ES2585117T3

ES2585117T3 - Tapones para purga de gas que comprenden indicadores de desgaste

Info

Publication number: ES2585117T3
Application number: ES13704382.4T
Authority: ES
Inventors: Bin Yang
Original assignee: Vesuvius Crucible Co
Current assignee: Vesuvius Crucible Co
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2016-10-03
Anticipated expiration: 2033-02-01
Also published as: EP2812137B1; CA2862564A1; MX2014009476A; WO2013117498A1; NZ627537A; BR112014018926A8; UA113070C2; WO2013117498A9; AU2013218143A1; EP2812137A1; CN104245185B; RU2626696C2; JP2015508022A; HUE027840T2; CN104245185A; RU2014136084A; PL2812137T3; TW201350230A; BR112014018926B1; AU2013218143B2

Abstract

Un tapón (1) de purga de gas para soplar gas dentro de un recipiente metalúrgico que comprende: (a) Un cuerpo (2) alargado hecho de un primer material refractario y que se extiende desde un primer extremo (2a) de entrada a un segundo, extremo (2b) de salida sobre una distancia, H, medida a lo largo de un eje(X1) central longitudinal que comprende, (b) Al menos un camino (3) de flujo de gas que se conecta de manera fluida a una entrada (3a) de gas localizada en dicha primera entrada de dicho cuerpo alargado a una salida (3b) de gas, localizada en el segundo extremo de salida opuesto; (c) Un indicador (5) de desgaste visual final en la forma de un núcleo alargado que se extiende desde el primer extremo (2a) de entrada a una primera distancia, h1, medido a lo largo del eje (X1) central longitudinal, que es menor que la longitud H, del cuerpo alargado, h1<H, estando hecho dicho indicador visual final de un segundo material refractario de una apariencia visual diferente al primer material refractario al menos a una temperatura comprendida entre 800 y 1500ºC, caracterizado porque, adicionalmente comprende un indicador (4) de desgaste visual intermedio parcialmente incorporado en el indicador (5) de desgaste visual final y que se extiende desde una distancia inicial, h0, a una distancia final, h2, desde el primer extremo (2a) de entrada, en donde h0<h1<h2<H y en donde el indicador (4) de desgaste visual intermedio está hecho de un tercer material, permitiendo que se produzca una apariencia visual diferente que el primero y el segundo materiales refractarios al menos a una temperatura comprendida entre 800 y 1500ºC.

Description

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DESCRIPCION

Tapones para purga de gas que comprenden indicadores de desgaste

La presente invencion se relaciona con tapones de purga refractarios en general utilizados para soplar gas dentro de un recipiente metalurgico. Se refiere en particular a dichos tapones de purga se proveen con un indicador de desgaste informando a un operador del nivel de desgaste del tapon de purga.

Antecedentes de la invencion

En los procesos de formado de metal, el metal fundido es transferido desde un recipiente metalurgico a otro, a un molde o a una herramienta. Por ejemplo una cuchara de fundicion es llenada con metal fundido salido de un horno y transferido a una artesa. El metal fundido puede ser entonces fundido desde la artesa a una herramienta para formar bloques o a un molde para formar palanquillas o lingotes. En algunos casos, es deseable soplar un gas dentro del metal fundido contenido en dichos recipientes metalurgicos. Esto puede ser util para acelerar la homogenizacion de la temperatura y composicion de un bano, para cargar inclusiones no metalicas presentes en el bloque del bano hacia la capa superior de escoria, para crear condiciones favorables dentro del metal fundido, y los similares. El gas es en general sopladO dentro del metal fundido por medio de tapones de purga localizados en el fondo o en el lado de un recipiente metalurgico tal como una cuchara de fundicion o una artesa.

Los tapones de purga tienen la forma de un bloque de material refractario, en general extendiendose a lo largo de un eje longitudinal. En un extremo del bloque, una entrada de gas es conectada a una fuente de gas presurizada que se conecta de manera fluida a una salida de gas en el extremo opuesto del bloque. La entrada de gas y la salida de gas pueden estar de manera fluida la una a la otra a traves de una red de poro abierto, por uno o mas canales (por ejemplo, en forma de ranura o con una seccion transversal circular), o una combinacion de ambas. Una red de poro abierto se dice algunas veces que produce “permeabilidad indirecta” mientras que un canal se dice que produce “permeabilidad directa”. Se reconoce en general que los tapones de permeabilidad directos son mas eficientes que los tapones de permeabilidad indirecta, mas que todo porque una red de poro comprende una tortuosidad incontrolable que afecta negativamente la permeabilidad del tapon, mientras el tamano y la geometrla del canal manufacturado puedan ser controlados para minimizar la tortuosidad, y por lo tanto incrementar la permeabilidad comparada con poros de algunos equivalentes iguales en diametro o dimensiones.

