MX2014003510A - Fondo de cuchara de colada con canal de doble entrada. - Google Patents

Fondo de cuchara de colada con canal de doble entrada.

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Johan Richaud
William Chung
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Vesuvius Crucible Co
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Abstract

Una cuchara de colada metalúrgica y, más particularmente, el fondo de la cuchara de colada o un bloque de cuchara de colada en el fondo de la cuchara de colada, que tiene una salida a través de la cual puede drenar el metal fundido; el fondo de la cuchara de colada contiene un canal de extremo abierto limitado por al menos una pared con una dimensión principal perpendicular a una línea que une el centro de la entrada de salida con el centro de la pared; en configuraciones seleccionadas, las caras opuestas de las paredes que limitan el canal de extremo abierto son convexas en el plano horizontal y cóncavas en el plano horizontal, respectivamente.

Description

FONDO DE CUCHARA DE COLADA CON CANAL DE DOBLE ENTRADA CAMPO TÉCNICO Esta invención se relaciona en general con artículos refractarios y, más particularmente, con una forma refractaria usada en la transferencia de metal fundido en una operación de fundición continua.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Una cuchara de colada es un recipiente que se usa para contener o transportar una porción de metal líquido durante operaciones metalúrgicas. Una capa de escoria cubre, frecuentemente, la superficie superior del metal líquido, tal como en la producción de acero. Cuando se requiere, el metal líquido se puede drenar de la cuchara de colada a través de una salida localizada en el fondo de la cuchara de colada. Durante el drenaje, de manera deseable y ventajosa, la cuchara de colada se vacía completamente del metal sin que este se contamine por la escoria. La contaminación no es deseable y puede causar dificultades a las operaciones de fundición o refinación, así como provocar defectos en los productos de metal intermedios o finales.
La contaminación por escoria puede ocurrir tanto por escoria flotante como incorporada. La escoria es, típicamente, menos densa que el metal líquido y flota, generalmente, en una capa separada sobre la superficie de una porción en reposo de metal líquido. Durante el vertido del metal líquido, la escoria puede quedar incorporada dentro de la corriente que fluye. La incorporación es la presencia de partículas de escoria en el acero fundido. La incorporación ocurre, frecuentemente, cuando la turbulencia altera la interfaz entre el metal fundido y la escoria. Tal turbulencia puede provocar que se mezclen el metal fundido y la escoria. Bajo condiciones de reposo, la escoria incorporada flota, eventualmente, hacia la superficie; sin embargo, la turbulencia de colada puede mantener una cantidad sustancial de escoria incorporada en el metal fundido.
A medida que el metal drena de la cuchara de colada, la escoria flotante se aproxima a la salida y aumenta la probabilidad de contaminación de la corriente de metal por la escoria. Un operador detendrá el vertido cuando detecta escoria en la corriente de metal fundido que sale de la cuchara de colada. El operador puede incluso detener, prematuramente, el vertido para evitar escoria en el flujo de salida de la cuchara de colada. La escoria y el metal que quedan en la cuchara de colada son descartados. El descarte de metal disminuye el rendimiento, lo que es costoso e ineficiente pero al mismo tiempo es necesario para reducir la contaminación por escoria.
Existen varios métodos y artículos para detectar escoria en la cuchara de colada o en el flujo de salida de la cuchara de colada. Frecuentemente, estos métodos requieren la acción del operador e incluyen dispositivos de detección electrónica y sónica que se colocan en el interior y el exterior de la cuchara de colada. Por ejemplo, un detector colocado en la cuchara de colada puede detectar un descenso en el nivel de metal fundido mediante la medición de un cambio en la resistividad eléctrica cuando la escoria flotante interseca el detector sumergido. De modo similar, los impulsos sónicos pueden identificar la presencia de escoria en el flujo de salida de la cuchara de colada. Ambas técnicas solo detectan la presencia de escoria y no disminuyen, activamente, la presencia de escoria en el flujo de salida.
El fenómeno de vorticidad contribuye a la incorporación de escoria en el flujo de salida de la cuchara de colada. La vorticidad es el desarrollo de movimiento de fluido dominado por rotación alrededor de una línea curvada aislada en el espacio, tal como en un remolino. En la cuchara de colada, este movimiento se desarrolla alrededor de una línea curva que pasa a través de la salida de la cuchara de colada. Una vez creados, los vórtices tienen la tendencia a persistir.
La materia anterior describe varias configuraciones para reducir la vorticidad. Tal configuración incluye almenas alargadas que se aproximan a la salida. Una modalidad muestra almenas que irradian simétricamente desde la salida. Las almenas simétricas se describen como reductores de vorticidad. Sin embargo, esta configuración no está optimizada para la reducción de vorticidad.
Persiste la necesidad de un artículo en el cual se minimiza la vorticidad y la incorporación de escoria resultante.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Por consiguiente, se ha desarrollado una configuración de fondo de cuchara de colada en la cual se minimizó la vorticidad. Esta configuración aumenta la eficiencia de una operación de drenaje de cuchara de colada que incluye las etapas de reducir la cantidad de metal descartado, evitar el flujo prematuro de escoria a través de la salida y reducir la contaminación por escoria en el efluente de metal fundido.
La presente invención se relaciona con una cuchara de colada metalúrgica, un fondo de cuchara de colada metalúrgica y, especialmente, un bloque de salida que tiene una salida a través de la cual puede drenar el metal fundido y un método para incrementar la fracción de metal líquido que se puede drenar de la cuchara de colada a través de la salida sin contaminación por escoria.
