ES2254405T3 - Compuerta de guillotina para control de flujo de metal liquido. - Google Patents

Abstract

Un aparato para dosificar flujo en la fundición continua de metal fundido que incluye una compuerta de dosificación, en el cual la compuerta de dosificación consiste de: una placa superior que tiene un primer barreno de canal de flujo con una entrada que tiene un eje de entrada y una salida que tiene un eje de salida; y una placa de estrangulación que hace contacto de manera deslizable con la placa superior y adaptada para recibir de manera selectiva flujo desde la placa superior; caracterizado porque el eje de entrada y el eje de salida están fuera de centro.

Description

Compuerta de guillotina para control de flujo de metal líquido.

Antecedentes de la invención Campo de la invención

La invención se refiere a fundición de metal. De manera más específica, la invención se refiere a un método y aparato para dosificación de metal líquido durante fundición de metal.

Descripción de la técnica relacionada

Las compuertas de dosificación con tres placas se utilizan para controlar la velocidad de flujo de metal líquido que sale de un recipiente de vertido de metal fundido, tal como una artesa refractaria. Por ejemplo, una compuerta de dosificación se puede utilizar para controlar la velocidad de acero líquido que fluye desde la artesa refractaria de una máquina de fundición continua hacia un molde.

Una compuerta de dosificación consiste de un ensamble de componentes refractarios, cada uno de los cuales tiene un canal de flujo. Los canales de flujo (es decir, los agujeros o barrenos) dentro de los componentes refractarios están ensamblados juntos como para proveer un canal de flujo completo a través de la compuerta, que está en comunicación fluida con el recipiente de vertido de metal fundido y a través del cual el metal líquido se puede permitir fluir.

Los componentes refractarios de la compuerta de dosificación se ensamblan y se sujetan juntos mediante medios mecánicos de tal manera que un componente, una placa de estrangulación, se puede deslizar lateralmente en el ensamble de compuerta de dosificación para controlar la velocidad de flujo de metal líquido a través de la compuerta. Deslizando la placa de estrangulación a varias posiciones, la compuerta puede estar cerrada, parcialmente abierta, o completamente abierta para controlar la velocidad de flujo que sale del recipiente de vertido de metal fundido.

Varios problemas están asociados típicamente con el control de flujo de acero líquido que sale de una artesa refractaria con compuertas de dosificación. Estos problemas incluyen: (1) doblez de flujo de metal en los canales de flujo de la compuerta, que puede causar turbulencia excesiva y descarga asimétrica de metal líquido; (2) obstrucción severa no uniforme de los canales de flujo a partir de la acumulación de materiales metálicos y no metálicos que se adhieren a las paredes del canal con una pérdida subsecuente de la capacidad para obtener la velocidad y uniformidad de descarga de metal líquido deseada; y (3) erosión localizada y acelerada de un componente refractario de la compuerta de dosificación con contaminación subsecuente del metal líquido y pérdida potencial de control o fuga de metal.

Con referencia a las figuras 1 y 2, un ensamble de compuerta de dosificación de tres placas 10 (de aquí en adelante "compuerta 10") consiste típicamente de cinco componentes básicos: una boquilla de pozo 20, una placa superior 30, una placa de estrangulación 40, una placa de fondo 50 y un tubo de salida 60. El metal líquido (no se muestra) fluye hacia la compuerta 10 en la parte superior y fluye hacia afuera de la compuerta 10 en la parte inferior.

La boquilla de pozo 20 es un tubo, que permite la entrada de metal líquido que fluye desde el recipiente de vertido de metal fundido (no se muestra) hacia un barreno de canal de flujo 22 en la parte superior de la boquilla de pozo 20. La placa superior 30 está en contacto con el fondo de la boquilla de pozo 20, e incluye un barreno de canal de flujo 32. El eje central 35 del barreno de canal de flujo 32 en la placa superior 30, como se muestra en la figura 2, está colineal con el eje central 25 del barreno de canal de flujo 22 en la boquilla de pozo 20.

La placa de estrangulación 40 está en contacto con el fondo de la placa superior 30. La compuerta 10 está diseñada de manera que la placa de estrangulación 40 se puede deslizar lateralmente con relación a los otros componentes de la compuerta 10. La placa de fondo 50 está en contacto con la parte de fondo de la placa de estrangulación 40, e incluye un barreno de canal de flujo 52. El eje central 55 del barreno de canal de flujo 52 en la placa de fondo 50 está colineal con el eje central 25 del barreno de canal de flujo 22 en la boquilla de pozo 20.

El tubo de salida 60 está en contacto con el fondo de la placa de fondo 50, e incluye un barreno de canal de flujo 62. El eje central 65 del barreno de canal de flujo 62 en el tubo de salida 60 está colineal con el eje central 25 del barreno de canal de flujo 22 en la boquilla de pozo 20.

Los ejes centrales 25, 35, 55 y 65 de los canales de flujo 22, 32, 52 y 62 en la boquilla de pozo 20, la placa superior 30, la placa de fondo 50 y el tubo de salida 60, respectivamente, están colineales y todos definen juntos el "eje central principal" 15 de la compuerta 10.

Como se muestra en las figuras 3-5, la placa de estrangulación 40 se desliza entre posiciones de compuerta completamente abierta (figura 3), parcialmente abierta (figura 4) y compuerta cerrada (figura 5). Como se muestra en la figura 4, durante operaciones normales, la placa de estrangulación 40 se coloca típicamente en una posición parcialmente abierta de manera que la velocidad de flujo de metal líquido a través de la compuerta 10 se puede dosificar, es decir, establecerse y controlarse, a una velocidad deseada. Como se muestra en la figura 3, la placa de estrangulación 40 asume una posición completamente abierta para aumentar al máximo el flujo del metal líquido a través de la compuerta 10. Como se muestra en la figura 5, la placa de estrangulación 40 puede asumir una posición cerrada, la cual detendría el flujo del metal líquido a través de la compuerta 10.