Como se ilustra en la figura 1, un tapon (1) de purga es usualmente incorporado en la pared y el lineamiento de un recipiente (31) metalurgico, con la entrada de gas enfrentandose al lado exterior del recipiente metalurgico, y con la salida de gas enfrentandose al interior del recipiente, en contacto con el metal fundido. Los terminos como “entrada de gas” y “salida de gas” siendo definidos con respecto a la direccion (11) del flujo de el gas siendo inyectada dentro del recipiente metalurgico. Debido a su estructura y ambiente extremo de trabajo, los tapones de purga se desgastan mas rapido que la llnea refractaria del recipiente, con una severa erosion del orden de varios mm o incluso cm despues de cada uso. Esto significa que durante la vida de uso de un recipiente metalurgico tal como una cuchara de fundicion, los tapones de gas necesitan ser cambiados varias veces. El cambio de un tapon de gas toma tiempo es trabajo intensivo y requiere la compra de un nuevo tapon cada vez, para que los operadores tiendan a impulsar el uso de un tapon lo mas que sea posible para extender los intervalos entre los cambios de tapon. Un peligro significativo de impulsar el uso de un tapon por mucho tiempo, es que si la erosion del tapon es demasiado profunda, la base que queda del tapon puede ser incapaz de resistir la presion del metal fundido y puede dejar un orificio de separacion de donde el metal fundido puede fluir hacia fuera libremente. Si esto sucede durante la transferencia desde la cuchara de fundicion hacia la artesa, puede salpicar metal fundido a temperaturas del orden de 1.400°C sobre toda la estacion de trabajo con consecuencias dramaticas. Para evitar que esto pase, se han propuesto en el arte indicadores de desgaste, que informan al operador del grado de erosion experimentado por un tapon de purga, quien podra decidir si puede ser usado otra vez o no.

La US5202079 propone un tipo de tapon de permeabilidad indirecta (i.e., en donde el camino del flujo de gas es definido por la porosidad del tapon) que comprende un cuerpo exterior que define la geometrla externa del tapon siendo hecho dicho cuerpo externo de un material refractario no poroso, y un nucleo interno hecho de un material refractario con mayor porosidad, permitiendo que el gas fluya desde una entrada a una salida del tapon. La seccion representativa transversal del nucleo poroso, normal al eje longitudinal del tapon, varla a lo largo de dicho eje longitudinal. Cuando un recipiente metalurgico es desocupado de su carga de metal fundido, el gas es inyectada a traves del tapon dado que todavla esta caliente, y el gas fluye hacia fuera del tapon caliente hacia el interior del recipiente vaclo brillara definiendo la forma de la seccion transversal del nucleo poroso expuesta al interior del recipiente dando al operador una indicacion sobre el nivel de erosion del tapon dependiendo de la forma de la seccion brillante. Este sistema, sin embargo, esta restringido a los tipos de tapon de permeabilidad indirecta, y reduce la eficacia del tapon por medio de restringir el camino del flujo de gas al nucleo interno del tapon. Otra desventaja de este tipo de tapon es el efecto de enfriamiento de el gas. El tapon se enfrla. Esto incrementa el

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desgaste pero tambien el riesgo de congelamiento del metal y la obstruccion del tapon.

Similarmente, la US4385752 divulga tapones porosos que comprenden un cuerpo externo poroso y un nucleo interno poroso teniendo una diferente emisividad que el refractario del cuerpo exterior. El principio es por lo tanto bastante similar al documento previo, con la diferencia de que el cuerpo externo tambien es poroso, por lo tanto incrementando la eficacia de los tapones con respecto al divulgado en US5202079. Esta solucion es, sin embargo, tambien restringida a tapones porosos unicamente.

La US5249778 extiende el principio divulgado en los dos documentos anteriores para tapones de permeabilidad directa, suministrando un tapon con uno o mas canales extendiendose desde una entrada de gas a una salida de gas, y ademas incluyendo un inserto poroso en comunicacion fluida con la entrada de gas y extendiendose, a lo largo del eje longitudinal del tapon hacia arriba a la altura correspondiente a, o cerca del final del uso del tapon.

Cuando la erosion alcanza el inserto poroso, el gas que fluye a traves del inserto poroso enfriara el centro

refractario mas rapido que la periferia, por lo tanto creando un punto oscuro en el centro indicando el fin de la vida

de servicio del tapon. Cada uno de los anteriores tapones requiere que el gas sea inyectado a traves del tapon

cuando el recipiente este vaclo, y por lo tanto no necesariamente cerca de una conexion a una fuente de gas. El enfriamiento del tapon lleva a las desventajas mencionadas arriba.

