ES2288030T3

ES2288030T3 - Camisas de refrigeracion por agua para hornos de arco electrico.

Info

Publication number: ES2288030T3
Application number: ES99957413T
Authority: ES
Inventors: Makoto Nagasaki Koujou Shinto Kogyo KK NISHI; Masao Iwaki Koujou Shinto Kogyo KK MAESATO; Tosirou Iwaki Koujou Shinto Kogyo KK TAKAMI
Original assignee: Sintobrator Ltd; Shinto Kogyo KK
Current assignee: Sintobrator Ltd; Shinto Industrial Co Ltd
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2007-12-16
Anticipated expiration: 2019-12-03
Also published as: EP1253390B1; JPH11351758A; DE69936272T2; DE69936272D1; EP1253390A4; JP3447563B2; CA2393264A1; WO2001040728A1; EP1253390A1; CA2393264C; US6563855B1

Abstract

Camisa de refrigeración por agua fabricada en metal para hornos de arco eléctrico, caracterizada por incluir una capa de difusión de aluminio con un grosor que oscila entre 200 µm y 800 µm, con una concentración de aluminio en la superficie exterior de la capa de difusión de aluminio de entre el 10% y el 50% por peso, formada en la superficie del metal mediante un tratamiento de calorización.

Description

Camisas de refrigeración por agua para hornos de arco eléctrico.

Ámbito del invento

El presente invento hace referencia a innovadoras camisas de refrigeración por agua principalmente empleadas en hornos de arco eléctrico para la fabricación de acero.

Contexto de la técnica

Las secciones internas de hornos de arco eléctrico para la fabricación de acero, como las paredes interiores, los techos y los orificios de captación de polvo distintos a los que están fabricados en materiales refractarios y que entran en contacto directo con el acero fundido, como por ejemplo, conductos inferiores, paredes laterales inferiores y orificios de paso de colada y eliminación de escoria, están refrigerados por agua para que puedan soportar altas temperaturas. Los dispositivos de refrigeración por agua empleados en hornos de arco eléctrico se denominan "camisas de refrigeración por agua", "paneles de refrigeración por agua", "cajas de refrigeración por agua", "tuberías de refrigeración por agua" o bien reciben otras denominaciones similares, en función de la forma y estructura. En esta especificación, el término "camisa de refrigeración por agua" se utiliza para describir el presente invento.

Los dibujos adjuntos muestran diversas formas de camisas de refrigeración por agua. Las figuras 1 (a) y 1 (b) muestran una camisa de refrigeración por agua para paredes interiores, una estructura soldada 1 fabricada a partir de placas de acero al carbono. Se proporciona un canal para agua de refrigeración con una entrada de agua 3 y un orificio de drenaje 4 en el interior de esta camisa para que el agua de refrigeración, a una temperatura de entre 40ºC y 70ºC, pueda fluir de forma uniforme por el conjunto de la camisa. Además, un gran número de colectores de escoria 2 fabricados a partir de placas de acero, cada uno de los cuales tiene un grosor de 25 mm, una anchura de 50 mm y una longitud de 130 mm, están soldados a la superficie exterior de la camisa. Estos colectores de escoria 2 se incluyen para captar de forma eficaz la escoria esparcida en el horno en la superficie de la camisa de refrigeración por agua; asimismo, también se pueden emplear como salientes, que se suelen proporcionar cuando los colectores de escoria están cubiertos por material refractario.

En la figura 2 se muestra una camisa de refrigeración por agua para techos. Esta camisa consta de múltiples tuberías de refrigeración por agua 5 dispuestas concéntricamente y fabricadas en acero al carbono, cubiertas por un compuesto refractario para moldear 6. El agua de refrigeración se suministra a las tuberías de refrigeración por agua 5 a la temperatura antes indicada desde una entrada de agua 3, y luego se vierte por un orificio de drenaje 4. En la figura 3 se muestra una camisa de refrigeración por agua para un orificio de captación de polvo. Esta camisa consta de una tubería de refrigeración por agua 7 fabricada en acero al carbono, enroscada en una configuración prácticamente cilíndrica, y salientes 8 soldados en la superficie de la tubería de refrigeración por agua 7, y tanto la tubería 7 como los salientes 8 están cubiertos por un compuesto refractario para moldear 6. En las figuras 4 (a) y 4 (b) se muestra una camisa de refrigeración por agua para techos. La estructura básica y el grosor de las placas de esta camisa son los mismos que los de la camisa de refrigeración por agua para paredes interiores que se muestra en la figura 1. Sin embargo, puesto que la escoria que se deposita en los colectores de escoria fabricados a partir de placas de acero se desprende con facilidad y acaba cayendo, se utiliza una barra deformada en lugar de placas de acero para proporcionar colectores de escoria 10 en la parte exterior del cuerpo 9 de la camisa que se muestra en la figura 4. De forma más específica, una barra deformada con un diámetro de 25 mm se corta en pequeños trozos de 30 mm de longitud que se sueldan al cuerpo dejando un espacio entre ellas de aproximadamente 75 mm. El número de referencia 3 indica una entrada de agua, y el número de referencia 4 indica un orificio de drenaje.