Los componentes de la compuerta de dosificación se pueden combinar o subdividir. Por ejemplo, para reducir el número de componentes, una compuerta 710 puede consistir de únicamente tres partes, como se muestra en la figura 6, en la cual la boquilla de pozo puede estar combinada con la placa superior, definiendo un primer componente 712, y/o la placa de fondo se puede combinar con el tubo de salida, definiendo un segundo componente 714, colocado de manera selectiva en comunicación fluida con una placa de estrangulación 740. Como se muestra en la figura 7, para reemplazar más fácilmente el tubo de salida de una compuerta 810 que tiene una boquilla de pozo 812, una placa de estrangulación 813 y una placa de fondo 814, la placa de fondo 814 se puede dividir en dos placas 816 y 818.

Se utilizan varias variaciones de los componentes de compuerta fundamental de tres placas. Por ejemplo, a diferencia de la compuerta que se muestra en las figuras 1-5, en la cual la boquilla de pozo 20 tiene un barreno 22 ahusado en sección cónica y barrenos 32 y 52 en las placas 30 y 50 y barrenos 62 del tubo de salida 60 definen cilindros sencillos, como se muestra en la figura 8, una compuerta 110 puede tener una boquilla de pozo 120 con una barreno 100 cilíndrico 122 y una placa superior 130 con una sección de barreno cónica 132 con los barrenos en la placa de estrangulación 140, la placa de fondo 150 y el tubo de salida 160 siendo iguales como en la compuerta 110 de las figuras 1-5. Además, como se muestra en la figura 9, una compuerta 210 puede tener secciones de barreno cónicas 222 y 232 en la boquilla de pozo 220 y la placa superior 230 con los barrenos en la placa de estrangulación 240, la placa de fondo 250 y el tubo de salida 260 siendo iguales como en la compuerta 110 de las figuras 1-5, y, como se muestra en la figura 10, una compuerta 130 puede tener una boquilla de pozo 320 que tiene un barreno de forma parabólica 322 y una placa superior 330 que tiene un barreno de forma cónica 332 con los barrenos en la placa de estrangulación 340, la placa de fondo 350 y el tubo de salida 360 siendo iguales como en la compuerta 110 de las figuras 1-5.

La figura 11 ilustra otra variación de una compuerta 410 en donde el barreno cilíndrico 442 en la placa de estrangulación 440 está biselado a un ángulo a la superficie de placa 443 en un intento para dirigir el flujo a través de la placa de estrangulación 440 de regreso hacia el eje central principal 415 de la compuerta 410. Las figuras 12 y 13 ilustran posiciones de compuerta parcialmente abierta y cerrada, respectivamente, de la compuerta 410.

En la compuerta 410, los barrenos 422, 432, 442, 452 y 462 en la boquilla de pozo 420, la placa superior 430, la placa de estrangulación 440, placa de fondo 450, y tubo de salida 460 respectivamente, generalmente están axisimétricos. Por ejemplo, los barrenos tienen una geometría en sección cilíndrica o cónica. Los ejes centrales 425, 435, 455 y 465 de la boquilla de pozo 420, placa superior 430, placa de fondo 450, y tubo de salida 460 generalmente están colineales.

Otras variaciones de compuertas de dosificación se han desarrollado para proveer un mejor drenado de la placa de estrangulación cuando está cerrada. Por ejemplo, las figuras 14-16 muestran una compuerta 510, que incluye una boquilla de pozo 520, una placa superior 530, placa de estrangulación 540, placa de fondo 550, y tubo de salida 560, en posiciones de compuerta abierta, parcialmente abierta y cerrada, respectivamente. La compuerta 510 es similar a la de las figuras 1-5 excepto que el barreno de canal de flujo 542 de la placa de estrangulación se extiende mediante un corte de drenado especial 544 cerca del borde de fondo 546 sobre un lado para permitir el drenado del barreno 542 cuando la compuerta está en la posición cerrada, como se muestra en la figura 16. Esto evita la captura de metal líquido en el barreno de placa de estrangulación 542 que de otra manera se solidificaría cuando la compuerta 510 está temporalmente cerrada.

Las figuras 17-19 muestran otra compuerta 610, que incluye una boquilla de pozo 620, una placa superior 630, placa de estrangulación 640, placa de fondo 650, y tubo de salida 660, en posiciones de compuerta abierta, parcialmente abierta y cerrada, respectivamente, que proveen otra característica de drenado. Una sección de barreno cónico 652, en la parte superior de la placa de fondo 650, tiene un diámetro en la superficie superior 654 de la placa de fondo 650 que es más grande que el diámetro del barreno 652 en la superficie de fondo 656 de la placa de fondo 650.

El USP 4.966.315 ilustra tal compuerta en donde la placa inferior se ensancha para mejorar el drenado de la placa de estrangulación cuando es cerrada. Este documento también enseña que el eje de la placa superior se debe compensar del eje de la placa inferior.