La US5330160 divulga un tapon de purga que comprende un inserto hecho de un material que tiene un punto de fusion mas bajo que el metal contenido en el recipiente, siendo insertado dicho inserto dentro de una cavidad que se extiende desde el tapon superior (que va a entrar en contacto con el metal fundido) hacia abajo a un nivel de tapon considerado como indicativo del final de la vida de servicio del mismo. El inserto de punto de fundicion bajo puede extenderse hacia arriba y es enjuagado con el extremo superior del tapon, o terminar a un nivel inferior a dicho “extremo superior” siendo llenada la parte superior de la cavidad con una capa superior hecha de un material refractario resistente al alto desgaste. Cuando la capa superior es desgastada completamente y la parte superior del material de fundicion a baja temperatura entra en contacto con el metal fundido para ser fundido, el material de fundicion a baja temperatura se derrite y es reemplazado en la cavidad por metal fundido para ser fundido. Cuando el recipiente es desocupado, algun metal permanece en la cavidad y brilla formando un “ojo magico” claramente visible por un operador. Cuando la erosion del tapon alcanza el fondo de la cavidad, el ojo magico se desaparece y el operador es entonces informado que el tapon deberla ser reemplazado. En una variacion del tapon anterior, la US5421561 divulga un tapon en donde el inserto que se funde a baja temperatura es encerrado en un tubo no- metalico que actua como un aislante termal para adicionalmente mejorar el brillo del “ojo magico”. La produccion de dicho tapon es mas bien de trabajo intensivo, dado que la cavidad necesita ser perforada dentro del cuerpo del tapon y el inserto insertado ahl mismo, mientras el espacio entre las paredes de la cavidad y el inserto debe ser disminuido. Hay que preguntarse si el indicador de desgaste visual de baja temperatura de fundicion se necesita en absoluto, dado que todo lo que se requiere es una cavidad. Mas alla, este sistema provee una senal binaria, que indica que el tapon puede ser utilizado mientras que el ojo magico este visible, pero este no le informa al operador sobre la rata de erosion del tapon. En la practica, para estar en el lado seguro, el operador reemplaza el tapon cuando el ojo magico aparece.

La presente invencion propone una solucion que permite estimar la rata de erosion del tapon la cual es muy sencilla y relativamente barata de manufacturar.

Resumen de la invencion

La presente invencion es definida por las reivindicaciones independientes adjuntas. Las reivindicaciones dependientes definen las realizaciones preferidas. En particular, la presente invencion se preocupa por un tapon de purga de gas para soplar gas dentro de un recipiente metalurgico que comprende:

1. (a) Un cuerpo largado hecho de un primer material refractario y que se extiende desde un primer, extremo de entrada a un segundo, extremo de salida sobre una distancia, H, medida a lo largo de un eje central longitudinal que comprende,

2. (b) Al menos un camino de flujo de gas se conecta de manera fluida a una entrada de gas localizada en dicha primera entrada de dicho cuerpo alargado a una salida de gas, localizada en el segundo, extremo opuesto de salida;

3. (c)Un indicador de desgaste visual final en la forma de un nucleo alargado que se extiende desde el primer extremo (2a) a una primera distancia, h1, medida a lo largo del eje central longitudinal, que es menor que la longitud, H, del cuerpo alargado, h1<H, estando hecho dicho indicador visual final de un segundo material refractario de una apariencia visual diferente que el primer material refractario al menos a una temperatura comprendida entre 800 y 1500°C,

Caracterizado porque, adicionalmente comprende un indicador de desgaste intermedio visual, parcialmente

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incorporado en el indicador de desgaste visual final y extendiendose desde una distancia inicial h0, a una distancia final, h2, desde el primer extremo de entrada, en donde h0<h1<h2<H y en donde el indicador de desgaste visual intermedio esta hecho de un tercer material, permitiendo producir una apariencia visual diferente que el primer y el segundo materiales refractarios al menos a una temperatura comprendida entre 800 y 1500°C.

Esta claro que puede ser ventajoso si el segundo material refractario del indicador de desgaste visual final y el tercer material del indicador de desgaste intermedio son seleccionados de tal forma que se permita generar una apariencia visual diferente con el primer material refractario del cuerpo a temperaturas por encima, en particular por debajo de, 800 a 1500°C, pero ya que se desea tener una indicacion del nivel de erosion del tapon sin tener que enfriar el recipiente, en la mayorla de los casos es suficiente que la diferencia visual entre los materiales aparezca en ese rango de temperatura.

El tercer material del indicador de desgaste visual intermedio puede ser un metal, preferiblemente acero, mas preferiblemente acero al carbono o acero inoxidable, que al menos parcialmente se funde en contacto con el metal fundido que va a ser fundido, de tal forma que despues de vaciar el recipiente, deje algo de dicho metal para ser fundido en la cavidad formada por el retiro del indicador visual del metal. Alternativamente, el tercer material del indicador de desgaste visual intermedio puede ser un material refractario, preferiblemente seleccionado de carburo de silicio, magnesita, alumina, Al2O3-SiO2 fundible, Al2O3, espinela, Al-C, Mg-Cr, preferiblemente Al-C, mientras que produzca una apariencia visual diferente del primero y el segundo materiales refractarios del cuerpo del tapon y del indicador de desgaste visual final, respectivamente, al menos a una temperatura comprendida entre 800 y 1500°C. Para mejor visibilidad, se recomienda usar un indicador hecho de metal. El brillo del metal es claramente visible y facilita el trabajo del operador.

El segundo material refractario del indicador de desgaste visual final puede ser seleccionado de un grupo de carburo de silicio, magnesita, alumina, AhO3-SiO2 fundible, AhO3, espinela, Al-C, Mg-Cr, preferiblemente Al-C, mientras que produzca una apariencia visual diferente del primer y, si aplica, del tercer material refractario del cuerpo del tapon y del indicador de desgaste visual intermedio, respectivamente, al menos a una temperatura comprendida entre 800 y 1500°C.

