ES2340729T3 - Vastago de tapon. - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
- B22D41/14—Closures
- B22D41/16—Closures stopper-rod type, i.e. a stopper-rod being positioned downwardly through the vessel and the metal therein, for selective registry with the pouring opening
- B22D41/18—Stopper-rods therefor
- B22D41/186—Stopper-rods therefor with means for injecting a fluid into the melt
Abstract
Un vástago (10) de tapón que comprende: un cuerpo alargado (12) que tiene una entrada en un primer extremo superior (20) y una salida en un segundo extremo inferior (16), definiendo el segundo extremo (16) del cuerpo (12) una punta (14) para su inserción en una salida (64) de una artesa; un taladro axial continuo (18) que se extiende a través del cuerpo (12) desde la entrada hasta la salida; proporcionándose un reductor (32) en el taladro axial (18) que tiene una entrada (34), una salida (35) y un pasadizo (38) entre las mismas; y un conducto (26) de suministro de gas dispuesto para suministrar gas en el taladro axial (18) por encima de la entrada (34) del reductor (32); caracterizado porque la entrada (34) del reductor (32) está colocada más cerca del primer extremo (20) que del segundo extremo (16).
Description
Vástago de tapón.
La presente invención versa acerca de un vástago
de tapón. En particular, pero no exclusivamente, la invención versa
acerca de un vástago de tapón para regular el flujo de metal fundido
desde una artesa hasta un molde durante un procedimiento de
fundición continua.
En un procedimiento de fundición continua para
fabricar acero, se vierte acero fundido desde una cuchara en un
gran recipiente de retención conocido como artesa. La artesa tiene
una o más salidas a través de las cuales fluye el acero fundido en
uno o más moldes respectivos. El acero fundido se enfría y comienza
a solidificarse para formar longitudes sólidas moldeadas
continuamente de metal. Entre cada salida de la artesa y cada molde
hay ubicada una buza sumergida, y guía el acero fundido que fluye a
través de la misma desde la artesa al molde. Un vástago de tapón
controla el caudal del acero fundido a través de la buza
sumergida.
En general, el vástago de tapón comprende un
cuerpo alargado que tiene una punta redondeada en un extremo del
mismo. Durante su uso, el vástago está orientado de forma vertical a
lo largo de su eje y está dispuesto con su punta adyacente a la
garganta de la buza sumergida, de forma que la elevación y el
descenso del vástago de tapón abre y cierra la entrada de la buza
sumergida y controla de ese modo el flujo de metal a través de la
misma. La punta del vástago de tapón está dimensionada para cerrar
completamente la entrada de la buza sumergida cuando se la hace
descender hasta una posición asentada en la garganta de la buza
sumergida.
Un problema particular asociado con el moldeo de
metal fundido es que a menudo hay presentes inclusiones (por
ejemplo, alúmina) en el metal fundido según se hace que fluya desde
la artesa hasta el molde. Dichas inclusiones tienden a depositarse
en la punta del vástago de tapón o en la buza sumergida dependiendo
de las condiciones de flujo en el canal de fundición. En
consecuencia, con el tiempo la acumulación de inclusiones puede
afectar la geometría de los componentes hasta tal grado que se
alteran las características del control de flujo del sistema y
puede tener que interrumpirse la secuencia de fundición
continua.
La inyección de un gas inerte, tal como argón,
bajando por el centro del vástago de tapón y saliendo por una vía
de descarga en la punta del tapón mitiga la acumulación y la
obstrucción de alúmina. Sin embargo, el efecto Venturi del metal
fundido que fluye más allá del tapón en la garganta de la boca crea
una presión negativa que puede ser transmitida de nuevo al vástago
de tapón a través de la vía de descarga, aspirando aire
potencialmente en el metal a través del tapón si cualquiera de las
juntas no son herméticas. Hasta la fecha, este problema ha sido
abordado proporcionando una restricción en la interfaz entre el
cuerpo y la punta del vástago de tapón. La restricción puede ser un
estrechamiento sencillo del diámetro o puede estar constituido por
un tapón con un taladro estrecho a través del mismo (o un tapón
poroso) fijado en el taladro del tapón. La restricción crea una
contrapresión y tiene como resultado una presión interna positiva en
el vástago de tapón corriente arriba de la restricción. Esta
presión interna positiva inhibe la entrada de aire en el canal de
suministro de argón, reduciendo de ese modo la cantidad de
contaminantes en el metal que está siendo moldeado.
