ES2284784T3 - Tobera de colada. - Google Patents

Abstract

Tobera de colada (140, 170) para conducir un metal líquido a través de la misma, que comprende: un conducto alargado que presenta un eje central (CL) y por lo menos un orificio de entrada (141) y por lo menos un orificio de salida (146, 148, 176, 182), incluyendo el conducto una parte ampliada para proporcionar al conducto un área de sección transversal mayor cerca del eje central que cerca de los bordes del conducto, incluyendo la parte ampliada por lo menos dos facetas de curvado (144a, 144b, 174), cada una de los cuales se extiende desde un punto en un plano con el que es considerablemente paralelo y hace intersección con el eje central, hacia un borde inferior del conducto.

Description

Tobera de colada.

La presente invención se refiere a una tobera de colada o a una tobera de entrada sumergida según la reivindicación 1.

En la colada continua del acero (por ejemplo planchas) con unos grosores de entre 50 mm y 60 mm y unos anchos de entre 975 mm y 1.625 mm, por ejemplo, se utiliza frecuentemente una tobera de colada o una tobera de entrada sumergida. La tobera de colada contiene acero líquido mientras fluye hacia un molde e introduce el metal líquido en el molde de manera sumergida. La tobera de colada es habitualmente una tubería con una entrada única en un extremo y una o dos salidas, situadas en el otro extremo o cerca del mismo. El conducto interior de la tobera de colada entre la región de entrada y la región de salida frecuentemente es simplemente una sección tubular cilíndrica axialmente simétrica.

La tobera de colada presenta unas dimensiones de salida típicas de anchos de entre 25 mm y 40 mm y largos de entre 150 mm y 250 mm. La región de salida de la tobera puede ser simplemente un extremo abierto de la sección tubular. La tobera puede también incorporar dos orificios de salida opuestos en la pared lateral de la tobera en la que el extremo de la tubería se encuentra cerrado. Los orificios de salida opuestos desvían las corrientes de acero fundido en ángulos aparentes de entre 10º y 90º con respecto al eje vertical. La entrada de la tobera está conectada a la fuente de un metal líquido. La fuente de metal líquido en el proceso de colada continua se denomina artesa. Los objetivos de utilizar una tobera de colada son:

(1) transportar metal líquido desde la artesa hasta el molde sin exponer el metal líquido al aire;

(2) distribuir el metal líquido de manera uniforme en el molde, de manera que la extracción de calor y la formación de la cáscara solidificada sean uniformes;

(3) suministrar el metal líquido al molde de manera tranquila y fluida, sin excesivas turbulencias, particularmente en el menisco, con el fin de permitir una buena lubricación, y minimizar la formación de potenciales defectos superficiales.

La velocidad de flujo del metal líquido desde la artesa hasta la tobera de colada puede controlarse de diversas maneras. Dos de los procedimientos de control de velocidad de flujo más habituales son: (1) con un vástago de tapón, y (2) con una válvula de corredera. En cualquiera de las formas, la tobera debe acoplarse al vástago de tapón de la artesa o a la válvula de corredera de la artesa, y el conducto interior de la tobera de colada en la región de entrada de la tobera es generalmente cilíndrico y puede ser redondeado o terminado en punta.

Hasta ahora, las toberas de colada de la técnica anterior, alcanzan el primer objetivo indicado anteriormente si se sumergen de manera apropiada dentro del acero líquido en el molde y si mantienen su integridad física. Sin embargo, las toberas de la técnica anterior, no alcanzan completamente el segundo y el tercer objetivo indicados anteriormente. Por ejemplo, las Figuras 19 y 20 ilustran un diseño típico de una tobera de colada de doble orificio de la técnica anterior con un extremo cerrado. Esta tobera intenta dividir el flujo de salida en dos corrientes de salida opuestas. El primer problema con este tipo de tobera es la aceleración del flujo dentro del conducto y la formación de potentes salidas que no utilizan toda el área de los orificios de salida disponible. El segundo problema es la oscilación del chorro, y los patrones de flujo inestables en el molde, producidos por la redirección repentina del flujo en la región inferior de la tobera. Estos problemas no permiten una distribución del flujo uniforme en el molde y provocan excesivas turbulencias.

La Figura 20 ilustra un diseño alternativo de una tobera de colada de doble orificio de la técnica anterior con un extremo divisor de flujo terminado en punta. El divisor terminado en punta intenta mejorar la estabilidad del chorro de salida. Sin embargo, este diseño presenta los mismos problemas que el diseño de la Figura 18. En ambos casos, la fuerza inercial del metal líquido mientras se desplaza a lo largo del conducto hacia la región del orificio de salida de la tobera puede ser tan elevada que el líquido no puede ser desviado para rellenar los orificios de salida sin una separación del flujo en la parte superior de los orificios. De esta manera, los chorros de salida son inestables, producen oscilación y son turbulentos.

Además, no se alcanzan los ángulos de deflexión aparentes. Los ángulos de deflexión reales son considerablemente inferiores. Además, los perfiles del flujo en los orificios de salida son muy irregulares, con una baja velocidad de flujo en la parte superior de los orificios y una alta velocidad de flujo adyacente a la parte inferior de los orificios. Estas toberas producen una onda estacionaria relativamente grande en el menisco o superficie del acero fundido, que se cubre con un fundente de molde o un polvo de molde con fines de lubricación.

Estas toberas producen adicionalmente una oscilación en la onda estacionaria en la que el menisco adyacente a un extremo del molde sube y baja de manera alternante y el menisco adyacente al otro extremo del molde baja y sube de manera alternante. Las toberas de la técnica anterior también generan remolinos intermitentes en la superficie. Todos estos efectos tienden a provocar la incorporación de fundente de molde en el cuerpo de la plancha de acero, lo que reduce su calidad. La oscilación de la onda estacionaria provoca una transferencia de calor inestable a través del molde y en el menisco o cerca del mismo. Este efecto afecta de manera perjudicial a la uniformidad de la formación de la cáscara de acero, la lubricación del polvo de molde, y produce estrés en el cobre de molde. Estos efectos se ven agravados a medida que aumenta la velocidad de colada; y por consiguiente, resulta necesario limitar la velocidad de colada para producir acero de una calidad deseada.

Con relación a las Figura 17, se muestra una tobera 30 similar a la tobera descrita en la solicitud de patente europea 0403808. Tal como se conoce en la técnica, el acero fundido fluye desde una artesa a través de una válvula o vástago de tapón hasta una sección tubular de entrada circular 30b. La tobera 30 comprende una transición principal circular a rectangular 34. La tobera incluye adicionalmente un divisor de flujo de tipo plancha plana 32 que dirige las dos corrientes en ángulos aparentes de más 90º y menos 90º con respecto al eje vertical. Sin embargo, en la práctica, los ángulos de deflexión son solamente de más 45º y menos 45º. Además, la velocidad de flujo en los orificios de salida 46 y 48 no es uniforme. Adyacente a la pared lateral divergente derecha 34C de la transición 34, la velocidad de flujo del orificio 48 es relativamente baja, tal como indica el vector 627. La máxima velocidad de flujo del orificio 48 se produce muy cerca del divisor de flujo 32, tal como indica el vector 622. Debido a la fricción, la velocidad de flujo adyacente al divisor 32 es ligeramente inferior, tal como indica el vector 621. El flujo no uniforme del orificio de salida 48 resulta en turbulencias. Además, el flujo de los orificios 46 y 48 muestra una oscilación de baja frecuencia de más 20º y menos 20º, con un periodo de entre 20 segundos y 60 segundos. En el orificio 46 la máxima velocidad de flujo está indicada por el vector 602 que se corresponde con el vector 622 del orificio 48. El vector 602 oscila entre dos extremos, uno de los cuales es el vector 602a, con un desplazamiento de 65º con respecto al eje vertical, y el otro es el vector 602b, con un desplazamiento de 25º con respecto al eje vertical.

Tal como se muestra en la Figura 17a, los flujos de los orificios 46 y 48 tienden a mantenerse con una diferencia de un ángulo de 90º entre sí, de manera que cuando la salida del orificio 46 es representada por un vector 602a, con una deflexión de 65º con respecto al eje vertical, la salida del orificio 48 es representada por un vector 622a que presente una deflexión de 25º con respecto al eje vertical. En un extremo de la oscilación mostrado en la Figura 17a, el menisco M1 del extremo izquierdo del molde 54 se encuentra considerablemente elevado, mientras que el menisco M2 del extremo derecho del molde se encuentra solamente ligeramente elevado. El efecto ha sido exagerado sobremanera en aras de la claridad. Generalmente, el nivel más bajo del menisco se produce adyacente a la tobera 30. A una velocidad de colada de tres toneladas por minuto, generalmente, el menisco muestra ondas estacionarias de entre 18 mm y 30 mm de altura. En el extremo de oscilación mostrado, existe una circulación en el sentido de las agujas del reloj C1 de gran magnitud y baja profundidad en el extremo izquierdo del molde, y una circulación en el sentido contrario al de las agujas del reloj C2 de una magnitud inferior y una mayor profundidad en el extremo derecho del molde.

Tal como se muestra en las Figuras 17a y 17b, adyacente a la tobera 30, hay una región saliente B en el molde en la que se aumenta la anchura del molde para colocar la tobera, que presenta unos grosores de pared refractaria típicos de 19 mm. En el extremo de oscilación mostrado en la Figura 17a, existe un gran flujo superficial F1 de izquierda a derecha en la región saliente delante y detrás de la tobera 30. También existe un pequeño flujo superficial F2 de derecha a izquierda hacia la región saliente. En el menisco se producen remolinos superficiales intermitentes V en la región saliente del molde adyacente al lado derecho de la tobera 30. La distribución de la velocidad altamente irregular en los orificios 46 y 48, las grandes ondas estacionarias en el menisco, la oscilación de las ondas estacionarias, y los remolinos superficiales, todos ellos tienden a provocar la incorporación del polvo de molde o del fundente de molde, produciendo un decremento en la calidad del acero colado. Además, la formación de la cáscara de acero es inestable y no uniforme, la lubricación se ve afectada de manera perjudicial, y se produce estrés dentro del cobre de molde en el menisco o cerca del menisco. Todos esos efectos se ven agravados a velocidades de colada superiores. Dichas toberas de la técnica anterior requieren una reducción de la velocidad de colada. Con relación otra vez a la Figura 17, el divisor de flujo puede comprender de manera alternativa una cuña triangular obtusa 32c que presenta un ángulo incluido del borde de ataque de 156º, cuyos lados se encuentran dispuestos en ángulos de 12º con respecto al eje horizontal, tal como se muestra en una primera solicitud de patente alemana DE 3709188, que proporciona ángulos de deflexión de más 78º y menos 78º. Sin embargo, los ángulos de deflexión reales son otra vez de aproximadamente más 45º y menos 45º; y la tobera muestra las mismas desventajas indicadas anteriormente.