Debido al calor del arco del proceso de fundido y afinado de la chatarra de acero, al calor de la combustión del combustible que genera un quemador estabilizador, al calor de la combustión del polvo de carbón, escorias de aluminio, etcétera, que se genera cuando se añaden estos materiales a un horno o al acero fundido, así como a los gases que se emiten cuando se quema el cloruro de vinilo u otras sustancias que contiene la chatarra de acero, las superficies de las camisas de refrigeración por agua antes mencionadas están expuestas durante largos periodos de tiempo a atmósferas oxidantes y corrosivas que alcanzan altas temperaturas (superiores a los 1.300ºC). Al mismo tiempo, las salpicaduras de escoria y acero fundido, a temperaturas superiores a los 1.500ºC, se depositan repetidamente en las superficies de las camisas de refrigeración por agua para luego caer de las mismas, de modo que estas superficies se calientan rápidamente por la acción de la escoria y el acero fundido y, luego, se enfrían rápidamente gracias a la acción del agua de refrigeración. Además, en el caso de la camisa de refrigeración por agua incorporada a la pared interior de un horno, la camisa recibe directamente el impacto mecánico que se produce al cargar la chatarra de acero, con lo que se acelera extremadamente la caída de los colectores de escoria, el deterioro de las juntas soldadas, la abrasión de la superficie de las placas de acero y la deformación de la camisa de refrigeración por agua.

La camisa de refrigeración por agua para el orificio de captación de polvo está constantemente expuesta a atmósferas corrosivas y oxidantes que alcanzan altas temperaturas. Esto se debe a que, a diferencia de la pared interior y el techo de un horno, una gran cantidad de gases emitidos a una temperatura de más de 1.000ºC que contienen polvo pasa constantemente por la vía de paso de polvo a alta velocidad.

En consecuencia, las camisas de refrigeración por agua para hornos de arco eléctrico se utilizan, con independencia de las partes del horno que las incorporen, en unas condiciones tan extremadamente agresivas que la oxidación, corrosión, impacto térmico, impacto mecánico y abrasión se producen a temperaturas muy elevadas.

Por otro lado, las camisas de refrigeración por agua que se fijan al interior de los hornos de arco son estructuras de grandes dimensiones, por lo que se dividen en 20 o 40 piezas que, luego, se instalan en el horno. La fabricación de estas camisas de refrigeración por agua con unas dimensiones tan grandes implica unos costes muy elevados. Además, la sustitución de dichas camisas requiere una gran inversión en tiempo y trabajo y, por lo tanto, implica inevitablemente un gran gasto que encarece la fabricación del acero. En consecuencia, es preferible que la vida útil de estas camisas sea lo más prolongada posible.

En los entornos extremadamente agresivos antes mencionados, es inevitable que los colectores de escoria y el material refractario que los cubre caigan con el paso del tiempo y las superficies del cuerpo de las camisas acaben finalmente sin ningún revestimiento. Las causas que provocan la caída de los colectores de escoria son la formación de grietas en las juntas soldadas producida por el calentamiento y enfriamiento repetidos, y en el caso de la camisa de refrigeración por agua para paredes interiores, el impacto mecánico que reciben los colectores de escoria en entornos sujetos a altas temperaturas cuando se carga la chatarra de acero. Las causas de la caída del material refractario son las siguientes: la escoria que se deposita en el material refractario se desprende junto con el propio material refractario, y los salientes que sirven para evitar la caída del material refractario están sujetos a oxidación y abrasión a altas temperaturas, por lo que resulta imposible que sigan sujetando el material refractario. Si la superficie del cuerpo de la camisa pierde el revestimiento, queda expuesta a altas temperaturas, y la energía de deformación generada en las placas de acero cuando se unieron mediante soldadura para construir las camisas de refrigeración por agua se libera parcialmente. En consecuencia, las camisas empiezan a experimentar deformación en todo su cuerpo y las juntas soldadas se agrietan a causa de una abrasión repetida, el impacto térmico y el impacto mecánico, en especial debido a esta última agresión. Entonces, la formación de grietas se extiende de forma uniforme a las propias placas de acero, hecho que induce la aparición de fugas de agua.

