ES2298844T3 - Canal de colada calentado para metal fundido. - Google Patents
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Abstract
Un canal de colada para transportar metal fundido, que comprende: (a) una envuelta externa definida por una pared de fondo y dos paredes laterales; (b) una capa aislante que rellena la envuelta externa; (c) un cuerpo de canal de colada refractario conductor para transportar metal fundido, insertado en la capa aislante; y (d) un elemento de calentamiento colocado en la capa aislante, adyacente a pero separado del cuerpo de canal de colada, para proveer un espacio de aire entre el elemento de calentamiento y el cuerpo de canal de colada.
Description
Canal de colada calentado para metal
fundido.
La invención se refiere generalmente a un
aparato para trasladar metal fundido, y más específicamente aluminio
fundido en procedimientos de colada de aluminio.
En el procesamiento del metal fundido, se usan
generalmente canales de colada para trasladar el metal fundido
desde el horno de fundición hasta diversos dispositivos de proceso,
tales como moldes de colada, analizadores, etc. Cuando hay un flujo
de metal abundante, hay suficiente calor apreciable en el metal
fundido para compensar las pérdidas de calor a través del canal de
colada. Sin embargo, en situaciones de flujo de metal bajo, o
recorridos de canal de colada largos, se requiere alguna forma de
calentamiento del canal de colada para evitar la pérdida de calor
excesiva del metal.
La patente estadounidense 3.494.410 (Birchill
et al) da a conocer un canal de colada calentado genérico
con provisión para calentar desde cualquier lado, pero sin facilitar
ningún detalle en cuanto a cómo lograr un control térmico
eficaz.
La patente estadounidense 4.345.743 (Sivilotti)
enseña un conducto de descarga tubular adiabático que incluye un
revestimiento refractario para contener el metal fundido y rodeado
por elementos calentadores.
La patente estadounidense número 6.444.165
(Eckert) con fecha de 3 de septiembre de 2002, describe un canal de
colada calentado que tiene calentadores insertados en las paredes
laterales o en el fondo, en contacto próximo con el material
refractario del canal de colada.
Estas dos referencias usan calentadores con
calor por conducción. Tales calentadores tienden a formar puntos
calientes y calentamiento desigual debido a la dificultad para
garantizar un buen contacto con el material refractario
circundante. Pueden ser difíciles de mantener debido a una tendencia
a atascarse por la impregnación o la expansión del metal de la
envuelta del elemento. Con los calentadores que funcionan por
contacto térmico, la diferencia de temperatura entre el calentador
y los materiales circundantes será baja en el caso de un buen
contacto térmico y, por tanto, se requiere una alta temperatura del
calentador para lograr un vatiaje y una transferencia de energía
buenos.
La patente estadounidense 4.531.717 (Hebrant) da
a conocer un canal de colada calentado recubierto con calentadores
montados en la cubierta superior. Estos calentadores funcionan
principalmente mediante radiación más que mediante conducción y el
flujo de calor depende de una cuarta potencia de la temperatura del
calentador y la superficie que recibe la radiación. Los
calentadores radiativos pueden tener altos vatiajes. Sin embargo,
los calentadores que irradian hacia la superficie de un metal
fundido son en general ineficaces debido a la baja emisividad de la
superficie.
Hay una tendencia común a que se formen
impurezas o inclusiones en el metal fundido a medida que desciende
por el canal de colada, que se hace más grave para los canales de
colada calentados desde arriba (de calentamiento superior). Estas
inclusiones crecen en presencia de oxígeno atmosférico en la
superficie del canal de colada y de los materiales refractarios de
los que normalmente están hechos los canales de colada. Las altas
temperaturas provistas en la superficie del metal fundido y los
bajos caudales del metal aumentan este efecto espectacularmente.
Por tanto, es deseable encontrar una disposición
de calentador de canal de colada que proveerá calor uniforme y
controlable al metal fundido en desplazamiento, mientras se reduce
la formación de inclusiones.
La presente invención provee por tanto en una
realización, un canal de colada para transportar metal fundido, que
comprende una envuelta externa definida por una pared de fondo y dos
paredes laterales, una capa aislante que rellena la envuelta
externa y un cuerpo de canal de colada refractario, conductor, con
forma de U para transportar metal fundido, estando insertado el
cuerpo de canal de colada en la capa aislante. Al menos un elemento
de calentamiento está colocado en la capa aislante, adyacente a pero
separado del cuerpo de canal de colada, para proveer un espacio de
aire entre el elemento de calentamiento y el cuerpo de canal de
colada.