La invención incluye un fondo de cuchara de colada y un bloque de salida que tiene un canal de salida. El canal está conformado por dos paredes separadas por una distancia W. Las paredes se pueden sostener por un bloque que contiene la salida de bloque de cuchara de colada o una extensión de este. Alternativamente, una primera pared se puede sostener por un bloque que contiene la salida de bloque de cuchara de colada, o por una extensión de este, y el bloque de cuchara de colada se puede configurar de modo que, en el uso, otra porción del fondo de cuchara de colada, o una estructura separada unida al fondo de cuchara de colada, sirva como una segunda pared de canal en el lado opuesto a la salida de bloque de cuchara de colada de la primera pared. En modalidades particulares, una primera pared tiene una dimensión principal perpendicular a una línea que une el centro de la entrada del canal de salida con el centro de la pared. La salida de fondo de cuchara de colada se encuentra entre las dos paredes. Las dos paredes tienen una longitud L. La salida de fondo de cuchara de colada tiene una dimensión principal D en su entrada. Se ha descubierto que una configuración en la que D= L= 5 D, ½ D= W < 3.5 D y 0.8 = L/W= 2.5 produce una reducción de la vorticidad. En ciertas modalidades, D= W < 3.5 D. En ciertas modalidades, H > D. Además, se encontró que las configuraciones en las cuales una pared es convexa o cóncava en la sección horizontal y configuraciones en las que paredes opuestas separadas por el puerto de salida conforman un par convexo/cóncavo, producen una reducción de la vorticidad. La convexidad y concavidad en estas paredes pueden presentarse en la forma de una curva suave proyectada para formar una superficie curva suave, pueden tomar la forma de una serie de líneas proyectadas para formar facetas planas o pueden ser una combinación de una o más curvas suaves y una o más líneas proyectadas para formar una superficie que contiene porciones de curva suave y porciones de facetas planas. Además, una o cada una de las paredes puede contener una muesca curva en su punto medio.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una representación esquemática de un bloque de cuchara de colada de la presente invención.
La Figura 2 es una representación esquemática de componentes seleccionados de un bloque de cuchara de colada de la presente invención.
La Figura 3 es una representación esquemática de componentes seleccionados de un bloque de cuchara de colada de la presente invención.
La Figura 4 es una vista en perspectiva de un bloque de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad A).
La Figura 5 es una vista en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad B).
La Figura 6 es una vista en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad A).
La Figura 7 es una vista en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad B).
La Figura 8 es una vista en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad B).
La Figura 9 es una vista en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad C).
La Figura 10 es una vista en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad C).
La Figura 11 es una vista en perspectiva de componentes refractarios de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad D).
La Figura 12 es una representación gráfica del rendimiento de los fondos de cuchara de colada de la materia anterior y la Modalidad A.
La Figura 13 es una representación gráfica del rendimiento de los fondos de cuchara de colada de la materia anterior y las Modalidades B y C.
La Figura 14 es una vista esquemática en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad A) que muestra líneas de corriente de flujo.
La Figura 15 es una vista esquemática en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad A) que muestra líneas de corriente de flujo.
La Figura 16 es una vista esquemática en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad B) que muestra líneas de corriente de flujo.
La Figura 17 es una vista esquemática en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad B) que muestra líneas de corriente de flujo.
La Figura 18 es una vista esquemática en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad B) que muestra líneas de corriente de flujo.
La Figura 9 es una vista esquemática en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad B) que muestra líneas de corriente de flujo.
La Figura 20 es una vista esquemática en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad B) que muestra líneas de corriente de flujo.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La Figura 1 muestra una modalidad de un bloque de cuchara de colada 10 de la presente invención. El bloque de cuchara de colada 10 contiene un cuerpo de bloque de cuchara de colada 20 a través del cual pasa un orificio de salida 21 en dirección descendente desde una superficie superior de cuerpo de bloque de cuchara de colada 23. Las paredes 25 se extienden en dirección ascendente desde el cuerpo de bloque de cuchara de colada 20. Las paredes 25 están dispuestas en lados opuestos del orificio de salida 21. Las paredes 25 están separadas por un canal de salida que tiene un ancho W. Las paredes 25 tienen una altura indicada por h. Las paredes 25 tienen una longitud indicada por L. El orificio de salida 21 tiene una dimensión principal indicada por D. La superficie interior de pared 26 es la porción de pared 25 orientada hacia el volumen por encima del orificio de salida 21.
El orificio de salida 21 puede tener una entrada en la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 con la forma de un círculo o con la forma de un óvalo. La entrada del orificio de salida 21 puede ser circular o puede describir un óvalo. La dimensión principal D del orificio de salida 21 puede ser paralela a la longitud L de las paredes 25. La superficie del orificio de salida 21 que desciende desde la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 puede incluir una porción frustocónica. Normalmente, la salida se encuentra en el punto inferior de la cuchara de colada.
En ciertas modalidades de la presente invención, una única pared se extiende en dirección ascendente desde el cuerpo de bloque de cuchara de colada 20. En tales configuraciones, el canal de salida se define por la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23, la pared 25 y una superficie de cooperación localizada a través del orificio de salida de la única pared. Para una configuración de pared única, W/2 es la distancia desde la superficie interior de pared hasta el punto central del orificio. Las modalidades particulares de la invención que tienen una única pared o dos paredes pueden definirse como un bloque de cuchara de colada refractario que comprende un cuerpo de bloque de cuchara de colada que tiene una superficie superior y que define un orificio de salida que tiene un centro en el plano de la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada, donde el bloque de cuchara de colada refractario comprende, además, una pared 25 que tiene un eje principal horizontal 27 y una superficie interior 26 adyacente al orificio de salida, en donde el eje principal horizontal tiene un punto central 28, en donde la línea 29 que pasa a través del centro 30 del orificio de salida en el plano de la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada y el punto central del eje principal horizontal 28 es perpendicular al eje principal horizontal, en donde la distancia 31 desde el centro del orificio de salida 30 en el plano de la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada hasta la superficie interior de pared es W/2 y en donde ½ D= W. En modalidades particulares, D= W o D < W= 3.5 D. Se disponen extremos opuestos de la pared en la proximidad de los extremos opuestos del eje principal horizontal.
