ES2572686T3 - Elemento cerámico refractario de barrido con gas - Google Patents

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Abstract

Elemento cerámico refractario de barrido con gas con las siguientes características: a) el elemento de barrido con gas comprende un cuerpo cerámico refractario (10), a través del cual puede fluir un gas en la dirección axial (A-A) del elemento de barrido con gas, entre su primer extremo (10u) y su segundo extremo (10o), b) en el primer extremo (10u) del cuerpo (10) está formada una cámara (20), que se extiende por al menos un 50 % de la superficie de sección transversal del cuerpo (10) en el primer extremo (10u), c) un conducto de alimentación de gas (30) desemboca, separado del cuerpo cerámico refractario (10), en la cámara (20), d) la cámara (20) es al menos parcialmente permeable a los gases hacia el cuerpo cerámico (10), e) en la cámara (20) está dispuesta al menos una placa (50) entre una primera posición final, dirigida en sentido opuesto al cuerpo cerámico refractario (10), y una segunda posición final, dirigida al cuerpo cerámico refractario (10), aunque separada de la parte del cuerpo (10) a través de la cual puede fluir el gas, de manera que puede moverse libremente en la dirección axial (A-A) del elemento de barrido con gas, definiéndose la segunda posición final por uno o varios topes (20a), f) la placa (50) está dimensionada, configurada y dispuesta en la cámara (20) de tal modo que se garantiza un flujo de gas desde el conducto de alimentación de gas (30) por la cámara (20) hasta el primer extremo (10u) del cuerpo cerámico refractario (10) incluso cuando la placa (50) está en su segunda posición final.

Description

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DESCRIPCION
Elemento ceramico refractario de barrido con gas
La invencion se refiere a un elemento ceramico refractario de barrido con gas, es decir a un dispositivo de barrido con gas, en particular para vasijas metalurgicas, con las que se manipulan masas de metal fundido, por ejemplo para una cuchara de colada (en ingles ladle) o una artesa de colada. Pertenecen a estas vasijas/unidades tambien aquellas para metales no ferrosos tales como plomo.
Un dispositivo de barrido con gas de tipo generico, tal como se conoce por el documento DE 197 55 199 C1, presenta una tapon ceramico refractario de barrido con gas y una camara de distribution de gas dispuesta en el fondo del, desde la que se extienden zonas permeables a los gases a traves del tapon de barrido con gas hasta el extremo en el lado de salida de gas del tapon de barrido con gas. Ademas, el dispositivo de barrido con gas comprende un conducto de alimentation de gas, que desemboca, con una abertura en el lado de salida de gas, en la camara de distribucion de gas.
Mediante un dispositivo de barrido con gas de este tipo se inyecta un gas de tratamiento o una mezcla gas-solido en la masa de metal fundido.
Cuando disminuye la presion de gas y/o el dispositivo de barrido con gas se acorta (en particular por desgaste debido a un ataque metalurgico) existe el riesgo de una infiltracion de la masa de metal fundido en el elemento de barrido con gas o a traves del elemento de barrido con gas.
Para reducir este riesgo, el documento DE 197 55 199 C1 propone disponer en la camara de distribucion de gas una cubierta que se fija con una section a la camara de distribucion de gas y con otra section, que puede moverse libremente, cubre la abertura en el lado de salida del conducto de alimentacion de gas. A la presion de gas normal, el gas empuja la cubierta alejandola y el gas puede fluir por la camara de distribucion de gas y la seccion porosa del tapon de barrido con gas hasta adentrarse en la masa de metal fundido. A presion reducida o cuando se interrumpe el flujo de gas, la seccion movil de la cubierta se deposita como un tapon sobre la abertura en el lado de salida de gas del conducto de alimentacion de gas y la obtura.