Las fugas de agua suponen un impedimento para el caudal de agua que fluye por las camisas, y algunas partes de las mismas no cuentan con la suficiente refrigeración y alcanzan temperaturas extremadamente elevadas, hecho que induce la formación de todavía más grietas. Además, las fugas de agua que caen al horno pueden provocar explosiones de vapor. Por lo tanto, resulta muy importante reparar las fugas de agua justo después de su aparición. Para ello, en primer lugar se debe detener el funcionamiento después de haber canalizado el acero fabricado y refrigerar el interior del horno. A continuación, las fugas se reparan mediante soldadura. El hecho de tener que detener el funcionamiento tiene como consecuencia directa un incremento de los costes de fabricación del acero, por lo que es necesario completar las reparaciones en un periodo de tiempo lo más breve posible. Para conseguirlo, resulta inevitable tener que llevar a cabo operaciones a altas temperaturas. Sin embargo, esto contraviene las buenas prácticas desde el punto de vista de la seguridad y la higiene.

Las partes agrietadas de este modo se reparan mediante soldadura desde la superficie. Sin embargo, la soldadura sólo puede llegar hasta una profundidad que equivale aproximadamente a un tercio del grosor de la placa de acero, y el resto, aproximadamente dos tercios del grosor, permanece agrietado. En consecuencia, las partes reparadas mediante soldadura son más débiles que las partes no reparadas, y las que ya han estado agrietadas una vez tienden a agrietarse de nuevo incluso después de que se hayan reparado. Las partes que ya se han reparado y las recién agrietadas se reparan continuamente para poder utilizar las camisas hasta la fecha programada de sustitución, esto es, la fecha de paro normal. No obstante, si se determina que las camisas no pueden durar hasta la fecha programada, la fecha de paro normal se avanza o bien sólo las camisas de refrigeración por agua con fugas se sustituyen antes de esa fecha. En cualquier caso, se trata de reparaciones no programadas, por lo que no sólo se ve modificada la programación de producción, sino que también resulta imprescindible un desembolso adicional de capital.

La vida útil de las camisas de refrigeración por agua presenta grandes diferencias en función de la estructura interna del horno en el que se empleen las camisas así como de las condiciones de utilización. Sin embargo, la vida útil suele ser aproximadamente de 6 a 24 meses. A pesar de que la fecha de sustitución se fija a partir de la experiencia, son las circunstancias reales las que determinan la reparación de una fuga de agua o la sustitución de camisas agrietadas antes de la fecha programada. Esto supone procesos complejos, requiere mucho tiempo y, además, implica la realización de operaciones en entornos nocivos. La prolongación de la vida útil de las camisas de refrigeración por agua es esencial para lograr un funcionamiento estable, reducir los costes de reparación y evitar que estas operaciones de reparación se deban llevar a cabo en entornos sujetos a altas temperaturas. Sin embargo, en la realidad no se han adoptado medidas eficaces para prolongar la vida útil de las camisas de refrigeración por agua.

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Presentación del invento

Un objetivo del presente invento consiste en proporcionar camisas de refrigeración por agua para hornos de arco eléctrico que se puedan utilizar de forma estable durante periodos prolongados de tiempo incluso en condiciones tan extremadamente agresivas como la oxidación, la corrosión, el impacto mecánico, el impacto térmico y la abrasión que se producen a altas temperaturas.