Con relación ahora a la Figura 18, la tobera 30 es similar a la tobera mostrada en una segunda solicitud de patente alemana DE 4142447 en la que los ángulos de deflexión aparentes se encuentran en el intervalo de entre 10º y 22º. El flujo desde la tubería de entrada 30b se introduce en la transición principal 34 que presenta unos ángulos de deflexión aparentes de más 20º y menos 20º, definidos por sus paredes laterales divergentes 34c y 34f y por el divisor de flujo triangular 32. En caso de omisión del divisor de flujo 32, se indica, con el número de referencia 50, un equipotencial del flujo resultante adyacente a los orificios de salida 46 y 48. El equipotencial 50 presenta una curvatura cero en la región central adyacente al eje S de la tubería 30b y muestra una curvatura máxima en su intersección ortogonal con los lados derecho 34c e izquierdo 34f de la tobera. La masa de flujo en el centro muestra una deflexión insignificante; y solamente el flujo adyacente a los lados muestra una deflexión de más 20º y menos 20º. En ausencia de un divisor de flujo, las deflexiones medias en los orificios 46 y 48 serían 1/4 y tal vez 1/5 o el 20% de la deflexión aparente de más 20º y menos 20º.

Dejando de lado, por el momento, la fricción de pared, 64a es una combinación de vector y línea de corriente que representa el flujo adyacente al lado izquierdo 34f de la tobera, y 66a es una combinación de vector y línea de corriente que representa el flujo adyacente al lado derecho 34c de la tobera. El punto y la dirección iniciales de la línea de corriente se corresponden con el punto y la dirección iniciales del vector, y la longitud de la línea de corriente se corresponde con la longitud del vector. Las líneas de corriente 64a y 66a, por supuesto, desaparecen en la turbulencia entre el líquido en el molde y el líquido que sale de la tobera 30. Si se inserta un divisor de flujo 32 de dimensiones cortas, este se comporta, considerablemente, como un cuerpo truncado en un flujo bidimensional. Los vectores-líneas de corriente 64 y 66 adyacentes al cuerpo presentan una velocidad superior a la de los vectores-líneas de corriente 64a y 66a. Las líneas de corriente 64 y 66, por supuesto, desaparecen en la estela de baja presión aguas abajo del divisor de flujo 32. Esta estela de baja presión voltea el divisor de flujo adyacente 32 hacia abajo. La solicitud de patente alemana indicada anteriormente muestra que el divisor triangular 32 presenta una longitud de solamente el 21% de la longitud de la transición principal 34. Esto no resulta suficiente para alcanzar ni por asomo las deflexiones aparentes, que requerirían de un divisor triangular mucho más largo, con el correspondiente incremento de la longitud de la transición principal 34. Sin una deflexión lateral suficiente, el acero fundido tiende a penetrar en el molde. Ello incrementa la amplitud de la onda estacionaria, no por un incremento de altura del menisco en los extremos del molde, sino por un incremento de la depresión del menisco en la parte de la región saliente delante y detrás de la tobera en la que el flujo de la misma arrastra el líquido de dicha parte de la región saliente y produce presiones negativas.

Las toberas de la técnica anterior, como las que se dan a conocer en la patente EP-B1-482.423, intentan desviar las corrientes por presiones positivas entre las corrientes, tal como dispone un divisor de flujo. Debido a las variaciones en la fabricación de la tobera, la falta de provisión de deceleración o difusión de la corriente de flujo aguas arriba de la división del flujo, y a la oscilación de baja frecuencia en los flujos que emanan de los orificios 46 y 48, la línea de corriente central del flujo, por lo general, no golpeará la punta del divisor de flujo triangular 32 de la Figura 18. En su lugar, el punto de estancamiento, por lo general, se encuentra en uno de los lados del divisor 32. Por ejemplo, si el punto de estancamiento se encuentra en el lado izquierdo del divisor 32, entonces se produce una separación laminar del flujo en el lado derecho del divisor 32. La "burbuja" de separación reduce la deflexión angular del flujo en el lado derecho del divisor 32 e introduce turbulencias adicionales en el flujo del orificio 48.

Por consiguiente, es un objetivo de la presente invención proporcionar una tobera de colada que mejore el comportamiento del flujo asociado a la introducción de un metal líquido en un molde a través de una tobera de colada.

Otro objetivo es proporcionar una tobera de colada en la que la fuerza inercial del metal líquido que fluye a través de la tobera se divida y se controle mejor mediante la división del flujo en corrientes separadas e independientes, dentro del conducto de la tobera, en forma de múltiples etapas.

Un objetivo adicional es proporcionar una tobera de colada que resulte en la mitigación de la separación del flujo, y por lo tanto, en la reducción de las turbulencias, en la estabilización de los chorros de salida, y en la consecución de un ángulo de deflexión deseado para las corrientes independientes. También es un objetivo proporcionar una tobera de colada para difundir o decelerar el flujo del metal líquido que se desplaza a través de la misma, y por lo tanto reducir la fuerza inercial del flujo de manera que se estabilicen los chorros de salida de la tobera. Es otro objetivo proporcionar una tobera de colada en la que la deflexión de las corrientes se consiga en parte por las presiones negativas aplicadas a partes exteriores de las corrientes, así como por las secciones de desviación terminales curvas, para hacer que la distribución de velocidad en los orificios de salida sea más uniforme.

Un objetivo adicional es proporcionar una tobera de colada que presente una transición principal, desde una sección transversal circular que contenga un flujo de simetría axial, hasta un sección transversal alargada de un grosor inferior al diámetro de la sección transversal circular y una anchura superior al diámetro de la sección transversal circular que contenga un flujo de simetría planar con una distribución de velocidad generalmente uniforme a lo largo de la transición, no considerando la fricción de pared.

Todavía un objetivo adicional es proporcionar una tobera de colada que presente una sección transversal hexagonal de la transición principal para incrementar la eficiencia de las deflexiones del flujo dentro de la transición principal.

Todavía un objetivo adicional es proporcionar una tobera de colada que presente una difusión entre la tubería de entrada y los orificios de salida para reducir la velocidad del flujo de los orificios y para reducir las turbulencias.

Todavía un objetivo adicional es proporcionar una tobera de colada que presente una difusión o deceleración del flujo dentro de la transición principal de la sección transversal para reducir la velocidad del flujo de los orificios y mejorar la estabilidad de la velocidad y la uniformidad de la velocidad de las líneas de corriente en los orificios.

Todavía un objetivo adicional es proporcionar una tobera de colada que presente un divisor de flujo provisto de un borde de ataque redondeado para permitir la variación del punto de estancamiento sin la separación del flujo.

Todavía un objetivo adicional es proporcional una tobera de colada que utilice el espacio disponible de manera más efectiva dentro de un molde con una región saliente o con forma de corona y que produzca un patrón de flujo mejorado en su interior.

Todavía un objetivo adicional es proporcionar una tobera de colada que presente un conducto con una geometría interior de múltiples facetas que proporcione un área de sección transversal interna más grande cerca del eje central de la tobera que en los bordes.

Todavía un objetivo adicional es proporcionar una tobera de colada que alcance un intervalo útil y amplio de velocidades operacionales de flujo sin degradar las características del flujo.

Todavía un objetivo adicional es proporcionar una tobera de colada con unos deflectores que repartan el flujo dividido entre corrientes exteriores y una corriente central de manera que el ángulo de descarga efectivo de las corrientes exteriores que salen de los orificios de salida superiores varíe en base a la velocidad del metal líquido a través de la tobera de colada.

Todavía un objetivo adicional es proporcional una tobera de colada con deflectores que repartan el flujo dividido entre las corrientes exteriores y una corriente central de manera que el ángulo de descarga efectivo de las corrientes exteriores que salen de los orificios de salida superiores aumente a medida que aumente la velocidad del metal líquido a través de la tobera de colada.

Se ha descubierto que los objetivos indicados anteriormente y otros objetivos de la presente invención se alcanzan con un procedimiento y dispositivo para conducir metal líquido a través de una tobera de colada según la reivindicación 1. Preferentemente, la tobera de colada comprende adicionalmente un divisor de flujo que divide el por lo menos un puerto de salida en dos puertos de salida, y divide el flujo del metal líquido a través del conducto en dos corrientes que salen de la tobera a través de los dos orificios de salida. En una forma de realización preferente, las facetas de curvado incluyen una arista superior y una arista central, y por lo menos dos de las aristas superiores son adyacentes entre sí, formando un pináculo que generalmente apunta hacia el orificio de entrada. Preferentemente, la arista central de cada faceta de curvado se encuentra más distante desde un eje horizontal longitudinal de la tobera de colada que la arista superior de la faceta de curvado dentro de una sección transversal horizontal.

La tobera de colada puede también incluir un eje central y por lo menos un orificio de entrada y por lo menos un orificio de salida, incluyendo el conducto de la tobera de colada una parte dilatada para que el conducto esté provisto de un área de sección transversal más grande cerca del eje central que cerca de los bordes del conducto.

Preferentemente, las corrientes exterior e interior se recombinan antes o después de que las corrientes salgan por lo menos de uno de los orificios de salida.

Otras características y objetivos de la presente invención resultarán claros a partir de la descripción de la invención que a continuación sigue, ilustrada por las figuras adjuntas 30, 31 y 35 a 36.

En las Figuras adjuntas que forman parte de la especificación de cada momento y que deben leerse conjuntamente con la misma, y en las que se utilizan números de referencia similares para indicar partes similares en las diversas vistas:

La Figura 1 es una vista en sección axial mirando hacia atrás, tomada a lo largo de la línea 1-1 de la Figura 2 de una primera tobera de colada que presenta una transición principal divergente de ángulo pequeño hexagonal con difusión, y una curvatura terminal moderada.

La Figura 1a es una sección transversal fragmentaria mirando hacia atrás de un divisor de flujo preferente que presenta un borde de ataque redondeado.

La Figura 1b es una vista en sección transversal alternativa tomada a lo largo de la línea 1b-1b de la Figura 2b de una forma de realización alternativa de una tobera de colada, que presenta una transición principal con deceleración y difusión, y una deflexión de los flujos de salida.

La Figura 2 es una vista en sección axial mirando a la derecha tomada a lo largo de la línea 2-2 de la Figura 1.

La Figura 2a es una vista en sección axial tomada a lo largo de la línea 2a-2a de la Figura 1b.

La Figura 3 es una sección transversal tomada en el plano 3-3 de las Figuras 1 y 2, mirando hacia abajo.

La Figura 3a es una sección transversal tomada en el plano 3a-3a de las Figuras 1b y 2a.

La Figura 4 es una sección transversal tomada en el plano 4-4 de las Figuras 1 y 2, mirando hacia abajo.

La Figura 4a es una sección transversal tomada en el plano 4a-4a de las Figuras 1b y 2a.

La Figura 5 es una sección transversal tomada en el plano 5-5 de las Figuras 1 y 2, mirando hacia abajo.

La Figura 5a es una sección transversal tomada en el plano 5a-5a de las Figuras 1b y 2a.

La Figura 6 es una sección transversal tomada en el plano 6-6 de las Figuras 1 y 2, mirando hacia abajo.

La Figura 6a es una sección transversal alternativa tomada en el plano 6-6 de las Figuras 1 y 2, mirando hacia abajo.

La Figura 6b es una sección transversal tomada en el plano 6-6 de las Figuras 13 y 14 y de las Figuras 15 y 16, mirando hacia abajo.

La Figura 6c es una sección transversal tomada en el plano 6a-6a de las Figuras 1b y 2a.

La Figura 7 es una vista en sección axial mirando hacia atrás de una segunda tobera de colada que presenta una transición redondo a rectangular de área constante, una transición principal divergente de ángulo pequeño hexagonal con difusión, y una curvatura terminal moderada.

La Figura 8 es una vista en sección axial mirando a la derecha de la tobera de la Figura 7.