El dispositivo de barrido con gas conocido ha demostrado basicamente su eficacia, pero requiere una cubierta flexible (con capacidad de flexion), por ejemplo de chapa delgada. Debido a un cambio frecuente en la presion de gas o a temperaturas mas altas en la camara de distribucion de gas puede limitarse la funcionalidad de la cubierta.
Por el documento JP 2010189687 A se conoce un dispositivo de barrido con gas, en el que en el conducto de alimentacion de gas se guia de manera cargada por resorte un elemento de cierre en forma de placa. A este respecto, el elemento de cierre puede moverse entre topes correspondientes en el conducto de alimentacion de gas. En las posiciones finales se interrumpe la alimentacion de gas.
La invencion se basa en este sentido en el objetivo de ofrecer un elemento ceramico refractario de barrido con gas de tipo generico, que presente una elevada seguridad funcional incluso cuando oscila la presion de gas y/o la parte ceramica del elemento de barrido con gas esta parcialmente cerrada.
La invencion parte de un elemento ceramico refractario de barrido con gas con las siguientes caracteristicas:
- el elemento de barrido con gas comprende un cuerpo ceramico refractario, a traves del cual fluye un gas en la direction axial (A-A) del elemento de barrido con gas, entre su primer extremo y su segundo extremo,
- en el primer extremo del cuerpo esta formada una camara, que se extiende por al menos un 50 % de la superficie de seccion transversal del cuerpo en el primer extremo,
- un conducto de alimentacion de gas desemboca, con una separation con cuerpo ceramico refractario, en la camara,
- la camara es al menos parcialmente permeable a los gases hacia el cuerpo ceramico.
Esto se corresponde con la estructura de un dispositivo de barrido con gas segun el documento DE 197 55 199 C1.
A diferencia del dispositivo de barrido con gas conocido, el elemento de barrido con gas segun la invencion comprende las siguientes caracteristicas adicionales:
- en la camara esta dispuesta al menos una placa entre una primera position final, dirigida en sentido opuesto al cuerpo ceramico refractario, y una segunda posicion final dirigida hacia el cuerpo ceramico refractario, aunque separada de la parte del cuerpo a traves de la cual fluye el gas, de manera que puede moverse libremente en la direccion axial (A-A) del elemento de barrido con gas,
- la placa esta dimensionada, configurada y dispuesta en la camara de tal modo que se garantiza un flujo de gas desde el conducto de alimentacion de gas por la camara hasta el primer extremo del cuerpo ceramico refractario incluso cuando la placa esta en su segunda posicion final.
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La diferencia esencial con respecto al dispositivo de barrido con gas segun el documento DE 197 55 199 C1 radica en que en la camara de distribucion de gas esta dispuesta de manera suelta una placa, mientras que en el dispositivo conocido se fija una cubierta a la camara.
Segun la invention, la placa se mueve en el interior de la camara de distribucion de gas entre una primera position final (cuando el gas por ejemplo esta apagado) y una segunda posicion final (a una presion de gas normal), y en concreto esencialmente en la direction axial del elemento de barrido con gas, es decir en la direction principal, en la que el gas fluye a traves de la parte ceramica del elemento de barrido con gas.
Es importante que el gas pueda fluir por la camara de distribucion de gas en la parte permeable a los gases del cuerpo ceramico refractario incluso cuando la placa esta en su segunda posicion final (levantada). Por este motivo, la placa debe presentar en la segunda posicion final una separation con la parte del cuerpo ceramico refractario, a traves de la cual fluye el gas.
La parte superior de la camara de distribucion de gas (visto en la direccion del flujo de gas fundamental) permanece a este respecto libre e impide que la placa se apoye directamente en el lado inferior del cuerpo ceramico refractario.
Segun una forma de realization, la camara se extiende por al menos un 90 % de la superficie de section transversal del cuerpo en el primer extremo. Generalmente, la camara de distribucion de gas presenta una seccion transversal practicamente identica a la del cuerpo refractario adyacente, es decir, ambos estan alineados en la direccion axial.