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En los estudios formales elaborados para lograr el objetivo anterior, nos centramos en el tratamiento de calorización, que habitualmente se conoce como tratamiento para conferir resistencia a la corrosión a altas temperaturas. Este tratamiento de calorización, por el cual se difunde aluminio en un material base, presenta las características siguientes:

(1) la capa de difusión de aluminio que se forma mediante este tratamiento presenta una excelente resistencia frente a la oxidación;

(2) la película protectora de Al_{2}O_{3} que se forma en una atmósfera oxidante es altamente estable y difícilmente se desprende;

(3) la capa de difusión de aluminio tiene una dureza superficial diversas veces tan elevada como la del material base, por lo que presenta una excelente resistencia frente a la abrasión;

(4) el aluminio difundido en el material base desde su superficie está aleado con componentes del material base para formar una capa de difusión de aluminio, por lo que esta capa de difusión de aluminio es altamente resistente a impactos térmicos y difícilmente se desprende; y

(5) prácticamente toda la energía de deformación existente en un objeto que se debe someter a este tratamiento se libera durante el proceso de calorización, de modo que el objeto calorizado raramente se deforma a causa del calor que recibe durante el uso.

Finalmente hemos descubierto que es posible conferir una mejor resistencia a la oxidación, corrosión, abrasión, impactos térmicos e impactos mecánicos, especialmente resistencia a impactos mecánicos a elevadas temperaturas aplicados a las camisas de refrigeración por agua empleadas en hornos de arco eléctrico, sin perjudicar las propiedades mecánicas de los materiales base al someter las camisas al tratamiento de calorización con las características antes mencionadas. De este modo, se forman sólo en las superficies de las camisas capas de difusión de aluminio que presentan unas elevadas concentraciones de aluminio y que nunca se desprenden. El presente invento se ha desarrollado tomando como base este descubrimiento.

El presente invento proporciona una camisa de refrigeración por agua fabricada en metal para hornos de arco eléctrico que consta de una capa de difusión de aluminio con un grosor que oscila entre 200 \mum y 800 \mum, que tiene en su superficie más exterior una concentración de aluminio que representa entre el 10% y el 50% del peso, y que se forma en la superficie del metal por medio del tratamiento de calorización.

Preferiblemente, el material de la camisa de refrigeración por agua de conformidad con el presente invento es acero al carbono, esto es, acero que contiene menos del 1,0% de carbono, menos del 2,0% de silicio, menos del 2,0% de manganeso, menos del 2,0% de cromo y menos del 2,0% de níquel, como los aceros SS 400 y SGP que se definen en el Estándar industrial japonés (JIS). Si se utiliza acero inoxidable JIS SUS304, conocido como acero anticorrosivo y termorresistente, se obtiene una camisa con una resistencia mejorada frente a la corrosión y al calor. Sin embargo, puesto que la conductividad térmica de este acero inoxidable equivale aproximadamente a un tercio de la de los aceros al carbono, el agua que circula por la camisa no puede enfriar de forma eficiente las placas de acero inoxidable. En consecuencia, la temperatura de las placas de acero inoxidable se eleva en gran medida y las placas tienden a agrietarse y deformarse. Además, las placas de acero inoxidable presentan una tendencia inherente a agrietarse por las juntas soldadas con mayor facilidad que las placas de acero al carbono. Por este motivo, el uso de acero inoxidable no es especialmente eficaz para prolongar la vida útil de las camisas de refrigeración por agua.

En el presente invento, la concentración de aluminio de la superficie más exterior de la capa de difusión de aluminio (la concentración de aluminio de la capa más exterior con un grosor de 20 \mum) está limitada a entre el 10% y el 50% del peso, como ya se ha comentado con anterioridad. El motivo de esto se debe a que si la concentración de aluminio es inferior al 10% del peso, no se puede esperar una mejora en la resistencia a la oxidación, corrosión e impactos mecánicos a elevadas temperaturas, mientras que si la concentración de aluminio supera el 50% del peso, la capa de difusión de aluminio será demasiado rígida y agria, por lo que resulta fácil que se agriete y desprenda. Además, en el presente invento, el grosor de la capa de difusión de aluminio está limitado al intervalo comprendido entre
200 \mum y 800 \mum. Esto se debe a que la camisa de refrigeración por agua del presente invento se utiliza en un entorno extremadamente agresivo, como se ha mencionado con anterioridad, de modo que los efectos deseados raramente se podrán obtener si el grosor de la capa de difusión de aluminio es inferior a 200 \mum. Asimismo, para obtener una capa de difusión de aluminio con un grosor superior a 800 \mum, es necesario llevar a cabo el tratamiento de calorización mediante la aplicación de calor a una temperatura elevada superior a los 1.100ºC durante un periodo prolongado de entre 20 y 30 horas, con lo que el coste del tratamiento de calorización se ve notablemente incrementado. Por lo tanto, el hecho de tener que crear una capa de difusión de aluminio tan gruesa resulta desfavorable en lo que a rentabilidad se refiere. Por lo general, la dureza superficial de la capa de difusión de aluminio oscila entre 350 mHV y 1.000 mHV. Este valor es entre tres y siete veces tan elevado como el de la dureza superficial del material base. En consecuencia, la camisa de refrigeración por agua recubierta por una capa de difusión de aluminio de este tipo puede mostrar una resistencia a la abrasión extremadamente elevada, incluso a altas temperaturas.