La Figura 9 es una vista en sección axial mirando hacia atrás de una tercera tobera de colada que presenta una transición redondo a cuadrado con difusión moderada, una transición principal divergente de ángulo medio hexagonal con un área de flujo constante, y una curvatura terminal reducida.

La Figura 10 es una vista en sección axial mirando a la derecha de la tobera de la Figura 9.

La Figura 11 es una vista en sección axial mirando hacia atrás de una cuarta tobera de colada provista de unas transiciones redondo a cuadrado y cuadrado a rectangular de una difusión total elevada, una transición principal divergente de ángulo elevado hexagonal con un área de flujo decreciente, y sin curvatura terminal.

La Figura 12 es una vista en sección axial mirando a la derecha de la tobera de la Figura 11.

La Figura 13 es una vista en sección axial mirando hacia atrás de una quinta tobera de colada similar a la de la Figura 1 pero que presenta una transición principal rectangular.

La Figura 14 es una vista en sección axial mirando a la derecha de la tobera de la Figura 13.

La Figura 15 es una vista en sección axial mirando hacia atrás de una sexta tobera de colada que presenta una transición principal divergente de ángulo pequeño rectangular con difusión, una deflexión de flujo leve dentro de la transición principal, y una curvatura terminal elevada.

La Figura 16 es una vista en sección axial mirando a la derecha de la tobera da la Figura 15.

La Figura 17 es una vista en sección axial mirando hacia atrás de una tobera de la técnica anterior.

La Figura 17a es una vista en sección, mirando hacia atrás, y que muestra los patrones de flujo en el molde producidos por la tobera de la Figura 17.

La Figura 17b es una sección transversal en el plano curvilíneo del menisco, mirando hacia abajo, y que muestra los patrones de flujo superficiales producidos por la tobera de la Figura 17.

La Figura 18 es una vista en sección axial mirando hacia atrás de una tobera adicional de la técnica anterior.

La Figura 19 es una vista en sección axial de otra tobera de la técnica anterior.

La Figura 20 es una vista en sección lateral parcial de la tobera de la técnica anterior de la Figura 19.

La Figura 21 es una vista en sección axial de otra tobera de la técnica anterior.

La Figura 22 es una vista en planta desde arriba de una flecha A de la tobera de la técnica anterior de la Figura 21.

La Figura 23 muestra una vista en sección axial de una tobera de colada alternativa.

La Figura 24 es una vista en sección transversal de la Figura 23 tomada a lo largo de la línea A-A de la Figura 23.

La Figura 25 muestra una vista en sección transversal de la Figura 23 tomada a lo largo de la línea B-B de la Figura 23.

La Figura 26 muestra una vista en sección axial lateral parcial de la tobera de colada de la Figura 23.

La Figura 27 muestra una vista en sección axial lateral de la tobera de colada de la Figura 23.

La Figura 28 muestra una vista en sección axial de una forma de realización alternativa de una tobera de colada de la presente invención.

La Figura 29 muestra una vista en sección axial lateral de la tobera de colada de la Figura 28.

La Figura 30 muestra una vista en sección axial de la tobera de colada según la presente invención.

La Figura 30A muestra una vista en sección transversal de la Figura 30 tomada a lo largo de la línea A-A de la Figura 30.

La Figura 30B muestra una vista en sección transversal de la Figura 30 tomada a lo largo de la línea B-B de la Figura 30.

La Figura 30C muestra una vista en sección transversal de la Figura 30 tomada a lo largo de la línea C-C de la Figura 30.

La Figura 30D muestra una vista en sección transversal de la Figura 30 tomada a lo largo de la línea D-D de la Figura 30.

La Figura 30EE es una vista en planta parcial de un orificio de salida de la tobera de colada de la Figura 30 mirando a lo largo de la flecha EE.

La Figura 31 muestra una vista en sección axial lateral de la tobera de colada de la Figura 30.

La Figura 32 muestra una vista en sección axial de una tobera de colada alternativa.

La Figura 32A muestra una vista en sección transversal de la Figura 32 tomada a lo largo de la línea A-A de la Figura 32.

La Figura 32B muestra una vista en sección transversal de la Figura 32 tomada a lo largo de la línea B-B de la Figura 32.

La Figura 32C muestra una vista en sección transversal de la Figura 32 tomada a lo largo de la línea C-C de la Figura 32.

La Figura 32D muestra una vista en sección transversal de la Figura 32 tomada a lo largo de la línea D-D de la Figura 32.

La Figura 32E muestra una vista en sección transversal de la Figura 32 tomada a lo largo de la línea E-E de la Figura 32.

La Figura 33 muestra una vista en sección axial lateral de la tobera de colada de la Figura 32.

La Figura 34A muestra una vista en sección axial de la tobera de colada de la Figura 32 e ilustra los ángulos de descarga efectivos de los chorros de salida a una velocidad de flujo reducida.

La Figura 34B muestra una vista en sección axial de la tobera de colada de la Figura 32 e ilustra los ángulos de descarga efectivos de los chorros de salida a una velocidad de flujo media.

La Figura 34C muestra una vista en sección axial de la tobera de colada de la Figura 32 e ilustra los ángulos de descarga efectivos de los chorros de salida a una velocidad de flujo elevada.

La Figura 35 muestra una vista en sección axial de una forma de realización alternativa de una tobera de colada de la presente invención.

La Figura 35A muestra una vista en sección transversal de la Figura 35 tomada a lo largo de la línea A-A de la Figura 35.

La Figura 35B muestra una vista en sección transversal de la Figura 35 tomada a lo largo de la línea B-B de la Figura 35.

La Figura 35C muestra una vista en sección transversal de la Figura 35 tomada a lo largo de la línea C-C de la Figura 35.

La Figura 35D muestra una vista en sección transversal de la Figura 35 tomada a lo largo de la línea D-D de la Figura 35.

La Figura 35E muestra una vista en sección transversal de la Figura 35 tomada a lo largo de la línea E-E de la Figura 35.

La Figura 35QQ es una vista en planta parcial de un orificio de salida superior de la tobera de colada de la Figura 35 mirando a lo largo de la flecha QQ.

La Figura 35RR es una vista en planta parcial de un orificio de salida inferior de la tobera de colada de la Figura 35 mirando a lo largo de la flecha RR.

La Figura 36 muestra una vista en sección axial lateral de la tobera de colada de la Figura 35.

Con relación ahora a las Figuras 1b y 2a, la tobera de colada está indicada generalmente por el número de referencia 30. El extremo superior de la tobera incluye una tobera de entrada 30a que termina en una tubería circular o conducto 30b que se extiende hacia abajo, tal como se muestra en las Figuras 1b y 2a. El eje de la sección tubular 30b está considerado como el eje S de la tobera. La sección tubular 30b termina en el plano 3a-3a que, tal como se puede apreciar en la Figura 3a, presenta una sección transversal circular. A continuación el flujo entra en la transición principal indicada generalmente por el número de referencia 34 y que preferentemente presenta cuatro paredes 34a a 34d. Las paredes laterales 34a y 34b divergen cada una en un ángulo con respecto al eje vertical. Las paredes frontales 34c y 34d convergen con las paredes posteriores 34a y 34b. Los expertos en la materia deben observar que el área de la transición 34 puede presentar cualquier forma o área de sección transversal de simetría planar y no tiene que estar limitado a una forma que presente el número de paredes (cuatro paredes de seis) o a unos áreas de sección transversal establecidos en la presente memoria siempre y cuando el área de transición 34 cambie de un área generalmente de sección transversal redonda a un área generalmente de sección transversal alargada de simetría planar (referirse a las Figuras 3a, 4a, 5a, 6c).

Para un difusor cónico bidimensional, resulta habitual limitar el ángulo incluido del cono a un valor de aproximadamente 8º para evitar una pérdida de presión indebida provocada por una separación incipiente del flujo. Por consiguiente, para un difusor rectangular unidimensional, en el que un par de paredes opuestas son paralelas, el otro par de paredes opuestas debería divergir en un ángulo incluido de un valor no superior a 16º; es decir, más 8º con respecto al eje para una pared y menos 8º con respecto al eje para la pared opuesta. Por ejemplo, en la transición principal de difusión 34 de la Figura 1b, una convergencia media de 2,65º de las paredes frontales y una divergencia de 5,2º de las paredes laterales da lugar a una divergencia unidimensional equivalente de las paredes laterales de 10,4º - 5,3º = 5,1º, aproximadamente, lo que es inferior al límite de 8º.

Las Figuras 4a, 5a y 6c son secciones transversales tomadas en los respectivos planos 4a-4a, 5a-5a y 6c-6c de las Figuras 1b y 2a, respectivamente dispuestos debajo del plano 3a-3a. La Figura 4a muestra cuatro esquinas salientes de radio grande; la Figura 5a muestra cuatro esquinas salientes de radio medio; y la Figura 6c muestra cuatro esquinas salientes de radio pequeño.

El divisor de flujo 32 se encuentra dispuesto debajo de la transición, de modo que son creados dos ejes 35 y 37. El ángulo incluido del divisor de flujo es generalmente equivalente al ángulo de divergencia de las paredes de salida 38 y 39.

El área en el plano 3a-3a es superior al área de las dos salidas en ángulo 35 y 37; y el flujo de las salidas 35 y 37 presenta una velocidad inferior a la del flujo en la sección tubular circular 30b. Esta reducción en la velocidad media del flujo reduce las turbulencias producidas por el líquido de la tobera que se introduce en el molde.

La deflexión total es la suma de la deflexión producida dentro de la transición principal 34 y la deflexión proporcionada por la divergencia de las paredes de salida 38 y 39. Se ha descubierto que un ángulo de flexión total de aproximadamente 30º es prácticamente óptimo para la colada continua de finas planchas de acero que presenten unas anchuras en un intervalo de entre 975 mm y 1.625 mm o de entre 38 pulgadas y 64 pulgadas, y unos grosores en un intervalo de entre 50 mm y 60 mm. El ángulo de deflexión óptimo depende de la anchura de la plancha y en cierta medida de la longitud, anchura y profundidad de la región saliente del molde B. Típicamente la región saliente puede presentar una longitud de entre 800 mm y 1.100 mm, una anchura de entre 150 mm y 200 mm y una profundidad de entre 700 mm y 800 mm.

Con relación a las Figuras 1 y 2, se indica una tobera de colada alternativa generalmente por el número de referencia 30. El extremo superior de la tobera incluye una tobera de entrada 30a que termina en una tubería circular 30b de un diámetro interior de 76 mm que se extiende hacia abajo, tal como se muestra en las Figuras 1 y 2. El eje de la sección tubular 30b está considerado como el eje S de la tobera. La sección tubular 30b termina en el plano 3-3 que, tal como se puede observar en la Figura 3, presenta una sección transversal circular y presente un área de 4.536 mm^{2}. A continuación el flujo se introduce en la transición principal indicada generalmente por el número de referencia 34 y que preferentemente presenta seis paredes 34a a 34f. Las paredes laterales 34c y 34f divergen cada una en un ángulo, preferentemente en un ángulo de 10º con respecto al eje vertical. Las paredes frontales 34d y 34e se encuentran dispuestas con pequeños ángulos entre sí, tal como se encuentran las paredes posteriores 34a y 34b. Esto se explica en detalle posteriormente. Las paredes frontales 34d y 34e convergen con las paredes posteriores 34a y 34b, cada una en un ángulo medio de aproximadamente 3,8º con respecto al eje vertical.