La camara de distribucion de gas puede estar formada por una carcasa de metal.
Segun una forma de realizacion, el conducto de alimentation de gas desemboca en una seccion de la camara, opuesta al cuerpo ceramico refractario. Mirando el elemento de barrido con gas en una posicion como la que tendria estando montado en el fondo de una vasija metalurgica, entonces el conducto de alimentacion de gas desemboca en este caso desde abajo en la camara. Esta orientation del elemento de barrido con gas es la aplicable tambien en lo sucesivo, mientras no se indique lo contrario.
De ello se deriva que la placa movil cubre el conducto de alimentacion de gas cuando la presion de gas esta por debajo de un valor minirno, para presionar la placa hacia arriba. En esta posicion inferior, la placa desempena por tanto una funcion de seguridad con respecto a una posible infiltration de masa de metal fundido. En caso de que la masa de metal fundido penetrara en la camara, la placa la retendria inicialmente.
En el caso de una placa porosa, en particular una placa de poro abierto, la placa puede incluso absorber masa de metal fundido. Ademas se evita que fluya masa fundida al interior del conducto de alimentacion de gas 30.
La segunda posicion final, es decir la posicion levantada de la placa, puede definirse por uno o varios topes, formando de un espacio libre entre la placa y el primer extremo (inferior) del cuerpo ceramico refractario.
Este al menos un tope puede sobresalir del primer extremo del cuerpo ceramico refractario en direccion a la placa; tambien es posible que el al menos un tope este formado en el lado de dentro en la camara, preferiblemente cerca del cuerpo ceramico. Tambien es posible formar el o los topes en la placa, por ejemplo mediante resaltes o nervios sobresalientes en el lado dirigido al cuerpo ceramico.
La superficie de seccion transversal (la base) de la placa es habitualmente algo menor que la seccion transversal interior de la camara, para posibilitar la mencionada movilidad de la placa en la direccion axial del dispositivo de barrido con gas.
Preferiblemente, la placa esta configurada de tal modo que queda de manera circundante un intersticio esencialmente uniforme con respecto a la pared interior de la camara. El intersticio esta dimensionado de tal modo que se obtiene una buena movilidad de la placa, sin que esta se tuerza.
Esto se aplica en particular cuando la placa es en si misma impermeable a los gases. En este caso, el gas fluye en cierto modo alrededor de la placa antes de fluir al espacio libre entre la placa y el primer extremo del cuerpo ceramico refractario y desde alli por el cuerpo ceramico, permeable a los gases.
El cuerpo ceramico puede esta configurado con una denominada porosidad no alineada y/o con una porosidad alineada. La “porosidad no alineada" puede caracterizarse por una “estructura esponjosa”, con la que el gas fluye por la ceramica a lo largo de poros abiertos en zigzag. Con la “porosidad alineada” el flujo de gas se produce de manera ampliamente lineal mediante canales definidos, ranuras o similares. Los canales discurren por lo general en la direccion axial del elemento de barrido.
La placa tambien puede ser al menos parcialmente permeable a los gases.
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Esta permeabilidad a los gases puede conseguirse de diferentes maneras:
En el caso mas sencillo, la placa presenta varias aberturas discretas, por las que puede fluir el gas. Lo mejor es que las aberturas esten distribuidas de manera uniforme por la superficie, para conducir el gas de manera uniforme a la parte del cuerpo permeable a los gases.
Sin embargo, la placa tambien puede presentar una especia de estructura esponjosa, es decir una especie de “porosidad no alineada”. En este sentido, la placa puede estar compuesta por ejemplo por un metal sinterizado o por una ceramica refractaria con porosidad no alineada.
Para garantizar la funcionalidad del dispositivo de seguridad (camara de distribucion de gas con placa movil) incluso en situaciones criticas, una forma de realization preve refrigerar la camara.