Se ha descubierto que una configuración en la que D= L= 5 D, D= W= 3.5 D y 0.8= L/W < 2.5 produce una reducción de la vorticidad. En configuraciones particulares, 1= L/W= 1.5.
En el uso, el cuerpo de bloque de cuchara de colada se puede fijar en, y rodeado por, un fondo de cuchara de colada. En la Figura 1 no se muestran las paredes de la cuchara de colada que se extienden en dirección ascendente desde el fondo de la cuchara de colada para contener el metal líquido y la escoria. El orificio de salida 21 está, normalmente, en el punto inferior de la cuchara de colada.
Las superficies de pared expuestas pueden incluir caras horizontales, caras en ángulo con la horizontal y paredes laterales que están expuestas al metal líquido. Las paredes laterales pueden ser verticales o sustancialmente verticales en relación con el fondo de la cuchara de colada. Las paredes laterales pueden ser curvas, oblicuas o de cualquier otra forma a fin de permitir presión de descarga en el flujo por encima de la salida y reducir la contaminación por escoria.
A medida que el metal fundido sale de la cuchara de colada a través del orificio de salida, disminuye el nivel de metal fundido en la cuchara de colada con la escoria flotando en él. La pared o paredes del bloque de cuchara de colada impiden la vorticidad, se considera que la relación geométrica de los elementos del bloque de cuchara de colada impide la rotación del flujo alrededor de un eje vertical que produciría vorticidad. Las superficies horizontales del fondo de cuchara de colada que tienen una elevación mayor que la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada tienen la ventaja de menor densidad de la escoria y su mayor viscosidad en comparación con el metal líquido para recolectar o atrapar la escoria al mismo tiempo que permiten que el metal fundido siga hacia la salida.
La Figura 2 es una representación de una sección plana de elementos seleccionados de un bloque de cuchara de colada de la presente invención. En esta representación, el orificio de salida 21 es adyacente a un par de paredes 25, una de las cuales tiene una superficie convexa en el plano horizontal orientado hacia el orificio de salida 21 y la otra tiene una superficie cóncava en el plano horizontal orientado hacia el orificio de salida 21. Cada pared tiene una porción central recta tal como se ve en esta sección y porciones curvas laterales tal como se ve en esta sección. Las superficies interiores de pared 26 son las porciones de paredes 25 orientadas hacia el volumen por encima del orificio de salida 21. Un canal 32 es el volumen contenido por las paredes 25 entre las superficies interiores de pared 26. La línea central de canal 34 es el centro del canal 32 que está equidistante a las superficies interiores de pared 26 que excluye el redondeo y biselado en los extremos de las superficies interiores de pared 26. Los radios de la línea central de canal 36 son líneas perpendiculares a la línea central de canal 34 en sus puntos extremos, en donde los radios se intersecan en el ángulo descrito de línea central de canal 38. El ángulo descrito de línea central de canal 38 puede tener valores en el intervalo de 5 a 120 grados, de 5 a 110 grados, de 5 a 100 grados o de 5 a 90 grados. El ángulo de salida de canal 39 es el ángulo del centro de la superficie interior de pared 26 al extremo de la superficie interior de pared 26 y puede tener valores en el intervalo de 0 a 40 grados, de 5 a 30 grados, de 0 grados a 30, de 5 a 25 grados, de 0 a 25 grados, de 5 a 20 grados o de 0 a 20 grados. El ángulo de salida de canal 39 se mide sin tomar en cuenta la oblicuidad o redondeado de los extremos de las superficies interiores de pared. Se ha descubierto que los ángulos de salida de canal dentro de los intervalos indicados contribuyen a una reducción en la vorticidad.
La Figura 3 es una representación de una sección plana de elementos seleccionados de un bloque de cuchara de colada de la presente invención. En esta representación, el orificio de salida 21 es adyacente a una pared 25 que es una superficie convexa orientada hacia el orificio de salida 21. La superficie interior de pared 26 es la porción de pared 25 orientada hacia el volumen por encima del orificio de salida 21. La línea central de canal 34 es una línea a una distancia constante de la superficie interior de pared 26 (que excluye el redondeo y biselado en los extremos de la superficie interior de pared 26) que pasa a través del centro del orificio de salida 21. Los radios de la línea central de canal 36 son líneas perpendiculares a la línea central de canal 34 en sus puntos extremos, en donde los radios se intersecan en el ángulo descrito de línea central de canal 38. El ángulo descrito de línea central de canal 38 puede tener valores en el intervalo de 5 a 120 grados, de 5 a 110 grados, de 5 a 100 grados o de 5 a 90 grados. El ángulo de salida de canal 39 es el ángulo del centro de la superficie interior de pared 26 al extremo de la superficie interior de pared 26 y puede tener valores en el intervalo de 0 a 40 grados, de 5 a 30 grados, de 0 grados a 30, de 5 a 25 grados, de 0 a 25 grados, de 5 a 20 grados o de 0 a 20 grados. El ángulo de salida de canal 39 se mide sin tomar en cuenta la oblicuidad o redondeado de los extremos de las superficies interiores de pared.
