ES2287912T3 - Tubo de sangria. - Google Patents
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Abstract
Utilización de un tubo de sangría para un recipiente de fusión metalúrgico con una altura máxima hmáx. (m) de una masa fundida en el recipiente de fusión por encima del extremo de entrada del tubo de sangría en prolongación axial del tubo de sangría, cuyo canal de paso, que se extiende axialmente, presenta una sección transversal, entre un extremo de entrada y un extremo de salida, la cual cumple la siguiente dependencia: con A = superficie de sección transversal del canal de paso en el extremo de salida en m2 (con indicación previa de un volumen de paso deseado), h1 = altura efectiva de la masa fundida en el recipiente de fusión por encima del extremo de entrada del tubo de sangría en prolongación axial del tubo de sangría [m] y h1<= 0, 2 hmáx., hk = longitud del tubo de sangría entre el extremo de entrada y el extremo de salida [m], y = distancia axial [m] entre el extremo de salida y un punto a lo largo del tubo de sangría (con 0 <= y <= (h1 + hk)).
Description
Tubo de sangría.
La presente invención se refiere a un tubo de
sangría para un recipiente de fusión metalúrgico. Por recipiente de
fusión metalúrgico se entiende un grupo en el cual se fabrica, trata
y/o transporta una masa fundida metalúrgica, por ejemplo un
convertidor o un horno de arco voltaico.
Al mismo tiempo se conduce una masa de metal
fundida que se encuentra en el recipiente de fusión, a lo largo del
tubo de sangría, a un grupo intercalado por detrás. Por ejemplo, el
acero se suministra desde el convertidor, a través de una cuchara,
a una instalación de colada continua.
La masa de metal fundida debe ser transportada,
a ser posible, sin impurezas. Por ejemplo, debe evitarse tanto un
contacto con la atmósfera del entorno (oxígeno, nitrógeno) como el
arrastre de escoria.
Por el documento EP 0 057 946 B1 se conoce una
sangría de convertidor, la cual se compone - en dirección
axial - de varios bloques o discos resistentes al fuego. El bloque del lado de entrada debe presentar un canal de paso en forma de embudo y en el extremo del lado de salida el canal de paso del tubo de sangría debe tener el menor diámetro. Los tubos de sangría estructurados de esta manera están desde hace 20 años en el mercado y han dado buenos resultados.
axial - de varios bloques o discos resistentes al fuego. El bloque del lado de entrada debe presentar un canal de paso en forma de embudo y en el extremo del lado de salida el canal de paso del tubo de sangría debe tener el menor diámetro. Los tubos de sangría estructurados de esta manera están desde hace 20 años en el mercado y han dado buenos resultados.
Asimismo, han dado buenos resultados los tubos
de sangría cuya geometría corresponde en el extremo del lado de
salida a las especificaciones del documento DE 42 08 520 C2. Al
mismo tiempo el cálculo de la sección transversal de salida se basa
en un perfil de circulación de la masa fundida correspondiente, y
ello con la suposición de un valor medio para la altura de la masa
fundida por encima del tubo de sangría.
En un tubo de sangría de convertidor la altura
de la masa de metal fundida (altura del baño) durante la sangría es
con frecuencia aproximadamente constante, debido a que el
convertidor es volcado con tiempo de sangría creciente
(seguimiento). En particular, al final de una sangría se reduce sin
embargo forzosamente la altura del baño. De este modo, ello aumenta
al mismo tiempo el peligro de que sea arrastrada escoria con la masa
de metal fundida al tubo de sangría y sea conducida a través de
éste. Además, se puede producir la formación de turbulencias y la
formación de una depresión en el tubo de sangría. Al mismo tiempo,
aumenta con ello el peligro de una reoxidación y
nitrura-
ción.
ción.