Para ello, la camara puede presentar una valvula, a la que se conecta un conducto de gas refrigerante. La camara tambien puede presentar al menos una pared que forma parte de un dispositivo de refrigeration, por ejemplo el fondo de la camara puede estar formado con doble pared y que un agente refrigerante fluya a traves de la misma.
Segun otra forma de realizacion, la placa presenta al menos una abertura, por la que pasa una varilla, que discurre en la direction axial del dispositivo de barrido con gas, presentando la abertura una section transversal que es ligeramente mayor que la seccion transversal de la varilla.
Esta varilla puede desempenar varias funciones: por un lado la varilla sirve para guiar la placa en la direccion axial del elemento de barrido con gas.
Sin embargo, la varilla puede desempenar al mismo tiempo funciones adicionales. Por ejemplo, la varilla puede ser un termopar, con el que se mide la temperatura en el elemento de barrido con gas.
La varilla tambien puede servir como indicador de grosor restante. Por ejemplo, la varilla puede ser una varilla hueca, cuyo extremo en el cuerpo ceramico esta cerrado. Si se solicita la varilla hueca con gas y el cuerpo ceramico esta desgastado hasta el punto de que el extremo cerrado de la varilla hueca se funde y el gas escapa, la presion de gas cae de manera correspondiente e indica el desgaste.
Otras caracteristicas de la invention se desprenden de las caracteristicas de las reivindicaciones dependientes asi como del resto de documentos de la solicitud.
A continuation se explica mas detalladamente la invencion con ayuda de diversos ejemplos de realizacion. A este respecto muestran, en representation esquematica en cada caso:
La figura 1:
La figura 2: La figura 3: La figura 4:
una seccion longitudinal a traves de una primera forma de realizacion de un elemento de barrido con gas con la alimentation de gas apagada.
igual que antes, pero en el estado operativo a una presion de gas normal.
una representacion como la de la figura 1, pero para un segundo ejemplo de realizacion.
igual que la figura 3, pero en el estado operativo a una presion de gas normal.
En las figuras, los componentes iguales o con la misma funcion se representan con los mismos numeros de referencia.
El elemento ceramico refractario de barrido con gas segun las figuras 1,2 presenta las siguientes caracteristicas:
- un cuerpo ceramico refractario 10 con forma troncoconica (en ingles, frustoconical shape), del que solo se representa la parte inferior y que se extiende en la direccion axial A-A del elemento de barrido con gas entre un primer extremo (inferior) 10u y un extremo superior indicado (esquematicamente) con 10o.
En la direccion axial A-A discurren canales 12 por el cuerpo ceramico 10, que presenta por tanto una porosidad alineada.
En el primer extremo 10u del cuerpo 10 esta formada una camara 20, que se extiende por toda la superficie de seccion transversal del cuerpo 10 en el extremo inferior 10u y que esta compuesta por metal.
La camara 20 presenta un fondo cerrado 20b, una pared circundante 20w y un techo 20d con aberturas 20o en la prolongation de los canales 12.
En la zona de transition entre la pared 20w y el techo 20d puede observarse en el lado de dentro un tope circundante 20a.
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En el fondo 20b desemboca por el centro un conducto de alimentacion de gas 30.
Con una separacion con el conducto de alimentacion de gas 30 puede observarse otro conducto de alimentacion de gas 40, que esta cerrado hacia el espacio interior de la camara 20, como se muestra en particular en la figura 2, aunque tambien puede estar abierto.
En el espacio interior de la camara 20 esta dispuesta una placa ceramica refractaria 50, que se situa segun la figura
1 sobre el fondo 20b de la camara 20 y esta dimensionada de tal modo que existe de manera circundante un intersticio entre la placa 50 y la pared 20w.
La placa 50 presenta una denominada porosidad no alineada, es decir una estructura interna esponjosa, de modo que el gas que entra fluyendo por el conducto 30 puede fluir por la porosidad abierta de la placa 50.