La longitud, h2-h0, del indicador de desgaste visual intermedio esta preferiblemente comprendido entre 25 y 150 mm, mas preferiblemente entre 30 y 100 mm, el mas preferido, entre 40 y 70. La altura, h2, entre la base del tapon y la parte superior del indicador de desgaste intermedio es preferiblemente no mas de 400mm, mas preferiblemente no mas de 300mm, y la mas preferible no mas de 200mm. La altura, h1-h0, de la porcion del indicador de desgaste visual intermedio incorporada en el indicador de desgaste visual final esta preferiblemente comprendida entre 10 y 75mm, mas preferiblemente, entre 15 y 50 mm, y la mas preferida entre 20 y 30 mm. Entre 20 y 80% de la longitud del indicador de desgaste intermedio es preferiblemente incorporada en el indicador de desgaste visual final; preferiblemente, 40 a 60% de la longitud del mismo es incorporada y, mas preferiblemente alrededor de la mitad del indicador de desgaste visual intermedio es incorporado en el indicador de desgaste visual final. El nivel inferior, h0, alcanzado por el indicador de desgaste visual intermedio puede ser del orden de 100 a 150mm, preferiblemente de 105 a 140 mm, y mas preferible entre 120 y 130 mm.

Para mejorar aun mas las diferencias visuales entre los dos, los indicadores de desgaste visual intermedio y final pueden tener una seccion transversal normal al eje (X1) central longitudinal de diferentes figuras. En caso de que el indicador de desgaste visual intermedio este hecho de un conductor electrico tal como un metal, un circuito electrico puede ser conectado ventajosamente a dos puntos distintos del indicador intermedio, a alturas predeterminadas. Un bombillo de luz, LED o los similares puede ser conectado a dicho circuito. Cuando la erosion del tapon alcanza la maxima conexion electrica, el circuito es interrumpido y la luz correspondiente a dicho punto se apaga, indicando al operador, aun antes de que el recipiente sea vaciado, que un cierto nivel de erosion ha sido alcanzado. Esta realizacion es particularmente adecuada para recipientes que, contario a por ejemplo, las cucharas de fundicion, no son vaciados regularmente. Por ejemplo, puede dar una indicacion del nivel de erosion de un tapon de purga montado sobre una artesa aun sin vaciar la artesa.

El tapon de purga de la presente invencion puede ser un tipo de tapon de permeabilidad directa, en donde el camino del flujo de el gas tiene la forma de una o varias ranuras extendiendose desde el extremo de entrada al extremo de salida del tapon o puede alternativamente ser del tipo de permeabilidad indirecta, en donde el camino del flujo de el gas esta definido por la porosidad abierta del primer material refractario haciendo el cuerpo del tapon.

La presente invencion tambien incluye un recipiente metalurgico que comprende un tapon de purga de gas como es discutido arriba, con la salida de gas en comunicacion fluida con el interior de dicho recipiente. El recipiente puede ser por ejemplo una cuchara de fundicion o una artesa.

Breve descripcion de las figuras.

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En las figuras adjuntas se ilustran diversas realizaciones de la presente invencion:

La Figura 1: muestra un tapon de purga montado sobre el suelo inferior de un recipiente metalurgico.

La Figura 2: muestra una vista en perspectiva de un tapon de purga de acuerdo con la presente invencion mostrando los indicadores de desgaste visuales intermedio y final.

La Figura 3: muestra diversos cortes transversales de un tapon a diferentes niveles del mismo, ilustrando la apariencia visual del tapon dependiendo del nivel de erosion del tapon.

La Figura 4; muestra una realizacion preferida de la invencion con los indicadores de luz del nivel de desgaste del tapon.

Descripcion detallada de la invencion

Como se puede ver en la Figura 2, un tapon (1) de purga de acuerdo con la presente invencion comprende un cuerpo que se extiende a lo largo de un eje (X1) longitudinal entre una entrada (3a) en un primer extremo de dicho cuerpo y una salida (3b) de gas en el extremo opuesto de dicho cuerpo, a lo largo de dicho eje longitudinal, la entrada (3a) de gas estando en comunicacion fluida con la salida (3b) de gas a traves de al menos un camino de flujo de gas. El cuerpo esta hecho de un primer material refractario. Un camino (3) de flujo de gas en forma de ranura es ilustrado en la Figura 2, definiendo un tipo de tapon de permeabilidad directa. En dicha realizacion el primer material refractario del cuerpo (1) de tapon es sustancialmente no poroso, o al menos no tiene una porosidad abierta capaz de formar un camino de flujo de gas conlinuo extendiendose desde la entrada (3a) de gas a la salida (3b) de gas del tapon. La presente invencion tambien puede ser aplicada a tipos de tapon indirectos, en donde el camino del flujo de el gas esta definido por la porosidad abierta del primer material refractario que constituye el cuerpo del tapon. Un cuerpo en forma de cono truncado es ilustrado en las Figuras, pero es claro que la presente invencion es independiente de la geometrla externa del cuerpo (1) de purga, mientras un eje (X1) longitudinal pueda ser definido.

