación de los cuerpos. En particular, cuando uno de los cuerpos se inserta en otro cuerpo, esto da como resultado un estallido del cuerpo rodeado.

De acuerdo con la invención, los pasos de fluido del primer cuerpo - los cuales tienen por lo tanto aberturas generalmente más anchas - son más susceptibles a bloqueo después de la suspensión del suministro de fluido. Cuando se aplica presión de fluido al dispositivo de inyección, entonces el fluido será primero introducido en el metal fundido a través del segundo cuerpo si el dispositivo de inyección ya ha sido utilizado y una parte del metal permanece en su superficie bloqueando los pasos de fluidos del primer cuerpo. A medida que la presión incremente progresivamente, la velocidad de flujo a través del segundo cuerpo incrementa hasta que la columna de agua de fluido empieza a impactarse en la superficie de contacto con el metal fundido del primer cuerpo a través de un fenómeno de flujo de fluido de ataque inverso el cual ocasiona la agitación del metal fundido.

A la larga, este ataque de la superficie de contacto con el metal fundido del primer cuerpo dará como resultado el espacio libre y abertura de los pasos de fluido del primer cuerpo. La resistencia de flujo relativa de los pasos de fluido del segundo cuerpo es mayor a aquella de los pasos de fluido del primer cuerpo, el fluido tenderá a seguir la trayectoria de menos resistencia y por lo tanto fluirá a través de los pasos de fluido del primer cuerpo mientras que el segundo cuerpo sustancialmente dejará de permitir el paso de fluido. Esto permitirá que una velocidad de flujo más elevada pase dentro del metal fundido, con todas las ventajas antes mencionadas del obturador de purga con porosidad dirigida.

De preferencia, los medios de alimentación de fluido para los pasos de fluido del primer y segundo cuerpos son comunes.

De acuerdo con una modalidad preferida de la invención, los pasos de fluido del primer y segundo cuerpos están formados de manera diferente de modo que las resistencias de flujo relativas de estos pasos de fluido pueden ser debidamente controladas. De manera ventajosa, el segundo cuerpo está constituido de un material refractario permeable al fluido, es decir, un material que es poroso a dicho fluido en las condiciones de uso. Ventajosamente, el segundo cuerpo está hecho de un material refractario prensado cuya granolumetría está definida a manera de obtener la porosidad deseada.

Desde luego, los inventores han observado que el segundo cuerpo hecho de un material refractario el cual es permeable al fluido a inyectar es por mucho menos sensible a la penetración de metal fundido que los pasos de fluido en el primer cuerpo y que en consecuencia, durante el flujo inicial del fluido, los pasos de fluido constituidos por la disposición porosa del segundo cuerpo se liberan y abren más fácilmente que los pasos de fluido en el primer cuerpo. En otras palabras, se necesita una presión más baja para liberar y abrir los pasos de fluido en el segundo cuerpo.

Una ventaja adicional que ha sido inesperadamente observada con esta modalidad preferida es la siguiente: cuando la penetración de metal en los pasos de fluido del primer cuerpo es tan severa que estos pasos de fluido no se abren directamente bajo el efecto del flujo de fluido de ataque inverso que corre desde el segundo cuerpo permeable al fluido, entonces, durante un cierto tiempo, todo el fluido es inyectado a través del segundo cuerpo. Esto da como resultado que la superficie del segundo cuerpo se desgaste en algún grado. Cuando el segundo cuerpo se ha desgastado regresa a un nivel por debajo del nivel de la superficie del primer cuerpo. Esto a su vez, da como resultado que una capa superficial del primer cuerpo por encima de la superficie restante del segundo cuerpo se vuelva más débil y se desprenda más fácilmente. A la larga, habiéndose desprendido la superficie bloqueada del primer cuerpo, los pasos de fluido del primer cuerpo se liberan y ahora pueden ser fácilmente abiertos. Se cree que esto resulta del hecho de que un material refractario permeable al fluido es más susceptible al desgaste.

Se pueden considerar numerosas disposiciones del primer y segundo cuerpos en el dispositivo de inyección. Por ejemplo, el segundo cuerpo se puede formar como un anillo poroso que rodea un primer cuerpo que comprende ranuras formadas con un material impermeable al fluido. Sin embargo, la ventaja antes discutida es particularmente notable cuando el segundo cuerpo se inserta de manera ajustada en el primer cuerpo, preferiblemente a la mitad del primer cuerpo de manera que el patrón de desgaste de la superficie de contacto con el metal fundido del dispositivo de inyección es más uniforme a través de esta superficie. En una modalidad ventajosa de la invención, los pasos de fluido en el primer cuerpo están alineados radialmente desde el punto central del segundo cuerpo de manera que todos los pasos de fluido del primer cuerpo serán afectados igualmente por el desgaste superficial que resulta del fluido que corre desde el segundo cuerpo. No obstante, por razones de construcción y economía, puede ser ventajoso maximizar la dimensión del segundo cuerpo. Por lo tanto, la invención también se refiere a un dispositivo de inyección en donde los pasos de fluido en el primer cuerpo están dispuestos sustancialmente paralelos a la interfaz entre el primer y el segundo cuerpos para que el segundo cuerpo pueda ocupar más espacio. El segundo cuerpo puede tener una sección redonda o poligonal.