Se comprenderá que todas las referencias a la
presión son relativas a la presión atmosférica, de forma que las
presiones negativas se relacionan con presiones por debajo de la
presión atmosférica y las presiones positivas se relacionan con
presiones por encima de la presión atmosférica.
El documento US2004/164465 describe un vástago
de tapón que incluye un vástago colocado en la punta del tapón, que
proporciona un pasadizo estrecho de gas a través del mismo. El
documento FR2787045 describe un vástago de tapón que incluye un
tapón colocado hacia la punta del tapón, que proporciona una
restricción en el diámetro del taladro. Los documentos WO01/08837 y
WO99/28066 describen cada uno vástagos de tapón que incluyen tapones
porosos ubicados, respectivamente, en la punta del tapón, o hacia
la misma.
Una desventaja del uso de una restricción
típica, tal como la descrita anteriormente, es que con el paso del
tiempo puede surgir un aumento de la presión interna, lo que puede
tener como resultado que el vástago de tapón se agriete o incluso
que reviente.
Por lo tanto, es un objetivo de la presente
invención proporcionar un vástago de tapón que aborde los problemas
mencionados anteriormente.
Conforme a un primer aspecto de la presente
invención se proporciona un vástago de tapón que comprende un
cuerpo alargado que tiene una entrada en un primer extremo superior
y una salida en un segundo extremo inferior, definiendo el segundo
extremo del cuerpo una punta para la inserción en una salida de la
artesa; un taladro axial continuo que se extiende a través del
cuerpo desde la entrada hasta la salida; proporcionándose un
reductor en el taladro axial, que tiene una entrada, una salida y
un pasadizo entre las mismas; y un conducto de suministro de gas
dispuesto para suministrar gas en el taladro axial por encima de la
entrada del reductor; caracterizado porque la entrada del reductor
está colocada más cerca del primer extremo que del segundo
extremo.
En una realización del vástago de tapón, el
reductor está ubicado de forma que, cuando se emplea el vástago de
tapón para controlar el flujo de metal fundido desde una artesa, la
salida del reductor se encuentra por debajo del nivel de metal
fundido en la artesa.
Conforme a un segundo aspecto de la presente
invención se proporciona un aparato para controlar el flujo de
metal fundido desde una artesa que comprende una artesa configurada
para recibir metal fundido hasta una profundidad operativa (estado
estable) y que tiene al menos una salida de la artesa para descargar
metal fundido a través de la misma; un vástago de tapón conforme al
primer aspecto de la invención, orientado verticalmente con su
segundo extremo dispuesto por encima de la al menos una salida de la
artesa y amovible verticalmente dentro y fuera de la al menos una
salida de la artesa con lo que controlar el flujo de metal fundido a
través de la al menos una salida de la artesa; estando ubicado el
reductor de dicho vástago de tapón a una distancia de menos del 70%
de la longitud del vástago de tapón cuando se mide desde el segundo
extremo.
Conforme a un tercer aspecto de la presente
invención se proporciona un procedimiento para controlar el flujo
de metal fundido desde una artesa que comprende: proporcionar una
artesa llena de metal fundido hasta una profundidad operativa y que
tiene al menos una salida de la artesa para descargar metal fundido
a través de la misma; orientar de forma vertical un vástago de
tapón conforme al primer aspecto de la invención, con su segundo
extremo dispuesto adyacente a la al menos una salida de la artesa; y
mover de forma vertical el vástago de tapón fuera y dentro de la al
menos una salida de la artesa para controlar de ese modo el flujo de
metal fundido a través de la misma; en el que el reductor de dicho
vástago de tapón está ubicado verticalmente en el taladro axial, de
forma que la salida del reductor se encuentra por debajo de la
superficie del metal fundido en la artesa, cuando se mueve fuera y
dentro el vástago de tapón en la al menos una salida de la
artesa.
Se comprenderá que, durante las condiciones de
estado estable de fundición, el nivel de metal fundido en una
artesa permanece a una profundidad operativa sustancialmente
constante, estando equilibrado el flujo de metal que entra de una
cuchara por el flujo de metal que sale a un molde o a moldes. Se
comprenderá que, durante su uso, se puede formar una capa (o capas)
de escoria en la superficie del metal fundido. Normalmente, habrá
una capa de escoria líquida directamente sobre la superficie del
metal fundido, pero puede haber una capa adicional de polvo encima
de la escoria líquida. Para los propósitos de la presente invención,
a no ser que se especifique lo contrario, la referencia a la
superficie del metal fundido en la artesa es, en realidad, a la
superficie de cualquier capa de escoria líquida. Aunque los
conjuntos individuales de artesa/tapón difieren, normalmente,
durante su uso, la superficie del metal fundido (y de la capa de
escoria) es de aproximadamente el 70-80% de la
altura de la artesa, con el 60-70% inferior de la
longitud del vástago de tapón sumergido normalmente en el metal
fundido en la artesa.