Desafortunadamente, los diseños de compuerta mencionados anteriormente proveen todos una trayectoria de flujo de metal líquido sinuosa, cuando la compuerta está parcialmente abierta, - la posición operativa normal durante vertido de metal líquido. Las compuertas de dosificación están diseñadas con una velocidad de flujo máxima, pero están diseñadas para operar a aproximadamente 50% de esa velocidad. Esto asegura la respuesta de control de compuerta deseada y proporciona una capacidad de exceso, que ocasionalmente se puede requerir para alta producción o fundición de secciones grandes. De esta manera, una compuerta parcialmente abierta es típica durante vertido de metal líquido, debido que el tamaño del canal de flujo debe ser suficientemente grande para proveer una abertura suficiente para acomodar una velocidad máxima de flujo del material de fundición, pero típicamente una compuerta se opera a menos del flujo máximo. La cantidad requerida o deseada de flujo de metal líquido a través de la boquilla varía típicamente durante la operación de fundido y generalmente es significativamente menor que el máximo, variando de 30% a 70% del máximo la mayoría del tiempo. Como resultado, el doblez y la trayectoria de flujo contorneada que se forma en estas compuertas cuando se abren parcialmente provoca: (1) descarga asimétrica del metal líquido; (2) turbulencia excesiva en el canal de flujo; (3) regiones localizadas que pueden estar sometidas a erosión acelerada del material refractario; (4) restricción exagerada del flujo; y (5) rápida acumulación de obstrucción en ubicaciones críticas del canal de flujo. El efecto puro es acortar la vida útil de los

\hbox{componentes de compuerta e incremento
en los costos operativos.}

El flujo distorsionado generado mediante estas compuertas cuando se abren parcialmente se ilustra de manera esquemática en las figuras 20 y 21 con compuertas 210 (figura 9) y 410 (figuras 11-13) respectivamente. En la figura 20, el flujo 271 en el canal de flujo 212 hace impacto en el borde superior 248 de la placa de estrangulación 240 (en la Región A) que dobla esta porción de flujo 271 de manea aguda hacia la abertura del barreno 242. El flujo 272, que es la porción restante del flujo, se dobla a un grado mucho menor. Este doblez del flujo principalmente hacia un lado provoca que un flujo 273 se separe de la superficie del barreno 242 de placa de estrangulación por abajo del borde superior 248 del mismo y que se dirija hacia el barreno 242. Un flujo de chorro 274 de alta velocidad formado en el barreno de placa de estrangulación 242 se inclina fuertemente lejos desde el eje central principal 215 del canal de flujo 212. Este chorro inclinado rebota sobre un lado del barreno 252 en la placa de fondo 250 (Región B) y alimenta el fluido hacia el flujo de recirculación 275 bajo el borde formado por la placa 230. La severa inclinación y doblez del flujo que se describe anteriormente produce un patrón de flujo asimétrico en la placa de fondo 250 y el tubo de salida 260 con: (1) un flujo de alta velocidad 276 confinado a un lado del canal de flujo 212; y (2) un flujo recirculante extensivo 277, incluyendo porciones muy turbulentas 278 y 279 que ocupan la porción

\hbox{principal del canal de flujo 212.}

Este comportamiento de flujo es deficiente debido a que conduce a pérdidas de presión excesivas y promueve la obstrucción y erosión. La fuerte inclinación y doblez del flujo y su rebote sobre el material refractario (por ejemplo en las Regiones A & B), restringen en exceso el flujo y la descarga de metal líquido se impide más fácilmente mediante cualquier acumulación de material de obstrucción. El flujo de recirculación 275 se alimenta con fluido entrante proveyendo condiciones ideales para la acumulación de material de obstrucción no metálico en el barreno 242 de la placa de estrangulación 240, lo cual es un problema crítico para el rendimiento de compuerta. La naturaleza asimétrica de flujo en el tubo de salida 260, con un chorro concentrado 277 por un lado y recirculación turbulenta 279 por el otro lado, provoca: (1) descarga asimétrica de metal líquido desde el tubo de salida 260, que puede afectar de manera perjudicial la calidad de metal fundido; y (2) obstrucción no uniforme y rápida del tubo de salida 260. El rebote del flujo sobre los lados del barreno 252, tal como en la Región B, también agrava problemas con erosión localizada de material refractario.

Con referencia a la figura 21, un intento para dirigir el flujo de regreso hacia el eje central principal 415 de la compuerta 410 falla e incluso agrava problemas relacionados con la trayectoria de flujo tortuosa y la naturaleza asimétrica de distribución de flujo cuando la compuerta 410 está parcialmente abierta. La figura 21 muestra el patrón de flujo relacionado con la compuerta 410 que tiene un barreno cilíndrico biselado 442 en la placa de estrangulación 440 y un barreno en sección cónica 452 en la placa de fondo 450. El patrón de flujo es similar a, pero más asimétrico que, el flujo de la figura 20. De manera específica, el flujo de biselado-estrangulación-barreno 471 se dobla de manera más aguda en donde choca por arriba del borde superior 446 de la placa de estrangulación 440 (Región A), mientras que el flujo 472 se dobla mucho menos que el flujo 471. Esto es debido a que, comparando las figuras 20 y 21, con un barreno cilíndrico inclinado 42, la entrada del barreno 242 esencialmente cambia hacia la derecha, presentando de manera efectiva un borde más grande 446 que impulsa el flujo 471 de manera más ortogonal con relación al eje central principal 415 que el flujo 271 que interactúa con un borde superior más pequeño.

La inclinación del barreno 442 en la placa de estrangulación 440 también promueve una acción más grande de flujo separado 473, en comparación a la figura 20, sobre un lado del barreno 242 en la placa de estrangulación 240. El flujo de alta velocidad 474 se inclina de manera más severa lejos del eje central principal 415 de la compuerta 410 que rebota de manera más directa sobre un lado del barreno de placa de fondo 452 (Región B). El rebote directo incrementado del chorro incrementa la proporción de flujos de recirculación 475 y 476 bajo el borde de placa superior 446 e incrementa la confinación de flujo de alta velocidad 477 que entra al tubo de salida 460 a un lado del canal de flujo 462. De manera subsecuente, hay un incremento en el grado de flujo turbulento 478, 479 y 480 sobre el otro lado del canal de flujo 462. Por consiguiente, la descarga está restringida en exceso y la simetría de flujo que entra al tubo de salida 460 es más severa, promoviendo obstrucción y erosión.