Un tapon de acuerdo con la presente invencion comprende al menos dos indicadores, (4,5) de desgaste visuales dispuestos tal que estos puedan informar a un operador sobre al menos cuatro niveles diferentes de erosion del tapon. En particular, comprende un indicador (5) de desgaste visual final en la forma de un nucleo alargado extendiendose desde el primer extremo (2a) de entrada a una primera distancia, h1, medida a lo largo del eje (X1) central longitudinal, que es menor que la longitud, H, del cuerpo alargado, h1<H. El indicador visual final esta hecho de un segundo material refractario de apariencia visual diferente que la del primer material refractario al menos a una temperatura comprendida entre 800 y 1500°C. El indicador (5) de desgaste visual final de la presente invencion puede estar hecho de un segundo material refractario poroso como es divulgado en US4385752, y aun comprendiendo el mismo material que el primer material refractario no- poroso del cuerpo, pero con una mayor porosidad como es divulgado en US5249778. Un indicador visual poroso requiere de inyeccion de gas para crear un contraste visual indicativo del nivel de erosion. Dado que el efecto de enfriamiento del gas no es deseado y una fuente de gas no esta necesariamente disponible cuando el recipiente esta vaclo es preferible que la apariencia visual entre el indicador visual final y el primer material refractario del cuerpo sea suficientemente diferente sin la necesidad de soplar gas a traves del tapon. Por ejemplo, el primer y el segundo materiales refractarios pueden ser suficientemente diferentes sin la necesidad de soplar gas a traves del tapon. Por ejemplo el primer y el segundo materiales refractarios pueden tener diferentes colores, bastante visibles a simple vista y el indicador (5) de desgaste visual final necesita no ser poroso. Es preferible que el indicador de desgaste visual sea visible sin tener que enfriar el recipiente, para que la apariencia visual entre el primer y el segundo materiales refractarios deberlan ser diferentes al menos a una temperatura comprendida entre 800 y 1500°C. esta claro que si los dos materiales muestran una apariencia diferente a una temperatura menor es aun mejor, pero en la mayorla de los casos, es suficiente que el contraste sea visible a altas temperaturas.

El indicador (5) de desgaste visual final se extiende hacia arriba a una altura, h1 del tapon medida desde la base (2a) del tapon a lo largo del eje (X1) longitudinal, que es mayor que el nivel mas bajo admisible, h0, de erosion del tapon. Puede ser hecho de cualquiera de los siguientes materiales: carburo de silicio, magnesita, alumina, ALO3- SiO2 fundible, ALO3, espinela, Al-C, Mg-Cr. El indicador (5) de desgaste visual final es preferiblemente hecho de Al- C.

El tapon de purga de la presente invencion comprende un indicador (4) de desgaste visual intermedio adicional, hecho de un tercer material diferente del primer y el segundo materiales refractarios del cuerpo(1) del tapon y el indicador (5) de erosion visual final. El tercer material del indicador (4) de desgaste visual intermedio debe ser tal que cuando esta expuesto a la erosion, el tapon visto desde arriba (i.e., desde el interior del recipiente) produce una

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apariencia visual diferente al cuerpo (1) circundante, en el indicador (4) de desgaste visual intermedio, y en el indicador (5) de desgaste visual final cuando son expuestos. Como es ilustrado en las Figuras 2 y 3 (e), el indicador (4) de desgaste visual intermedio esta en la forma de una varilla alargada, parcialmente incorporada en el indicador (4) visual final con una porcion del mismo sobresaliendo de el. El indicador (4) de desgaste visual intermedio se extiende desde una altura h0, definiendo una altura igual o levemente por encima del maximo nivel de erosion tolerado por el tapon, a una altura h2, desde la base (2a) del tapon, en donde, h0<h1<h2<H en donde H es la altura total del tapon.

Esta disposicion se aprovecha totalmente de los dos indicadores de desgaste visuales, dado que permite que los cuatro niveles de erosion sean identificados. Como se ilustra en las Figuras 3 (a) - (d), cuando la erosion alcanza una altura, H, del tapon que esta por encima de h2 (=el punto mas alto del indicador de desgaste visual intermedio), la superficie superior del tapon como puede ser vista por un operador observando desde abajo el recipiente vaclo parece como una superficie homogenea del primer material refractario del cuerpo (2) del tapon, como se muestra en la Figura 3 (a) (corte A-A). Cuando la erosion alcanza la altura comprendida entre h2 y h1 (= el punto mas alto alcanzado por el indicador de desgaste visual final), el operador puede ver la seccion transversal del indicador (4) de desgaste visual intermedio encerrado en el primer material refractario del cuerpo (2) del tapon, como se muestra en la Figura 3 (b) (corte B-B) . Cuando la erosion procede mas alla entre h1 y h0 (= extremo inferior del indicador de desgaste visual intermedio), el operador puede ver tres porciones diferentes: el cuerpo (2) circundante encerrando la seccion transversal del indicador (5) de desgaste visual final, que as! mismo encierra el indicador (4) de desgaste visual intermedio, como se muestra en la Figura 3(c) (corte C-C). Finalmente, cuando la erosion procede por debajo de h0, la apariencia visual de la superficie superior del tapon consiste simplemente del segundo material refractario del indicador (5) incorporado en el primer material (2) refractario circundante del tapon, como se muestra en la Figura 3 (d) (corte D-D). En este punto, no puede ser mas utilizado, para que no se desgaste completamente durante la siguiente operacion dejando un orificio de separacion en donde deberla estar el tapon.