La invención se plantea el problema de optimizar
un tubo de sangría del tipo mencionado para que durante la
totalidad del tiempo de sangría asegure el caudal ("constante")
deseado e impida el arrastre de escoria. El término
"Constante" significa que el caudal másico en el canal de
sangría del tubo de sangría no se interrumpa a ser posible hacia el
final del tiempo de sangría. Asimismo, hay que evitar en la medida
de lo posible la absorción de oxígeno o nitrógeno. Finalmente, la
concepción del tubo de sangría debe tener lugar de tal manera que
independientemente de su desgaste (dentro de márgenes técnicamente
aceptables) se pueda transportar un caudal másico ampliamente
uniforme a lo largo del tubo de sangría.
De acuerdo con el documento DE 42 08 520 C2 el
perfil de circulación de una masa fundida se puede determinar a
partir de la fórmula siguiente:
A(x) =
m/(\rho \cdot
(2gx)^{1/2})
con
- A(x)
- = sección transversal necesaria de la corriente a distancia x con respecto al nivel del baño
- m
-
\vtcortauna
- g
-
\vtcortauna
- x
-
\vtcortauna
- \rho
-
\vtcortauna
\vskip1.000000\baselineskip
Al mismo tiempo se tiene en cuenta únicamente la
variación de sección transversal, generada por la aceleración del
chorro de masa fundida, dependiendo de la altura de caída. Para
mantener la claridad y comprensibilidad de los cálculos se
prescinde o no se tienen en cuenta, tanto en este caso como también
en los otros cálculos llevados a cabo en esta descripción, la
viscosidad de la masa fundida o el rozamiento superficial.
\newpage
Para una masa fundida específica se puede
determinar con ello, con exactitud, el diámetro necesario del canal
de paso en el extremo de salida para posición vertical del canal de
paso, un volumen de paso predeterminado y una distancia
predeterminada entre el nivel del baño y el extremo de salida. Esto
se explica mediante un ejemplo:
- m
-
\vtcortauna
- x
-
\vtcortauna
- \rho
-
\vtcortauna
A(x =
2.7 \ m) = 700/7 . 200 \cdot (2\cdot 9.81 \cdot 2.7)^{1/2} = 0.01335
\
m^{2}
A partir de A = d^{2}.n/4 se calcula para una
sangría con sección transversal circular en la salida el diámetro de
salida como
d = (A \cdot
4/
\pi)^{1/2}
d = [(0.01335
\cdot 4) / \pi]^{1/2} = 0.1304 \
m
Para un diámetro predeterminado del canal de
sangría en el extremo de salida es sin embargo un punto de vista
determinante, para el volumen de paso y el perfil de circulación que
resulta, en cada caso el nivel del baño (altura de la masa fundida
por encima del extremo de salida del tubo de sangría). En la Fig. 1
está representado, por ejemplo para diferentes alturas del baño, el
radio necesario de una sección transversal circular del canal de
paso del tubo de sangría dependiendo de la distancia con respecto al
extremo de salida, definiendo "0" el extremo de salida del
tubo de sangría, 1,35 metros es la longitud total del (nuevo) tubo
de sangría y se supone una altura de baño máxima de 2,70 metros
(calculada desde el extremo de salida). La altura máxima efectiva
del baño de fusión por encima de la entrada de sangría es, de
acuerdo con ello: 1,35 metros. Basándose en un volumen de paso
predeterminado, la curva representada muestra, para la altura de
baño máxima (= 2700 mm), el radio teóricamente menor del canal de
sangría (canal de paso en el tubo de sangría) para diferentes
distancias con respecto al extremo de salida, empezando por un
radio = 65 mm en el extremo de salida. Las curvas restantes
muestran el radio necesario teóricamente menor del canal de sangría
para diferentes distancias con respecto al extremo de salida para
diferentes alturas del baño, con la suposición de la misma sección
transversal (radio 65 mm) en el extremo de salida.
Se reconoce que para una altura del baño
comprendida entre 2.700 mm y 2.400 mm en la zona
de entrada del tubo de sangría es suficiente un radio de 80
milímetros para la sección transversal del canal de paso, para
llenar por completo con el chorro de masa fundida una sección
transversal circular del tubo de sangría en el extremo de salida
con un radio de 65 mm.
