MX2015002196A - Dispositivo refractario de colada. - Google Patents

Abstract

La invención se relaciona con un dispositivo refractario de colada. Ese dispositivo es usado para el llenado de metal fundido, en particular en el llamado proceso de fundición continua.

Description

DISPOSITIVO REFRACTARIO DE COLADA CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un dispositivo refractario de colada. Ese dispositivo es usado para el llenado de metal fundido, en particular en el llamado proceso de fundición continua.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los dispositivos refractarios de colada de tipo genérico son conocidos, por ejemplo, de la EP 1133373 B1 y EP 0346378 Bl. Todos esos dispositivos presentan un diseño generalmente similar a un tubo con un canal de colada longitudinal.

Después del montaje del dispositivo, es decir en su estado montado, se aplica lo siguiente: una abertura de entrada del canal de colada se arregla en una sección del extremo superior del dispositivo, al menos una abertura de salida se arregla en la- sección de su extremo inferior. El metal fundido entra al canal/el dispositivo de colada via la abertura de entrada y abandona el canal/dispositivo de colada via una o más aberturas de salida.

El flujo de la masa fundida es controlado por una llamada varilla obturadora, que actúa sobre la abertura de entrada del dispositivo o el llamado mecanismo de válvula de deslizadera. Todo esto es la téenica anterior, bien conocida por el experto en la téenica y no será descrita más aquí.

La EP 1590114B1 describe un dispositivo de colada para usarse en la llamada máquina de cambio de tubos.

Un problema básico en los dispositivos de colada de la técnica anterior es el desgaste/abrasión severa a lo largo de la superficie superior de deslizamiento del dispositivo, limitando esto el tiempo de servicio del tubo/boquilla de colada correspondiente e incrementando el peligro de ingreso de aire debido a la tensión reducida entre la superficie superior del dispositivo de colada y los elementos de construcción asociados.

De acuerdo con la EP 0346378B1, se forma al menos un material refractario duro resistente al desgaste alrededor de un borde periférico de la abertura de entrada.

La EP 1133373B1 describe un dispositivo de colada que comprende un elemento tubular de cerámica, soportado en una lata metálica, en la cual se encuentra encapsulado un elemento de soporte de cerámica.

Ambas modalidades se caracterizan por una superficie de deslizamiento de capas múltiples alrededor de la abertura de entrada.

En otras palabras: ambas modalidades se caracterizan por al menos una unión a lo largo de la superficie de deslizamiento superior del dispositivo de colada, la unión definiendo la zona de contacto entre materiales de cerámica diferentes. Los materiales de cerámica diferentes proporcionan propiedades físicas diferentes (como expansión térmica diferente) causando más problemas para mantener las áreas de las superficies respectivas del dispositivo de colada y los elementos de construcción adyacentes en contacto íntimo bajo una carga de calor.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Por lo tanto un objetivo de la invención es revelar la posibilidad de superar esas desventajas en los dispositivos de la téenica anterior.

La invención se basa en las siguientes consideraciones: o El reemplazo parcial del material de cerámica alrededor de la abertura de entrada del dispositivo de colada por un material refractario de resistencia al desgaste mejorada y la estabilidad a la temperatura puede incrementar el posible tiempo de vida total del dispositivo de colada pero puede reducir el tiempo de servicio del dispositivo de colada en vista de fugas en el sistema, causadas por expansiones térmicas diferentes en áreas adyacentes de las superficies de cerámica. o En los dispositivos de la técnica anterior el elemento tubular básico está hecho de un material de alúmina-grafito. Las superficies de alúmina y grafito son propensas al escopleo o aleteo como resultado de una suavidad relativa del material. Por lo tanto la superficie de deslizamiento superior de una modalidad de acuerdo con la EP 1133373B1 es sujeto de daño durante el movimiento, por ejemplo durante la inserción/cyección de una máquina cambiadora de tubos. Nuevamente el peligro de ingreso de aire durante la fundición puede incrementarse. o La invención por lo tanto se enfoca sobre el requerimiento de hermeticidad al gas. La hermeticidad más alta y la mejor prevención de ingreso de aire peligroso al sistema puede ser lograda mejor en el caso de un área de contacto bidimensional grande entre las superficies que se mueven una con relación a la otra. Este requerimiento puede ser logrado mejor dos superficies de deslizamiento planas/llanas, donde cada superficie de deslizamiento presenta propiedades físicas constantes durante el uso. Las propiedades físicas constantes pueden ser alcanzadas mejor por superficies de composición química constante, las cuales necesariamente presentan propiedades físicas constantes, incluyendo la ausencia de cualesquier huecos, uniones, etc. en las áreas superficiales respectivas. o El arreglo de una capa refractaria de una pieza para proporcionar una superficie de deslizamiento continua podría superar los problemas mencionados pero únicamente como parte de un sistema compuesto correspondiente. o La idea es proporcionar al dispositivo de colada una capa refractaria, monolítica, continua que rodee la abertura de entrada del canal de colada, proporcionando por lo tanto una superficie de deslizamiento continua, la cual cubre adicionalmente el extremo libre superior de un elemento tubular principal, el cual se extiende además hacia abajo en forma de copa superponiéndose por lo tanto a la superficie periférica externa del segmento extremo adyacente del elemento tubular y que al mismo tiempo proporciona un collar para la conexión del dispositivo de colada en los medios de fijación correspondientes, como una máquina cambiadora de tubos.