El indicador(4) de desgaste visual intermedio puede ser hecho de un tercer material refractario seleccionado de la misma lista de materiales presentados para el segundo material refractario del indicador (5) de desgaste visual final, mientras que este produzca una apariencia visual al menos en un rango de temperatura comprendido entre 800 y 1500°C que es diferente, en la una mano, del primer material refractario del cuerpo (2) del tapon, para que una erosion del tapon a una altura comprendida entre h2, y h1 pueda ser facilmente descubierta por observacion visual y, en la otra mano, desde dicho segundo material refractario, para que una erosion del tapon entre h1 y h2 pueda ser identificada. El tercer material refractario puede ser el mismo que el primer material refractario del cuerpo de tapon, pero con una porosidad mas alta, permitiendo que el gas fluya por ahl cuando la superficie superior del indicador de desgaste visual intermedio es expuesta al ambiente por erosion, y por lo tanto se enfrla a una rata mas rapida que la del cuerpo circundante, produciendo un color mas oscuro que este ultimo. Alternativamente, el tercer material refractario tambien puede ser visualmente distinto del primer y el segundo material refractario. Puede ser por ejemplo cargado con un pigmento, tal como carbono negro o dioxido de titanio, dandole un color diferente del primer y el segundo materiales refractarios.

En una realizacion alternativa, el indicador de desgaste visual intermedio puede estar hecho de un tercer material que no sea refractario y que en realidad tenga una temperatura de fundicion menor que la temperatura del metal fundido a ser contenido en el recipiente. Cuando la erosion del tapon alcanza una altura h2, de este modo exponiendo la parte superior del indicador (4) de desgate visual intermedio para entrar en contacto con el metal fundido a una temperatura mas alta que la temperatura de fundicion del tercer material, el indicador de desgaste visual intermedio se derretira y la cavidad dejada por el indicador de desgaste visual intermedio fundido queda lleno por el metal fundido contenido en el recipiente. Despues de vaciar el recipiente algun metal permanece en la cavidad formando el “ojo magico” reportado en US5330160. Debe anotarse que el indicador (5) de desgaste visual final nunca debera ser hecho de un material diferente de temperatura de fundicion baja, tras erosionar el tapon hacia abajo a una altura h1; el metal fundido que entra en contacto con la parte superior del indicador (5) de desgaste visual final lo fundirla y llenarla la cavidad dejada por este que se extiende hacia abajo a la base (2a) del tapon, y fluye hacia fuera del recipiente con consecuencias dramaticas.

El tercer, material de fundicion a baja temperatura del indicador de degaste visual intermedio puede ser escogido de un grupo de esteatita, silicato de calcio, talco, o metal. En una realizacion preferida de la invencion, el indicador de desgaste visual intermedio esta hecho de metal, preferiblemente de acero, tal como acero al carbon, o acero inoxidable. La expresion “material de fundicion a baja temperatura” es utilizada aqul para referirse a materiales que tienen una temperatura de fundicion mas baja que la temperatura del metal fundido contenido en el recipiente.

Alternativamente, el material del indicador de desgaste visual intermedio no necesariamente presenta una temperatura de fundicion mas baja que la temperatura del material fundido contenido en el recipiente. En dado caso el material es tal que se funde durante la limpieza del tapon por lanzamiento de oxlgeno. La limpieza del tapon por lanzamiento de oxigeno no es siempre necesaria pero ayuda a identificar mejor los diferentes indicadores de

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desgaste y/o funde algunos de ellos.

Los indicadores (4,5) de desgaste intermedio y final tienen la forma de un prisma alargado, de cualquier seccion transversal de geometrla: su seccion transversal puede ser redonda, para producir un cilindro, o puede ser poligonal. Si las geometrlas de seccional transversa de los indicadores de desgaste visual intermedio y final son diferentes el uno del otro, digamos uno es cuadrado y el otro es redondo, el contraste visual entre los dos puede ser aun mas impresionante y cualquier confusion entre una erosion hacia abajo a la altura comprendida entre h2 y hi (i.e., en donde el indicador (4) de desgaste visual intermedio es expuesto solo) y una erosion hacia abajo por debajo de h0 (i.e., en donde el indicador (5) de desgaste visual final es expuesto solo) por lo tanto puede ser evitada.

El indicador (4) de desgaste intermedio tlpicamente tiene una longitud comprendida entre 25 y 150 mm preferiblemente entre 30 y 100 mm, mas preferiblemente, entre 40 y 70mm. Entre el 20 y el 80% de su longitud es incorporada preferiblemente en el indicador (5) de desgaste visual final, mas preferiblemente entre el 40 y el 60% de su longitud, y aun mas preferiblemente, alrededor de la mitad del indicador (4) de desgaste visual intermedio esta incorporado en el indicador (5) de desgaste visual final. Un tapon puede ser utilizado con seguridad hasta que al menos 100mm del tapon permanezca sin erosionar. Por esta razon, el punto mas bajo, h0, alcanzado por el indicador (4) de desgaste visual intermedio deberla ser ligeramente superior de 100mm, y es preferiblemente comprendido entre 105 y 150mm, preferiblemente entre 110 y 130mm.