La Figura 4 es una representación de un bloque de cuchara de colada de pared única 40 de acuerdo con la presente invención que tiene un cuerpo de bloque de cuchara de colada 20 a través del cual un orificio de salida 21 pasa en dirección descendente desde la superficie superior de cuerpo de bloque de cuchara de colada 23. El orificio de salida 21 es adyacente a la pared 25 que sobresale en dirección ascendente del cuerpo de bloque de cuchara de colada 20. La superficie interior de pared 26 es la superficie de pared 25 adyacente al orificio de salida 21. Cada extremo de la superficie interior de pared 26 termina en una porción de pared acampanada 43. En cada extremo del cuerpo de bloque de cuchara de colada 20 sobresale un umbral 45 en dirección ascendente. La superficie de acoplamiento del bloque de cuchara de colada 47 se ubica en el lado del cuerpo de bloque de cuchara de colada 20 opuesto a la pared 25, la superficie de acoplamiento del bloque de cuchara de colada 47 se configura para acoplarse con una pieza refractaria separada que conforma una pared adyacente a la superficie superior de cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 o para acoplarse con la superficie radial interior de un fondo de cuchara de colada que puede llevar a cabo la función de una pared.
La Figura 5 es una representación en perspectiva de un fondo de cuchara de colada 50 en el cual se instaló un bloque de cuchara de colada de pared única 40 (Modalidad A). No se muestran las porciones superiores de las paredes de la cuchara de colada que se extienden en dirección ascendente desde la porción del fondo de cuchara de colada que contiene el metal líquido y la escoria. El fondo de cuchara de colada 50 tiene una superficie radial interior de fondo de cuchara de colada 52, se ha instalado un bloque de cuchara de colada de umbral y pared única 40 en el fondo de cuchara de colada 50 de manera que la superficie de acople (que no es visible en esta vista) del bloque de cuchara de colada está en contacto con la superficie radial interior 52. Una zona de impacto de terraza superior 54 y una zona adyacente de terraza superior 56 se extienden en dirección ascendente desde la superficie interna inferior del fondo de cuchara de colada 50. La terraza intermedia 58 tiene una altura menor que la zona de impacto de terraza superior 54 o la zona adyacente de terraza superior 56. El tapón de purga 60 se instala en el fondo de cuchara de colada 50 en una localización con la misma altura o menor altura que la terraza intermedia 58; en esta modalidad, el tapón de purga 60 se instala en un área adyacente a la terraza intermedia 58 y a una altura inferior que la terraza intermedia 58. En la modalidad descrita, el bloque de cuchara de colada 40 se instala en el fondo de cuchara de colada 50 de manera que el umbral 45 tiene la misma altura que la terraza intermedia 58. El canal 32 se conforma por encima de la superficie superior de cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 y entre la pared 25 y la superficie radial interior de fondo de cuchara de colada 52. En la modalidad descrita, el orificio de salida 21 tiene una sección transversal circular. La porción superior de la superficie interior del orificio de salida 21 toma la forma de la superficie de un tronco o una superficie cónica truncada invertida unida a una superficie cilindrica en el extremo que tiene un radio más pequeño.
La Figura 6 es una representación en perspectiva de un fondo de cuchara de colada 50 en el cual se instaló un bloque de cuchara de colada de pared única 40 (Modalidad A). El fondo de cuchara de colada 50 tiene una superficie radial interior de fondo de cuchara de colada 52, se ha instalado un bloque de cuchara de colada de umbral y pared única 40 en el fondo de cuchara de colada 50 de manera que la superficie de acople (que no es visible en esta vista) del bloque de cuchara de colada está en contacto con la superficie radial interior 52. Una zona de impacto de terraza superior 54 y una zona adyacente de terraza superior 56 se extienden en dirección ascendente desde la superficie interna inferior del fondo de cuchara de colada 50. La terraza intermedia 58 tiene una altura menor que la zona de impacto de terraza superior 54 o la zona adyacente de terraza superior 56. El tapón de purga 60 se instala en el fondo de cuchara de colada 50 en una localización con la misma altura o menor altura que la terraza intermedia 58; en esta modalidad, el tapón de purga 60 se instala en un área adyacente a la terraza intermedia 58 y a una altura inferior que la terraza intermedia 58. En la modalidad descrita, el bloque de cuchara de colada 40 se instala en el fondo de cuchara de colada 50 de manera que el umbral 45 tiene la misma altura que la terraza intermedia 58. El canal 32 se conforma por encima de la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 y entre la superficie interior 26 de la pared 25 y la superficie radial interior de fondo de cuchara de colada 52. La superficie interior 26 termina en una porción acampanada 43. En la modalidad descrita, el orificio de salida 21 tiene una sección transversal circular. La porción superior de la superficie interior del orificio de salida 21 toma la forma de la superficie de un tronco o una superficie cónica truncada invertida unida a una superficie cilindrica en el extremo que tiene un radio más pequeño.
Una modalidad particular del dispositivo descrito en las Figuras 5 - 6 tiene relaciones geométricas descritas en términos de D, el diámetro del orificio 21 en la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23, L, la distancia en línea recta desde un extremo de cada pared 25 al otro extremo, W, la distancia entre la pared de canal 25 (que excluye las porciones acampanadas 43) y la superficie de acople del bloque de cuchara de colada 47 y H, la distancia desde la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 hasta la parte superior de la pared 25. Para un valor de D de 246 mm, una configuración en la que D < W= 3.5 D (W en el intervalo entre 246 mm - 861 mm), D < L < 5 D (L en el intervalo entre 246 mm - 1230 mm), 0.8 < UW= 2.5 y H > 1 D (igual o mayor que 246 mm) produce una reducción de la vorticidad. Los valores de 675 mm para W, 246 mm para D, 611 mm para L, una relación UW de 0.9, una altura de canal de 272 mm y un ángulo de 20 grados entre la línea central del canal en el punto medio de la pared 25 y la línea central del canal en un extremo del canal satisfacen estos criterios.