En otra realización de la invención se provee un
procedimiento para calentar aluminio fundido en un canal de colada
para trasladar metal en el que el canal de colada comprende una
envuelta externa definida por una pared de fondo y dos paredes
laterales, una capa aislante que rellena la envuelta externa y un
cuerpo de canal de colada refractario, conductor, con forma de U
para transportar metal fundido, estando insertado el cuerpo de
canal de colada en la capa aislante y en el que se provee calor
mediante uno o más calentadores radiantes insertados en el
revestimiento del canal de colada adyacente al canal de colada
refractario, conductor, con forma de U pero separados del cuerpo de
canal de colada, para proveer un espacio de aire entre el elemento
de calentamiento y el cuerpo de canal de colada.
La presente invención se describirá junto con
las figuras siguientes:
la figura 1 es una vista en perspectiva del
canal de colada calentado de la presente invención;
la figura 2 es una vista en sección transversal
tomada a través de la mitad del canal de colada calentado de la
figura 1;
la figura 3 es una vista en sección transversal
tal como en la figura 2 que muestra otra realización del canal de
colada calentado de la presente invención;
la figura 4 es una vista en sección transversal
tal como en la figura 2 que muestra otra realización del canal de
colada calentado de la presente invención.
Las figuras 1 y 2 muestran una vista en
perspectiva y en sección transversal de un canal de colada calentado
según la presente invención. Con referencia a estas figuras, el
canal de colada 10 comprende una envuelta 12 externa, que puede
estar hecha de acero u otros materiales adecuados bien conocidos en
la técnica, y placas 13 de extremo adecuadas para conectar las
secciones del canal de colada entre sí o para unirse a otras piezas
del sistema de manipulación del metal. Dentro de la envuelta 12
externa hay una capa de aislamiento 14 y descansando dentro del
aislamiento 14 hay un cuerpo 16 de canal de colada con forma de U
para transportar el metal 18 fundido. Generalmente, el cuerpo 16 de
canal de colada es altamente conductor y resistente a la corrosión
del metal fundido y puede estar hecho de un material refractario
denso, tal como, por ejemplo, carburo de silicio o grafito. La capa
de aislamiento puede consistir en un único tipo de aislamiento, o
puede disponerse desde la superficie interna hasta la externa con
diferentes tipos en subcapas. El aislamiento normalmente es un
material refractario aislante colable o fibroso refractario de
aluminosilicato.
El cuerpo de canal de colada está soportado
dentro del aislamiento 14 circundante en apoyos 19 fabricados de un
material refractario, por ejemplo, panel refractario de silicato de
calcio (wollastonita).
Un elemento 20 de calentamiento está colocado en
la capa de aislamiento 14 y entre los apoyos 19, adyacente a pero
separado del cuerpo 16 de canal de colada, para proveer un espacio
28 de aire. El espacio 28 de aire permite la transferencia de calor
radiativo entre el elemento 20 de calentamiento y el cuerpo 16 de
canal de colada. Debido a que el cuerpo de canal de colada es
altamente conductor, el equilibrio térmico es de manera que habrá
una diferencia de temperatura significativa entre el calentador y la
parte del cuerpo de canal de colada encarada hacia el calentador
pero separada de él. Esto permite el funcionamiento eficaz de los
calentadores y un alto flujo de calor incluso con temperaturas del
calentador inferiores a las utilizadas en la situación de
calentamiento por conducción. El espacio 28 de aire es suficiente
para evitar el contacto térmico intermitente o bien accidental
entre el calentador y el cuerpo de canal de colada y, por tanto,
elimina la transferencia de calor localizada mediante la conducción
y el calor desigual y los puntos calientes. El tamaño máximo del
espacio 28 de aire no es crítico, y en una realización, puede usarse
un espacio cónico, con una anchura del espacio mayor para permitir
una mayor área superficial del calentador en comparación con el área
del canal de colada encarado, con una transferencia de calor eficaz
mayor resultante. Para evitar pérdidas de calor conductivo hacia
los apoyos 19 de wollastonita, el espacio de aire también está
continuado entre los lados de los elementos del calentador y los
apoyos. Aunque se hace referencia a un elemento de calentamiento
individual, se entiende que la expresión "elemento de
calentamiento" tal como se usa en el presente documento, también
incluye más de un elemento. Los elementos de calentamiento son
calentadores radiativos típicos tal como se suministran, por
ejemplo, por Watlow.
Se provee otro panel 21 de cierre de material
refractario, tal como wollastonita, por debajo del calentador 20.
Este panel puede retirarse para permitir que los calentadores se
retiren fácilmente para su mantenimiento o sustitución sin
desmontar el canal de colada.