Para un difusor bidimensional cónico, resulta habitual limitar el ángulo incluido del cono a un valor de aproximadamente 8º para evitar una pérdida de presión indebida provocada por una separación incipiente del flujo. Por consiguiente, para un difusor rectangular unidimensional, en el que un par de paredes opuestas son paralelas, el otro par de paredes opuestas debería divergir en un ángulo incluido de un valor no superior a 16º; es decir, más 8º con respecto al eje para una pared y menos 8º con respecto al eje para la pared opuesta. En la transición principal de difusión 34 de la Figura 1, la convergencia media de 3,8º de las paredes frontales y de las paredes posteriores da lugar a una divergencia unidimensional equivalente de las paredes laterales de 10º - 3,8º = 6,2º, aproximadamente, lo que es inferior al límite de 8º.

Las Figuras 4, 5 y 6 son unas secciones transversales tomadas en los respectivos planos 4-4, 5-5 y 6-6 de las Figuras 1 y 2, respectivamente dispuestos a una distancia de 100 mm, 200 mm y 351,6 mm por debajo del plano 3-3. El ángulo incluido entre las paredes frontales 34e y 34d es algo inferior a 180º, tal como ocurre con el ángulo incluido entre las paredes posteriores 34a y 34b. La Figura 4 muestra cuatro esquinas salientes de radio grande; la Figura 5 muestra cuatro esquinas salientes de radio medio; y la Figura 6 muestra cuatro esquinas salientes de radio pequeño. La intersección de las paredes posteriores 34a y 34b puede estar provista de un filete o radio, al igual que la intersección de las paredes frontales 34d y 34e. La longitud del conducto para el flujo es de 111,3 mm en la Figura 4, 146,5 mm en la Figura 5, y 200 mm en la Figura 6.

De manera alternativa, tal como se muestra en la Figura 6a, la sección transversal en el plano 6-6 puede presentar cuatro esquinas salientes de prácticamente radio cero. Las paredes frontales 34e y 34d y las paredes posteriores 34a y 34b a lo largo de sus líneas de intersección se extienden hacia abajo a una distancia de 17,66 mm por debajo del plano 6-6 hasta la punta 32a del divisor de flujo 32. De modo que son creadas dos salidas 35 y 37 respectivamente dispuestas en unos ángulos de más 10º y menos 10º con respecto al eje horizontal. Asumiendo que la transición 34 presenta esquinas salientes puntiagudas en el plano 6-6, tal como se muestra en la Figura 6a, cada una de las salidas en ángulo sería rectangular, con una longitud de pendiente de 101,5 mm y una anchura de 28,4 mm, lo que da un área total de 5.776 mm^{2}.

La relación del área en el plano 3-3 con respecto al área de las dos salidas en ángulo 35 y 37 es \pi/4 = 0,785; y el flujo de las salidas 35 y 37 presenta un 78,5% de la velocidad en la sección tubular circular 30b. Esta reducción en la velocidad media del flujo reduce las turbulencias provocadas por el líquido de la tobera que se introduce en el molde. El flujo de las salidas 35 y 37 se introduce en respectivas secciones tubulares rectangulares curvas 38 y 40. Posteriormente se mostrará cómo el flujo en la transición principal 34 se divide considerablemente en dos corrientes con velocidades de fluido superiores, adyacente a las paredes laterales 34c y 34f, y velocidades inferiores, adyacente al eje. Esto implica una desviación del flujo en dos direcciones opuestas en la transición principal 34 de un ángulo aproximado de más 10º y menos 10º. Las tuberías rectangulares curvas 38 y 40 desvían los flujos en unos ángulos adicionales de 20º. Las secciones curvas terminan en las líneas 39 y 41. Aguas abajo se encuentran unas secciones tubulares rectangulares rectas 42 y 44 que prácticamente igualan la distribución de velocidad que sale de las secciones de curvado 38 y 40. Los orificios 46 y 48 representan las salidas de las respectivas secciones rectas 42 y 44. Resulta deseable que las paredes interiores 38a y 40a de las respectivas secciones de curvado 38 y 40 presenten un radio de curvatura considerable, preferentemente no muy inferior a la mitad del radio de curvatura de las paredes 38b y 40b. Las paredes interiores 38a y 40a pueden presentar una radio de 100 mm; y las paredes exteriores 38b y 40b presentarían un radio de 201,5 mm. Las paredes 38b y 40b están definidas por el divisor de flujo 32 que presenta un borde de ataque puntiagudo con un ángulo incluido de 20º. El divisor 32 define las paredes 42b y 44b de las secciones rectangulares rectas 42 y 44.

Debe entenderse que adyacente a las paredes interiores 38a y 40a la presión es baja y por lo tanto la velocidad alta, mientras que adyacente a las paredes exteriores 38b y 40b la presión es alta y por lo tanto la velocidad baja. Debe observarse que este patrón de velocidad en las secciones curvas 38 y 40 es opuesto al de las toberas de la técnica anterior de las Figuras 17 y 18. Las secciones rectas 42 y 44 permiten al flujo de alta velocidad y baja presión adyacente a las paredes interiores 38a y 40a de las secciones curvas 38 y 40 una distancia razonable a lo largo de las paredes 42a y 44a en las que poder difundirse a una velocidad inferior y una presión superior.

La deflexión total es de más 30º y menos 30º, de los que 10º son producidos dentro de la transición principal 34 y 20º corresponden a la secciones tubulares curvas 38 y 40. Se ha descubierto que este ángulo de deflexión total es prácticamente óptimo para la colada continua de planchas de acero que presenten unas anchuras en un intervalo de entre 975 mm y 1.625 mm o de entre 38 pulgadas y 64 pulgadas. El ángulo de deflexión óptimo depende de la anchura de la plancha y en cierta medida de la longitud, anchura y profundidad de la región saliente del molde B. Típicamente la región saliente puede presentar una longitud de entre 800 mm y 1.100 mm, una anchura de entre 150 mm y 200 mm y una profundidad de entre 700 mm y 800 mm. Por supuesto, debe entenderse que en casos en los que la sección en el plano 6-6 es, tal como se muestra en la Figura 6, las secciones tubulares 38, 40, 42 y 44 dejarían de ser perfectamente rectangulares y serían solamente generalmente rectangulares. Debe apreciarse también que en la Figura 6, las paredes laterales 34c y 34f pueden presentar una forma considerablemente semicircular sin parte recta alguna. La intersección de las paredes posteriores 34a y 34b se ha mostrado como muy puntiaguda, como a lo largo de una línea, para mejorar la claridad de las figuras. En la Figura 2, 340b y 340d representan la intersección de la pared lateral 34c con las respectivas paredes frontal y posterior 34b y 34d, asumiendo unas esquinas salientes cuadradas como las de la Figura 6a. Sin embargo, debido a la redondez de las cuatro esquinas salientes aguas arriba del plano 6-6, las líneas 340b y 340d desaparecen. Las paredes posteriores 34a y 34b se encuentran torsionadas de manera opuesta entre sí, siendo la torsión cero en el plano 3-3 y siendo la torsión prácticamente máxima en el plano 6-6. Las paredes frontales 34d y 34e se encuentran torsionadas de manera similar. Las paredes 38a y 42a y las paredes 40a y 44a pueden considerarse como unas extensiones campaniformes de las correspondientes paredes laterales 34f y 34c de la transición principal 34.

Con relación ahora a la Figura 1a, se muestra, a escala ampliada, un divisor de flujo 32 provisto de un borde de ataque redondeado. Las paredes curvas 38b y 40b están provistas cada una de un radio reducido en 5 mm, por ejemplo, de 201,5 mm a 196,5 mm. Esto produce, en el ejemplo, un grosor superior a 10 mm en el que formar un borde de ataque redondeado de un radio de curvatura suficiente para colocar el conjunto de puntos de estancamiento deseado sin producir una separación laminar. La punta 32b del divisor 32 puede ser semielíptica, con un semieje mayor vertical. Preferentemente la punta 32b presenta el contorno de una superficie aerodinámica, como por ejemplo, una sección de ala simétrica NACA 0024 delante del 30% de la posición de la cuerda de máximo grosor. Por consiguiente, la anchura de las salidas 35 y 37 puede resultar incrementada en un valor de entre 1,5 mm y 29,9 mm para mantener un área de salida de 5.776 mm^{2}.

Con relación ahora a las Figuras 7 y 8, la parte superior de la sección tubular circular 30b de la tobera se muestra con un corte. En el plano 3-3 esta sección es circular. El plano 16-16 se encuentra 50 mm por debajo del plano 3-3. La sección transversal es rectangular, de 76 mm de largo y 59,7 mm de ancho, de manera que el área total es otra vez de 4.536 mm^{2}. La transición circular a rectangular 52 entre los planos 3-3 y 16-16 puede ser relativamente corta debido a que no se produce difusión alguna del flujo. La transición 52 está conectada a una altura de 25 mm de la tubería rectangular 54, terminando en el plano 17-17, para estabilizar el flujo de la transición 52 antes de que se introduzca en la transición de difusión principal 34, que es ahora completamente rectangular. La transición principal 34 presenta otra vez una altura de 351,6 mm entre los planos 17-17 y 6-6, en la que la sección transversal puede ser perfectamente hexagonal, tal como se muestra en la Figura 6a. las paredes laterales 34c y 34f divergen en un ángulo de 10º con respecto al eje vertical, y las paredes frontales y las paredes posteriores convergen en un ángulo medio, en esta caso, de aproximadamente 2,6º con respecto al eje vertical. El ángulo de la pared de difusión unidimensional equivalente es ahora de 10º - 2,6º = 7,4º, aproximadamente, lo que es todavía inferior al máximo generalmente utilizado de 8º. La sección tubular rectangular 54 puede omitirse, si se desea, de manera que la transición 52 se acopla directamente a la transición principal 34. En el plano 6-6, la longitud es otra vez de 200 mm y la anchura adyacente a las paredes 34c y 34f es otra vez de 28,4 mm. En la línea central de la tobera la anchura es algo mayor. Las secciones transversales en los planos 4-4 y 5-5 son similares a las secciones mostradas en las Figuras 4 y 5, excepto que las cuatro esquinas salientes son puntiagudas en vez de redondeadas. Las paredes posteriores 34a y 34b y las paredes frontales 34d y 34e hacen intersección a lo largo de las líneas que llegan hasta la punta 32a del divisor de flujo 32 en un punto 17,6 mm por debajo del plano 6-6. Las salidas rectangulares en ángulo 35 y 37 presentan otra vez cada una, una longitud de pendiente de 101,5 mm y una anchura de 28,4 mm, lo que da un área total de salida de 5.776 mm^{2}. La torsión de la pared frontal 34b y de la pared posterior 34d puede apreciarse claramente en la Figura 8.

En las Figuras 7 y 8, al igual que en las Figuras 1 y 2, los flujos de las salidas 35 y 37 de la transición 34 pasan a través de respectivas secciones de viraje rectangulares 38 y 40, en las que los respectivos flujos son virados en un ángulo adicional de 20º con respecto al eje vertical, y a continuación a través de respectivas secciones de igualado rectangulares rectas 42 y 44. Los flujos de las secciones 42 y 44 presentan otra vez unas deflexiones totales de más 30º y menos 30º con respecto al eje vertical. El borde de ataque del divisor de flujo 32 presenta otra vez un ángulo incluido de 20º. Otra vez, resulta preferente que el divisor de flujo 32 presente un borde de ataque redondeado y una punta (32b) semielíptica o con forma de contorno aerodinámico, como en la Figura 1a.