La Figura 7 es una representación en perspectiva de un fondo de cuchara de colada 50 en el cual se instaló un bloque de cuchara de colada de doble pared 70 (Modalidad B). El fondo de cuchara de colada 50 tiene una superficie radial interior de fondo de cuchara de colada 52, se ha instalado un bloque de cuchara de colada de doble pared 70 en el fondo de cuchara de colada 50 de manera que la superficie de acople (que no es visible en esta vista) del bloque de cuchara de colada está en contacto con la superficie radial interior 52. Una terraza intermedia 58 se extiende en dirección ascendente desde la superficie interna de la parte inferior del fondo de cuchara de colada y rodea, parcialmente, las zonas de umbral 72. Las zonas de umbral 72 se configuran en el fondo de cuchara de colada 50 de manera que una zona de umbral 72 tiene la misma altura que la terraza intermedia 58. El bloque de cuchara de colada 70 se instala en el fondo de cuchara de colada 50, de modo que la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 tiene una altura menor que, y es adyacente a, cada una de las zonas de umbral 72.
En la modalidad representada en la Figura 7, las paredes 25 se extienden en dirección ascendente desde la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 en lados opuestos del orificio de salida 21. Un canal 32 se conforma por encima de la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 y entre las superficies interiores 26 de las paredes 25. En esta modalidad, una superficie interior 26 es una superficie cóncava facetada, la otra superficie interior 26 es una superficie convexa facetada. En esta modalidad, la superficie interior 26 que es una superficie cóncava facetada termina en porciones acampanadas 43. En la modalidad descrita, el orificio de salida 21 tiene una sección transversal circular. La porción superior de la superficie interior del orificio de salida 21 toma la forma de la superficie de un tronco o una superficie cónica truncada invertida unida a una superficie cilindrica en el extremo que tiene un radio más pequeño. Una rampa de bloque de cuchara de colada 74 se extiende desde el lado de la pared 25 que tiene la superficie convexa interior facetada en dirección contraria al orificio de salida 21 , la rampa disminuye en altura a medida que se extiende en dirección contraria al orificio de salida 21. Las aberturas verticales en la terraza intermedia 58 albergan tapones de puerto 76.
La Figura 8 es una representación en perspectiva de un fondo de cuchara de colada 50 en el cual se instaló un bloque de cuchara de colada de doble pared 70 (Modalidad B). El fondo de cuchara de colada 50 tiene una superficie radial interior de fondo de cuchara de colada 52, se ha instalado un bloque de cuchara de colada de doble pared 70 en el fondo de cuchara de colada 50 de manera que la superficie de acople (que no es visible en esta vista) del bloque de cuchara de colada está en contacto con la superficie radial interior 52. Una terraza intermedia 58 se extiende en dirección ascendente desde la superficie interna de la parte inferior del fondo de cuchara de colada y rodea, parcialmente, cada zona de umbral 72. Las zonas de umbral 72 se configuran en el fondo de cuchara de colada 50 de manera que cada zona de umbral 72 tiene la misma altura que la terraza intermedia 58. El bloque de cuchara de colada 70 se instala en el fondo de cuchara de colada 50, de modo que la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 tiene una altura menor que, y es adyacente a, cada zona de umbral 72.
En la modalidad representada en la Figura 8, las paredes 25 se extienden en dirección ascendente desde la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 en lados opuestos del orificio de salida 21. Un canal 32 se conforma por encima de la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 y entre las superficies interiores 26 de las paredes 25. En esta modalidad, una superficie interior 26 es una superficie cóncava facetada, la otra superficie interior 26 es una superficie convexa facetada. En esta modalidad, la superficie interior 26 que es una superficie cóncava facetada termina en porciones acampanadas 43. En la modalidad descrita, el orificio de salida 21 tiene una sección transversal circular. La porción superior de la superficie interior del orificio de salida 21 toma la forma de la superficie de un tronco o una superficie cónica truncada invertida unida a una superficie cilindrica en el extremo que tiene un radio más pequeño. Una rampa de bloque de cuchara de colada 74 se extiende desde el lado de la pared 25 que tiene la superficie convexa interior facetada en dirección contraria al orificio de salida 21 , la rampa disminuye en altura a medida que se extiende en dirección contraria al orificio de salida 21. Las aberturas verticales en la terraza intermedia 58 albergan tapones de puerto 76.
La Figura 9 es una representación en perspectiva de un fondo de cuchara de colada 50 en el cual se instaló un bloque de cuchara de colada de doble pared 70 (Modalidad C). El fondo de cuchara de colada 50 tiene una superficie radial interior de fondo de cuchara de colada 52, se ha instalado un bloque de cuchara de colada de umbral y doble pared 70 en el fondo de cuchara de colada 50 de manera que la superficie de acople (que no es visible en esta vista) del bloque de cuchara de colada está en contacto con la superficie radial interior 52. Una terraza intermedia 58 se extiende en dirección ascendente desde la superficie interna de la parte inferior del fondo de cuchara de colada. Las zonas de umbral 72 son zonas en la proximidad de los extremos de las paredes 25 que tienen la misma altura que la terraza intermedia 58. El bloque de cuchara de colada 70 se instala en el fondo de cuchara de colada 50, de modo que la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 tiene una altura menor que, y es adyacente a, cada zona de umbral 72. Las regiones en ángulo 82 se inclinan en dirección descendente y en sentido contrario a la superficie radial interior de fondo de cuchara de colada 52, en sus puntos más bajos tienen la altura de la terraza intermedia 58 con la cual son adyacentes.
