MX2011009905A - Tapon ceramico refractario. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un tapón cerámico a prueba de fuego, para controlar un flujo de metal que circula pasante en el área de una abertura de salida de un crisol de horno metalúrgico, tal como una artesa de colada.

Description

TAPÓN CERÁMICO REFRACTARIO DESCRIPCIÓN La invención se refiere a un tapón cerámico refractario (tapón) , para regular el flujo de una fusión de metal en la región de una abertura de salida de un recipiente de fusión metalúrgica, por ejemplo de una artesa de colada .

Este tapón usualmente se construye como sigue: comprende un cuerpo en forma de varilla con un primer extremo y un segundo extremo, en donde el cuerpo consiste de al menos un material cerámico refractario. Con forma de varilla, debe entenderse en el sentido técnico, es decir que la longitud del cuerpo es mucho mayor que su diámetro/su ancho. Desde el primer extremo del cuerpo, una abertura tipo saco (orificio ciego) se extiende en dirección axial del cuerpo hacia el segundo extremo, en donde esta abertura alcanza hasta una región de conexión con una base y la región de conexión termina frente al segundo extremo del cuerpo. En el primer extremo del cuerpo, se proporciona una así denominada región de alimentación, ya que aquí un gas de tratamiento más preferiblemente un gas inerte tal como argón, se dirige a la abertura del tapón. A fin de dirigir el gas, que fluye a través de la abertura, desde la región del segundo extremo del cuerpo a una fusión de metal, al menos un canal de gas recorre desde la región de conexión de la abertura hasta una sección de superficie del cuerpo en la región de su segundo extremo. Este canal de gas tiene un área en sección transversal que es más pequeña que el área en sección transversal de la abertura.

El tapón se dispone inmediatamente en la región de espita (boquilla) del recipiente de fusión metalúrgica, específicamente en la orientación vertical con el primer extremo en la parte superior y el segundo extremo en el fondo, adyacente a la espita. Al subir y bajar el tapón, un canal de anillo puede agrandarse o reducirse respecto a la espita, a fin de regular la cantidad de la fusión de metal dirigida a través de / de flujo pasante.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Figura 1: vista en sección longitudinal de un tapón de la técnica previa.

Figura 2: diagrama de gasto de flujo trazado contra ancho de espacio de un tapón y espita correspondiente.

Figura 3 : vista en sección longitudinal de un tapón de acuerdo con la invención en una primera modalidad.

Figura : vista en sección longitudinal de un tapón de acuerdo con la invención en una segunda modalidad.

Figura 5: vista en sección longitudinal de un tapón de acuerdo con la invención en una tercer modalidad .

La Figura 1 muestra esta estructura conocida, en donde el tapón tiene el número de referencia 10 y una espita correspondiente, con el número de referencia 50. El extremo inferior (segundo) mostrado 14 del tapón 10 está en una posición ligeramente elevada de manera tal que entre el tapón 10 y la espita 50, se forma un canal de anillo a través del cual puede fluir la fusión S desde una artesa de colada que no se ilustra, a la espita 50 y desde ahí a las instalaciones corriente abajo.

El gas de tratamiento, que se alimenta mediante la abertura 16 y de ahí se dirige al canal de gas 18 en la dirección de la flecha G, que recorre coaxialmente al eje longitudinal central M del cuerpo tipo tapón 10, deja tapón 10 en la región de una abertura de espita 20 en la parte más inferior del segundo extremo 14 y desde ahí fluye a la fusión S.

Para subir y bajar el tapón 10, se conoce el sujetar una palanca de metal en la región de la abertura 16, que con su sección se proyecta desde el tapón 16 hacia la parte superior, se sujeta a un dispositivo elevador correspondiente.

Respecto a la mención de la parte superior y fondo dentro del alcance de ésta solicitud, ésta información se refiere a la posición de funcionamiento del tapón.

Una válvula de control del tipo mostrado se ha utilizado por mucho tiempo. Sin embargo se ha conocido que en operación ocurren irregularidades en el comportamiento de flujo de la fusión, de tiempo en tiempo .

Entre otras cosas, esto es provocado por el transporte y alimentación del gas.