De acuerdo con esto, los diseños de compuerta de dosificación que intentan mejorar la simetría de flujo mediante formación de ángulo o inclinación del canal de flujo en la placa de estrangulación para dirigir el flujo de regreso hacia el eje central principal de la compuerta cuando la compuerta está parcialmente abierta son deficientes y pueden provocar mayores problemas durante operación.

Lo mencionado anteriormente demuestra una necesidad para una compuerta de dosificación que promueve una trayectoria recta de flujo de metal líquido.

Breve descripción de la invención

La invención provee un método y aparato para dosificar flujo que incluye hacer pasar de manera selectiva fluido a través de un conducto en una placa superior, que tiene una entrada y una salida, en el cual la entrada y la salida están fuera de centro, y después hacia una placa de estrangulación.

La invención provee una compuerta de dosificación que promueve una trayectoria más recta de flujo de metal líquido y una descarga más simétrica y menos turbulenta, reduciendo por lo tanto el potencial para obstrucción y erosión de los componentes de compuerta. La invención provee una reducción en el alcance de regiones de flujo separado y turbulento cuando la compuerta está parcialmente abierta. La invención provee un comportamiento de flujo menos erosivo. La invención provee menos restricción cuando está parcialmente abierta, permitiendo por lo tanto un paso más fácil del metal líquido. La invención provee menos problemas de obstrucción retardando la velocidad de acumulación, reduciendo el grado de acumulación y mejorando la uniformidad de cualquier acumulación. La invención provee una uniformidad mejorada de distribución de flujo en el tubo de salida, y por consiguiente un comportamiento de flujo de metal mejorado en un recipiente corriente abajo, tal como un molde de fundición continua. La invención provee un drenado más fácil de la placa de estrangulación sin efecto perjudicial sobre el comportamiento de flujo. La invención provee elementos y disposiciones mejoradas de los mismos, para los propósitos que se describen, los cuales son confiables y efectivos para lograr los propósitos diseñados de la invención.

Breve descripción de los dibujos

La invención se describe en detalle enseguida con referencia a las siguientes figuras, a través de las cuales caracteres de referencia similares denotan características correspondientes de manera consistente, en las cuales:

La figura 1 es una vista en planta superior de una compuerta de dosificación conocida en una posición parcialmente abierta.

La figura 2 es una vista en sección, tomada a lo largo de la línea II-II en la figura 1 que muestra la compuerta de dosificación en una posición parcialmente abierta.

La figura 3 es una vista que muestra la modalidad de la figura 2 en una posición completamente abierta.

La figura 4 es una vista que muestra la modalidad de la figura 2 en una posición parcialmente abierta.

La figura 5 es una vista que muestra la modalidad de la figura 2 en una posición de compuerta cerrada.

La figura 6 es una vista en sección que muestra una segunda compuerta de dosificación conocida en una posición parcialmente abierta.

La figura 7 es una vista en sección que muestra una tercera compuerta de dosificación conocida en una posición parcialmente abierta.

La figura 8 es una vista en sección que muestra una cuarta compuerta de dosificación conocida en una posición parcialmente abierta.

La figura 9 es una vista en detalle en sección que muestra una quinta compuerta de dosificación conocida en una posición parcialmente abierta.

La figura 10 es una vista en sección que muestra una sexta compuerta de dosificación conocida en una posición parcialmente abierta.

La figura 11 es una vista en sección que muestra una séptima compuerta de dosificación conocida con un barreno de placa de estrangulación inclinado, en una posición completamente abierta.

La figura 12 es una vista que muestra la compuerta de dosificación de la figura 11 en una posición parcialmente abierta.

La figura 13 es una vista que muestra la compuerta de dosificación de la figura 11 en una posición de compuerta cerrada.

La figura 14 es una vista en sección que muestra una octava compuerta de dosificación conocida en una posición completamente abierta.

La figura 15 es una vista que muestra la compuerta de dosificación de la figura 14 en una posición parcialmente abierta.

La figura 16 es una vista que muestra la compuerta de dosificación de la figura 14 en una posición de compuerta cerrada.

La figura 17 es una vista en sección que muestra una novena compuerta de dosificación conocida en una posición completamente abierta.

La figura 18 es una vista que muestra la compuerta de dosificación de la figura 17 en una posición parcialmente abierta.

La figura 19 es una vista que muestra la compuerta de dosificación de la figura 17 en una posición de compuerta cerrada.

La figura 20 es una vista que muestra los patrones de flujo en la compuerta de dosificación de la figura 9.

La figura 21 es una vista que muestra los patrones de flujo en la compuerta de dosificación de la figura 12.

Las figuras 1-21 están ilustrando soluciones del arte anterior.

La figura 22 es una vista en planta superior que muestra una modalidad de una compuerta de dosificación construida de acuerdo con la presente invención en una posición parcialmente abierta.

La figura 23 es una vista en detalle en sección transversal, dibujada a lo largo de la línea XXIII-XXIII en la figura 22.

La figura 24 es una vista en planta agrandada que muestra la placa superior de la compuerta de dosificación de la figura 22.

La figura 25 es una vista en sección transversal, dibujada a lo largo de la línea XXV-XXV en la figura 24.

La figura 26 es una vista que muestra la modalidad de la figura 23 en una posición completamente abierta.

La figura 27 es una vista que muestra la modalidad de la figura 23 en una posición parcialmente abierta.

La figura 28 es una vista que muestra la modalidad de la figura 23 en una posición de compuerta cerrada.

La figura 29 es una vista que muestra los patrones de flujo de la compuerta de dosificación de la figura 23.

La figura 30 es una vista en planta superior que muestra otra modalidad de una compuerta de dosificación construida de acuerdo con la presente invención en una posición parcialmente abierta.