En la modalidad representada en la Figura 9, un canal 32 se conforma por encima de la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 y entre las superficies interiores 26 de las paredes 25. En esta modalidad, una superficie interior 26 es una superficie cóncava facetada, la otra superficie interior 26 es una superficie convexa facetada. En esta modalidad, la superficie interior 26 que es una superficie cóncava facetada termina en porciones acampanadas 43. En la modalidad descrita, el orificio de salida 21 tiene una sección transversal circular. La porción superior de la superficie interior del orificio de salida 21 toma la forma de la superficie de un tronco o una superficie cónica truncada invertida unida a una superficie cilindrica en el extremo que tiene un radio más pequeño. Una rampa de bloque de cuchara de colada 74 se extiende desde el lado de la pared 25 que tiene la superficie convexa interior facetada, la rampa disminuye en altura a medida que se extiende en dirección contraria al orificio de salida 21. Las aberturas verticales en la terraza intermedia 58 albergan tapones de puerto 76.
La Figura 10 es una representación en perspectiva de un fondo de cuchara de colada 50 en el cual se instaló un bloque de cuchara de colada de doble pared 70 (Modalidad C). El fondo de cuchara de colada 50 tiene una superficie radial interior de fondo de cuchara de colada 52, se ha instalado un bloque de cuchara de colada de umbral y doble pared 70 en el fondo de cuchara de colada 50 de manera que la superficie de acople (que no es visible en esta vista) del bloque de cuchara de colada está en contacto con la superficie radial interior 52. Una terraza intermedia 58 se extiende en dirección ascendente desde la superficie interna de la parte inferior del fondo de cuchara de colada. Las zonas de umbral 72 son zonas en la proximidad de los extremos de las paredes 25 que tienen la misma altura que la terraza intermedia 58. El bloque de cuchara de colada 70 se instala en el fondo de cuchara de colada 50, de modo que la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 tiene una altura menor que, y es adyacente a, cada zona de umbral 72. Las regiones en ángulo 82 se inclinan en dirección descendente y en sentido contrario a la superficie radial Interior de fondo de cuchara de colada 52, en sus puntos más bajos tienen la altura de la terraza intermedia 58 con la cual son adyacentes.
En la modalidad representada en la Figura 10, un canal 32 se conforma por encima de la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 y entre las superficies interiores 26 de las paredes 25. En esta modalidad, una superficie interior 26 es una superficie cóncava facetada, la otra superficie interior 26 es una superficie convexa facetada. En esta modalidad, la superficie interior 26 que es una superficie cóncava facetada termina en porciones acampanadas 43. En la modalidad descrita, el orificio de salida 21 tiene una sección transversal circular. La porción superior de la superficie interior del orificio de salida 21 toma la forma de la superficie de un tronco o una superficie cónica truncada invertida unida a una superficie cilindrica en el extremo que tiene un radio más pequeño. Una rampa de bloque de cuchara de colada 74 se extiende desde el lado de la pared 25 que tiene la superficie convexa interior facetada, la rampa disminuye en altura a medida que se extiende en dirección contraria al orificio de salida 21. Las aberturas verticales en la terraza intermedia 58 albergan tapones de puerto 76.
Una modalidad particular del dispositivo representado en las Figuras 7 - 10 tiene relaciones geométricas descritas en términos de D, el diámetro del orificio 21 en la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23, L, la distancia en línea recta desde un extremo de cada pared 25 al otro extremo, W, la distancia entre las paredes de canal 32 que excluye las porciones acampanadas 43 y H, la distancia entre la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 y la parte superior de la pared 25. Para un valor de D de 177 mm, una configuración en la que D < W < 3.5 D (W en el intervalo entre 177 mm - 619 mm), D < L < 5 D (L en el intervalo entre 177 mm - 885 mm), 0.8 < L/W < 2.5 y H > 1 D (igual o mayor que 200 mm) produce una reducción de la vorticidad. Los valores de 483 mm para W, 177 mm para D, 592 mm para L, una relación L/W de 0.9, una altura de canal de 200 mm y un ángulo de 13.6 grados entre la línea central del canal en el punto medio de la pared 25 y la línea central del canal en un extremo del canal satisfacen estos criterios.
La Figura 11 es una representación en perspectiva de la porción refractaria de un fondo de cuchara de colada en el cual se instaló un bloque de cuchara de colada de doble pared 70 (Modalidad D). Una terraza intermedia 58 se extiende en dirección ascendente desde la superficie interna de la parte inferior del fondo de cuchara de colada. Las zonas de umbral 72 son zonas en la proximidad de los extremos de las paredes 25 que tienen la misma altura que la terraza intermedia 58. El bloque de cuchara de colada 70 se instala en el fondo de cuchara de colada de modo que la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 tiene una altura menor que, y es adyacente a, la zona de umbral 72.
En la modalidad representada en la Figura 11 , un canal 32 se conforma por encima de la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 y entre las superficies interiores 26 de las paredes 25. Las paredes 25 se pueden sostener por, o una extensión de, el bloque que contiene la salida del bloque de cuchara de colada. En esta modalidad, una superficie interior 26 es una superficie cóncava facetada, la otra superficie interior 26 es una superficie convexa facetada. En esta modalidad, la superficie interior 26 termina en porciones acampanadas 43. En la modalidad descrita, el orificio de salida 21 tiene una sección transversal circular. Una rampa de bloque de cuchara de colada 74 se extiende desde el lado de la pared 25 que tiene la superficie convexa interior facetada, la rampa disminuye en altura a medida que se extiende en dirección contraria al orificio de salida 21. Cada superficie interior de pared 26 aloja un receso 84, en esta modalidad, la superficie de cada receso 84 tiene la forma de una porción de la superficie radial de un cilindro que es coaxial con el eje extendido del orificio 21.
En ciertas modalidades de la invención, la dimensión W, el ancho de canal, incluye las dimensiones del receso 84. En otras modalidades de la invención, las dimensiones del receso 84 son excluidas cuando la dimensión W, el ancho de canal, se relaciona con otras dimensiones. W se mide a la altura de la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23.