A una presion de gas correspondiente se levanta al mismo tiempo la placa 50 (figura 2), hasta que alcanza su posicion superior maxima, cuando la placa 50 choca contra el tope 20a.
Tal como se muestra en la figura 2 existe entonces siempre aun una separacion entre el lado superior de la placa 50 y el techo 20d de la camara 20, de modo que el gas, que ha fluido por la placa 50 o entre la placa 50 y la pared 20w al espacio 20r, puede seguir fluyendo desde alli por las aberturas 20o y los canales 12 en direccion a la masa de metal fundido (no representada).
En el caso de usar una camara 20 sin techo 20d, la separacion entre la placa 50 y el cuerpo 10 puede conseguirse mediante resaltes, que discurren desde el lado inferior del cuerpo 10 entre los canales 12 y sobresalen hacia abajo.
La movilidad axial de la placa 50 se favorece mediante un termopar 70 en forma de varilla que, a traves de correspondientes aberturas en el fondo 20b, en la placa 50 y en el techo 20d llega hasta el interior del cuerpo ceramico 10 y alli termina con una separacion con el extremo superior (no representado) 10o del elemento de barrido con gas. A este respecto, la abertura en la placa 50 esta dimensionada con un tamano tal que la placa 50 se mueve sin problemas en la direccion axial A, cuando aumenta o cae la presion de gas.
La figura 2 muestra el dispositivo de barrido con gas en el estado operativo; la figura 1 el caso en el que no entra fluyendo ningun gas; la placa 50 desempena entonces una funcion de seguridad, al cubrir el conducto de alimentacion de gas 30.
El cierre del conducto de gas 40 puede dimensionarse de tal modo que se funda o se deteriore cuando en la zona de la camara de distribucion de gas 20 se supera una temperatura determinada, de modo que por ejemplo en el caso de un aumento de temperatura inesperado, por ejemplo debido a que penetra masa de metal fundido, puede conducirse un gas refrigerante a traves del conducto 40 a la camara, para enfriar la masa fundida.
Con el termopar 70 puede medirse la temperatura en puntos correspondientes en el cuerpo ceramico 10. Tambien asi puede indicarse de manera indicativa un estado de desgaste determinado o una infiltracion de masa de metal fundido
Los ejemplos de realizacion segun las figuras 3, 4 se diferencian de los ejemplos de realizacion segun las figuras 1,
2 en que a la camara 20 se conecta un espacio de refrigeracion 60 adicional, que se extiende, al igual que la camara 20, por toda la seccion transversal del extremo inferior 10u del cuerpo 10, estando el conducto de gas 40 en este ejemplo de realizacion abierto en el extremo superior. Esto posibilita que el espacio 60 se refrigere de manera continua y por tanto tambien el fondo 20b de la camara 20. El espacio de refrigeracion 60 esta formado de manera analoga a la camara 20 por una caja de metal.
En las figuras 3, 4 no esta representado el conducto de retorno para el gas refrigerante.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Elemento ceramico refractario de barrido con gas con las siguientes caracteristicas:
    a) el elemento de barrido con gas comprende un cuerpo ceramico refractario (10), a traves del cual puede fluir un gas en la direccion axial (A-A) del elemento de barrido con gas, entre su primer extremo (10u) y su segundo extremo (10o),
    b) en el primer extremo (10u) del cuerpo (10) esta formada una camara (20), que se extiende por al menos un 50 % de la superficie de seccion transversal del cuerpo (10) en el primer extremo (10u),
    c) un conducto de alimentacion de gas (30) desemboca, separado del cuerpo ceramico refractario (10), en la camara (20),
    d) la camara (20) es al menos parcialmente permeable a los gases hacia el cuerpo ceramico (10),
    e) en la camara (20) esta dispuesta al menos una placa (50) entre una primera posicion final, dirigida en sentido opuesto al cuerpo ceramico refractario (10), y una segunda posicion final, dirigida al cuerpo ceramico refractario (10), aunque separada de la parte del cuerpo (10) a traves de la cual puede fluir el gas, de manera que puede moverse libremente en la direccion axial (A-A) del elemento de barrido con gas, definiendose la segunda posicion final por uno o varios topes (20a),
    f) la placa (50) esta dimensionada, configurada y dispuesta en la camara (20) de tal modo que se garantiza un flujo de gas desde el conducto de alimentacion de gas (30) por la camara (20) hasta el primer extremo (10u) del cuerpo ceramico refractario (10) incluso cuando la placa (50) esta en su segunda posicion final.