La figura 31 es una vista en sección, dibujada a lo largo de la línea XXXI-XXXI en la figura 30.

La figura 32 es una vista en sección, dibujada a lo largo de la línea XXXII-XXXII en la figura 30.

La figura 33 es una vista que muestra la modalidad de la figura 31 en una posición completamente abierta.

La figura 34 es una vista que muestra la modalidad de la figura 31 en una posición parcialmente abierta.

La figura 35 es una vista que muestra la modalidad de la figura 31 en una posición de compuerta cerrada.

La figura 36 es una vista en planta superior agrandada que muestra la placa superior de la compuerta de dosificación de las figuras 30-33.

La figura 37 es una vista en sección dibujada a lo largo de la línea XXXVII-XXXVII en la figura 36.

La figura 38 es una vista en sección, dibujada a lo largo de la línea XXVIII-XXVIII en la figura 36.

La figura 39 es una vista en planta agrandada que muestra la placa de estrangulación de la compuerta de dosificación de las figuras 30-33.

La figura 40 es una vista en sección dibujada a lo largo de la línea XL-XL en la figura 39.

La figura 41 es una vista en sección dibujada a lo largo de la línea XLI-XLI en la figura 39.

La figura 42 es una vista que muestra los patrones de flujo en la compuerta de dosificación de la figura 31.

La figura 43 es una vista que muestra los patrones de flujo en la compuerta de dosificación de la figura 32.

La figura 44 es una vista en sección que muestra otra modalidad de una compuerta de dosificación construida de acuerdo con la presente invención en una posición completamente abierta.

La figura 45 es una vista que muestra la modalidad de la figura 44 en una posición parcialmente abierta; y

La figura 46 es una vista que muestra la modalidad de la figura 44 en una posición cerrada.

Descripción detallada de las modalidades preferidas

La presente invención está dirigida a una compuerta de dosificación para control de flujo de metal líquido con obstrucción reducida, que incluye una placa superior que provee un descentrado entre un eje del canal de flujo en la placa superior y el eje central principal de la compuerta.

Con referencia a las figuras 22-28, una primera modalidad de la compuerta de dosificación 1010 de la presente incluye una boquilla de pozo 1020, una placa superior 1030, una placa de estrangulación 1040, una placa de fondo 1050, y un tubo de salida 1070. Un barreno de canal de flujo 1022 en la boquilla de pozo 1020 puede tener una sección cónica, pero también se pueden utilizar otras configuraciones. Los barrenos de canal de flujo 1042 y 1050 en la placa de estrangulación 1040 y la placa de fondo 1050 se muestran como cilindros sencillos, pero se pueden utilizar otras formas. De manera similar, el barreno de canal de flujo 1062 en el tubo de salida 1060 se muestra como un cilindro, pero se pueden utilizar otras formas.

Como se muestra en la figura 23, los barrenos de canal de flujo 1022, 1052 y 1062 de la boquilla de pozo 1020, placa de fondo 1050, y tubo de salida 1060, respectivamente, incluyen ejes centrales 1025, 1055, 1065 que están colineales y definen un eje central principal 1015. El barreno de canal de flujo 1032 de la placa superior 1030 tiene una entrada con un eje de entrada 1035 que está colineal con el eje central principal 1015 y una salida con un eje de salida 1033. El eje de salida 1033 no está colineal con el eje de entrada 1035.

Con referencia a las figuras 24 y 25, el barreno de canal de flujo 1032 en la placa superior 1030 incluye una forma superior 1034 y una forma inferior 1031. El barreno de canal de flujo 1032 está configurado con dos ejes 1033 y 1035, los cuales no están colineales. Los dos ejes 1033 y 1035 están formados como resultado de sobreposición de las dos formas 1031 y 1034.

Las dos formas 1031 y 1034 en la placa superior 1030 cruzan y forman un barreno 1032 con dos ejes.

La forma 1034 en la placa superior 1030 puede ser una sección cónica (es decir una sección o tronco de un cono). El eje central 1035 de la forma 1034 es referido de aquí en adelante como el eje de entrada 1035 del canal de flujo 1032 en la placa superior 1030. La segunda forma 1031 en la placa superior 1030 puede ser una sección cilíndrica. El eje central 1033 de la forma 1031 es referido de aquí en adelante como el eje de salida 1033 del barreno de canal de flujo 1032 en la placa superior 1030. El eje de salida 1033 está paralelo a, pero no colineal con, el eje de entrada 1035. La distancia entre los dos ejes 1033 y 1035 es referida de aquí en adelante como el descentrado 1036.

Con referencia a la figura 23, el eje de entrada 1035 de barreno de canal de flujo 1032 en la placa superior 1030 puede estar dispuesto de manera que esté colineal con el eje central principal 1015 de la compuerta 1010. El eje de salida 1033 de la placa superior 1030, por lo tanto, está fuera de centro desde el eje central principal 1015 de la compuerta 1010 en una dirección de viaje 1044 para abrir la placa de estrangulación 1040. Esta configuración provee una trayectoria de flujo menos tortuosa y más simétrica cuando la compuerta 1010 está abierta parcialmente, como se muestra en la figura 27, pero aún provee un canal de flujo 1012 relativamente recto hacia abajo lo que permite flujo completo cuando la compuerta 1010 está completamente abierta, como se muestra en la figura 26.