El material del cuerpo de canal de colada debe
tener un alto poder absorbente frente a la radiación o debe estar
recubierto con un recubrimiento conductor de alto poder absorbente
para maximizar la transferencia de calor radiativo. Los materiales
de canal de colada de carburo de silicio y grafito tienen un poder
absorbente aceptable para estas aplicaciones.
El espacio 28 de aire entre el al menos un
elemento de calentamiento y el cuerpo de canal de colada
preferiblemente es de al menos 0,5 cm para evitar contactos
térmicos accidentales en uso. Por motivos prácticos de espacio,
generalmente se usa un espacio de aire máximo de 1 cm.
La figura 2 muestra además, otra realización
preferida en la que puede colocarse una cubierta 26 aislante, tal
como cualquiera bien conocida en la técnica, sobre el canal de
colada 10, para reducir la pérdida de calor por el metal fundido.
En algunas realizaciones, se provee la inyección de un gas inerte
bajo la cubierta aislante y en tales casos, la cubierta está dotada
con medios de sellado apropiados.
\newpage
En una realización preferida mostrada en la
figura 3, el canal de colada puede comprender además una barrera de
intrusión de metal, metálica o no metálica, que comprende, por
ejemplo, una pantalla o lámina 30 porosa de grafito o metálica
fijada a la superficie externa del cuerpo 16 de canal de colada,
adyacente al elemento 20 de calentamiento, para servir como una
barrera metálica. Esta pantalla puede ser una aleación de metales
tal como una aleación de Fe-Ni-Cr.
La barrera de intrusión de metal debe tener estabilidad térmica y no
humectante al aluminio y debe ser eficaz para pasar calor radiativo
sin perder el efecto. Normalmente es eficaz un dimensionamiento de
malla de 0,5 mm por 0,5 mm para este fin.
Una barrera de intrusión de metal, cuando se
fabrica a partir de un metal eléctricamente conductor o de un no
metal, puede usarse para la detección de fugas de metal proveyendo
un medio para detectar un cambio en la conductividad entre la
barrera y el metal en el canal de colada. Un detector de este tipo
puede consistir en una probeta 32 que se sumerge en el metal en el
canal de colada y en una conexión 34 eléctrica a la barrera de
intrusión de metal con un detector 36 de conductividad conectado
entre los dos. Normalmente se detectará una conductividad muy baja,
pero si se produce la infiltración del metal, la conductividad se
elevará y el detector 36 de conductividad señalará un fallo, de
modo que puede emprenderse una acción correctiva.
Otra realización de la presente invención se
muestra en la figura 4. En esta realización, los apoyos 19 de
wollastonita presentan conicidad 40 hacia el exterior de modo que el
espacio 28 de radiación es cónico hacia fuera, lo que permite un
mayor vatiaje en el calentador 20 tal como se mencionó
anteriormente. La figura 4 también muestra otra realización en la
que calentadores 42 similares al calentador 20 de fondo están
montados entre los soportes 44 de wollastonita a lo largo de los
lados del canal de colada 16. Se provee un espacio 46 de radiación
para cada uno de estos calentadores, y en el diseño mostrado, este
espacio de radiación también tiene forma cónica de manera eficaz.
Se entiende que tales calentadores laterales pueden usarse junto con
un calentador de fondo tal como se muestra, o por sí solos. También
pueden usarse placas de acceso (no mostradas) similares al panel 21
de cierre de fondo en algunas realizaciones en el lado del canal de
colada para permitir el fácil acceso a los calentadores
laterales.
Puede usarse un sistema de control de la
temperatura adecuado, tal como se conoce bien en la técnica, junto
con el canal de colada 10 de la presente invención. El sistema puede
comprender termopares situados en el uno o más elementos 20 de
calentamiento y en las secciones del cuerpo 16 de canal de colada
cerca de una superficie superior del metal 18 fundido. Un programa
de control del calentador del canal de colada utiliza la salida de
ambos tipos de termopares para mantener las temperaturas precisas
del metal fundido mientras se prolonga la duración del elemento 20
de calentamiento mediante la limitación de la salida del elemento 20
de calentamiento. Pueden usarse uno o más voltajes para calentar y
mantener la temperatura superficial del metal fundido en el cuerpo
de canal de colada. Por ejemplo, los voltajes pueden ser de 220 ó
110 voltios.
La lógica tras el programa de control del
calentador utiliza un control en bucle cerrado P.I.D. con el fin de
mantener una estrecha tolerancia de la temperatura del metal fundido
justo antes de la introducción en el molde de colada. En la patente
estadounidense número 6.555.165 (Eckert) puede observarse un ejemplo
de un sistema de control de temperatura adecuado.