Sin embargo, si el nivel del baño continúa
descendiendo, por ejemplo hasta una altura del baño mínima, asimismo
representada, de 1.600 milímetros (la altura efectiva del baño de
fusión por encima de la entrada de sangría es ahora: 250 mm),
entonces resulta, para la misma sección transversal del tubo de
sangría en el extremo de salida, para el radio necesario de la
sección transversal del canal de paso en la zona de entrada del tubo
de sangría, un valor de aprox.
110 mm.
110 mm.
En el documento DE 42 08 520 C2 se tiene en
cuenta únicamente una zona de nivel del baño del 30% al 70% para la
concepción de la geometría de sangría.
A partir del documento DE 42 08 520 C2 resulta,
para el presente ejemplo, teniendo en cuenta un nivel mínimo del
baño del 30% y una longitud de la sangría que desgasta de 750 mm, un
diámetro de entrada de 75 mm. A partir de esto, se concluye que la
enseñanza del documento DE 42 08 520 C2 conduce a tubos de sangría
cuyo canal de paso en el extremo de entrada es demasiado
pequeño.
La invención conduce, por el contrario, a
geometrías completamente diferentes del canal de paso de un tubo de
sangría.
Teniendo en cuenta alturas de baño menores
(altura efectiva de la masa de metal fundida por encima de la zona
de entrada del tubo de sangría: \leq 20% del valor máximo) la
sección transversal necesaria en el extremo de entrada aumenta y
diverge claramente de la sección transversal que resulta de acuerdo
con el documento DE 42 08 520 C2.
La Fig. 2 muestra como curva (1) de nuevo el
perfil del canal de salida, necesario para una altura del baño de
1600 mm y un radio de la sección transversal de salida de
65 mm, en sección longitudinal (radio teóricamente mínimo
necesario). La curva (2) muestra las relaciones de circulación para
un tubo de sangría según el estado de la técnica (radio de la
sección transversal de entrada: 80 mm). Mediante la sección
transversal de entrada, demasiado pequeña en comparación con la
sección transversal de entrada (radio = 110 mm) necesaria según la
invención, se produce en el estado de la técnica un fuerte
extrechamiento del chorro en el tubo de sangría. En caso de
formación libre del chorro esto corresponde, en el extremo de
salida, únicamente a un radio de la superficie de sección
transversal de 50 mm. En la zona situada debajo de la sección
transversal de entrada no se puede ya, por ello, llenar la
totalidad de la sección transversal del canal de sangría y
utilizarla para la salida de la masa fundida. La consecuencia de
ello son las mayores turbulencias mencionadas anteriormente y
depresiones en el tubo de sangría con el peligro de que la escoria
que flota sobre la masa fundida sea arrastrada con ella. Al mismo
tiempo, las turbulencias que se forman a lo largo del recorrido del
tubo conducen a una reducción (adicional) del volumen de paso y con
ello el tiempo de sangría se hace más largo de lo necesario. De
ello resulta una reducción de la temperatura de la masa de metal
fundida. Esto hace necesario calentar la masa fundida, en la etapas
de procesamiento siguientes, de nuevo hasta el nivel de temperatura
deseado, con lo que se producen costes de energía adicionales.
La invención resuelve evitar las turbulencias y
el mantenimiento de un chorro compacto en el canal de sangría
mediante una estructuración de tal tipo del canal de sangría que,
durante el tiempo de sangría mencionado, es decir también para
alturas de baño (altura efectiva del nivel del baño por encima del
extremo de entrada del tubo de sangría: \leq 20% de la altura
máxima) pequeñas, la totalidad del canal de sangría está
completamente lleno con masa fundida.
La invención comprende, en su forma de
realización más general, la utilización de un tubo de sangría para
un recipiente de fusión metalúrgico según la reivindicación 1.
"h_{1}" debe ser menor o igual a 0,2
veces la altura máxima (h_{máx.}) de una masa fundida en el
recipiente de fusión en prolongación axial del tubo de sangría. El
factor (h_{1}/h_{máx.}) variable tiene en cuenta el diferente
comportamiento de circulación en especial en caso de altura del baño
pequeña. Del factor "\leq 0,2" resulta que al mismo tiempo
se registra un estado en el cual la altura efectiva del nivel de
masa fundida por encima del extremo de entrada del tubo de sangría
es por lo menos un 80% menor que la altura efectiva del nivel de
masa fundida para la altura máxima del baño.