Una modalidad particular del dispositivo representada en la Figura 11 tiene relaciones geométricas descritas en términos de D, el diámetro del orificio 21 en la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23, L, la distancia en línea recta desde un extremo de cada pared 25 al otro extremo, W, la distancia entre las paredes de canal 32 que excluye las porciones acampanadas 43 o los recesos 84 y H, la altura de canal definida como la distancia entre la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada 23 hasta la parte superior de una pared 25. Para un valor de D de 200 mm, una configuración en la que D < W < 3.5 D (W en el intervalo entre 200 mm - 700 mm), D < L < 5 D (L en el intervalo entre 200 mm - 1000 mm), 0.8= L/W < 2.5 y H= 1.1 D produce una reducción de la vorticidad. Los valores de 317 mm para W, 200 mm para D, 660 mm para L, 2.08 para L/W, una altura de canal de 250 mm y un ángulo de 10 grados entre la línea central del canal en el punto medio de la pared 25 y la línea central del canal en un extremo del canal satisfacen estos criterios.
La Figura 12 compara los resultados obtenidos con un fondo de cuchara de colada de ladrillo de la materia anterior y un fondo de cuchara de colada en el cual se instala un bloque de cuchara de colada de pared única de acuerdo con la presente invención, Modalidad A como se ilustra en las Figuras 5 - 6. En esta modalidad de la invención, el canal por encima del orificio de salida se define por la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada, una pared de bloque de cuchara de colada y una porción de la superficie radial interior del fondo de cuchara de colada. La abscisa del gráfico muestra el nivel de acero por encima de la salida medido en milímetros. El eje de ordenadas muestra el peso residual de acero en toneladas. Los puntos 110 del gráfico muestran el nivel en el cual comienza la vorticidad débil, que corresponde a 5 toneladas (4500 kg) de acero que quedan en el recipiente de la materia anterior y 3.2 toneladas (2900 kg) de acero que quedan en el recipiente de la presente invención. Los puntos 112 del gráfico muestran el nivel en el cual comienza la vorticidad fuerte, que corresponden a 2.5 toneladas (2300 kg) de acero que quedan en el recipiente de la materia anterior y 0.8 toneladas (730 kg) de acero que quedan en el recipiente de la presente invención. Los puntos 114 del gráfico muestran el nivel en el que ocurre el colapso de superficie. En el fondo de la cuchara de colada de la materia anterior, el colapso de superficie se inicia cuando la altura de acero alcanza 35 mm. Esto corresponde a 1.4 toneladas (1300 kg) de acero que quedan en el recipiente de la materia anterior. En el recipiente de la presente invención, 0.5 toneladas (460 kg) de acero permanecen en el recipiente cuando ocurre el colapso de superficie. La línea 120 muestra los valores obtenidos para un fondo de cuchara de colada y bloque de cuchara de colada de la materia anterior. La línea 122 muestra los valores obtenidos para un fondo de cuchara de colada y un bloque de cuchara de colada (Modalidad A) de la presente invención.
La Figura 13 muestra una comparación de resultados obtenidos con un fondo de cuchara de colada de ladrillo de la materia anterior y un fondo de cuchara de colada en el cual se instala un bloque de cuchara de colada de acuerdo con la presente invención, tal como se ilustra en las Figuras 7 - 8 y 9 - 10. En esta modalidad de la invención, el canal por encima del orificio de salida se define por la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada y dos paredes de bloque de cuchara de colada en lados opuestos del orificio de salida. Los puntos 110 del gráfico muestran los niveles en los que puede comenzar un vórtice débil durante el drenaje de la cuchara de colada por encima de la salida. Para la configuración de la materia anterior, la vorticidad débil ocurre con 5.2 toneladas (4700 kg) de acero residual. La vorticidad débil ocurre con 3.8 toneladas (3400 kg) de acero residual para la Modalidad B de las Figuras 7 - 8 y con 3.3 toneladas (3000 kg) de acero residual para la Modalidad C de las Figuras 9 - 10. Los puntos 112 del gráfico muestran los niveles en los que puede comenzar un vórtice fuerte durante el drenaje de la cuchara de colada por encima de la salida. Para la configuración de la materia anterior, un vórtice fuerte se puede conformar a 85 mm o 2.6 toneladas (2400 kg) de acero. La vorticidad temprana ocurre a 100 mm o 1.9 toneladas (1700 kg) con la Modalidad B de las Figuras 7 - 8 y a 100 mm o 1.5 toneladas (1400 kg) con la Modalidad C de las Figuras 9 - 10. Los puntos 114 del gráfico muestran los niveles en los que ocurre el colapso de superficie durante el drenaje de la cuchara de colada por encima de la salida. Para la configuración de la materia anterior, el colapso de superficie comienza cuando la altura de acero alcanza 35 mm que corresponde a 1.0 tonelada (910 kg) de acero que queda en el recipiente. El colapso de superficie comienza a 45 mm o 0.4 toneladas (360 kg) para la modalidad C de las Figuras 9 - 10 y a 45 mm y 0.3 toneladas (270 kg) para la Modalidad B de las Figuras 7 - 8. La línea 130 muestra los valores obtenidos para un fondo de cuchara de colada y bloque de cuchara de colada de la materia anterior. La línea 132 muestra los valores obtenidos para un fondo de cuchara de colada y un bloque de cuchara de colada (Modalidad B) de la presente invención. La línea 134 muestra los valores obtenidos para un fondo de cuchara de colada y un bloque de cuchara de colada (Modalidad C) de la presente invención.