El tratamiento de calorización se efectúa de la manera siguiente: el objeto que se debe someter al tratamiento, esto es, una camisa de refrigeración por agua fabricada en acero común, como se ha mencionado con anterioridad, y un polvo de aleación de calorización preparado a partir de la mezcla de entre un 10% y un 80% de polvo de aleación hierro-aluminio por peso que contiene entre un 20% y un 60% de aluminio por peso, o entre un 10% y un 80% de polvo de aluminio por peso, con entre un 20% y un 90% de polvo de óxido de aluminio por peso y entre un 0,1% y un 2% de polvo de cloruro amónico por peso que actúa como agente acelerador, se colocan en un contenedor semihermético y se calientan en un horno calefactor a una temperatura de entre 600ºC y 1.100ºC durante entre 5 y 20 horas en una atmósfera no oxidante, preferiblemente una atmósfera con un gas inerte o reductor, como una atmósfera de argón, nitrógeno o hidrógeno.

La camisa de refrigeración por agua para hornos de arco eléctrico calorizada de este modo muestra una resistencia mejorada frente a la oxidación, corrosión y abrasión a elevadas temperaturas, y resulta difícil que se deforme incluso cuando recibe un impacto térmico. Además, la camisa presenta una resistencia mejorada frente a impactos, por lo que sus juntas soldadas no se agrietan y rara vez se producen fugas de agua, incluso si la camisa se utiliza durante periodos prolongados. En consecuencia, la vida útil de la camisa calorizada es más amplia. No se había previsto la gran mejora que la resistencia frente a impactos térmicos a alta temperatura de las camisas de refrigeración por agua ha experimentado gracias al tratamiento de calorización.

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Breve descripción de los dibujos

En la figura 1 (a) se muestra una vista en planta de una camisa de refrigeración por agua para paredes interiores de un horno empleada en el ejemplo 1;

En la figura 1 (b) se muestra una sección transversal tomada a lo largo de la línea X-X de la figura 1 (a);

En la figura 2 se muestra una sección transversal de una camisa de refrigeración por agua para techos;

En la figura 3 se muestra una sección transversal de una camisa de refrigeración por agua para vías de paso de polvo empleada en el ejemplo 2;

En la figura 4 (a) se muestra una vista en planta de una camisa de refrigeración por agua para techos empleada en el ejemplo 3; y

En la figura 4 (b) se muestra una sección transversal tomada a lo largo de la línea Y-Y de la figura 4 (a).

En los dibujos, las referencias que se hacen a los números del 1 al 10 tienen los significados siguientes:

1: cuerpo de la camisa de refrigeración por agua para paredes interiores de hornos;

2: colector de escoria con forma de placa;

3: entrada de agua;

4: orificio de drenaje;

5: tubería de refrigeración por agua de la camisa de refrigeración por agua para techos;

6: compuesto refractario para moldear;

7: tubería de refrigeración por agua de la camisa de refrigeración por agua para vías de paso de polvo;

8: saliente;

9: cuerpo de la camisa de refrigeración por agua para techos; y

10: colector de escoria cilíndrico.

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Mejor método para la realización del invento

A continuación se explicará el presente invento de forma más específica por medio de los ejemplos siguientes:

Ejemplo 1

Una camisa de refrigeración por agua para paredes interiores de hornos como la que se muestra en la figura 1 se incorporó a una parte de la pared interior de un horno de arco eléctrico para la fabricación de acero con una capacidad nominal de 80 toneladas; la vida útil de esta parte de la pared interior era especialmente corta. El cuerpo de esta camisa tiene forma de caja, conseguida al unir mediante soldadura placas de acero al carbono SS 400 con un grosor de 16 mm. A pesar de que no se muestra en la figura, el interior del cuerpo está dividido en pequeñas celdas, y se ha diseñado de tal modo que el agua de refrigeración puede fluir de forma uniforme por las celdas a una temperatura de entre 40ºC y 70ºC. En la superficie exterior de este cuerpo, es decir, en la superficie del cuerpo situada en el lado del horno, se encuentran 45 colectores de escoria 2 con forma de placa fabricados en acero SS 400, cada uno de ellos con un grosor de 25 mm, una anchura de 50 mm y una longitud de 130 mm, soldados a dicha superficie. Las superficies de estos colectores no están recubiertas por material refractario, por lo que la escoria formada en el proceso de fundido y afinado de la chatarra de acero se puede depositar en dichos colectores para así formar una capa que sirve para proteger la camisa de refrigeración por agua. Los colectores de escoria fomentan el depósito de la escoria, con lo que alargan la vida útil de la camisa de refrigeración por agua. Sin embargo, la capa protectora se desprende parcialmente a causa del impacto térmico al que se somete de forma repetida la camisa durante el funcionamiento y del impacto mecánico al que está sujeta dicha camisa durante la carga de la chatarra de acero, por lo que la superficie de la camisa de refrigeración por agua queda sin parte de su revestimiento. Puesto que la capa de escoria se forma y desprende repetidamente durante el funcionamiento, los colectores de escoria se desgastan gradualmente y pierden su efecto de captación de la escoria. Además, las juntas soldadas de los colectores y del cuerpo de la camisa así como las superficies de las placas de acero se agrietan a causa de los fuertes impactos mecánicos y térmicos que se producen a causa de las salpicaduras de escoria a temperaturas superiores a los 1.500ºC, por lo que el agua empieza a escaparse por las juntas. En una camisa de refrigeración por agua convencional, se produce un gran número de grietas, especialmente desde las juntas soldadas de los colectores de escoria cuando la camisa se utiliza durante un periodo de entre tres y cinco meses, y se empiezan a producir fugas de agua. Con la reparación continuada de estas fugas, la camisa se utiliza durante ocho meses hasta la fecha programada de sustitución.

Una camisa de refrigeración por agua para paredes interiores de horno del material y dimensiones antes citados se sometió a un tratamiento de calorización para obtener la camisa del presente invento. El tratamiento de calorización se efectuó de la siguiente forma: la camisa de refrigeración por agua que debía tratarse, y un polvo de calorización obtenido al mezclar un 70% de polvo de aleación hierro-aluminio por peso que contenía un 50% de aluminio por peso con un 29% de polvo de óxido de aluminio por peso y un 1% de cloruro amónico por peso, se colocaron en un contenedor semihermético y se calentaron a 1.000ºC durante diez horas en una atmósfera no oxidante para formar una capa de difusión de aluminio en la superficie de la camisa con una dureza superficial de 450 mHV y un grosor de 400 \mum, siendo la concentración de aluminio en la superficie exterior de la capa de difusión de aluminio del 35% por peso. Esta camisa de refrigeración por agua del invento se incorporó a la misma parte de la pared interior del horno que a la que se habría incorporado la camisa convencional. Durante los ocho meses de uso no se produjo ninguna fuga de agua, esto es, antes de la fecha programada de sustitución. La camisa del invento se extrajo del horno y se comprobaron toda las juntas soldadas de los colectores de escoria. Tras la comprobación no se detectó ninguna grieta ni en las juntas soldadas ni en ninguna otra parte de los colectores. Además, se extrajeron seis de los 45 colectores de escoria seleccionados al azar a los que se practicó un corte transversal para llevar a cabo una inspección al microscopio. Mediante esta inspección se confirmó que el grosor de la capa de difusión de aluminio, que presentó diferencias en función del punto de medición, se encontraba en un intervalo comprendido entre 200 \mum y 400 \mum y que la camisa del invento se podía utilizar durante un periodo de tiempo más prolongado.

Ejemplo 2

Una camisa de refrigeración por agua para vías de paso de polvo que se muestra en la figura 3 se integró en un horno de arco eléctrico para la fabricación de acero con una capacidad nominal de 50 toneladas.