De la DE 10 2005 029 033 B4 , se conoce un tapón de cierre, en donde un cuerpo relleno de se extiende sobre parte de la apertura - visto en una dirección axial del cuerpo- en donde un canal de gas se extiende a través del cuerpo de relleno o entre el cuerpo de relleno y el cuerpo de tapón - en una dirección axial del cuerpo de relleno - paralela al eje longitudinal central del tapón de cierre o espiral, helicoidal o tipo serpentín o tipo hebra, que conecta fluidamente la abertura con el canal de gas, que transporta el gas a la superficie del segundo extremo del tapón.

De esta manera, se crea un medio para ajustar la resistencia a flujo de gas.

Un objeto de la invención es optimizar un tapón del tipo descrito, en la medida en que se logre un flujo de fusión controlado incluso con la diferente ubicación del tapón respecto a la espita.

Para resolver este objeto, la invención se basa, en la siguiente realización: En la Figura 2, el gasto de flujo (m3/h) se traza en la abscisa contra el ancho de espacio entre el segundo extremo (la punta o nariz) de un tapón y la espita correspondiente en la ordenada, específicamente para un dispositivo de acuerdo con la Figura 1.

La línea punteada caracteriza esquemáticamente la dependencia en una aplicación en donde no fluye gas, mientras que la línea cerrada caracteriza la dependencia de las dos características cuando se alimenta el gas.

Mientas que hay una dependencia casi lineal entre el ancho de la abertura y la cantidad de fusión guiada pasante en el caso de estar sin gas, puede detectarse una notable inestabilidad, en el caso de que se alimente un gas de tratamiento. En éste región de inestabilidad ocurren fallas en el vaciado con defectos posibles en el producto final.

Mientras que con un bajo ancho de abertura a su vez, hay una dependencia casi lineal en la cantidad de fusión correspondiente, ocurren inestabilidades en la región con el fondo oscuro. Ésta región de inestabilidad a su vez es seguida por una curva casi lineal. El flujo mostrado a la izquierda del punto de inestabilidad se designa como un flujo tarugo y el flujo mostrado a la derecha del punto de inestabilidad, se designa como flujo burb j eante .

Es evidente que una planta de vaciado continuo solo puede operarse en forma óptima fuera de la región de inestabilidad mostrada en la Figura 2. Sólo entonces puede lograrse un cambio específico del flujo de fusión en términos de cantidad y curva de flujo, al cambiar el ancho del espacio.

Es aquí donde entra la invención.

Un tapón cerámico refractario de acuerdo con la invención para regular un flujo de fusión de metal, proporciona las siguientes características: - un cuerpo en forma de varilla con un primer extremo y un segundo extremo, desde el primer extremo del cuerpo, una abertura tipo saco se extiende desde una región de alimentación en la dirección axial del cuerpo hasta una región de conexión con una base, - desde la región de conexión de la abertura, al menos un canal de gas recorre hasta una sección de superficie del cuerpo en la región de un segundo extremo, - el canal de gas tiene un área en sección transversal, que es más pequeña que el área en sección transversal de la abertura, sobre la abertura, se proporciona al menos una sección a través de la cual un gas suministrado desde la región de alimentación a la región de conexión, se guía de manera forzada, en donde la sección proporciona una sección transversal de flujo efectivo que es más pequeña que la de la abertura, - en la región de la abertura entre la base y una sección adyacente a la base, un dispositivo para medir la presión del gas en esta región se dispone o conecta .

La sección mencionada tiene una función así denominada restrictora, como se conoce fundamentalmente de la ya mencionada DE 10 2005 029 033 B4. Mientras que sobre esta sección hay una presión de gas relativamente baja, se reducen de nuevo la sección transversal de flujo reducido para el gas en la región de la sección lleva a un claro incremento de la presión del gas y la velocidad de gas que sigue esto, debido a la sección transversal de fluj o agrandado .

A través del flujo de fusión de metal, se desarrollan diferentes condiciones de presión en la fusión, dependiendo del ancho de abertura entre el tapón y la espita, como resultado de lo cual un vacío diferente actúa en el gas alimentado.