Si el indicador (4) de desgaste visual intermedio esta hecho de un material conductor electrico, tal como un metal, puede ser ventajoso para definir un circuito (100, 101, 102) electrico conectado a al menos dos puntos distintos de dicho indicador (4) de desgaste visual intermedio y adicionalmente comprendiendo una luz (L1, L2, L3) que indica si el circuito es operacional todavla o si esta interrumpido por la erosion del tapon. La Figura 4 muestra un ejemplo de tal realizacion en donde tres circuitos paralelos estan todos conectados al punto mas bajo del indicador(4) de desgaste visual intermedio a una altura h0, y a tres puntos de diferentes niveles del indicador, un primer circuito(102) en la parte superior, h2, del indicador un segundo(101) a la altura, h1 en donde los indicadores (4,5) de desgaste visual intermedio y final se encuentran, y un tercero (100) en la parte inferior h0, del indicador(4) pero separado de la primera conexion. Las tres luces (L1, L2, L3) estan conectadas a cada circuito paralelo y estan encendidas mientras que los circuitos sean operacionales. Cuando la erosion alcanza la altura h2 en la parte superior del indicador (4) de desgaste visual intermedio, el circuito (102) electrico es interrumpido y la luz (L2) se apaga indicando que la erosion ha alcanzado la altura, h2. A medida que la erosion alcanza la altura h1, el segundo circuito (101) electrico se interrumpe y la luz (L1) se apaga indicando que la erosion ha alcanzado el nivel h1. Finalmente, cuando la erosion alcanza la parte inferior del indicador (4) de desgaste visual intermedio a la altura h0, la tercera luz (L3) se apaga dado que el circuito (100) es interrumpido. Por supuesto, cada circuito paralelo puede ser conectado a un interruptor electrico en vez de a una luz, el interruptor estando abierto a medida que la corriente pueda fluir en cada circuito (100, 101, 102) electrico. Cada interruptor esta conectado a un segundo circuito que comprende una luz. Cuando una conexion de circuito al indicador de desgaste visual intermedio es interrumpida por la erosion, el correspondiente interruptor se cierra el segundo circuito, prendiendo la luz correspondiente. Dicho indicador de luz externo puede ser muy util para monitorizar el nivel de erosion de un tapon acoplado a un recipiente metalurgico que no es vaciado en cortos intervalos como por ejemplo en una artesa. El operador puede por lo tanto ser advertido de un nivel peligroso de erosion del tapon antes de que la artesa haya sido vaciada.

Los tapones de purga descritos arriba solamente comprenden unos indicadores (4,5) de desgaste visual intermedio y final, el anterior siendo parcialmente incorporado en el ultimo. Es claro que un adicional, tercero o hasta un cuarto indicador de desgaste puede ser incorporado posiblemente de forma parcial en otro, dando por lo tanto una lectura mas sutil de la rata de erosion de un tapon. Se cree, sin embargo, que un tapon de indicador dual de acuerdo con la presente invencion satisfara las necesidades en la mayorla de aplicaciones donde dichos tapones estan siendo utilizados.

Un tapon de purga de acuerdo con la presente invencion puede ser manufacturado muy facil y economicamente. Una unidad de indicador dual es manufacturada primero. Un indicador (4) de desgaste visual intermedio en la forma de una varilla alargada o un prisma, puede ser colocado apoyandose en el fondo de una herramienta dentro de una cavidad de profundidad correspondiente a la porcion del indicador (4) de desgaste visual intermedio que sobresale del indicador (5) de desgaste visual final. Una parte del segundo material refractario es fundida entonces sobre la varilla y es endurecida al menos parcialmente. Alternativamente, una parte del segundo material refractario es fundida en una herramienta prismatica (preferiblemente cillndrica) y mientas esta todavla viscosa, una varilla alargada o un prisma en un tercer material es sumergida parcialmente dentro de dicha parte, que es endurecida entonces, al menos parcialmente. Si se utiliza un circuito electrico, el cableado puede ser incorporado en el indicador (5) de desgaste visual final durante la manufactura de la unidad de indicador dual.

La unidad de indicador dual parcialmente endurecida es posicionada entonces en el fondo de la herramienta para producir el cuerpo (2) del tapon. Si el tapon es del tipo de herramienta directamente permeable, las laminas de un

material degradante a la temperatura de coccion deberlan ser posicionadas en donde las ranuras deben ser dispuestas. Una ranura del primer material refractario es entonces fundida sobre la unidad de indicador dual para formar el cuerpo (2) de tapon y la herramienta puede ser calentada para cocer ambos el primero y el segundo materiales refractarios. Despues de la coccion, el tapon puede ser desmoldado y los pasos del proceso final pueden 5 ser llevados a cabo como es conocido por cualquier persona en el arte. Alternativamente, el tapon puede ser fundido directamente en su carcasa metalica. El tratamiento de calor y los pasos del proceso pueden ser facilmente adaptados por una persona experta en el area.