En la figura 3 se muestra una sección transversal de la camisa de refrigeración por agua. Una tubería de refrigeración por agua para la camisa de refrigeración por agua es una tubería larga que se enrosca prácticamente en espiral; el extremo interior de esta tubería de refrigeración por agua se conecta a la entrada de agua, y el otro extremo se conecta a un orificio de drenaje; el agua de refrigeración, a una temperatura de entre 40ºC y 70ºC, se deja fluir de forma uniforme por esta tubería. Pernos M12 fabricados en acero al carbono, cada uno de ellos con una longitud total de 25 mm y un diámetro exterior de 12 mm, se sueldan como salientes a la superficie interior de la tubería de refrigeración por agua con una separación de 100 mm para evitar el desprendimiento del material refractario. La tubería de refrigeración por agua de este ejemplo es una tubería de acero al carbono JIS STPG 40A indicada para tuberías de presión, con una previsión de 80 y un grosor de 5,1 mm, cubierta en su totalidad por un compuesto refractario para moldear 6 con un grosor de entre 110 mm y 130 mm. Las emisiones de gases del horno fluyen en sentido ascendente desde la parte inferior de la figura. A pesar de que la camisa de refrigeración por agua para vías de paso de polvo se sitúa casi en el mismo nivel que el techo del horno, nivel que se encuentra aparte de la cara en la que cae la escoria, no se puede evitar que las salpicaduras de escoria se depositen en la camisa. En una primera fase, la escoria se deposita en el compuesto refractario para moldear que protege la tubería de refrigeración por agua. Sin embargo, puesto que aumenta la cantidad de escoria depositada, resulta difícil que el compuesto refractario para moldear pueda soportar el peso de la escoria. La capa de compuesto refractario para moldear finalmente se rompe en su zona central y cae al horno junto con la escoria depositada. La escoria se deposita y cae repetidamente, por lo que los salientes que sostienen el compuesto refractario para moldear quedan sin revestimiento. A partir de este momento, estos salientes sin revestimiento están constantemente expuestos a las emisiones de gases y se desgastan rápidamente hasta no poder desempeñar su función. Asimismo, a medida que se produce la caída del compuesto refractario para moldear, la camisa de refrigeración por agua queda expuesta a altas temperaturas. A causa de esta exposición, la energía de deformación que se acumula en la camisa de refrigeración por agua se libera y la propia camisa se deforma en mayor medida, con lo que se acelera la caída del compuesto refractario para moldear. Finalmente, una gran parte de la tubería de refrigeración por agua queda sin revestimiento y se desgasta rápidamente a causa de la corrosión y la abrasión. En una camisa de refrigeración por agua convencional, estas partes sujetas a una intensa corrosión y abrasión acaban perforadas tras unos cinco o seis meses de utilización de la camisa y se empiezan a producir fugas de agua. El número de fugas se incrementa con el uso. Con la reparación continuada de estas fugas, la camisa de refrigeración por agua se utiliza durante diez meses y luego se sustituye por otra nueva. Sin embargo, aproximadamente un mes antes de la fecha de sustitución programada, resulta necesario reparar las fugas cada día para poder seguir utilizando la camisa.

Una camisa de refrigeración por agua que utiliza una tubería de acero al carbono del material y dimensiones antes citados, que todavía no se ha revestido con material refractario, se sometió a un tratamiento de calorización en las mismas condiciones que se han descrito en el ejemplo 1, gracias al que se ha formado una capa de difusión de aluminio con una dureza superficial de 450 mHV y un grosor de 400 \mum en la superficie exterior de la tubería de refrigeración por agua y los salientes; la concentración de aluminio de la superficie exterior de la capa de difusión de aluminio es del 35% por peso. Después, esta tubería se recubrió con un compuesto refractario para moldear de la siguiente forma: un polvo de material refractario y un polvo aglutinante se amasaron junto con agua, y la mezcla resultante y la tubería anterior objeto del tratamiento se colocaron en un marco que, luego, se retiró para conseguir la tubería con una capa de compuesto refractario para moldear con un grosor de entre 100 mm y 130 mm en su superficie. Esta camisa de refrigeración por agua del presente invento se incorporó a la misma parte del horno que a la que se habría incorporado la camisa convencional. No se detectó ninguna fuga de agua durante los diez meses anteriores a la fecha de sustitución programada. Una vez transcurrido este periodo de diez meses, la camisa se extrajo del horno y se comprobó. Como resultado, se observó que las puntas de aproximadamente la mitad de los salientes habían perdido su revestimiento, pero la tubería de refrigeración por agua quedó cubierta casi en su totalidad por el compuesto refractario para moldear, ya que la parte sin revestimiento era extremadamente reducida. Además, se realizó un corte transversal en la parte sin revestimiento, esto es, la parte con daños más graves de la tubería de refrigeración por agua, y se observó al microscopio. Gracias a esta observación se descubrió que, a pesar de que la abrasión había reducido el grosor de la capa de difusión de aluminio hasta un valor de entre 100 \mum y 200 \mum, la tubería seguía completamente recubierta por la capa de difusión de aluminio y el material base había permanecido intacto. Asimismo, se realizaron dos cortes transversales en la tubería de refrigeración por agua en puntos seleccionados al azar en los que se había aplicado el revestimiento con material refractario, y dichos cortes se observaron al microscopio. Gracias a esta observación se descubrió que el grosor de la capa de difusión de aluminio oscilaba entre 380 \mum y 420 \mum y que no se había producido ninguna abrasión. Así pues, se confirmó que se podía utilizar la camisa de refrigeración por agua del presente invento durante otros diez meses o incluso un periodo superior.