Los solicitantes han postulado que la
desgasificación de la porción (caliente) sumergida del vástago de
tapón puede introducir un número de especies químicas en el taladro
axial. Los solicitantes también han determinado que un reductor
típico colocado adyacente a la punta de un vástago de tapón podría
sufrir un efecto de enfriamiento adiabático de aproximadamente
260ºC (siendo la caída de temperatura una función de la temperatura
del gas en la región del reductor, siendo la temperatura en la
punta aproximadamente 1560ºC): la expansión adiabática del gas en
el reductor enfría significativamente el gas, lo que a su vez enfría
el propio reductor. En consecuencia, los solicitantes han postulado
que las obstrucciones, que parece que se producen en los reductores
típicos, pueden estar provocados por materiales gaseosos (es decir,
los productos de reacción de las especies desgasificadas) que se
condensan y forman depósitos en el reductor, restringiendo de ese
modo el flujo de gas a través del mismo y lo que tiene como
resultado un aumento en la contrapresión, lo que puede provocar que
el vástago de tapón se agriete o reviente. Sin embargo, se debe
hacer notar que tras la inspección de vástagos de tapón defectuosos
a veces no hay vestigios de obstrucciones en los reductores y los
solicitantes creen que es debido a que la temperatura aumenta en el
taladro una vez el gas deja de fluir a través de los mismos, por lo
que se evapora cualquier depósito antes de que pueda ser
detectado.
En vista de lo anterior, los solicitantes han
descubierto que proporcionar la entrada del reductor hacia el
extremo (superior) más frío del vástago de tapón reduce la
probabilidad de deposiciones químicas que surgen del enfriamiento y
de la condensación de las especies desgasificadas según pasan a
través del reductor dado que estas especies no están presentes
cuando el gas pasa a través del reductor.
La longitud axial del reductor (es decir, la
distancia entre la entrada y la salida) puede ser menor que el 10%
y normalmente entre aproximadamente el 2 y el 5% de la longitud del
vástago de tapón (es decir, la distancia entre el primer extremo y
el segundo extremo).
Preferentemente, la salida del reductor está
separada del segundo extremo del vástago de tapón. Se comprenderá
que, durante su uso, la presión caiga a través del reductor desde la
entrada hasta la salida. Una vez sale el gas de la salida del
reductor se expandirá creando una región de baja presión. Esta baja
presión permanecerá sustancialmente constante hasta el segundo
extremo del vástago de tapón. Por lo tanto, en el caso en le que el
reductor sea relativamente corto, la mayoría de la porción sumergida
del vástago de tapón no estará expuesto a una sobrepresión (es
decir, una presión positiva) y se reduce así el esfuerzo mecánico
sobre la porción sumergida (esto es particularmente ventajoso
cuando se emplea un tapón de dos partes que tiene una parte de la
punta fijada al extremo inferior del vástago de tapón o más
habitualmente un conjunto coprensado de punta/cuerpo). Además, dado
que el reductor está expuesto a menos calor cuando se encuentra en
la mitad superior del vástago de tapón, puede estar fabricado de
una mayor variedad de materiales. También se debe hacer notar que la
región de baja presión (es decir, la salida del reductor) debería
estar por debajo de la superficie del metal fundido para evitar la
entrada de aire a través de las paredes porosas del vástago de
tapón.
Se apreciará que todo lo que se requiere del
reductor es que proporcione una mayor resistencia al flujo, de
forma que provoque un aumento de la presión corriente arriba del
mismo.
La forma interna del vástago de tapón puede
constituir el reductor o el reductor puede ser un componente aparte
en forma de un tapón insertado en el taladro axial.
En una realización particular, el reductor está
fabricado de un material no poroso, tal como un producto refractario
o un metal y tiene al menos un taladro a través del mismo. Cuando
se proporciona un único taladro puede ser coaxial con el taladro
axial del vástago de tapón. Cuando se proporciona una pluralidad de
taladros (teniendo preferentemente cada uno su propia entrada y
salida) pueden estar distribuidos uniformemente en torno al eje del
taladro axial. Cada uno de la pluralidad de taladros puede ser
paralelo al taladro axial, o estar inclinado con respecto al mismo.