"h_{k}" indica la longitud del tubo de
sangría, existente en cada caso, entre el extremo de entrada y el
extremo de salida. Mientras que el extremo de salida del tubo de
sangría es forzosamente su extremo inferior libre y permanece
invariable a lo largo del tiempo, la posición del extremo de entrada
varía con la duración de la utilización del tubo de sangría.
Responsable de ello es un desgaste del material resistente al fuego
en el extremo de entrada. El extremo de entrada corresponde, de
acuerdo con la definición, al nivel de material resistente al fuego
contiguo de un revestimiento resistente al fuego del recipiente de
fusión metalúrgico. Con el aumento de la erosión se acorta
correspondientemente la longitud del tubo de sangría.
Mediante "y" se designa, finalmente, la
distancia axial entre el extremo de salida y un punto a lo largo del
tubo de sangría. Para el extremo de salida y = 0, de manera que de
la fórmula mencionada con anterioridad resulta:
Como caso especial de una sección transversal de
sangría circular resulta para el diámetro d(y) de la sección
transversal de sangría entre el extremo de salida y el extremo de
entrada la siguiente dependencia
\vskip1.000000\baselineskip
con
- d
- = diámetro del extremo de salida,
- h_{1}
- = 0,2 h_{máx.} o menos de la altura máxima (h_{máx.}) de una masa fundida en el recipiente de fusión por encima de{}\hskip0,3cm la entrada de sangría en prolongación axial del tubo de sangría,
- h_{k}
- = longitud del tubo de sangría entre el extremo de entrada y el extremo de salida,
- y
- = distancia axial entre el extremo de salida y un punto a lo largo del tubo de sangría.
Al mismo tiempo "d" describe el diámetro en
el extremo de salida presuponiendo un volumen de paso deseado.
Cuanto mayor es el volumen de paso deseado tanto mayor es el
diámetro "d".
La enseñanza según la invención se explica a
continuación a partir de diferentes ejemplos de formas de
realización. La longitud del tubo de sangría (h_{k}) se toma como
1,35 metros, la altura del nivel del baño (h_{1}) - a partir del
extremo de entrada del tubo - como 0,25 metros (= 18,5% de la altura
máxima del baño de masa fundida, de 1,35 metros, por encima de la
entrada de sangría). El diámetro "d" en el extremo de salida se
fijó en 0, 13 metros, con el fin de asegurar un volumen de paso
"X" deseado.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Con la fórmula mencionada anteriormente, el
diámetro interior del canal de paso en la entrada se calcula de la
manera siguiente:
A una distancia de 1 metro con respecto al
extremo de salida resulta para el canal de paso un valor del
diámetro de:
mientras que en la salida - como se
ha indicado - d(y) = d, es decir, 0, 13
m.
Sobre la base de una longitud de tubo de 2,0
metros (para datos marco por lo demás invariables como sección
transversal de salida, diámetro de salida, altura efectiva del nivel
del baño por encima del extremo de entrada) resulta un diámetro
necesario en el extremo de entrada de 0,23 metros, para una
distancia de 1 metro con respecto a la salida uno de 0,15 metros,
mientras que el del extremo de salida mide, de forma invariable,
0,13 metros.
A partir de esto, cabe deducir que con el
aumento de la longitud del tubo de sangría se hace mayor la anchura
de la abertura en el extremo de entrada.
De acuerdo con una forma de realización se
supone el factor (h_{1}/h_{máx.}) como > 0,05 (h_{máx.}
es la altura máxima de la masa fundida en el recipiente de fusión
por encima de la zona de entrada del tubo de sangría en
prolongación axial del tubo de sangría). De acuerdo con otra forma
de realización el valor está comprendido entre > 0,1 y/o \leq
0,2.