Claims (18)
1. Un canal de colada para transportar metal
fundido, que comprende:
- (a)
- una envuelta externa definida por una pared de fondo y dos paredes laterales;
- (b)
- una capa aislante que rellena la envuelta externa;
- (c)
- un cuerpo de canal de colada refractario conductor para transportar metal fundido, insertado en la capa aislante; y
- (d)
- un elemento de calentamiento colocado en la capa aislante, adyacente a pero separado del cuerpo de canal de colada, para proveer un espacio de aire entre el elemento de calentamiento y el cuerpo de canal de colada.
2. El canal de colada según la reivindicación 1,
en el que el espacio de aire entre el elemento de calentamiento y el
cuerpo de canal de colada es de al menos 0,5 cm.
3. El canal de colada según la reivindicación 1,
en el que el espacio de aire entre el elemento de calentamiento y el
cuerpo de canal de colada es inferior a 1,0 cm.
4. El canal de colada según la reivindicación 1,
en el que el elemento de calentamiento está colocado adyacente al
extremo de fondo del canal de colada.
5. El canal de colada según la reivindicación 4,
en el que los elementos de calentamiento están colocados adyacentes
a las paredes laterales del canal de colada.
6. El canal de colada según la reivindicación 1,
en el que el cuerpo de canal de colada está hecho de carburo de
silicio o grafito.
7. El canal de colada según la reivindicación 1,
que comprende además un medio de barrera de intrusión de metal
fijado a una superficie externa del cuerpo de canal de colada,
adyacente al elemento de calentamiento.
8. El canal de colada según la reivindicación 7,
en el que el medio de barrera de intrusión de metal está hecho de
una aleación de metales o de un no metal.
9. El canal de colada según la reivindicación 7,
en el que la aleación de metales es una aleación de
Fe-Ni-Cr.
10. El canal de colada según la reivindicación
7, en el que el no metal es grafito.
11. El canal de colada según la reivindicación
1, que comprende además termopares situados en el elemento de
calentamiento y en el cuerpo de canal de colada adyacentes al metal
fundido y un programa de control en bucle cerrado P.I.D. para
controlar la salida de calor desde el elemento de calentamiento.
12. El canal de colada según la reivindicación
7, que comprende además un detector de conductividad conectado con
una conexión a la barrera de intrusión de metal y con una segunda
conexión adaptada para su inserción en el metal fundido dentro del
canal de colada, estando dotado el detector de conductividad con un
medio para señalizar cuándo aumenta la conductividad medida como
resultado de la intrusión de metal dentro del revestimiento de canal
de colada.
13. Un procedimiento para calentar el metal
fundido que se está trasladando en un canal de colada, comprendiendo
dicho canal de colada una envuelta externa definida por una pared de
fondo y un par de paredes laterales, una capa aislante que rellena
la envuelta externa, un cuerpo de canal de colada refractario
conductor para transportar metal fundido insertado en la capa
aislante y un elemento de calentamiento colocado en la capa
aislante, adyacente a pero separado del cuerpo de canal de colada,
para proveer un espacio de aire entre el elemento de calentamiento y
el canal de colada, comprendiendo el procedimiento dirigir calor
desde el calentador hasta el cuerpo de canal de colada mediante
transferencia de calor radiativo a través del espacio de aire y
proporcionando así el calentamiento uniforme del cuerpo de canal de
colada y el metal fundido que se está trasladando en él.
14. El procedimiento según la reivindicación 13,
en el que la distancia a través del espacio de aire es de 0,5
a
1,0 cm.
1,0 cm.
15. El procedimiento según la reivindicación 13,
en el que el elemento de calentamiento está colocado adyacente al
extremo de fondo del canal de colada.
16. El procedimiento según la reivindicación 13,
en el que los elementos de calentamiento están colocados adyacentes
a las paredes laterales del canal de colada.
17. El procedimiento según la reivindicación 13,
en el que se miden la temperatura del elemento de calentamiento y
la del cuerpo de canal de colada adyacentes al metal fundido y se
utilizan para controlar la salida de calor desde el elemento de
calentamiento.
18. El procedimiento según la reivindicación 13,
en el que se proporciona un medio de barrera de intrusión de metal
sobre una superficie externa del cuerpo de canal de colada adyacente
al elemento de calentamiento y se mide la conductividad entre la
barrera de intrusión y el metal fundido dentro del canal de colada,
indicando un aumento en la conductividad la infiltración del metal
en el revestimiento del canal de colada.
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