La forma del corte transversal de cada taladro no está limitada en
particular y cada una puede ser, independientemente, por ejemplo,
circular, elíptica o rectangular. Además, la forma del corte
transversal de cada taladro puede variar a lo largo de su longitud y
el área del corte transversal de cada taladro puede aumentar,
disminuir o permanecer constante a lo largo de su longitud.
De forma alternativa, el reductor puede estar
fabricado de un material poroso tal como un producto refractario o
un metal. Los ejemplos de estructuras porosas incluyen espumas y
sólidos sinterizados parcialmente.
En el caso en el que el al menos un taladro esté
constituido por un único taladro de corte transversal circular,
puede tener un diámetro en su punto más estrecho de entre 0,5 mm y 4
mm, preferentemente entre 0,75 mm y 3 mm. Sin embargo, se
comprenderá que se escogerá el tamaño de la restricción (es decir,
el área del corte transversal del taladro) para proporcionar la
contrapresión deseada para un caudal particular a través del vástago
de tapón.
En una disposición particularmente preferente,
el reductor tiene una entrada más estrecha que la salida, por
ejemplo formada teniendo un taladro escalonado.
Se comprenderá que cuanto mayor sea el reductor,
mayor será el grado permitido de variación en la posición del
vástago de tapón con respecto a la superficie del metal fundido en
la artesa para garantizar que la salida del reductor se encuentra
por debajo de la parte superior de la capa de escoria (es decir,
para garantizar que se proporciona presión positiva a todos los
puntos por encima de la capa de escoria, de forma que se evita la
entrada de aire). Sin embargo, un aumento en la longitud del
reductor tendrá como resultado un aumento de la contrapresión.
Además, reducir el área del corte transversal del o de los taladros
también tendrá como resultado un aumento de la contrapresión. Por
consiguiente, se debería escoger con cuidado la longitud del
reductor y el área del corte transversal del o de los taladros para
conseguir la contrapresión deseada.
En general, los vástagos de tapón están montados
por medio de un vástago de fijación fijado en el taladro axial del
tapón. El conducto de suministro de gas puede estar constituido por
un pasadizo a través del vástago de fijación. De forma alternativa,
el conducto de suministro de gas puede ser un taladro o taladros
adicionales que se extienden desde la superficie externa del
vástago de tapón hasta el taladro axial.
En una cierta realización, el cuerpo del vástago
de tapón está dotado de una punta redondeada o frustocónica en el
segundo extremo. El cuerpo puede estar formado de una pieza o puede
comprender una parte tubular alargada coprensada con una parte de
la punta.
Durante su uso, se puede proporcionar argón a
través del taladro axial.
Se describirá la invención ahora, únicamente a
título de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los
que:
La Figura 1 ilustra la variabilidad de la
temperatura del gas que fluye por un vástago de tapón cuando está
colocado en una artesa que contiene metal fundido hasta una
profundidad operativa;
la Figura 2 muestra un gráfico de la temperatura
del gas como función de la distancia a lo largo del vástago de
tapón -para el caso en el que haya colocada una reducción adyacente
a la punta del tapón, como en la técnica anterior, y en el caso en
el que un reductor esté colocado cerca de la superficie del metal
fundido en la artesa, conforme a una realización de la
invención-;
la Figura 3 muestra una vista de corte
transversal a lo largo del eje longitudinal de un vástago de tapón
conforme a una realización de la presente invención;
la Figura 4 muestra un gráfico que ilustra la
variación de la presión relativa a lo largo de la longitud del
vástago de tapón de la Figura 3;
la Figura 5A muestra una vista en planta desde
arriba de un reductor conforme a una realización de la
invención;
la Figura 5B muestra una vista lateral de corte
transversal del reductor de la Figura 5A;
la Figura 5C muestra una vista ampliada de corte
transversal similar a la de la Figura 5B;
la Figura 6 muestra un trazado calculado de
presión como función de la temperatura del gas cuando se hace fluir
argón a través del vástago de tapón de la Figura 3 con tasas
respectivas de entrada normalizada de 4, 6, 8, 10 y 12
litros/minuto (es decir, a 100 kPa de presión y 20ºC) y es
representativo de la contrapresión conseguida con un reductor
colocado conforme a la temperatura trazada; y
la Figura 7 ilustra un vástago de tapón conforme
a una realización de la invención, en uso en una artesa.