Con relación a las Figuras 9 y 10, entre los planos 3-3 y 19-19 se encuentra una transición circular a cuadrado 56 con difusión. El área en el plano 19-19 es de 76^{2} = 5.776 mm^{2}. La distancia entre los planos 3-3 y 19-19 es de 75 mm; lo que es equivalente a un difusor cónico en el que la pared forma un ángulo de 3,5º con respecto al eje y el ángulo incluido total entre las paredes es de 7,0º. Las paredes laterales 34c y 34f de la transición 34 divergen cada una en un ángulo de 20º con respecto al eje vertical mientras que las paredes posteriores 34a y 34b y las paredes frontales 34d y 34e convergen de tal manera que proporcionan un par de orificios de salidas rectangulares 35 y 37 dispuestos en ángulos de 20º con respecto al eje horizontal. El plano 20-20 se encuentra 156,6 mm por debajo del plano 19-19. En este plano, la longitud entre las paredes 34c y 34f es de 190 mm. Las líneas de intersección de las paredes posteriores 34a y 34b y de las paredes frontales 34d y 34e se extienden 34,6 mm por debajo del plano 20-20 hasta la punta 32a del divisor 32. Los dos orificios de salida rectangulares en ángulo 35 y 37 presentan cada uno una longitud de pendiente de 101,1 mm y una anchura de 28,6 mm, lo que da un área de salida de 5.776 mm^{2}, que es igual al área de entrada de la transición del plano 19-19. No existe difusión neta dentro de la transición 34. En las salidas 35 y 37 se encuentran dispuestas unas secciones de viraje rectangulares 38 y 40 que, en este caso, desvían cada uno de los flujos solamente en un ángulo adicional de 10º. El borde de ataque del divisor de flujo 32 presente un ángulo incluido de 40º. A las secciones de viraje 38 y 40 les sigue unas respectivas secciones rectangulares rectas 42 y 44. Otra vez, las paredes interiores 38a y 40a de las seccione 38 y 40 pueden presentan un radio de 100 mm, qué es prácticamente la mitad del radio de 201,1 mm de las paredes exteriores 38b y 40b. La deflexión total es otra vez de más 30º y menos 30º. Preferentemente, el divisor de flujo 32 está provisto de un borde de ataque redondeado y de una punta (32b) que presenta una forma semielíptica o un contorno aerodinámico reduciendo, si se desea, los radios de las paredes 38b y 40b, incrementando por consiguiente la anchura de las salidas 35 y 37.

Con relación ahora a las Figuras 11 y 12, en el plano 3-3 la sección transversal es otra vez circular; y en el plano 19-19 la sección transversal es cuadrada. Entre los planos 3-3 y 19-19 se encuentra una transición circular a cuadrado 56 con difusión. Otra vez, la separación en el difusor 56 se evita haciendo que la distancia entre los planos 3-3 y 19-19 sea de 75 mm. Otra vez, el área en el plano 19-19 es de 76^{2} = 5.776 mm^{2}. Entre el plano 19-19 y 21-21 se encuentra un difusor unidimensional cuadrado a rectangular. En el plano 21-21 la longitud es de (4/\pi) 76 = 96,8 mm y la anchura es de 76 mm, lo que da un área de 7.354 mm^{2}. La altura del difusor 58 es también de 75 mm; y sus paredes laterales divergen en unos ángulos de 7,5º con respecto al eje vertical. En la transición principal 34, la divergencia de cada una de las paredes laterales 34c y 34f es ahora de 30º con respecto al eje vertical. Para evitar la separación del flujo con ángulos tan elevados, la transición 34 proporciona un gradiente de presión favorable en el que el área de los orificios de salida 35 y 37 es inferior al del plano de entrada 21-21. En el plano 22-22, que se encuentra 67,8 mm por debajo del plano 21-21, la longitud entre las paredes 34c y 34f es de 175 mm. Los orificios de salida en ángulo 35 y 37 presentan cada uno una longitud de pendiente de 101,0 mm y una anchura de 28,6 mm, lo que da un área de salida de 5.776 mm^{2}. Las líneas de intersección de las paredes posteriores 34a y 34b y de las paredes frontales 34d y 34e se extienden 50,5 mm por debajo del plano 22-22 hasta la punta 32a del divisor 32. En las salidas 35 y 37 de la transición 34 se encuentran dispuestas dos secciones rectangulares rectas 42 y 44. Las secciones 42 y 44 se alargan de forma considerable para recuperar las pérdidas de deflexión dentro de la transición 34. No existen las secciones de viraje intermedias 38 y 40; y la deflexión es otra vez prácticamente de más 30º y menos 30º, al igual que en la transición 34. El divisor de flujo 32 es una cuña triangular que presenta un borde de ataque de 60º. Preferentemente, el divisor 32 está provisto de un borde de ataque redondeado y de una punta (32b) que presenta una forma semielíptica o un contorno aerodinámico, moviendo las paredes 42a y 42b hacia fuera e incrementando de esta manera la longitud de la base del divisor 32. El incremento de presión en el difusor 58 es, no considerando la fricción, igual a la caída de presión que se produce en la transición principal 34. Incrementando la anchura de las salidas 35 y 37, puede reducirse adicionalmente la velocidad de flujo, alcanzando todavía un gradiente de presión favorable en la transición 34.

En la Figura 11, el número de referencia 52 representa un equipotencial de flujo cerca de las salidas 35 y 37 de la transición principal 34. Debe observarse que el equipotencial 52 se extiende en forma ortogonal hasta las paredes 34c y 34f, y aquí la curvatura es cero. Conforme el equipotencial 52 se acerca al centro de la transición 34, la curvatura se hace más y más grande y es máxima en el centro de la transición, correspondiendo al eje S. La sección transversal hexagonal de la transición proporciona de esta manera un viraje de las corrientes de flujo dentro de la misma transición 34. Se cree que la eficiencia de deflexión media de una transición principal hexagonal es superior a 2/3 y tal vez 3/4 o el 75% de la deflexión aparente producida por las paredes laterales.

En las Figuras 1-2 y 7-8, la pérdida de 2,5º sobre 10º en la transición principal se recupera prácticamente de forma completa en las secciones curvas y rectas. En las Figuras 9-10, la pérdida de 5º sobre 20º en la transición principal se recupera prácticamente de forma completa en las secciones curvas y rectas. En las Figuras 11-12, la pérdida de 7,5º sobre 30º en la transición principal se recupera prácticamente de forma completa en las secciones rectas alargadas.

Con relación ahora a las Figuras 13 y 14, se muestra una variante de las Figuras 1 y 2 en la que la transición principal 34 está provista de solamente cuatro paredes, siendo 34a y 34b las paredes posteriores y 34d y 34e las paredes frontales. La sección transversal en el plano 6-6 puede ser generalmente rectangular, tal como se muestra en la Figura 6b. De manera alternativa, la sección transversal puede presentar esquinas puntiagudas de radio cero. De manera alternativa, las paredes laterales 34c y 34f pueden presentan una sección transversal semicircular sin parte recta alguna, tal como se muestra en la Figura 17b. Las secciones transversales en los planos 4-4 y 5-5 son generalmente, tal como se muestra en las Figuras 4 y 5, excepto que, por supuesto, las paredes posteriores 34a y 34b son colineales, así como las paredes frontales 34e y 34d. Las salidas 35 y 37 se encuentran ambas en el plano 6-6. La línea 35a representa la entrada en ángulo a la sección de viraje 38; y la línea 37a representa la entrada en ángulo a la sección de viraje 40. El divisor de flujo 32 presenta un borde de ataque puntiagudo con un ángulo incluido de 20º. Las deflexiones del flujo en la parte izquierda y en la parte derecha de la transición 34 son tal vez el 20% de los ángulos de 10º de las paredes laterales 34c y 34f, o son deflexiones medias de más 2º y menos 2º. Las entradas en ángulo 35a y 37a de las secciones de viraje 38 y 40 asumen que el flujo ha sido desviado en un ángulo de 10º dentro de la transición 34. Las secciones de viraje 38 y 40 así como las secciones rectas 42 y 44 que les siguen recuperarán la mayor parte de la pérdida de 8º de deflexión dentro de la transición 34; pero no debe esperarse que las deflexiones de los orificios 46 y 48 sean tan elevadas como de más 30º y menos 30º. El divisor 32 presenta preferentemente un borde de ataque redondeado y una punta (32b) que presenta una forma semielíptica o un contorno aerodinámico, al igual que en la Figura 1a.

Con relación ahora a las Figuras 15 y 16, se muestra una tobera adicional similar a la tobera mostrada en las Figuras 1 y 2. La transición 34 presenta otra vez solamente cuatro paredes, siendo 34a y 34b las paredes posteriores y 34d y 34e las paredes frontales. La sección transversal en el plano 6-6 puede presentar unas esquinas redondeadas, tal como se muestra en la Figura 6b, o de manera alternativa, pueden ser rectangulares con esquinas redondeadas. Las seccione transversales en los planos 4-4 y 5-5 son generalmente, tal como se muestra en las Figuras 4 y 5 excepto que las paredes posteriores 34a y 34b son colineales, al igual que las paredes frontales 34d y 34e. Las salidas 35 y 37 se encuentran ambas en el plano 6-6. Aquí, se asume que los ángulos de deflexión en las salidas 35 y 37 son de 0º. Las secciones de viraje 38 y 40 desvían cada una sus respectivos flujos en un ángulo de 30º. En este caso, si el divisor de flujo 32 presentara un borde de ataque puntiagudo, presentaría una forma de cúspide con un ángulo incluido de 0º, cuya construcción resultaría poco factible. Por consiguiente, las paredes 38b y 40b presentan un radio reducido de manera que el borde de ataque del divisor de flujo 32 es redondeado y la punta (32b) presenta una forma semielíptica o preferentemente un contorno aerodinámico. La deflexión total es de más 30º y menos 30º, que se forma únicamente en las secciones 38 y 40. Los orificios de salida 46 y 48 de las secciones rectas 42 y 44 se encuentran dispuestas en un ángulo con respecto al eje horizontal inferior a 30º, que es la deflexión del flujo con respecto al eje vertical.

Las paredes 42a y 44a son considerablemente más largas que las paredes 42b y 44b. Ya que el gradiente de presión adyacente a las paredes 42a y 44a no resulta favorable, se proporciona una longitud superior para la difusión. Las secciones rectas 42 y 44 de las Figuras 15 a 16 pueden utilizarse en las Figuras 1 a 2, 7 a 8, 9 a 10 y 13 a 14. Dichas secciones rectas pueden también utilizarse en las Figuras 11 a 12; pero el beneficio no resultaría tan importante. Debe observarse que para el tercio inicial de las secciones de viraje 38 y 40, las paredes 38a y 40a proporcionan una deflexión aparente inferior que la deflexión correspondiente a las paredes 34f y 34c. Sin embargo, aguas abajo de esto, las paredes campaniformes 38a y 40a y las paredes campaniformes 42a y 44a proporcionar una deflexión aparente superior a la deflexión correspondiente a las paredes laterales 34f y 34c.