Las ventajas de la presente invención se pueden apreciar mejor comparando las figuras 22 y 23 con las figuras 1-2. Como se observa mejor comparando las figuras 1 y 22, en vez del eje central principal 15 de la compuerta 10 que ocurre en o cerca de un borde del canal de flujo 12, el eje central principal 1015 de la compuerta 1010 está ubicado de manera más central. De hecho, antes de la presente invención, se creía que el eje central principal 15 de la compuerta 10 podría yacer únicamente en o cerca del centro del canal de flujo 12 con la compuerta 10 generalmente completamente abierta, como se muestra en la figura 3. Por el contrario, la presente invención provee una ubicación generalmente central del eje central principal 1015 de la compuerta 1010 cuando la compuerta 1010 está significativamente menos que completamente abierta, como se muestra en la figura 23. Por lo tanto, la invención provee una trayectoria de flujo más recta, menos tortuosa, para el paso de metal líquido cuando la compuerta 1010 está parcialmente abierta.

Con referencia a la figura 25, la magnitud del descentrado 1036 entre el eje de entrada 1035 y el eje de salida 1033 de la placa superior 1030 hace impacto en la cantidad que la compuerta 1010 presente puede abrirse con un eje central principal 1015 generalmente centrado. De esta manera, si la compuerta 1010 típicamente está abierta al 65% cuando opera, la compuerta 1010 se puede diseñar para centrar el eje central principal 1015 de la compuerta 1010 en el canal de flujo 1012 cuando la compuerta de dosificación está abierta al 65%. En otras palabras, la compuerta 1010 se puede configurar de manera que cuando la compuerta 1010 está abierta al 65%, el eje central principal 1015 está centrado con respecto al canal de flujo. Por ejemplo, la boquilla de pozo 1020 puede estar fuera de centro con relación al orificio de salida de la placa superior, sacando de centro de manera correspondiente el eje central 1015 con relación al canal de flujo.

Con referencia a las figuras 26-28, la compuerta de dosificación presente se muestra con la placa de estrangulación 1040 en diferentes posiciones: una posición de compuerta completamente abierta (figura 26); una posición de compuerta parcialmente abierta (figura 27); y una posición de compuerta cerrada (figura 28). Como se muestra en la figura 28, en la posición de compuerta cerrada la invención permite fácilmente el drenado del canal de flujo 1042 en la placa de estrangulación 1040 sin cortes de drenado especiales en el fondo del canal de flujo 1042 de la placa de estrangulación o ningún requerimiento para una porción superior cónica de canal de flujo 1052 en la placa de fondo 1050. Esta característica de drenado resulta debido a que el descentrado 1036 del eje de salida 1033 con relación al eje de entrada 1035 de la placa superior 1030 mueve de manera inherente el borde de fondo 1037 de barreno de canal de flujo 1032 en la placa superior 1030 hacia el eje central principal 1015 de la compuerta 1010. En otras palabras, debido a que el orificio de salida 1038 de la placa superior 1030 está fuera de centro con relación al eje central principal 1015, la terminación del flujo a través de la compuerta 1010 requiere trasladar la placa de estrangulación 1040 únicamente hasta que orificios de entrada 1048 de la placa de estrangulación 1040 dejan de estar en comunicación fluida con el orificio de salida 1038 de la placa superior cambiado, lo cual ocurre antes de que el orificio de salida 1049 de la placa de estrangulación deje de estar en comunicación fluida con el canal de flujo 1052 en la placa de fondo 1050. Por consiguiente, cuando la compuerta 1010 está cerrada, el barreno de canal de flujo 1042 en la placa de estrangulación 1040 aún es capaz de drenar hacia el canal de flujo 1052 en la placa de fondo 1050.

La naturaleza más recta y más simétrica del flujo en el canal de flujo 1012 de la compuerta de dosificación 1010 de la presente invención, cuando está parcialmente abierta, se ilustra de manera esquemática en la figura 29. El flujo 1071 choca sobre el borde superior 1047 de la placa de estrangulación 1040 (Región A1) y dobla hacia la abertura 1048 de la placa de estrangulación 1040. El flujo 1072, una segunda porción del flujo, también se dobla, pero en la dirección opuesta del flujo 1071, hacia la abertura 1048 conforme choca sobre el puerto de entrada 1080 de la forma 1034 de la placa superior 1030 (Región A2). Por consiguiente, la invención promueve el doblez hacia dos lados del flujo que entra a la abertura 1048 con el doblez sobre cada lado siendo hacia el eje central principal 1015 de la compuerta 1010. Por esta razón, el flujo de chorro de alta velocidad 1073 formado en el barreno de placa de estrangulación 1042 no se inclina a lo lejos fuertemente desde el eje central principal 1015. El flujo de chorro de alta velocidad 1073 está casi colineal con el eje central principal 1015 de la compuerta 1010, logrando por lo tanto un mayor grado de simetría de flujo.

El flujo de chorro 1073 no choca fuertemente sobre un lado del barreno 1052 en la placa de fondo 1050, por lo tanto porciones de los flujos recirculantes 1074, 1075 y 1076 son más débiles y menos extensivas en comparación a los flujos correspondientes en las compuertas no construidas de acuerdo con la invención. El patrón de flujo en la placa de fondo 1050 y el tubo de salida 1060 es más simétrico y se extiende de manera más uniforme con los flujos hacia abajo 1077, 1078, y 1079 ocupando una porción más grande del canal de flujo 1052 y 1062 en la placa de fondo 1050 y el tubo de salida 1060.

Las figuras 30-35 muestran una segunda modalidad de una compuerta de dosificación 2010 construida de acuerdo con la invención, y el patrón de flujo que se promueve en la misma se ilustra en las Figuras 42 y 43. Las Figuras 36-38 muestran vistas agrandadas de la placa superior 2030 de la misma. Las Figuras 39-41 muestran vistas agrandadas de la placa de estrangulación 2040 en la misma. La placa de estrangulación 2040 tiene un barreno de canal de flujo 2042 con una sección transversal definida mediante un barreno ascendente alargado. "En ascenso" es un término bien conocido por alguien de habilidad en la técnica de diseño auxiliado por computadora de sólidos tridimensionales, y es una manera de conectar dos figuras cerradas, tales como un círculo, óvalo o polígono, que existen sobre planos diferentes. Como se utiliza en esta solicitud, "ascenso" implica sin torsión.