La Figura 1 ilustra la variabilidad de la
temperatura del gas a lo largo del vástago 100 de tapón cuando está
colocado en una artesa 102 que contiene acero fundido 104 hasta una
profundidad operativa 106 (es decir, hasta una cierta altura por
encima del fondo de la artesa 102). El vástago 100 de tapón
comprende una parte tubular alargada 112 con una parte en punta
redondeada coprensada 114 en su (segundo) extremo inferior 116. Se
proporciona un taladro axial continuo 118 desde el (primer) extremo
superior 120 de la parte tubular 112 hasta una punta 122 de la
punta 114. El taladro 118 tiene un corte transversal circular
sustancialmente constante a lo largo de la longitud de la parte
tubular 112 y se ahúsa hacia dentro en la punta 114. Se mantiene el
vástago 100 de tapón en una posición vertical en la artesa 102 por
medio de un vástago 126 de fijación. El vástago 100 de tapón tiene
aproximadamente la misma longitud que la altura de la artesa 102.
Como puede verse, la superficie del acero fundido 104, a su
profundidad operativa 106, es de aproximadamente el 70% de la altura
del vástago 100 de tapón desde su extremo inferior 116 (y
aproximadamente el 70% de la altura de la artesa 102).
Durante su uso, la temperatura del acero fundido
104 en la artesa 102 es de aproximadamente 1560ºC. Sin embargo, la
temperatura del gas en el taladro axial 118 del vástago 100 de tapón
(y, por lo tanto, la temperatura de la superficie interna del
taladro 118 del tapón) varía a lo largo de su longitud. Por lo
tanto, adyacente al extremo superior 120 del vástago 100 de tapón
la temperatura del gas es de aproximadamente 200ºC y en una
posición justo encima del nivel operativo 106 del acero fundido 104
en la artesa 102 la temperatura es de aproximadamente 500ºC. Por
debajo de aproximadamente un quinto de la profundidad del acero
fundido 104, la temperatura del gas es de aproximadamente 1400ºC, a
aproximadamente a mitad de camino hacia abajo de la profundidad del
acero fundido 104, la temperatura es de aproximadamente 1500ºC, y a
aproximadamente tres cuartos del camino hacia abajo de la
profundidad del acero fundido 104, la temperatura es de
aproximadamente 1550ºC.
En la Figura 2 se muestran de forma gráfica las
temperaturas calculadas del gas en diversas posiciones a lo largo
del vástago 100 de tapón para el caso en el que haya colocada una
reducción (no mostrada) adyacente a la punta 114 del tapón (marcada
como la posición "A" en la Figura 1) y el caso en el que haya
colocado un reductor 32 (mostrado en la Figura 3) en el nivel
operativo (escoria) 106 del acero fundido 104 (marcado como la
posición "B" en la Figura 1). De esta manera, los solicitantes
han descubierto que, con un reductor en la posición A, el gas que
fluye a través del taladro axial 118 experimenta una caída repentina
de la temperatura adyacente a la punta 114 del vástago de tapón, lo
que puede provocar una condensación de los materiales producidos
durante una fase precedente de desgasificación (cuando la
temperatura del vástago 100 de tapón se encuentra entre
aproximadamente 900 y 1400ºC). Sin embargo, cuando el reductor 32
está colocado adyacente al nivel operativo 106 del acero fundido
104, el gas experimenta una caída de temperatura corriente arriba de
la generación de los materiales desgasificados y, así, hay menos
probabilidad de que se depositen especies químicas no deseables en
el reductor 32. Por consiguiente, proporcionar el reductor 32 más
elevado, hacia el extremo superior 120 más frío del vástago 100 de
tapón, reduce la probabilidad de que se quede obstruido el reductor
32 debido a la deposición física de las especies químicas.
Aunque no se desea estar ligado a teoría alguna,
los solicitantes creen que se puede producir las siguientes
reacciones químicas como resultado de la desgasificación en el
vástago 100 de tapón. Por encima de 983ºC se forma monóxido de
carbono (ecuación 1). Entonces, el monóxido de carbono reacciona con
silicio para formar sílice (ecuación 2). Además, el óxido de
magnesio puede reaccionar con carbono para formar magnesio y
monóxido de carbono (ecuación 3). Entonces, se puede formar
forsterita a partir de magnesio y de sílice (ecuaciones 4 y 5).