En un diseño inicial similar al de las Figuras 13 y 14 que fue fabricado y probado con éxito, las paredes laterales 34c y 34f presentan cada una un ángulo de divergencia de 5,2º con respecto al eje vertical; y las paredes posteriores 34a y 34b y las paredes frontales 34d y 34e convergían cada una en un ángulo de 2,65º con respecto al eje vertical. En el plano 3-3, la sección transversal del flujo era circular con un diámetro de 76 mm. En el plano 4-4, la sección transversal del flujo era de 95,5 mm de largo y 66,6 mm de ancho con unos radios en las cuatro esquinas de 28,5 mm. En el plano 5-5 la sección transversal era de 115 mm de largo y 57,5 mm de ancho con unos radio en las cuatro esquinas de 19 mm. En el plano 6-6, dispuesto 150 mm por debajo del plano 5-5, en vez de 151,6 mm por debajo, la sección transversal era de 144 mm de largo y 43,5 mm de ancho con unos radios en las cuatro esquinas de 5 mm; y el área de flujo era de 6.243 mm^{2}. Las secciones de viraje 38 y 40 fueron omitidas. Las paredes 42a y 44a de las secciones rectas 40 y 42 hacían intersección con respecto a las paredes laterales 34f y 34c en el plano 6-6. Las paredes 42 y 44a divergían otra vez en un ángulo de 30º con respecto al eje vertical y se extendían hacia abajo 95 mm por debajo del plano 6-6 hasta un séptimo plano horizontal. El borde de ataque puntiagudo de un divisor de flujo triangular 32 con un ángulo incluido de 60º (al igual que en la Figura 11) fue dispuesto en este séptimo plano. La base del divisor se extendía 110 mm por debajo del séptimo plano. Los orificios de salida 46 y 48 presentaban cada uno una longitud de pendiente de 110 mm. Se descubrió que las partes superiores de los orificios 46 y 48 deberían sumergirse por lo menos 150 mm por debajo del menisco. A una velocidad de colada de 3,3 toneladas por minuto con un ancho de plancha de 1.384 mm, la altura de las ondas estacionarias era solamente de entre 7 mm y 12 mm; no se formó ningún remolino superficial en el menisco; no se apreció ninguna oscilación para anchos de molde inferiores a 1.200 mm; y para un ancho de molde superior, la oscilación resultante era mínima. Se cree que esta oscilación mínima para anchos de molde elevados puede ser debida a la separación del flujo en las paredes 42a y 44a, debido a la deflexión terminal extremadamente abrupta, y debido a la separación del flujo aguas abajo del borde de ataque puntiagudo del divisor de flujo 32. En este diseño inicial, la convergencia de 2,65º de las paredes frontales 34a y 34b y de las paredes posteriores 34d y 34e tuvo continuación en las secciones rectas alargadas 42 y 44. De esta manera estas secciones no eran rectangulares con esquinas de un radio de 5 mm sino que en su lugar, eran ligeramente trapezoidales, la parte superior de los orificios de salida 46 y 48 presentaba una anchura de 35 mm y la parte inferior de los orificios de salida 46 y 48 presentaba una anchura de 24,5 mm. Los inventores consideran que una sección que es ligeramente trapezoidal es generalmente rectangular.

Con relación ahora a las Figuras 23 a 29, se muestran unas toberas alternativas. Estas toberas de colada incluyen unos deflectores 100 a 106 para incorporar múltiples etapas de división del flujo en corrientes separadas con deflexión independiente de estas corrientes en el interior de la tobera. Sin embargo, los expertos en la materia deben observar que los deflectores no deben utilizase con las toberas de la presente invención, pero que pueden utilizarse con cualquiera de las toberas de entrada sumergidas o toberas de colada de la técnica anterior, siempre y cuando los deflectores 100 a 106 se utilicen para incorporar múltiples etapas de división de flujo en corrientes separadas con deflexión independiente de estas corrientes en el interior de la tobera.

Con respecto a las Figuras 23 a 27, se muestra una tobera de colada 30 que presenta una sección de transición 34 en la que hay una transición desde la simetría axial hasta la simetría planar dentro de esta sección con el fin de difundir o decelerar el flujo, y por lo tanto, reducir la fuerza inercial del flujo que sale de la tobera 30. Después de que el flujo de metal procede a lo largo de la sección de transición 34, se topa con unos deflectores 100, 102 que se encuentran situados dentro o en el interior de la tobera 30. Preferentemente, los deflectores deberían colocarse de manera que los bordes superiores 101, 103 de los deflectores 100, 102, respectivamente, se encuentren aguas arriba de los orificios de salida 46, 48. Los bordes inferiores 105, 107 de los deflectores 100, 102, respectivamente, pueden ser o no ser colocados aguas arriba de los orificios de salida 46, 48, a pesar de que resulta preferente que los borde inferiores 105, 107 se coloquen aguas arriba de los orificios de salida 46, 48.

Los deflectores 100, 102 actúan para difundir el metal líquido que fluye a través de la tobera 30 en múltiples etapas. Los deflectores primero dividen el flujo en tres corrientes separadas 108, 110 y 112. Las corrientes 108, 112 están consideradas como las corrientes exteriores y la corriente 114 está considerada como una corriente central. Los deflectores 100, 102 incluyen unas superficies superiores 114, 116, respectivamente, y unas superficies inferiores, 118, 120 respectivamente. Los deflectores 100, 102 hacen que las dos corrientes exteriores 108, 112 sean desviadas de manera independiente en direcciones opuestas por las superficies superiores 114, 116 de los deflectores. Los deflectores 100, 102 deberían construirse y configurarse para proporcionar un ángulo de deflexión de aproximadamente entre 20º y 90º, preferentemente de 30º, con respecto al eje vertical. La corriente central 114 se difunde por las superficies inferiores divergentes 118, 120 de los deflectores. La corriente central 114 se divide posteriormente por el divisor de flujo 32 en dos corrientes interiores 122, 124 que se desvían en oposición en unos ángulos que coinciden con los ángulos en los que se desvían las corrientes exteriores 108, 112, por ejemplo de entre 20º y 90º, preferentemente de 30º, con respecto al eje vertical.

Debido a que las dos corrientes interiores 122, 124 son desviadas en oposición en unos ángulos que coinciden con los ángulos en los que se desvían las corrientes exteriores 108, 112, entonces las corrientes exteriores 108, 112 se recombinan con las corrientes interiores 122, 124, respectivamente, es decir, sus corrientes coincidentes, dentro de la tobera 30 antes de que las corrientes del metal fundido salgan de la tobera 30 y se liberen en un molde.

Las corrientes exteriores 108, 112 se recombinan con las corrientes interiores 122, 124, respectivamente, dentro de la tobera 40 por una razón adicional. La razón adicional es que si los bordes inferiores 105, 107 de los deflectores 100, 102, se encuentran aguas arriba de los orificios de salida 46, 48, es decir, no se extienden completamente hasta los orificios de salida 46, 48, las corrientes exteriores 108, 112 dejan de separarse físicamente de las corrientes interiores 122, 124 antes de que las corrientes salgan de la tobera 30.

Las Figuras 28 a 29 muestran una tobera de colada alternativa 30. Aquí, los bordes superiores 130, 132 de los deflectores 104, 106, aunque no sus bordes inferiores 126, 128, se colocan aguas arriba de los orificios de salida 46, 48. Esto separa completamente las corrientes exteriores 108, 112 y las corrientes interiores 122, 124 dentro de la tobera 30. Además, en esta forma de realización, los ángulos de deflexión de las corrientes exteriores 108, 112 y de las corrientes interiores 122, 124 no coinciden. Como resultado, las corrientes exteriores 108, 112 y las corrientes interiores 122, 124 no se recombinan dentro de la tobera 30.

Preferentemente, los deflectores 104, 106 y el divisor de flujo 32 se construyen y se configuran de manera que las corrientes exteriores 108, 112 se desvían en un ángulo aproximado de 45º con respecto al eje vertical, y las corrientes interiores 122, 124 se desvían en un ángulo de aproximadamente 30º con respecto al eje vertical. Dependiendo de la distribución del flujo en el molde deseada, esta forma de realización permite un ajuste independiente de los ángulos de deflexión de las corrientes exteriores e interiores.

Con relación ahora a las Figuras 30 y 31, se muestra una forma de realización de la presente invención. Se proporciona una tobera de colada bifurcada 140 que presenta dos orificios de salida 146, 148 y que es similar a otras formas de realización de toberas de colada de la presente invención. Sin embargo, la tobera de colada 140 de las Figuras 30 y 31, incluye una geometría interna facetada o de tipo "diamond-back" que proporciona a la tobera un área de sección transversal interna mayor en el eje central o en la línea central CL de la tobera que en los bordes de la tobera.

Cerca del extremo inferior o de salida de la sección de transición 134 de la tobera de colada 140, se extienden hacia abajo dos aristas adyacentes en ángulo 142 desde el centro de cada una de las caras anchas interiores de la tobera de colada 140 hacia las partes superiores de los orificios de salida 146 y 148. Las aristas 142, preferentemente, forman un pináculo 143 entre las secciones B-B y C-C, que apunta en sentido ascendente hacia el orificio de entrada 141, y comprenden las aristas superiores de las facetas de curvado interiores 144a y 144b. Estas facetas de curvado 144a y 144b comprenden la geometría interna de tipo "diamond-back" de la tobera 140. Las mismas convergen en una arista central 143a y apuntan hacia fuera, hacia los orificios de salida 146, 148, desde la arista central 143a.

Preferentemente las aristas superiores 142 generalmente coinciden con el ángulo de descarga de los orificios de salida 146 y 148, produciendo de esa manera el viraje o la desviación del flujo de metal líquido en un ángulo de descarga teórico de los orificios de salida 146 y 148. El ángulo de descarga de los orificios de salida 146 y 148 debería ser de entre 45º y 80º en sentido descendente con respecto al eje horizontal. Preferentemente, el ángulo de descarga debería ser de aproximadamente 60º en sentido descendente con respecto al eje horizontal.

Haciendo coincidir las aristas superiores 142 con el ángulo de descarga de los orificios de salida 146 y 148 minimiza la separación del flujo en la parte superior de los orificios de salida y minimiza la separación con respecto a las aristas de las paredes laterales a medida que el flujo se acerca a los orificios de salida. Además, tal como más claramente se observa en las Figuras 30, 30C y 30D, las facetas de curvado 144a y 144b se encuentran más distantes con respecto a un eje longitudinal LA en una arista central 143a que en la arista superior 142 dentro de la misma sección transversal horizontal. Como resultado, se proporciona un área de sección transversal interno mayor cerca del eje central de la tobera de colada que en las aristas.

Tal como se muestra en la Figura 30EE, la geometría interior de tipo "diamond-back" hace que los orificios de salida 146 y 148 sean más anchos en la parte inferior del orificio que en la parte superior, es decir, más anchos cerca de un divisor de flujo 149, si se encuentra presente. Como resultado, la configuración de los orificios de tipo "diamond-back" coincide de forma más natural con la distribución dinámica de la presión del flujo dentro de la tobera 140 en la región de los orificios de salida 146 y 148, y de esa manera, produce chorros de salida más estables.