La Figura 14 es una vista esquemática en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad A) que muestra líneas de corriente de flujo a una velocidad de drenaje de 4 T/min (3600 kg/min). Las líneas de corriente representan la trayectoria de fluido en las regiones de mayor velocidad de líquido. Las líneas de corriente en la entrada del canal están igualmente separadas. En el uso, las líneas de corriente no deben desprenderse de la superficie interior de la pared del bloque de cuchara de colada. Esto se logra al mantener el ángulo entre (a) el centro de la superficie interior de pared y (b) el extremo de la superficie interior de pared en el intervalo de 0 - 40 grados, 0 - 30 grados, 0 - 25 grados, 5 -20 grados o 0 - 20 grados. En la modalidad mostrada, las líneas de corriente siguen la superficie vertical de pared, el ángulo no es lo suficientemente grande como para producir el desprendimiento de la línea de corriente a lo largo de las paredes del canal lo que conduce a la formación de vórtices.
La Figura 15 es una vista esquemática en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad A) que muestra líneas de corriente de flujo a una velocidad de drenaje de 4 T/min (3600 kg/min). Las líneas de corriente representan la trayectoria de fluido en las regiones de mayor velocidad de líquido. En la Figura 15, las líneas de corriente de flujo que siguen la pared de canal 26 no están separadas de la pared. Un ángulo más grande promoverá el desprendimiento de flujo que lleva a la vorticidad.
La Figura 16 es una vista esquemática en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad B) que muestra líneas de corriente de flujo a una velocidad de drenaje de 4 T/min (3600 kg/min). Las líneas de corriente representan la trayectoria de fluido en las regiones de mayor velocidad de líquido. En el uso, las líneas de corriente no deben desprenderse de la pared del bloque de cuchara de colada adyacente a la superficie radial interior del fondo de cuchara de colada. Esto se logra al mantener el ángulo entre (a) el centro de la superficie interior de pared y (b) el extremo de la superficie interior de pared en el intervalo de 0 -40 grados, 0 - 30 grados, 0 - 25 grados, 5 - 20 grados o 0 - 20 grados.
La Figura 17 es una vista en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad B) que muestra líneas de recorrido de flujo derivadas para una altura de fluido de 120 mm.
La Figura 18 es una vista en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad B) que muestra líneas de recorrido de flujo derivadas para una altura de fluido de 100 mm.
La Figura 19 es una vista en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad B) que muestra líneas de recorrido de flujo derivadas para una altura de fluido de 80 mm.
La Figura 20 es una vista en perspectiva de un fondo de cuchara de colada de la presente invención (Modalidad B) que muestra líneas de recorrido de flujo derivadas para una altura de fluido de 60 mm.
Se ha descrito el bloque refractario de la invención en relación con el uso en una cuchara de colada. Además, puede usarse en otros recipientes para la contención y transferencia de metal fundido, tales como artesas de distribución.
Son posibles numerosas modificaciones y variaciones de la presente invención. Por lo tanto, debe entenderse que dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones, la invención puede practicarse de otra manera que la específicamente descrita.

Claims (12)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES
1. Un bloque de cuchara de colada refractario que comprende: un cuerpo de bloque de cuchara de colada que tiene una superficie superior y que define un orificio de salida que tiene un centro en el plano de la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada, y una pared que tiene un eje principal horizontal y una superficie interior adyacente al orificio de salida, en donde el eje principal horizontal tiene un punto central, en donde la línea que pasa a través del centro del orificio de salida y el punto central del eje principal horizontal es perpendicular al eje principal horizontal, en donde la dimensión principal del orificio de salida en el plano de la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada es D, en donde la distancia desde el centro del orificio de salida en el plano de la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada hasta la superficie interior de pared es W/2, y en donde 1/2 D < W.
2. El bloque de cuchara de colada refractario de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque D= W.
3. El bloque de cuchara de colada refractario de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque ½ D= W= 3.5 D.
4. El bloque de cuchara de colada refractario de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la superficie interior de pared tiene un centro y un extremo, el centro de toda la superficie interior y el extremo de la superficie interior de pared que excluye el biselado y oblicuidad conforman un ángulo de salida de canal, y el ángulo de salida de canal tiene un valor de, e incluso, 0 grados a, e incluso, 40 grados.
5. El bloque de cuchara de colada refractario de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el ángulo de salida de canal tiene un valor de, e incluso, 0 grados a, e incluso, 30 grados.
6. El bloque de cuchara de colada refractario de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el ángulo de salida de canal tiene un valor de, e incluso, 0 grados a, e incluso, 25 grados.
7. El bloque de cuchara de colada refractario de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el ángulo de salida de canal tiene un valor de, e incluso, 0 grados a, e incluso, 20 grados.
8. El bloque de cuchara de colada refractario de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el ángulo de salida de canal tiene un valor de, e incluso, 5 grados a, e incluso, 20 grados.
9. El bloque de cuchara de colada refractario de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque: L denota la distancia en línea recta desde un extremo de cada pared al otro extremo, y D < L= 5 D
10. El bloque de cuchara de colada refractario de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende una segunda pared que tiene un eje principal horizontal y una superficie interior adyacente al orificio de salida, en donde el eje principal horizontal tiene un punto central y en donde las paredes se disponen en lados opuestos del orificio de salida.
11. El bloque de cuchara de colada refractario de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque una primera pared de salida tiene una superficie convexa en el plano horizontal que se orienta hacia el orificio de salida y en donde una segunda pared de salida tiene una superficie cóncava en el plano horizontal que se orienta hacia el orificio de salida.
12. El bloque de cuchara de colada refractario de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque: se disponen extremos opuestos de cada pared en la proximidad de los extremos opuestos del eje principal horizontal, D denota el diámetro del orificio en la superficie superior del cuerpo de bloque de cuchara de colada, L denota la distancia en línea recta desde un extremo de cada pared al otro extremo, y D < L= 5 D
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