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Algunas de las anteriores reacciones, o todas
ellas, pueden ser la causa de los depósitos químicos que bloquean
las reducciones tradicionales en uso. Sin embargo, por las razones
indicadas anteriormente, se cree que las realizaciones de la
presente invención superan este problema.
Con referencia a la Figura 3, se ilustra un
vástago 10 de tapón conforme a una realización de la presente
invención. El vástago 10 de tapón tiene una parte tubular alargada
12 con una parte redondeada 14 en punta en su (segundo) extremo
inferior 16, formada al coprensar las dos partes. Se proporciona un
taladro axial continuo 18 desde el (primer) extremo superior 20 de
la parte tubular 12 hasta un vértice 22 de la punta 14. El taladro
axial 18 tiene un corte transversal circular sustancialmente
constante de aproximadamente 38 mm a lo largo de la longitud de la
parte tubular 12. En la porción superior de la punta 14, la pared
lateral 23 del taladro 18 se curva hacia dentro antes de formar un
canal frustocónico 24 que se ahúsa suavemente hacia dentro que sale
por la punta 22. Normalmente, el taladro 18 en la salida de la punta
22 tiene un diámetro de aproximadamente 3-5 mm.
El extremo superior 20 de la parte tubular 12
está configurado para recibir un vástago 26 de fijación cuando está
en uso. Por lo tanto, hacia el extremo superior 20, se proporciona
un inserto cerámico roscado 28 en la pared lateral del taladro 18
para su acoplamiento con el extremo del vástago 26 de fijación. Se
proporciona una junta 30 corriente arriba del inserto cerámico 28
entre el vástago 26 de fijación y la parte tubular 12 para producir
una junta hermética entre los mismos. El vástago 26 de fijación
tiene un taladro a través del cual se puede suministrar gas argón
en el taladro axial 18 del vástago de tapón y, por lo tanto, en esta
realización sirve de conducto de suministro de gas. Además, hay
fijado un extremo libre del vástago 26 de fijación a un mecanismo
(no mostrado) de soporte configurado para controlar la altura y la
posición del vástago 10 de tapón, durante su uso.
En la mitad superior del vástago 10 de tapón, se
proporciona un reductor 32 en forma de "tapón" dentro del
taladro 18. En la realización ilustrada, el reductor 32 está
colocado corriente abajo del extremo superior 20 del vástago 10 de
tapón aproximadamente un 30% de la longitud del vástago 10 de tapón.
El reductor 32 comprende un cuerpo cilíndrico 36 con un taladro
circular central 38 de corte transversal constante a través del
mismo. El reductor 32 está fabricado de alúmina y tiene un diámetro
de taladro 38 de aproximadamente 1 mm y una longitud (es decir, la
distancia entre una entrada 34 y una salida 35) de aproximadamente
35 mm (que se corresponde con aproximadamente el 3,5% de la
longitud del vástago 10 de tapón).
Se comprenderá que, durante su uso, el reductor
32 provoca un aumento de la resistencia al flujo a través del
taladro axial 18 y esto tiene como resultado un aumento de la
presión corriente arriba de la entrada 34 del reductor (es decir,
contrapresión). Se puede proporcionar una cantidad predeterminada de
contrapresión al escoger con cuidado el tamaño del taladro 38 (es
decir, la longitud y el área de corte transversal) y el caudal de
gas (por ejemplo, argón) a través del taladro axial 18. En una
realización particular, es deseable hacer que la presión corriente
arriba del reductor 32 sea positiva (es decir, igual o mayor que la
presión atmosférica) y la presión corriente abajo del reductor 32
sea negativa, dado que esta disposición inhibe la entrada de aire
por encima del reductor 32 y reduce el esfuerzo mecánico debido a
una presión elevada por debajo del reductor 32. En la Figura 4 se
muestra un gráfico que ilustra tal caída de presión entre los puntos
en los que el gas entra en el extremo superior 20 del vástago 10 de
tapón y sale del extremo inferior 16 del vástago 10 de tapón. Por
lo tanto, se puede ver que se experimenta una gran caída de presión
(desde positiva a negativa) entre la entrada 34 y la salida 35 del
taladro 38 del reductor 32. Inmediatamente por debajo de la salida
35 del reductor 32 la presión del gas aumenta ligeramente pero
permanece negativa. Entonces, la presión del gas permanece
suficientemente constante hasta la punta 14 del tapón. Dado que se
ahúsa hacia dentro la punta 14 del taladro 18 hacia la punta 22, la
presión del gas cae ligeramente antes de salir del vástago 10 de
tapón. Se comprenderá que el nivel de presión negativa en el extremo
inferior 16 del vástago 10 de tapón depende del caudal de metal
fundido que pasa más allá de la punta 14 del tapón y de la geometría
del vástago 10 de tapón y de la buza sumergida con el que se está
utilizando.