En una variante preferida de la invención, el primer cuerpo está hecho de un material refractario menos permeable al fluido que el material del segundo cuerpo, por ejemplo, un material moldeable, y los pasos de fluido que se extienden a través del mismo están constituidos de ranuras u orificios, preferiblemente de tamaños controlados de abertura y dirección.

A continuación, la invención será mejor descrita con referencia a los dibujos anexos los cuales solamente están provistos con el propósito de ilustrar la invención y no de limitar su alcance. La figura 1 muestra esquemáticamente un dispositivo de inyección de acuerdo con la invención y la figura 2 es una vista superior del dispositivo de inyección mostrado en la figura 1.

En estas figuras, el dispositivo de inyección (1) está insertado en el revestimiento de un recipiente metalúrgico (no mostrado) con sus superficies de contacto con el metal fundido (4, 5) por lo menos niveladas con la superficie del revestimiento. El dispositivo de inyección está conformado de al menos un primer y segundo cuerpos (2, 3) los cuales están ensamblados de manera ajustada. Con frecuencia, el dispositivo de inyección está encerrado en un bote metálico (9). El primer cuerpo (2) comprende pasos de fluido (6) - constituidos por ranuras - que se extienden desde el medio de suministro de fluido (8) hacia su superficie de contacto con el metal fundido (4). El segundo cuerpo (3) comprende pasos de fluido (7) - constituidos por la porosidad del material - que se extienden desde su superficie de contacto con el metal fundido (5) hacia el medio de suministro de fluido (8). En la modalidad de la figura 2, los pasos de fluidos 6 se extienden radialmente desde un punto central del segundo cuerpo. En la modalidad de la figura 3, los pasos de fluidos 6 son sustancialmente paralelos a la interfaz entre el primer y segundo cuerpos (2, 3). En las modalidades de las figuras 1 a 3, el medio de suministro de fluido (8) es constituido por una cámara de distribución que esté conectada con un tubo de alimentación de fluido (no representado). Se ha observado que una presión de fluido de 6 a 9 bars es suficiente para abrir los pasos de fluido del dispositivo de inyección de acuerdo con la invención.

Claims (10)

1. Un dispositivo de inyección (1) para la introducción de un fluido en un recipiente metalúrgico que tiene un revestimiento refractario, el dispositivo se puede insertar de manera removible en el revestimiento; comprende un primer cuerpo refractario (2) y un segundo cuerpo refractario (3) ensamblados de manera ajustada, el primer cuerpo (2) está hecho de un material refractario menos permeable al fluido que el material del segundo cuerpo (3), el primer y segundo cuerpos tienen cada uno una superficie (4, 5), adaptada para hacer contacto con metal fundido; y cada uno tiene pasos de fluido (6, 7) que se extienden desde los medios de alimentación de fluido (8) hacia una superficie (4, 5) adaptada para hacer contacto con el metal fundido, la resistencia de flujo relativa de los pasos de fluido (7) en el segundo cuerpo (3) es mayor a aquella de los pasos de fluido (6) en el primer cuerpo (2), los pasos de fluido (6) en el primer cuerpo (2) están constituidos por ranuras u orificios, caracterizado porque los pasos de fluido (6) en el primer cuerpo (2) son independientes de los pasos de fluido (7) en el segundo cuerpo (3).

2. El dispositivo de inyección de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el segundo cuerpo (3) está insertado de manera ajustada en el primer cuerpo (2).

3. El dispositivo de inyección de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el segundo cuerpo (3) está insertado a la mitad del primer cuerpo (2).

4. El dispositivo de inyección de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque los pasos de fluido (6) en el primer cuerpo son sustancialmente paralelos a la interfaz entre el primer y segundo cuerpos (2, 3).

5. El dispositivo de inyección de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque los pasos de fluido (6) en el primer cuerpo están alineados radialmente desde el punto central del segundo cuerpo (3).

6. El dispositivo de inyección de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el segundo cuerpo está hecho de un material refractario permeable a dicho fluido.

7. El dispositivo de inyección de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el segundo cuerpo está hecho de un material refractario prensado.

8. El dispositivo de inyección de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque las ranuras u orificios tienen tamaños controlados de abertura y dirección.

9. El dispositivo de inyección de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el primer cuerpo está hecho de un material moldeable.

10. El uso de un dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 para la inyección de un fluido en un recipiente metalúrgico.