Como se ha indicado, lo más importante es el
dimensionado del tubo de sangría en la parte del lado de salida. Al
mismo tiempo son determinantes, las relaciones para alturas
efectivas pequeñas del nivel del baño (\leq 20% de la altura
efectiva máxima del nivel del baño por encima del extremo de
entrada). La geometría de sección transversal en el extremo del
lado de salida está determinada principalmente por el valor teórico
del volumen de paso (caudal másico para la altura de baño
máxima).
De acuerdo con una forma de realización se hace
referencia, por ello, al cálculo de la sección transversal para el
canal de paso a valores "y" > 50% de la longitud total del
tubo de sangría. De acuerdo con otra forma de realización, estos
valores son aumentados a zonas > 70%. Esto significa que,
esencialmente, la mitad del lado de entrada, es decir, el tercio
del lado de entrada, de la longitud total de tubo debe ser
concebido de forma específica para la invención.
Al mismo tiempo se puede formar esta sección
estrechándose cónicamente de forma continua; el estrechamiento
necesario en dirección hacia el extremo de lado de salida puede
tener lugar, sin embargo, también en forma escalonada. Asimismo, es
posible (visto en sección longitudinal) una adaptación a la
geometría óptima del canal de paso en forma de levantamientos
poligonales (ver las Figs. 3 a 5) o secciones abovedadas. En las
Figs. 3-5 están representadas, junto a las
geometrías ideales calculadas según la invención, también recorridos
de la pared escalonados adaptados técnicamente a ellas, con los
cuales se pueden realizar asimismo los efectos deseados y que se
pueden fabricar de una forma técnicamente más sencilla.
En especial, la mitad inferior del lado de
salida del tubo de sangría puede seguir la conicidad de la parte
(superior) del lado de entrada, sin embargo, también es posible
formar esta parte con una conicidad (inclinación) menor, hasta una
forma cilíndrica del canal de paso. Esto es válido en especial para
entre el 10 y el 20% final del lado de salida de la longitud del
tubo de sangría.
Con respecto a la inclinación del canal de paso,
la invención ofrece la enseñanza, según una forma de realización
(sección transversal circular del canal y formación simétrica del
contorno interior con respecto al eje del canal), de estructurar la
zona de la pared de tal manera que la inclinación (S) del contorno
interior del canal de paso (en sección longitudinal) cumpla la
dependencia siguiente:
con
- r
-
\vtcortauna
La inclinación S describe en este caso la
variación del radio r(y) de una sección transversal circular
del canal de sangría dependiendo de la distancia y con respecto al
extremo de salida de la sangría.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Por ejemplo, resultan asimismo, para diferentes
alturas de baño efectivas, para la inclinación S mínima necesaria,
a diferentes distancias con respecto al extremo de salida del tubo
de sangría, los valores que se citan en las tablas siguientes
con
- h_{k}
- = 1,35 m
- h_{máx.}
- = 1,35 m
- r
-
\vtcortauna
con
- h_{k}
- = 2,0 m
- h_{máx.}
- = 1,35 m
- r
-
\vtcortauna
con
- h_{k}
- = 0,75 m (p. ej. longitud de sangría reducida en caso de revestimiento desgastado del convertidor)
- h_{máx.}
- = 1,95 m
- r
-
\vtcortauna
\vskip1.000000\baselineskip
Los ejemplos muestran que en la zona del lado de
entrada (primer tercio de la longitud del canal) para la
inclinación S los valores deberían ser > 0,02. Para alturas de
baño efectivas muy pequeñas y longitudes de sangrado más cortas la
zona se extiende, debiendo ser S \geq 0,02, ya hasta la mitad del
lado de entrada del canal de sangría. Este valor S puede aumentarse
a \geq 4,025, \geq 0,05 ó \geq 0,25.
Es válido por lo menos para la mitad superior
(contigua al extremo de entrada) o el tercio superior (contiguo al
extremo de entrada) del canal de sangría, si bien se puede extender,
sin embargo, también a la totalidad de la longitud del canal de
sangría. Directamente en el extremo de entrada (a lo largo de una
longitud de 0,05 de la longitud total del tubo de sangría) el valor
puede valer >> 0,25, por ejemplo 1, 5, 10, 30, 50, 70 o 100.