La compuerta de dosificación 2010 incorpora dos características importantes: (1) como se muestra en las figuras 36 y 38, un descentrado 2036 entre un eje 2033 de barreno de canal de flujo 2032 en la placa superior 2030 y el eje central principal 2015 de la compuerta 2010, como se describe anteriormente con respecto a la compuerta de dosificación 1010; y (2) barrenos de canal de flujo 2032, 2034 (figura 36) y 2042 (figura 30) de geometría única en la placa superior 2030 y la placa de estrangulación 2040, respectivamente, que están más angostos en la dirección en la cual la placa de estrangulación 2040 se mueve y alargados en una dirección ortogonal a la misma. De esta manera, el barreno de canal de flujo 2032 formado alrededor del eje de salida 2033 de la placa superior 2030 y el canal de flujo 2042 de la placa de estrangulación 2040 no están asimétricos, sino simétricos planos, es decir, simétricos con respecto al plano 2039. Las figuras 33-35 muestran la compuerta de dosificación 2010 en una posición completamente abierta (Figura 33), una posición parcialmente abierta (Figura 34) y una posición de compuerta cerrada (Figura 35).

Con referencia a las figuras 36-38, el barreno de canal de flujo 2032 en la placa superior 2030 está diseñado con dos ejes no colineales 2033 y 2035 que yacen en un plano 2036. El eje 2035 está colineal con el eje central principal 2015. Los dos ejes 2033 y 2035 del canal de flujo 2032 de la placa superior 2030 están formados como resultado de la sobreposición de dos formas 2031 y 2034. Las dos formas 2031 y 2034 en la placa superior 2030 se cruzan, formando un barreno 2032 con dos ejes. La primera forma 2034 en la placa superior 2030 puede ser un barreno en ascenso que tiene una sección transversal circular en la parte superior de la placa 2030 que transita de manera uniforme hacia una sección transversal alargada por abajo de la parte superior de la placa superior 2030. El eje central 2035 de la sección transversal circular es el eje de entrada. La segunda forma 2031 en la placa superior 2030 está alargada en una dirección ortogonal al plano 2039, es decir paralela al plano 2038. El eje central 2033 de esta segunda forma 2031 es el eje de salida. El eje de salida 2033 está paralelo, pero no colineal, con el eje de entrada 2035. Los dos ejes 2033 y 2035 definen una distancia o descentrado 2036.

La configuración plana-simétrica de la placa superior y los canales de flujo de placa de estrangulación reducen la dimensión lateral de la abertura en la dirección de movimiento de la placa de estrangulación debido a que el grado más alto de asimetría en el flujo ocurre en esta dirección. La configuración plana-simétrica incrementa la dimensión de la abertura en la dirección ortogonal debido a que la asimetría no se introduce hacia el flujo en la dirección ortogonal. De esta manera, la presente configuración provee refuerzo adicional del flujo de chorro formado en el canal de flujo 2042 de la placa de estrangulación 2040 y mejora adicionalmente la simetría del flujo en la placa de fondo 2050 y el tubo de salida 2060 cuando la compuerta 2010 está parcialmente abierta. Esto es debido a que, cuando está parcialmente abierta, la configuración reduce la proporción del flujo que se dobla y provee un doblez más simétrico de esta porción del flujo cuando se acerca a la abertura 2048 de la placa de estrangulación 2040. Además, esta configuración reduce al mínimo el grado de retallo 2047 por arriba de la placa de estrangulación 2040 y la región bajo retallo 2049 del canal de flujo 2042 en la placa de estrangulación 2040, que se muestra en la figura 35, en comparación con el retallo 1047 y la región bajo retallo 1049, que se muestra en la figura 29, las cuales son áreas críticas para reducir obstrucción.

Las figuras 39-41 muestran la placa de estrangulación 2040 de la segunda modalidad de la invención. La placa de estrangulación 2040 tiene un canal de flujo 2042 con una sección transversal definida mediante un barreno en ascenso alargado.

Las figuras 42 y 43 representan de manera esquemática el patrón de flujo desarrollado en la segunda modalidad de la compuerta 2010 cuando está parcialmente abierta. El comportamiento de flujo que se muestra en la figura 42 es muy similar al de la figura 29 excepto que el doblez de flujo a través de la misma generalmente es más simétrico. El comportamiento de flujo que se muestra en la figura 43 es simétrico y uniforme con poco doblez. Como resultado de la configuración alargada de los canales de flujo 1032 y 1042 en la placa superior 1030 y la placa de estrangulación 1040, respectivamente, una proporción más alta de flujo pasa a través de la compuerta 2010 con poco doblez. Por consiguiente, la trayectoria de flujo es generalmente recta y no hay sobre restricción del flujo con un flujo generalmente más simétrico desarrollado fácilmente en el tubo de salida 2060.

Las figuras 44-46 muestran una tercera modalidad de una compuerta de dosificación 3010 construida de acuerdo con la invención. Las figuras 44-46 muestran la compuerta de dosificación 3010 en una posición completamente abierta (Figura 44), una posición parcialmente abierta (Figura 45) y una posición de compuerta cerrada (Figura 46).

Con referencia a las figuras 44-46, la compuerta de dosificación 3010 tiene un eje central principal 3015, y el barreno de canal de flujo 3032 en la placa superior 3030 está diseñado con dos ejes colineales 3033 y 3035. El eje 3033 es el eje de entrada de la placa superior 3030 y el eje 3035 es el eje de salida de la placa superior 3030. La placa de estrangulación 3040 tiene un eje central 3037. El barreno 3037 en la placa superior 3030 es un barreno sencillo que atraviesa.