Las Figuras 5A, B y C muestran un reductor 40
alternativo que, en una realización de la invención, puede ser
empleado en un vástago de tapón tal como el ilustrado en la Figura
3. El reductor 40 comprende un cuerpo frustocónico 42 que se ahúsa
ligeramente hacia fuera hacia un extremo superior 44 del cuerpo 42.
Se proporciona una sección frustocónica 46 en el extremo superior
44 que se ahúsa hacia dentro a aproximadamente 45º con respecto a la
horizontal. La sección frustocónica 46 tiene un plano superior 48
de terminación de aproximadamente la mitad de la anchura del
extremo superior 44. Se extiende una punta redondeada delgada 50
hacia arriba desde el plano 48. Se proporciona un taladro estrecho
52 (1 mm de diámetro) verticalmente a través del centro de la punta
50. El taladro 52 está escalonado en el plano 48 para formar un
taladro mayor 54 (3 mm de diámetro) que se extiende a través del
centro de la sección frustocónica 46 y del cuerpo 42. En
consecuencia, en esta realización, se proporciona una entrada 56 en
el extremo superior del taladro estrecho 52 y se proporciona una
salida 57 en el extremo inferior del taladro mayor 54.
La Figura 6 muestra un gráfico de presión
calculada corriente arriba del reductor 32 trazado como función de
la temperatura del gas cuando se hace fluir argón a través del
vástago 10 de tapón de la Figura 3 (es decir, con un taladro 38 con
un diámetro de 1 mm) a tasas respectivas normalizadas de 4, 6, 8, 10
y 12 litros/minuto. La escala de temperatura es representativa de
la posición del reductor en el taladro axial del vástago de tapón
(es decir, las temperaturas más elevadas son representativas del
reductor que está colocado más hacia abajo en el taladro). En
consecuencia, se puede ver en la Figura 6 que un caudal de 8 l/min a
través del reductor en la posición tradicional de la punta (1500ºC)
crea una contrapresión relativa de 150 kPa, mientras que cuando
está colocado en el nivel de escoria (500ºC) se puede emplear un
caudal de 12 l/min con la misma contrapresión relativa. Esto es
ventajoso porque el mayor caudal de argón significa que se puede
utilizar el vástago de tapón junto con moldes más grandes.
La Figura 7 muestra una vista de corte
transversal de un vástago 60 de tapón conforme a una realización
adicional de la invención, en uso en una artesa 62. El vástago 60
de tapón es sustancialmente similar al mostrado en la Figura 3 y,
por lo tanto, se utilizarán números similares de referencia para
piezas similares. Como se puede ver en la Figura 7, el vástago 60
de tapón está colocado de forma vertical por encima de la salida 64
en la base 66 de la artesa 62. Rodeando la salida 64 hay una boca
sumergida 68 de entrada que guía el metal fundido hasta un molde
debajo (no mostrado). La entrada de la boca sumergida 68 de entrada
comprende una región de garganta 70 curvada de forma convexa.
Durante su uso, se eleva y se hace descender la punta redondeada 14
del vástago 60 de tapón en la región de garganta 68 para controlar
el flujo de metal fundido a través de la boca sumergida 68 de
entrada. En una posición alejada del vástago 60 de tapón, se
proporciona un refuerzo 72 de la cuchara. Aunque no se muestra, el
refuerzo 72 de la cuchara está configurado para guiar el metal
desde una cuchara dispuesta encima.
Como se puede ver en la Figura 7, cuando se
proporciona metal fundido hasta una profundidad operativa 74 en la
artesa, el extremo inferior del refuerzo de la cuchara se encuentra
por debajo de la capa 76 de escoria. Además, en esta realización,
se proporciona el reductor 40 en el vástago 60 de tapón con su
entrada 56 por debajo de la superficie superior de la capa 76 de
escoria y se proporciona su salida 57 por encima de la superficie
inferior de la capa 76 de escoria. Por lo tanto, durante su uso, se
proporcionará una presión positiva por encima del reductor 40 (es
decir, por encima de la capa 76 de escoria) y se proporcionará una
presión negativa por debajo del reductor 40 (es decir, por debajo
de la capa 76 de escoria). En consecuencia, se evitará la entrada
de aire por encima del reductor 40 y se reduce mucho el riesgo de
obstrucciones debidas a la deposición física de especies químicas
en el reductor 40 debido a su posición más elevada y más fría dentro
del vástago 60 de tapón.