Con el dispositivo para medir la presión de gas en la región de conexión de la apertura, la presión exacta del gas que sale del tapón, puede determinar si el en cualquier tiempo con un tapón de acuerdo con la invención. De acuerdo con esto, conociendo estos datos de presión medidos, puede ajustarse el ancho del espacio entre el tapón y la espita de manera tal que ocurra la operación de vaciado, fuera de la región de inestabilidad como se muestra en la Figura 2.

Esto se explicará mediante un ejemplo: durante el vaciado, el objetivo regular es un flujo burbujeante. Para este objetivo, el tapón y la espita se disponen de manera conveniente entre sí, como una función de la cantidad y la presión del gas alimentado. Si por ejemplo, debido a la operación, la salida de vaciado tiene que reducirse o se reduce por influencias metalúrgicas, tales como obturación en un tubo de inmersión, que sigue la espita en un aspecto técnico fluido, hay un riesgo de que se entre a la región de inestabilidad y se incremente la cantidad de vaciado a pesar de una reducción del ancho del espacio entre el tapón y la espita. Este caso se manifiesta a través de fluctuaciones de presión en la región de conexión de un tapón ya que demasiado gas entra al flujo de fusión reducido. Este fenómeno ahora se utiliza para la detección temprana del patrón de flujo cambiado. Al reducir la presión del gas en la región de conexión, el tapón cae ligeramente en la dirección de la espita, se reduce el ancho del espacio y disminuye el flujo de fusión, según se desea.

El dispositivo para medir la presión de gas puede disponerse directamente en la región mencionada de la abertura, por ejemplo como un manómetro de presión, más preferiblemente como un dispositivo de medición de presión electrónico, que soportar las ahí predominantes temperaturas (aproximadamente 1,500 a 1,600 grados C) . La transmisión de valores de presión medidos a una unidad de evaluación puede efectuarse mediante cables resistentes a temperatura o en forma inalámbrica, por ejemplo por radio .

Debido a estas altas temperaturas y el poco espacio disponible, en la región de abertura para disponer el dispositivo de medición, una modalidad alterna de la invención proporciona un canal de medición en la región de la abertura entre la base y la sección adyacente a la base, que conecta la región de conexión de la abertura con un dispositivo para medición de presión. De ésta manera, el dispositivo de medición de presión actual también puede disponerse fuera del tapón, más preferiblemente en una región en donde predominan menos temperaturas ambiente, es decir por ejemplo en la región del dispositivo elevador mencionado para subir y bajar el tapón. En el canal de medición, la misma presión de gas que en la región de conexión de la abertura predomina, de manera tal que puede medirse exactamente.

El canal de medición puede llevar desde la región de conexión de la abertura al menos en secciones a través del cuerpo en la dirección de su primer extremo. El canal de medición después se dirige fuera del cuerpo por ejemplo sobre el baño de fusión y dirige al dispositivo para medición de presión mediante una línea de conexión.

La sección de restrictor o reductor mencionada puede incorporarse en formas diferentes. Una posibilidad es disponer la sección en la propia abertura. Para este objetivo, la sección puede formarse de un cuerpo de relleno dispuesto en forma estacionaria en la abertura, en donde al menos permanece libre un pasaje de gas entre el cuerpo de relleno y una pared correspondiente de la abertura .

De acuerdo con una modalidad alterna, la sección se forma por un cuerpo de relleno dispuesto de manera estacionaria en la abertura, que se extiende sobre toda la sección transversal de la abertura, en donde al menos un pasaje de gas recorre a través del cuerpo de relleno sobre el cual puede fluir un gas hacia la región de conexión de la abertura.

Una posibilidad adicional de diseñar la sección proporciona un cuerpo de relleno que se extiende sobre toda la sección transversal de la abertura y -en dirección axial- divide a la abertura en dos regiones, y un canal que conecta la primer región de la abertura con la otra región de la abertura y tiene una sección transversal que es menor que la sección transversal de cada región de la abertura. Por ejemplo, el canal recorre a través del cuerpo de tapón con abertura de entrada y salida en la pared de la abertura.