Con relación ahora a las Figuras 32 a 34, se muestra otra forma de realización alternativa de la presente invención. La tobera de colada 150 de las Figuras 32 a 34 es similar a otras formas de realización de la tobera de colada de la presente invención. Sin embargo, la tobera de colada 150, se configura para repartir la cantidad de flujo que se distribuye entre los orificios de salida superiores e inferiores 153 y 155, respectivamente, y producir unos ángulos de descarga efectivos variables de los chorros de salida superiores que salen de los orificios de salida superiores 153 dependiendo de la velocidad de flujo del metal líquido a través de la tobera de colada 150.

Tal como se muestra en las Figuras 32 y 33, la tobera de colada 150 incorpora preferentemente múltiples etapas de división de flujo, tal como se ha descrito en las formas de realización de la tobera de colada de la presente invención indicadas anteriormente. La tobera de colada 150 incluye unos deflectores 156 que, conjuntamente con las superficies inferiores 160a de las paredes laterales 160 y las superficies superiores 156a de los deflectores 156, definen unos canales de salida superiores 152 que conducen a los orificios de salida superiores 153.

La tobera de colada 150 puede incluir, de manera opcional, un divisor de flujo inferior 158 colocado considerablemente a lo largo de la línea centra CL de la tobera de colada 150 y aguas abajo de los deflectores 156 en la dirección del flujo a través de la tobera. Con el divisor de flujo inferior 158, las superficies inferiores 156b de los deflectores 156 y las superficies superiores 158a del divisor de flujo 158 definirían entonces los canales de salida inferiores 154 que conducen a los orificios de salida inferiores 155.

Las paredes laterales 160, los deflectores 156 y el divisor de flujo 158 se configuran preferentemente de manera que el ángulo de descarga teórico de los orificios de salida superiores diverge con respecto al ángulo de descarga teórico de los orificios de salida superiores por lo menos en un ángulo de aproximadamente 15º. Preferentemente, las paredes laterales 160 y los deflectores 156 proporcionan unos orificios de salida superiores 153 que presentan un ángulo de descarga teórico de aproximadamente entre 0º y 25º, más preferentemente de aproximadamente entre 0º y 7º, en sentido descendente con respecto al eje horizontal. Los deflectores 156 y el divisor de flujo inferior 158 proporcionan preferentemente unos orificios de salida inferiores 155 que presentan un ángulo de descarga teórico de aproximadamente entre 45º y 80º, más preferentemente, de aproximadamente entre 60º y 70º, en sentido descendente con respecto al eje horizontal.

Si la tobera de colada 150 no incluyera el divisor de flujo 158, la tobera de colada 150 incluiría entonces solamente un orificio de salida inferior 155, no mostrado, definido por las superficies inferiores 156b de los deflectores 156. El orificio de salida inferior 155 presentaría entonces un ángulo de descarga teórico de aproximadamente entre 45º y 90º.

Con relación ahora a las Figuras 32 a 34, en la práctica, los deflectores 156 inicialmente dividen el flujo del metal líquido a través el conducto 151 en tres corrientes separadas; es decir, dos corrientes exteriores y una corriente central. Las dos corrientes exteriores son desviadas por los orificios de salida superiores 153 a un ángulo de descarga teórico de aproximadamente entre 0º y 25º en sentido descendente con respecto al eje horizontal y en direcciones opuestas con respecto a la línea central CL. Las corrientes de salida son descargadas desde los orificios de salida superiores 153, como los chorros de salida superiores, en el molde.

Mientras tanto, la corriente central procede en sentido descendente a través del conducto 151 y entre los deflectores 156. Esta corriente central se divide adicionalmente por el divisor de flujo inferior 158 en dos corrientes interiores que se desvían opuestamente con respecto a la línea central CL de la tobera 150, según la curvatura de las superficies inferiores 156b de los deflectores 156 y las superficies superiores 158a del divisor de flujo inferior 158.

La curvatura o forma de las superficies superiores 156a de los deflectores 156 o la forma de los mismos deflectores 156 debería ser suficiente para guiar las dos corrientes exteriores al ángulo de descarga teórico de los orificios de salida superiores 153 de aproximadamente entre 0º y 25º con respecto al eje horizontal, preferentemente de aproximadamente entre 0º y 7º. Además, la configuración o forma de las superficies inferiores de las paredes laterales 160a y de los deflectores 156, incluyendo la curvatura o pendiente de las superficies superiores 156a, debería ser suficiente para mantener considerablemente constante el área de la sección transversal de los canales de salida superiores 152 hasta los orificios de salida superiores 153.

La curvatura o forma de las superficies inferiores 156b de los deflectores 156 y las superficies superiores 158a del divisor de flujo 158 debería ser suficiente para guiar las dos corrientes interiores al ángulo de descarga teórico de los orificios de salida inferiores 155 de aproximadamente entre 45º y 80º en sentido descendente con respecto al eje horizontal, preferentemente de aproximadamente entre 60º y 70º. Esto diverge considerablemente con respecto al ángulo de descarga teórico preferente de aproximadamente entre 7º y 10º de los orificios de salida superiores 153.

La posición de los bordes de ataque 156c de los deflectores 156 con relación a la sección transversal del conducto de la tobera de colada encima de los bordes de ataque 156c, por ejemplo, Figura 32E, determina la proporción de flujo teórica que se divide entre las corrientes exteriores y la corriente central. Preferentemente, los deflectores 156 se sitúan para producir una división simétrica del flujo (es decir, flujo equivalente en cada una de las corrientes exteriores a través de los orificios de salida superiores 153).

Preferentemente, se asigna una proporción de flujo total mayor a la corriente central que a las corrientes exteriores. Particularmente, resulta ventajoso construir una tobera de colada 150 y colocar los bordes de ataque 156c de los deflectores 156 con relación a la sección transversal del conducto de la tobera de colada directamente encima del borde de ataque 156c, de manera que aproximadamente entre el 15% y el 45%, preferentemente, aproximadamente entre el 25% y el 40%, del flujo total, a través de la tobera de colada 150 se asocia a las dos corrientes exteriores de los orificios de salida superiores 153, y la cantidad restante, entre el 55% y el 85%, preferentemente, aproximadamente entre el 60% y el 70%, del flujo total, se asocia al flujo central que se descarga como las dos corrientes de salida a través de los orificios de salida inferiores 155 (o una corriente central a través del orificio de salida inferior 155 en caso de que la tobera de colada 150 no incluya un divisor de flujo inferior 158). Repartiendo el flujo entre los orificios de salida superiores e inferiores 153 y 155 de manera que los orificios de salida inferiores 155 presenten una proporción de flujo mayor que la de los orificios de salida superiores 153, tal como se ha descrito anteriormente, también hace que el ángulo de descarga efectivo del flujo que sale de los orificios de salida superiores 153 se vea influenciado por la velocidad de flujo total.

Las Figuras 34A a 34C ilustran la variación del ángulo de descarga efectivo de los chorros de salida a través de los orificios de salida superiores e inferiores como una función de la velocidad de flujo. Las Figuras 34A a 34C ilustran los ángulos de descarga efectivos de los chorros de salida a velocidades de flujo baja, media y alta, respectivamente, a través de la tobera de colada 150. Por ejemplo, una velocidad de flujo baja correspondería a una velocidad inferior o aproximada a una velocidad de entre 1,5 toneladas/minuto y 2 toneladas/minuto, una velocidad de flujo media correspondería a una velocidad de aproximadamente entre 2 toneladas/minuto y 3 toneladas/minuto, y una velocidad de flujo alta correspondería a una velocidad aproximada o superior a una velocidad de 3 toneladas/minuto.

A una velocidad de flujo baja, tal como se muestra en la Figura 34A, los chorros de salida que salen de los orificios de salida superiores 153, representados por las flechas 162, son independientes de los chorros de salida inferiores, representados por las flechas 164, y alcanzan considerablemente el ángulo de descarga teórico de los orificios de salida superiores 153 (preferentemente de aproximadamente entre 7º y 10º con respecto al eje horizontal).

A medida que la velocidad de flujo aumenta, tal como se muestra en las Figuras 34B y 34C, los chorros de salida superiores 162 son conducidos en sentido descendente hacia la línea central CL de la tobera de colada 150 por el momento superior asociado a los chorros de salida inferiores 164 que salen de los orificios de salida inferiores 155. De esta manera, el ángulo de descarga efectivo de los chorros de salida superiores 162 aumenta con respecto al ángulo de descarga teórico (un ángulo superior en sentido descendente con respecto al eje horizontal) a medida que la velocidad de flujo aumenta. Los ángulos de descarga efectivos de los chorros de salida superiores 162 también se hacen menos divergentes con respecto al ángulo de descarga de los chorros de salida inferiores a medida que la velocidad de flujo aumenta.

A medida que la velocidad de flujo aumenta, tal como se muestra en las Figuras 34B y 34C, los chorros de salida inferiores 164 que salen de los orificios de salida inferiores 155 también varían ligeramente. Los chorros de salida inferiores 164 son conducidos ligeramente hacia arriba, fuera de la línea central CL de la tobera de colada 150. De esta manera, el ángulo de descarga efectivo de los chorros de salida inferiores 164 decrece ligeramente con respecto al ángulo de descara teórico (un ángulo inferior en sentido descendente con respecto al eje horizontal) a medida que la velocidad de flujo aumenta.

Debe conocerse que para los fines de la presente invención, los valores exactos de la velocidad de flujo baja, media y alta no tienen una importancia particular. Solamente resulta necesario que, sean los valores que sean, el ángulo de descarga negativo de los chorros de salida superiores aumente con respecto al ángulo de descarga teórico (un ángulo mayor en sentido descendente con respecto al eje horizontal) a medida que la velocidad de flujo aumenta.

La variación del ángulo de descarga efectivo de los chorros de salida superiores 162 con el valor de la velocidad de flujo resulta altamente beneficiosa. A una velocidad de flujo baja, resulta deseable suministrar el metal líquido caliente entrante a la región del menisco del líquido en el molde con el fin de producir una transferencia de calor apropiada al polvo de molde para una lubricación apropiada. El ángulo de descarga efectivo de escasa apertura de los chorros de salida superiores 162 a una velocidad de flujo baja alcanza este objetivo. Por el contrario, a una velocidad de flujo superior, la energía de mezclado suministrada por los chorros de salida al molde es mucho mayor. Por consiguiente, existe un potencial para que se produzcan excesivas turbulencias y/o perturbaciones en el menisco, en el líquido dentro del molde, considerablemente mayor. El ángulo de descarga efectivo más pronunciado o descendente de los chorros de salida superiores 162 a una velocidad de flujo superior reduce de manera efectiva dicha turbulencia o perturbaciones en el menisco. Por consiguiente, la tobera de colada 150 de las Figuras 32 a 34 mejora el suministro y la distribución apropiada del metal líquido dentro del molde a lo largo de un intervalo de velocidades de flujo considerable a través de la tobera de colada 150.

Con relación ahora a las Figuras 35 y 36, se muestra otra forma de realización alternativa de la presente invención. La tobera de colada 170 mostrada en las Figuras 35 y 36 combina características de la tobera de colada 140 de las Figuras 30 a 31 y de la tobera de colada 150 de las Figuras 32 a 34.