Ejemplo 3

Se fabricó una camisa de refrigeración por agua para techos como la que se muestra en la figura 4, con colectores de escoria cilíndricos 10 situados en la superficie exterior de su cuerpo 9 separados por una misma distancia mediante la soldadura de barras de acero, a partir de placas de acero al carbono SS 400 con un grosor de 16 mm. Esta camisa de refrigeración por agua se incorporó a una parte del techo de un horno de arco eléctrico para la fabricación de acero con una capacidad nominal de 60 toneladas; esta parte sería la dañada con mayor intensidad en un periodo de tiempo más breve. En el caso de esta camisa de refrigeración por agua convencional para techos, no resulta fácil llevar a cabo operaciones de reparación mediante soldadura a diferencia del caso de las camisas de refrigeración por agua para paredes interiores. Por lo tanto, esta camisa se suele sustituir tras un periodo de uso de entre siete y diez meses antes de que las fugas de agua sean graves.

Una camisa de refrigeración por agua de la forma y material ante descritos se sometió a un tratamiento de calorización mediante el uso del mismo polvo de calorización del ejemplo 1, calentado a 1.080ºC durante 20 horas, para formar en la superficie exterior de los colectores de escoria y del cuerpo una capa de difusión de aluminio con una dureza superficial de 500 mHV y un grosor de 700 \mum; la concentración de aluminio de la superficie exterior de esta capa de difusión de aluminio es del 40% por peso. Esta camisa de refrigeración por agua del invento se incorporó a la misma parte del horno que a la que se habría incorporado la camisa convencional. A pesar de que han transcurrido 15 meses desde esta incorporación, hasta el momento no se han detectado fugas de agua. Una vez transcurridos diez meses, se observó el aspecto de la camisa de refrigeración por agua. Como resultado, se constató que dicha camisa estaba totalmente recubierta por una capa de escoria, no presentaba partes sin revestimiento y los colectores de escoria funcionaban de forma eficaz sin desprenderse. Por lo tanto, se puede apreciar que la vida útil de la camisa de refrigeración por agua del presente invento es, como mínimo, el doble de la de una camisa convencional.

Claims

1. Camisa de refrigeración por agua fabricada en metal para hornos de arco eléctrico, caracterizada por incluir una capa de difusión de aluminio con un grosor que oscila entre 200 \mum y 800 \mum, con una concentración de aluminio en la superficie exterior de la capa de difusión de aluminio de entre el 10% y el 50% por peso, formada en la superficie del metal mediante un tratamiento de calorización.

2. Camisa de refrigeración por agua de conformidad con la reivindicación 1, en la que el tratamiento de calorización se lleva a cabo al colocar en un contenedor semihermético un objeto que se debe someter al tratamiento y un polvo de calorización obtenido mediante la mezcla de entre un 10% y un 80% de polvo de aleación hierro-aluminio por peso que contiene entre el 20% y el 60% de aluminio por peso, o entre el 10% y el 80% de polvo de aluminio por peso, con entre el 20% y el 90% de polvo de óxido de aluminio por peso y entre el 0,1% y el 2% de polvo de cloruro amónico por peso, que sirve como agente acelerador, y al calentar el conjunto en un horno calefactor a una temperatura de entre 600ºC y 1.100ºC durante entre 5 y 20 horas en una atmósfera no oxidante.

3. Camisa de refrigeración por agua de conformidad con la reivindicación 1 o 2, cuya capa de difusión de aluminio presenta una dureza superficial que oscila entre 350 mHV y 1.000 mHV.

4. Camisa de refrigeración por agua de conformidad con la reivindicación 1, 2 o 3 en la que el metal es acero al carbono.