Estos pasajes de gas tienen cada uno una sección transversal que es más pequeña que la sección transversal de la abertura. Por ejemplo, la proporción es al menos 1:5 o al menos 1:10, pero también puede ser superior a eso. En términos absolutos, el diámetro puede ser de 15 a 30 mm y los canales de gas con reducida sección transversal entre 2 y 7 mm.

El canal de gas como mínimo que lleva a la sección de la superficie de la región del segundo extremo del cuerpo, puede ser un canal de gas discreto, individual, que por ejemplo recorre coaxialmente al eje longitudinal central del tapón. Sin embargo, una pluralidad de canales de gas dispuestos próximos entre sí con una sección transversal de flujo correspondiente pequeña cada uno pueden disponerse. Una posibilidad adicional es diseñar las secciones de nariz así denominada (segundo extremo) del tapón, al menos parcialmente con una porosidad no dirigida (aleatoria) es decir que el gas no fluya en una forma lineal desde la abertura de a la superficie del tapón, como en un canal, sino en una forma tipo zig-zag, de acuerdo con la porosidad abierta en ésta sección de extremo del tapón.

Adicionales características de la invención se obtienen de las características de las reivindicaciones dependientes, así como los otros documentos de la solicitud .

A continuación la invención se explica con más detalle mediante tres modalidades ejemplares. Ahí, cada una de secciones longitudinales a través de modalidades de un tapón de acuerdo con la invención, se ilustra en una representación esquemática. Componentes de acción idéntica o idénticos se explican a través de números de referencia idénticos.

El tapón de acuerdo con la Figura 3, comprende un cuerpo cerámico refractario 10. En la dirección axial del tapón, una abertura 16 recorre desde un primer extremo 12 hasta un segundo extremo 14 y de esta manera desde una región de alimentación 22 para un gas de tratamiento hasta una región de conexión 24 con una base 26.

De la región de conexión 24 de la abertura 16, un canal de gas recorre hasta la sección de superficie 20 del cuerpo 10 en la región del segundo extremo 14. El canal de gas 18 tiene un área en sección transversal que representa aproximadamente 1/10 del área en sección transversal de la abertura 16.

Sobre la abertura 16 se proporciona un cuerpo de relleno 30 que forma una sección con la cual la abertura 16 se subdivide en una región superior 32 y una región inferior 34. El cuerpo de relleno 30 se extiende sobre toda el área en sección transversal de la abertura 16 y comprende una abertura pasante media 36, que conecta las secciones 32, 34 entre sí. La sección transversal de flujo de la abertura pasante 36 es claramente más pequeña que la sección transversal de la abertura 16. La sección 30 forma un tipo de restrictor.

El tapón se incorpora con un dispositivo 40 que comprende una línea de gas 42 y un manómetro de presión 44. La línea de gas 42 se extiende desde una pared 38 de la región 34, después recorre en la dirección del primer extremo 12 a través del cuerpo 10, a fin de entonces dejar el cuerpo 10 al exterior y continuar en una línea de gas, que lleva hasta el manómetro de presión 44.

Con el manómetro de presión 44, la presión de gas en la región 34 del tapón, esto es, en la región por debajo del cuerpo de relleno 30, puede medirse en forma continua. Dependiendo de si la presión de gas medida en el caso de la aplicación respectiva, es muy elevada o muy baja, puede generarse una señal mediante un programa de computación conveniente a fin de subir o bajar el tapón respecto a la espita y regular el gasto de flujo de la fusión .

La modalidad ejemplar de acuerdo con la Figura 4 difiere de la modalidad ejemplar de acuerdo con la Figura 3 en que la sección (cuerpo de relleno) 30 separa por completo la sección 32 de la sección 34 hablando técnicamente en sentido fluido. En este caso, el gas fluye desde la región 32 mediante una derivación 36' dentro del cuerpo 10 a la región 34, en donde la sección transversal del flujo de la derivación 36', corresponde aproximadamente a la del pasaje de gas 36 en la modalidad ejemplar de acuerdo con la Figura 3.