La geometría interna de tipo "diamond-back" de múltiples facetas de la tobera de colada 140 de las Figuras 30 a 31 está incorporada en la tobera de colada 170 de tal manera que las aristas superiores 172 de las facetas de curvado 174 se encuentran alineadas con el ángulo de descarga teórico de los orificios de salida inferiores 176, es decir, un ángulo de aproximadamente entre 45º y 80º en sentido descendente con respecto al eje horizontal, preferentemente de aproximadamente entre 60º y 70º. De esta manera, las facetas de curvado 174 generalmente de disponen cerca de la corriente central que fluye entre los deflectores 178. La geometría interna de tipo "diamond-back" produce una curvatura y una división de la corriente central más fluida en la dirección de los ángulos de descarga de los orificios de salida inferiores 176, sin una separación del flujo a lo largo de las superficies inferiores 178a de los deflectores 178. Tal como se muestra en la Figura 35RR, el orificio de salida inferior 176 es preferentemente más ancho hacia la parte inferior que hacia la parte superior, es decir, es más ancho cerca del divisor de flujo 180. Tal como se muestra en la Figura 35QQ, el orificio de salida superior 182 es preferentemente más ancho hacia la parte superior que hacia la parte inferior, es decir, es más ancho cerca de las superficies inferiores 184a de las paredes laterales 184.

Además, al igual que con la tobera de colada 150 de las Figuras 32 a 34, el flujo a través de la tobera de colada 170 se divide preferentemente por unos deflectores 178 en unas corrientes de flujo que son descargadas a través de los orificios de salida superiores e inferiores 182 y 176, respectivamente, y el flujo a través de la tobera de colada 170, preferentemente, se reparte para variar el ángulo de descarga efectivo de las corrientes que salen de los orificios de salida superiores en base a la velocidad de flujo.

El ángulo de descarga efectivo de los orificios de salida superiores 182 variará de manera similar al ángulo de la tobera de colada 150, tal como se muestra en las Figuras 34A a 34C. Sin embargo, como resultado de la geometría interna de tipo "diamond-back" de múltiples facetas de la tobera de colada 170, la tobera de colada 170 produce unos chorros de salida más fluidos desde los orificios de salida inferiores 176 a una velocidad de flujo alta con una variación menor del ángulo de descarga efectivo y un control más consistente de la variación en el menisco debido al oleaje y a la turbulencia en el molde, en comparación a la tobera de colada 150.

Además, la geometría interna de tipo "diamond-back" de múltiples facetas de la tobera de colada 170 contribuye a un reparto más eficiente de una mayor proporción del flujo fuera de los orificios de salida inferiores 176 que en los orificios de salida superiores 182. La geometría interna de tipo "diamond-back" preferentemente se configura de manera que un valor de aproximadamente entre el 15% y el 45%, preferentemente de aproximadamente entre el 25% y el 40%, del flujo total, sale a través de los orificios de salida superiores 182 mientras que un valor de aproximadamente entre el 55% y el 85%, preferentemente de aproximadamente entre el 60% y el 75%, del flujo total, sale a través de los orificios de salida inferiores 176, o a través del único orificio de salida 176 en caso de que la tobera de colada 170 no incluya un divisor de flujo 180.

Se podrá observar que se han alcanzado por lo menos algunos de los objetivos de la presente invención. Proporcionando una difusión y una deceleración de la velocidad de flujo entre la tubería de entrada y los orificios de salida, se reduce la velocidad de flujo de los orificios, la distribución de la velocidad a lo largo de la longitud y anchura de los orificios generalmente se vuelve uniforme, y se reduce la oscilación de la onda estacionaria en el molde. La deflexión de las dos corrientes conducidas en oposición se consigue proporcionando un divisor de flujo que se dispone por debajo de la transición desde la simetría axial hasta la simetría planar. Mediante la difusión y la deceleración del flujo en la transición, puede alcanzarse una deflexión de corriente total de aproximadamente más 30º y menos 30º, proporcionándose unos flujos de salida estables y de velocidad uniforme.

Además, la deflexión de las dos corrientes conducidas en posición puede alcanzarse en parte proporcionando presiones negativas en las partes exteriores de las corrientes. Estas presiones negativas se producen en parte incrementando los ángulos de divergencia de las paredes laterales aguas abajo de la transición principal. La deflexión puede proporcionarse por las secciones curvas en las que el radio interior es una fracción importante del ángulo exterior. La deflexión del flujo dentro de la misma transición principal puede alcanzarse proporcionando a la transición una sección transversal hexagonal que presente respectivos pares de paredes frontales y posteriores que hacen intersección en unos ángulos incluidos inferiores a 180º. El divisor de flujo está provisto de un borde de ataque redondeado de un radio de curvatura suficiente para evitar que las variaciones en el punto de estancamiento producidas, bien sea por la fabricación o por una ligera oscilación del flujo, produzcan una separación del flujo en el borde de ataque que se extienda de forma considerable aguas abajo.

Las toberas de colada de las Figuras 23 a 28 mejoran el comportamiento del flujo asociado a la introducción de metal líquido en un molde a través de una tobera de colada. En toberas de colada de la técnica anterior, las elevadas fuerzas inerciales del metal líquido que fluye en el conducto de la tobera conducían a una separación del flujo en la región de los orificios de salida, produciendo unos chorros de salida de alta velocidad, inestables y turbulentos que no alcanzan sus ángulos de deflexión de flujo aparentes.

Con las toberas de colada de las Figuras 23 a 28, la fuerza inercial se divide y se controla mejor dividiendo el flujo en corrientes separadas e independientes dentro del conducto de la tobera en forma de múltiples etapas. Esto resulta en la mitigación de la separación del flujo, y por lo tanto, en la reducción de la turbulencia, estabiliza los chorros de salida, y alcanza un ángulo de deflexión deseado.

Además, la tobera de colada de las Figuras 28 a 29 proporciona la habilidad de conseguir unos ángulos de deflexión independientes de las corrientes exteriores e interiores. Estas toberas de colada resultan particularmente adecuadas para procesos de colada en los que los moldes presentan una geometría confinada. En estos casos, resulta deseable distribuir el metal líquido de manera más difusa.

Con la tobera de colada de las Figuras 30 a 31, se encuentra incorporada una geometría interna de múltiples facetas en la que el conducto de la tobera presenta un mayor grosor en la línea central de la tobera que en los bordes, creando una geometría interna de tipo "diamond-back". Como resultado, puede diseñarse un área más abierta en el conducto de la tobera de colada sin aumentar las dimensiones externas de la tobera alrededor de los bordes de las paredes laterales de superficie estrecha. Por consiguiente, la tobera proporciona una mejor deceleración de flujo, difusión de flujo y estabilidad de flujo dentro del conducto interior de la tobera, mejorando de esa manera la distribución del metal líquido al molde de manera tranquila y fluida. Además, la geometría de tipo "diamond-back" se adecua de forma particular a una geometría de molde con una región saliente o con forma de corona en la que el molde presenta un mayor grosor en la mitad de la superficie ancha y un menor grosor en las paredes laterales de superficie estrecha, debido a que la tobera de colada utiliza mejor el espacio disponible dentro del molde para producir un patrón de flujo apropiado en el mismo.

Con la tobera de colada de múltiples orificios de las Figuras 32 a 34, el suministro del metal líquido al molde, y la distribución del metal líquido dentro del molde, mejora a lo largo de un intervalo útil y amplio de velocidades de flujo total a través de la tobera de colada. Repartiendo apropiadamente la cantidad de flujo que se distribuye entre los orificios de salida superiores e inferiores de la tobera de colada de múltiples orificios, y separando el ángulo de descarga teórico de los orificios de salida superiores e inferiores en por lo menos un ángulo de aproximadamente 15º, el ángulo de descarga efectivo de los orificios de salida superiores variará con un incremento o un decremento en velocidad de la tobera de colada de manera beneficiosa. El resultado de dicha variación es un menisco fluido y tranquilo en el molde con una transferencia de calor apropiada al polvo de molde a bajas velocidades de fuljo, en combinación con la producción de la estabilidad del menisco a altas velocidades de flujo. Por lo tanto, puede conseguirse un intervalo de velocidades de flujo operacionales más amplio y útil sin degradar las características del flujo, en comparación a las toberas de colada de la técnica anterior.

Con la tobera de colada de las Figuras 35 y 36, el ángulo de descarga efectivo de los orificios de salida superiores varía de manera ventajosa con la velocidad de flujo de manera similar a la de la tobera de colada de las Figuras 32 a 34, y en combinación con una geometría interna de múltiples facetas de tipo "diamond-back" similar a la de la tobera de colada de las Figuras 30 a 31, la tobera de colada de las Figuras 35 y 36 produce chorros de salida fluidos desde los orificios de salida inferiores a una alta velocidad de flujo con una menor variación en el ángulo de descarga efectivo y un control más consistente de la variación del menisco en el molde.

Debe entenderse que algunas características y subcombinaciones resultan de utilidad y que pueden utilizarse independientemente de otras características y subcombinaciones. Esto es contemplado por las reivindicaciones de la presente memoria y se encuentra dentro del alcance de las mismas. Por lo tanto, debe entenderse que la presente invención no debe limitarse a los detalles específicos mostrados y descritos anteriormente, sino que la definen las reivindicaciones adjuntas.

Claims (10)

1. Tobera de colada (140, 170) para conducir un metal líquido a través de la misma, que comprende:

un conducto alargado que presenta un eje central (CL) y por lo menos un orificio de entrada (141) y por lo menos un orificio de salida (146, 148, 176, 182), incluyendo el conducto una parte ampliada para proporcionar al conducto un área de sección transversal mayor cerca del eje central que cerca de los bordes del conducto, incluyendo la parte ampliada por lo menos dos facetas de curvado (144a, 144b, 174), cada una de los cuales se extiende desde un punto en un plano con el que es considerablemente paralelo y hace intersección con el eje central, hacia un borde inferior del conducto.

2. Tobera de colada según la reivindicación 1, que adicionalmente comprende un divisor de flujo que divide el por lo menos un orificio de salida en dos orificios de salida, y divide el flujo del metal líquido a través del conducto en dos corrientes que salen de la tobera a través de los dos orificios de
salida.

3. Tobera de colada según la reivindicación 2, caracterizada porque cada faceta de curvado contiene una arista superior.

4. Tobera de colada según la reivindicación 3, caracterizada porque por lo menos dos de las aristas superiores son adyacentes entre sí y forman un pináculo que generalmente apunta hacia el por lo menos un orificio de entrada.

5. Tobera de colada según la reivindicación 4, caracterizada porque las facetas de curvado son adyacentes en un eje central.

6. Tobera de colada según la reivindicación 5, caracterizada porque la arista central de cada faceta de curvado se encuentra más distante con respecto al eje horizontal longitudinal de la tobera de colada que la arista superior de la faceta de curvado dentro de la sección transversal horizontal.

7. Tobera de colada según la reivindicación 3, caracterizada porque cada una de las aristas superiores se extiende en ángulo hacia un orificio de salida, coincidiendo generalmente el ángulo con un ángulo de descarga del orificio de salida.

8. Tobera de colada según la reivindicación 7, caracterizada porque el ángulo de descarga de cada orificio de salida es de aproximadamente entre 40º y 80º en sentido descendente con respecto al eje horizontal.

9. Tobera de colada según la reivindicación 7, caracterizada porque el ángulo de descarga de cada orificio de salida es de aproximadamente entre 60º y 70º en sentido descendente con respecto al eje horizontal.

10. Tobera de colada según la reivindicación 1, caracterizada porque el por lo menos un orificio de salida presenta una parte superior, una parte inferior, y el orificio de salida es más ancho en la parte inferior que en la parte superior.