  2. 2. Elemento ceramico refractario de barrido con gas segun la reivindicacion 1, cuya camara (20) se extiende por al menos un 90 % de la superficie de seccion transversal del cuerpo (10) en el primer extremo (10u).
  3. 3. Elemento ceramico refractario de barrido con gas segun la reivindicacion 1, cuya camara (20) esta formada por una carcasa metalica.
  4. 4. Elemento ceramico refractario de barrido con gas segun la reivindicacion 1, cuyo conducto de alimentacion de gas (30) desemboca en una seccion de la camara (20) opuesta al cuerpo ceramico refractario (10).
  5. 5. Elemento ceramico refractario de barrido con gas segun la reivindicacion 1, cuya placa (50) en la primera posicion final cubre el conducto de alimentacion de gas (30).
  6. 6. Elemento ceramico refractario de barrido con gas segun la reivindicacion 1, cuya placa (50) en la segunda posicion final se apoya contra uno o varios topes (20a), formando un espacio libre (20r) entre la placa (50) y el primer extremo (10u) del cuerpo ceramico refractario (10).
  7. 7. Elemento ceramico refractario de barrido con gas segun la reivindicacion 1, cuya placa (50) en la segunda posicion final se apoya contra al menos un tope, que sobresale del primer extremo del cuerpo ceramico refractario en direccion a la placa (50), formando un espacio libre (20r) entre la placa (50) y el primer extremo (10u) del cuerpo ceramico refractario (10).
  8. 8. Elemento ceramico refractario de barrido con gas segun la reivindicacion 1, cuya placa (50) en la segunda posicion final se apoya contra al menos un tope (20a), formado en el lado interno en la camara (20), formando un espacio libre (20r) entre la placa (50) y el primer extremo (10u) del cuerpo ceramico refractario (10).
  9. 9. Elemento ceramico refractario de barrido con gas segun la reivindicacion 1, cuya placa (50) en su lado adyacente al cuerpo ceramico (10) presenta al menos una seccion sobresaliente, formando un espacio libre (20r) entre la placa (50) y el primer extremo (10u) del cuerpo ceramico refractario (10) en la segunda posicion final.
  10. 10. Elemento ceramico refractario de barrido con gas segun la reivindicacion 1, cuya placa (50) es al menos parcialmente permeable a los gases.
  11. 11. Elemento ceramico refractario de barrido con gas segun la reivindicacion 1, cuya placa (50) esta compuesta por un material ceramico refractario.
  12. 12. Elemento ceramico refractario de barrido con gas segun la reivindicacion 1, cuya camara (20) puede refrigerarse.
  13. 13. Elemento ceramico refractario de barrido con gas segun la reivindicacion 1, cuya camara (20) presenta al menos una pared (20b) que forma parte de un dispositivo de refrigeracion.
  14. 14. Elemento ceramico refractario de barrido con gas segun la reivindicacion 1, cuya placa (50) presenta al menos una abertura por la que pasa una varilla (70) que discurre en la direccion axial (A-A) del dispositivo de barrido con gas, presentando la abertura una seccion transversal, que es ligeramente mayor que la seccion transversal de la varilla.
  15. 15. Elemento ceramico refractario de barrido con gas segun la reivindicacion 1, en el que la varilla (70) forma parte de un indicador de grosor restante del dispositivo de barrido con gas.
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