Los ejes 3033 y 3035 están paralelos a pero fuera de centro del eje central principal 3015. Los ejes 3033 y 3035 están fuera de centro a una distancia 3036 desde el eje central principal 3015.

En general, la invención resulta en menos restricción de flujo y una reducción en la velocidad y grado de obstrucción en comparación con otras compuertas de dosificación. Los flujos recirculantes son menos extensivos y débiles, lo cual inhibe la acumulación de material de obstrucción metálico o no metálico en regiones críticas del canal de flujo, tales como el agujero o barreno de la placa de estrangulación. La simetría mejorada del flujo en el tubo de salida mejora la uniformidad de descarga de metal líquido desde el tubo de salida con un efecto benéfico sobre el comportamiento de flujo de molde y sobre la calidad de metal de fundición. Además, el rebote del flujo sobre los lados del canal de flujo es menos severo y se reduce el potencial para erosión acelerada de material refractario.

Aunque la presente invención se ha descrito en relación con modalidades particulares de la misma, muchas otras variaciones y modificaciones y otros usos serán evidentes para los expertos en la técnica. Por consiguiente, se prefiere que la presente invención esté limitada por el contenido de los reivindicaciones incluidas.

Claims (23)

1. Un aparato para dosificar flujo en la fundición continua de metal fundido que incluye una compuerta de dosificación, en el cual la compuerta de dosificación consiste de: una placa superior que tiene un primer barreno de canal de flujo con una entrada que tiene un eje de entrada y una salida que tiene un eje de salida; y una placa de estrangulación que hace contacto de manera deslizable con la placa superior y adaptada para recibir de manera selectiva flujo desde la placa superior;

caracterizado porque el eje de entrada y el eje de salida están fuera de centro.

2. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el primer barreno de canal de flujo está definido sobreponiendo una pluralidad de formas.

3. El aparato de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la pluralidad de formas están simétricas y tienen ejes de simetría respectivos.

4. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado además porque la pluralidad de formas se selecciona a partir de un grupo que consiste de formas cilíndricas, formas cónicas y combinaciones de las mismas.

5. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado además porque el descentrado ocurre en una dirección fuera de centro; y al menos una de la pluralidad de formas está más angosta a lo largo de la dirección de fuera de centro.

6. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2-5, caracterizado además porque la pluralidad de formas define un puerto de entrada para desviar el flujo a través de las mismas.

7. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque la placa de estrangulación tiene un segundo barreno de canal de flujo, la placa de estrangulación se puede trasladar con relación a la placa superior a lo largo de una dirección de traslado generalmente ortogonal a un fluido que puede fluir desde la salida del primer barreno de canal de flujo.

8. El aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque la placa de estrangulación define un borde que desvía el flujo que deja al primer barreno de canal de flujo, y el puerto de entrada y el borde están adaptados para doblar de manera que coopera el flujo hacia el segundo barreno de canal de flujo.

9. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado además porque el segundo barreno de canal de flujo está configurado para expandir el fluido.

10. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7-9, caracterizado además porque el segundo barreno de canal de flujo es un barreno en ascenso, alargado.

11. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7-10, caracterizado además porque el segundo barreno de canal de flujo se estrecha a lo largo de la dirección de traslado.

12. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7-11, caracterizado además porque el descentrado ocurre a lo largo de la dirección de traslado.

13. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7-12, caracterizado además porque la compuerta de dosificación consiste adicionalmente de una placa de fondo que tiene un tercer barreno de canal de flujo dispuesto con relación a la placa de estrangulación de tal manera que el tercer barreno de canal de flujo está en comunicación fluida con el segundo barreno de canal de flujo sin importar el traslado de la placa de estrangula-
ción.

14. El aparato de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque el tercer barreno de canal de flujo incluye un tercer eje que está colineal con el eje de entrada.

15. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7-14, caracterizado además porque: el segundo barreno de canal de flujo tiene un segundo eje; y cuando la placa de estrangulación está en una posición abierta, el segundo eje está colineal con el eje de salida.

16. Un método para dosificar flujo en la fundición continua de metal fundido que consiste en: hacer pasar fluido hacia un primer barreno de canal de flujo en una primera placa de una compuerta de dosificación en una primera dirección vertical; y hacer pasar fluido fuera del primer barreno de canal de flujo en la primera placa en una segunda dirección vertical; caracterizado porque la primera dirección vertical está fuera de centro horizontalmente de la segunda dirección vertical.

17. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además por mover una segunda placa a lo largo de una dirección de traslado, la segunda placa teniendo un segundo barreno de canal de flujo, con relación a la primera placa, entre una posición abierta, para hacer pasar fluido hacia el segundo barreno de canal de flujo desde el primer conducto, y una posición cerrada, para prohibir el paso de fluido hacia el segundo barreno de canal de flujo desde el primer barreno de canal de flujo.

18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además por hacer pasar fluido fuera del primer barreno de canal de flujo estrechando el primer barreno de canal de flujo a lo largo de la dirección de traslado de la segunda placa movible.

19. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 17 o 18, caracterizado además por expandir el fluido en el segundo barreno de canal de flujo.

20. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 17-19, caracterizado además por hacer pasar el fluido hacia un tercer barreno de canal de flujo en una tercera placa, sin importar la posición de la segunda placa.

21. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 17-20, caracterizado además porque el descentrado ocurre a lo largo de la dirección de traslado de la segunda placa móvil.

22. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 17-21, caracterizado además por desviar el fluido hacia el segundo barreno de canal de flujo.

23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el fluido se desvía hacia el segundo barreno de canal de flujo mediante al menos una característica seleccionada del grupo que consiste de un borde de la segunda placa, un puerto de entrada definido en el primer barreno de canal de flujo, y combinaciones de los mismos.