Si el recorrido de la pared se estructura, por completo o
parcialmente, de forma escalonada o se aproxima en correspondencia
con instalaciones de producción existentes, entonces
"inclinación" significa la inclinación de la línea recta de
conexión que se puede introducir, en sección longitudinal, entre los
bordes de escalones contiguos.
El dimensionado según la invención de un tubo de
sangría tiene en cuenta asimismo la variación de longitud del tubo
de sangría dependiente del estado de desgaste del revestimiento
contiguo, gracias a que se introducen en el cálculo los valores
correspondientes para la longitud de sangría y la altura de la masa
fundida situada por encima.
Si se contempla, para las relaciones de
circulación idealizadas, la variación de la sección transversal del
canal de paso a lo largo del eje desde el extremo de salida hasta el
extremo de entrada y se normaliza esta variación sobre la sección
transversal, entonces resulta
con
- S_{A}(y)
- = variación de la sección transversal en m^{2}/m en el punto y,
- A
- = superficie de la sección transversal del canal de paso en el extremo de salida del tubo de sangría,
- h_{1}
- = 0,2 h_{máx.} o menos de la altura máxima (h_{máx.}) de una masa fundida en el recipiente de fusión por encima{}\hskip0,3cm de la entrada de sangría en prolongación axial del tubo de sangría,
- h_{k}
- = longitud del tubo de sangría entre el extremo de entrada y el extremo de salida,
- y
- = distancia axial entre el extremo de salida y un punto a lo largo del tubo de sangría.
La estructuración según la invención del tubo de
sangría posibilita llevar a cabo el proceso de sangría, también con
alturas de baño pequeñas, con turbulencias reducidas y corriente de
masa fundida constante y de este modo reducir notablemente el
arrastre de escoria. Además, gracias a la reducción de las pérdidas
de temperatura y el desgaste reducido, resultan otras ventajas
económicas tales como el ahorro de energía y una duración de vida
prolongada de la sangría.
Claims (6)
1. Utilización de un tubo de sangría
para un recipiente de fusión metalúrgico con una
altura máxima h_{máx.} (m) de una masa fundida en el recipiente
de fusión por encima del extremo de entrada del tubo de sangría en
prolongación axial del tubo de sangría,
cuyo canal de paso, que se extiende axialmente,
presenta una sección transversal, entre un extremo de entrada y un
extremo de salida, la cual cumple la siguiente dependencia:
con
- A
- = superficie de sección transversal del canal de paso en el extremo de salida en m^{2} (con indicación previa{}\hskip0,3cm de un volumen de paso deseado),
- h_{1}
- = altura efectiva de la masa fundida en el recipiente de fusión por encima del extremo de entrada del tubo{}\hskip0,3cm de sangría en prolongación axial del tubo de sangría [m] y h_{1} \leq 0,2 h_{máx.},
- h_{k}
- = longitud del tubo de sangría entre el extremo de entrada y el extremo de salida [m],
- y
- = distancia axial [m] entre el extremo de salida y un punto a lo largo del tubo de sangría (con 0 \leq y \leq (h_{1} +{}\hskip0,3cm h_{k})).
2. Utilización de un tubo de sangría según la
reivindicación 1, con h_{1} > 0,05 h_{máx.}
3. Utilización de un tubo de sangría según la
reivindicación 1, con y > 0,5 h_{k}.
4. Utilización de un tubo de sangría según la
reivindicación 1, con y > 0,7 h_{k}.
5. Utilización de un tubo de sangría según la
reivindicación 1, con sección transversal circular del canal de
paso.
6. Utilización de un tubo de sangría según la
reivindicación 1, en el que una sección del canal de paso, contigua
al extremo de salida, está estructurada de manera cilíndrica.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102004027440 | 2004-06-04 | ||
| DE102004027440A DE102004027440B3 (de) | 2004-06-04 | 2004-06-04 | Abstichrohr |
Publications (1)
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