Los expertos en la técnica apreciarán que se
pueden llevar a cabo diversas modificaciones a las realizaciones
descritas anteriormente sin alejarse del alcance de la presente
invención. Por ejemplo, aunque la anterior presentación se ha
centrado en vástagos de tapón utilizados en artesas, los aspectos de
la invención son igualmente aplicables a vástagos de tapón
utilizados en otras aplicaciones.
Claims (11)
1. Un vástago (10) de tapón que comprende:
- un cuerpo alargado (12) que tiene una entrada en un primer extremo superior (20) y una salida en un segundo extremo inferior (16), definiendo el segundo extremo (16) del cuerpo (12) una punta (14) para su inserción en una salida (64) de una artesa;
- un taladro axial continuo (18) que se extiende a través del cuerpo (12) desde la entrada hasta la salida;
- proporcionándose un reductor (32) en el taladro axial (18) que tiene una entrada (34), una salida (35) y un pasadizo (38) entre las mismas; y
- un conducto (26) de suministro de gas dispuesto para suministrar gas en el taladro axial (18) por encima de la entrada (34) del reductor (32);
caracterizado porque la entrada (34) del
reductor (32) está colocada más cerca del primer extremo (20) que
del segundo extremo (16).
\vskip1.000000\baselineskip
2. El vástago (10) de tapón conforme a la
reivindicación 1, en el que la longitud axial del reductor (32) es
menor que el 10% de la longitud del vástago (10) de tapón.
3. El vástago (10) de tapón conforme a
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la salida
(35) del reductor (32) está separada del segundo extremo (16) del
vástago (10) de tapón.
4. El vástago (10) de tapón conforme a
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el
reductor (32) está constituido por un tapón insertado dentro del
taladro axial (18).
5. El vástago (10) de tapón conforme a
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el
reductor (32) comprende un material poroso.
6. El vástago (10) de tapón conforme a
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el reductor (32)
comprende material no poroso y el pasadizo (38) está constituido
por al menos un taladro a través del mismo.
7. El vástago (10) de tapón conforme a
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el
pasadizo (38) está constituido por un taladro que es coaxial con el
taladro axial (18) del vástago (10) de tapón.
8. El vástago (10) de tapón conforme a
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que se
proporciona una pluralidad de pasadizos (38).
9. El vástago (10) de tapón conforme a
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el
reductor (32) tiene una entrada (34) más estrecha que la salida
(35).
10. Un aparato para controlar el flujo de metal
fundido desde una artesa (62) que comprende:
- una artesa (62) configurada para recibir metal fundido hasta una profundidad operativa (74) y que tiene al menos una salida (64) de la artesa para descargar metal fundido a través de la misma;
- un vástago (10) de tapón conforme a cualquiera de las reivindicaciones precedentes, orientado de forma vertical, con su segundo extremo (16) dispuesto por encima de la al menos una salida (64) de la artesa y amovible verticalmente dentro y fuera de la al menos una salida (64) de la artesa con lo que se controla el flujo de metal fundido a través de la al menos una salida (64) de la artesa;
- estando ubicado el reductor (32) de dicho vástago (10) de tapón a una distancia de menos del 70% de la longitud del vástago (10) de tapón cuando se mide desde el segundo extremo (16).
\vskip1.000000\baselineskip
11. Un procedimiento para controlar el flujo de
metal fundido desde una artesa (62) que comprende:
- proporcionar una artesa (62) llena de metal fundido hasta una profundidad operativa y que tiene al menos una salida (64) de la artesa para descargar metal fundido a través de la misma;
- orientar verticalmente un vástago (10) de tapón conforme a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, con su segundo extremo (16) dispuesto adyacente a la al menos una salida (64) de la artesa; y
\newpage
- mover verticalmente el vástago (10) de tapón fuera y dentro de la al menos una salida (64) de la artesa para controlar de ese modo el flujo de metal fundido a través de la misma;
en el que el reductor (32) de dicho vástago (10)
de tapón está ubicado verticalmente dentro del taladro axial (18),
de forma que la salida (35) del reductor (32) se encuentra por
debajo de la superficie del metal fundido en la artesa (62), cuando
el vástago (10) de tapón se mueve fuera y dentro de la al menos una
salida (64) de la artesa.
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