En la región 34, esto es entre la base 26 y la sección 30, se dispone un manómetro de presión de diafragma 44 ' , que es parte del dispositivo para determinar la presión de gas en la región 34. El manómetro de presión de diafragma 4 ' comprende un diafragma de metal permeable a gas resistente a alta temperatura, que abulta en forma diferente dependiendo de la presión de gas. El cambio de ruta completo en el proceso se detecta mediante una línea de medición 42 ' en una unidad de evaluación 46 y convierte en valores de presión de gas correspondientes. Como se describió, el valor respectivo es una indicación al trabajador de la industria del acero para regular o incrementar el gasto de flujo de la fusión de acero, para no entrar a la zona crítica (Figura 2) .

La modalidad de acuerdo con la Figura 5, corresponde de manera fundamental con aquella de acuerdo con DE 10 2005 029 033 B4 , con la condición de que en la región 34 que es muy pequeña en este caso entre la sección (cuerpo de relleno) 30 y la base 26, se dispone un dispositivo de medición de presión electrónico 44", desde el cual una línea de medición 42" dirige a una unidad de evaluación 46, en donde la línea de medición 42" se extiende parcialmente a través del cuerpo 10 del tapón.

En lugar de transmisión de los valores de medición mediante cable, también puede proporcionarse transmisión inalámbrica, por ejemplo por radio.

Es evidente que el manómetro de presión 44 y las unidades de evaluación 46 se disponen en una región en la que de preferencia predominan bajas temperaturas, es decir fuera del baño de fusión.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un tapón cerámico refractario para controlar un flujo de fusión de metal con las siguientes características: 1.1 un cuerpo en forma de varilla con un primer extremo y un segundo extremo, 1.2 desde el primer extremo del cuerpo, una abertura tipo saco se extiende desde una región de alimentación en una dirección axial del cuerpo hasta una región de conexión con una base, 1.3 desde la región de conexión de abertura al menos un canal de gas recorre hasta una sección de superficie del cuerpo en la región de su segundo extremo, 1.4 el canal tiene un área en sección transversal que es más pequeña que el área en sección transversal de la abertura, 1.5 sobre la abertura, al menos una sección se proporciona a través de la cual un gas suministrado desde la región de alimentación a la región correspondiente, se alimenta de manera forzada, en donde la sección tiene una sección transversal de flujo efectivo que es más pequeña que la de la abertura, 1.6 en la región de la abertura entre la base y la sección adyacente a la base, un dispositivo para medir la presión de gas en esta región, se dispone o conecta .

2. El tapón de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado por un canal de gas que recorre coaxialmente a la abertura.

3. El tapón de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la sección se encuentra dentro de la abertura.

4. El tapón de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la sección se forma con un cuerpo de relleno dispuesto estacionario en la abertura, en donde al menos un pasaje de gas entre el cuerpo de relleno y una pared correspondiente de la abertura, permanece libre.

5. El tapón de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la sección se forma por un cuerpo de relleno dispuesto en forma estacionaria en la abertura, que se extiende sobre toda la sección transversal de la abertura, en donde al menos un pasaje de gas recorre a través del cuerpo relleno a través del cual fluye un gas en la dirección de la región de conexión de la abertura.

6. El tapón de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque un cuerpo de relleno que se extiende sobre toda la sección transversal de la abertura y divide la abertura en dirección axial hacia dos regiones y con un canal que conecta la primer región de la abertura con la otra región de la abertura y tiene una sección transversal que es más pequeña que la sección transversal de cada región de la abertura.

7. El tapón de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo para la medición de la presión de gas comprende un manómetro de presión.

8. El tapón de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo para la medición de la presión de gas comprende un canal de medición que conecta la región de conexión de la abertura con un dispositivo de medición de presión.

9. El tapón de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el canal de medición dirige desde la región de conexión al menos en secciones a través del cuerpo en la dirección de su primer extremo.

10. El tapón de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo para la medición de la presión de gas comprende un dispositivo de medición de presión dispuestos en la región de conexión.

11. El tapón de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo para medir la presión de gas, comprende un manómetro de presión de diafragma.

12. El tapón de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo para medición de la presión de gas, comprende un dispositivo para medición de presión electrónico.