Un tapon de purga de acuerdo con la presente invencion da informacion sobre al menos cuatro niveles de erosion 10 del tapon (como se ilustra en la Figura3) utilizando una unidad de indicador doble simple, que comprende un indicador (4) de desgaste visual intermedio parcialmente incorporado en un indicador (5) de desgaste visual final. El diseno simple del tapon es, muy facil y economico de producir, ligeramente igual a un tapon estandar sin indicador, sin requerir el paso de la labor mecanizacion intensiva para taladrar una cavidad para insertar una varilla en ella como en US5330160 o en US5421561. Esto permite la implementacion de un “ojo magico” como se describe en los 15 documentos anteriores, con funcionalidades adicionales y en un modo mas simple de producir. La presente invencion puede ser implementada en tapones de purga de tipo de permeabilidad directa e indirecta de igual forma.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

REIVINDICACIONES

1. Un tapon (1) de purga de gas para soplar gas dentro de un recipiente metalurgico que comprende:

(a) Un cuerpo (2) alargado hecho de un primer material refractario y que se extiende desde un primer extremo (2a) de entrada a un segundo, extremo (2b) de salida sobre una distancia, H, medida a lo largo de un eje(X1) central longitudinal que comprende,

(b) Al menos un camino (3) de flujo de gas que se conecta de manera fluida a una entrada (3a) de gas localizada en dicha primera entrada de dicho cuerpo alargado a una salida (3b) de gas, localizada en el segundo extremo de salida opuesto;

(c) Un indicador (5) de desgaste visual final en la forma de un nucleo alargado que se extiende desde el primer extremo (2a) de entrada a una primera distancia, h1, medido a lo largo del eje (X1) central longitudinal, que es menor que la longitud H, del cuerpo alargado, h1<H, estando hecho dicho indicador visual final de un segundo material refractario de una apariencia visual diferente al primer material refractario al menos a una temperatura comprendida entre 800 y 1500°C,

caracterizado porque, adicionalmente comprende un indicador (4) de desgaste visual intermedio parcialmente incorporado en el indicador (5) de desgaste visual final y que se extiende desde una distancia inicial, h0, a una distancia final, h2, desde el primer extremo (2a) de entrada, en donde h0<h1<h2<H y en donde el indicador (4) de desgaste visual intermedio esta hecho de un tercer material, permitiendo que se produzca una apariencia visual diferente que el primero y el segundo materiales refractarios al menos a una temperatura comprendida entre 800 y 1500°C.
2. El tapon de purga de gas de acuerdo con la reivindicacion 1 en donde el tercer material del indicador (4) de desgaste visual intermedio es un metal, preferiblemente acero, y mas preferiblemente acero al carbono o acero inoxidable, que al menos parcialmente se funde en contacto con el metal fundido que va a ser fundido, dejando una cavidad que contiene algo de dicho metal para ser fundido.
3. El tapon de purga de gas de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el tercer material del indicador (4) de desgaste visual intermedio es un material refractario, preferiblemente seleccionado del grupo de carburo de silicio, magnesita, alumina, Al2O3-SiO2 fundible, Al2O3, espinela, Al-C, Mg-Cr, preferiblemente Al-C.
4. El tapon de purga de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el segundo material del indicador (5) de desgaste visual final es un material refractario, preferiblemente seleccionado del grupo de carburo de silicio, magnesita, alumina, AhO3-SiO2 fundible, AhO3, espinela, Al-C, Mg-Cr, preferiblemente Al-C, y es diferente del indicador de desgaste visual intermedio en caso de que este sea hecho de un material refractario.
5. El tapon de purga de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la longitud, h2-h0, del indicador (4) de desgaste visual intermedio esta comprendida entre 25 y 150 mm, preferiblemente entre 30 y 100 mm, y mas preferiblemente, entre 40 y 70 mm, y la altura, h2, entre la base del tapon y la parte superior del indicador de desgaste intermedio es no mas de 400mm, preferiblemente no mas de 300mm y mas preferiblemente no mas de 200mm.
6. El tapon de purga de gas de acuerdo con la reivindicacion precedente, en donde la longitud, h1-h0, de la porcion del indicador (4) de desgaste visual intermedio incorporada en el indicador (5) de desgaste visual final esta comprendida entre 10 y 75mm, preferiblemente, entre 15 y 50 mm, y mas preferiblemente entre 20 y 30 mm.
7. El tapon de purga de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde los indicadores (4, 5) de desgaste visual intermedio y final tienen una seccion transversal normal al eje (X1) central longitudinal de diferentes formas.
8. El tapon de purga de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde dichos al menos un camino (3) de flujo de gas tiene la forma de una o varias ranuras que se extienden desde el extremo (2a) de entrada y entrada y el extremo (2b) de salida de un tapon o esta definido alternativamente por la porosidad abierta del primer material refractario realizando el cuerpo (2) del tapon.
9. El tapon de purga de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el indicador (4) de desgaste visual intermedio esta hecho de un material de conduccion electrica, tal como un metal y en donde un circuito (100, 101, 102) electrico esta definido entre dos puntos distintos del indicador (4) de desgaste visual intermedio, a un nivel comprendido entre h0 y h2, comprendiendo adicionalmente dicho circuito electrico un

indicador de luz (L1, L2, L3) conectado al mismo.
10. Un recipiente (31) metalurgico que comprende un tapon de purga de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, con la salida (3b) de gas en forma de comunicacion fluida con el interior de dicho

5 recipiente.
11. El recipiente metalurgico de acuerdo con la reivindicacion precedente que es una cuchara de fundicion o una artesa.

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