En su modalidad más general la invención se relaciona con un dispositivo refractario de colada que presenta un canal de colada longitudinal central con una abertura de entrada en su primera sección extrema y al menos una abertura de salida en su segunda sección extrema, que comprende: o un elemento tubular de cerámica que se extiende a una distancia hacia la abertura de entrada del canal de colada hasta al menos una abertura de salida del canal de colada, o una envoltura de cerámica, que cubre el elemento tubular de cerámica en al menos su segmento extremo adyacente a la abertura de entrada del canal de colada, en efecto o todo sobre su superficie periférica externa, o todo sobre su superficie extrema anular, y o todo sobre una región de transición entre ellas, donde o la envoltura de cerámica es una envoltura de una pieza, hecha de un material de cerámica monolítico y que proporciona un canal que se proyecta hacia afuera en la primera sección extrema del dispositivo de colada.

En tanto que el dispositivo de colada comprende sustancialmente dos elementos de construcción, el elemento tubular básico y la envoltura en su segmento extremo superior. La envoltura no únicamente proporciona una cobertura externa del segmento extremo superior del elemento tubular, el cual al mismo tiempo define un collar mediante el cual el dispositivo de colada puede ser montado en una máquina cambiadora de tubos correspondiente, sino que encapsula este segmento extremo superior, de modo que la cara extrema anular (en forma de anillo) superior del elemento tubular sea completamente protegida. Únicamente esta parte de la envoltura proporciona ahora la capa superior del dispositivo de colada y de este modo la superficie de deslizamiento en riesgo.

La abertura de entrada es ahora definida (rodeada) exclusivamente por el material de la envoltura, sin uniones, sellos, lo que tiene influencia sobre el comportamiento de desgaste de la parte refractaria más en peligro del dispositivo.

Dependiendo de su espesor (en la dirección longitudinal del dispositivo) la capa superior de la envoltura define además el extremo superior del canal de colada, la parte inferior del cual es definida por el elemento tubular básico. Ambos se alinearán completamente entre si para reducir el peligro de desgaste y obstrucción.

Este dispositivo de colada enmendado difiere de las modalidades conocidas especialmente por las siguientes características: o la envoltura de cerámica es un elemento de una pieza que cubre la superficie superior más o menos plana así como la superficie externa cilindrica del elemento tubular o la envoltura de cerámica proporciona la superficie de deslizamiento superior o la superficie de deslizamiento superior está hecha completamente de un material de cerámica monolítico o el material para la envoltura puede ser seleccionado individualmente o la envoltura puede ser fundida en un cielo de operación o una placa de metal externa puede servir como patrón durante la fundición o la superficie de deslizamiento superior no tiene huecos, uniones, etc. o la superficie de deslizamiento superior puede ser plana (en el sentido téenico, lo que significa que las tolerancias en la altura/espesor/desnivel son <lmm, especialmente <0.5mm, <0.3mm o <lmm. o La envoltura de cerámica es impuesta sobre el elemento tubular de cerámica La construcción general del dispositivo de colada puede ser enmendada por una o más de las siguientes características: La envoltura de cerámica puede ser formada como una copa invertida con un orificio en su parte inferior, definiendo el orificio la abertura de entrada del canal de colada.

El orificio puede extenderse alineado con el canal de colada. En otras palabras: El canal de colada tiene al menos 2 secciones: una sección superior definida por la abertura pasante de la envoltura y una sección inferior definida por.el canal de colado del elemento tubular. En un mejor modo esas dos secciones están alineadas para proporcionar un canal de colada continuo, la superficie interna del cual presenta únicamente una discontinuidad en forma anular, es decir, la linea central entre la envoltura y el elemento tubular.

El elemento tubular de cerámica puede ser hecho de cualquier material refractario adecuado y fabricado por fundición, colada, moleteado o prensado, especialmente prensado isostático. Un elemento prensado/fabricado isostáticamente proporciona la resistencia a la abrasión y vida/tiempo de servicio más altos.

El elemento tubular puede ser hecho de una alúmina/grado grafito, a pesar de su suavidad (mecánica) relativa, puesto que todas sus superficies externas propensas a escopleo y/o aleteo son ahora encapsuladas por la envoltura.

La envoltura de cerámica es típicamente un elemento fundido aunque puede ser también una pieza de trabajo preformado/prefabricada. La fundición es efectuada usando un patrón adecuado/correspondiente, ya sea un patrón perdido o una parte que conserve el patrón del dispositivo de colada. La fundición tiene ventajas en términos de simplicidad de fabricación y refuerzo del "área de la cabeza", es decir, la parte superior del dispositivo de colada, la cual es particularmente objeto de esfuerzos termomecánicos durante el llenado. A este respecto el uso del llamado material refractario monolítico que fluye por sí mismo o que fluye libremente para proporcionar una sección envolvente del dispositivo de colada tiene varias ventajas, es decir, alta densidad sin medios físicos de agitación. Una masa que fluye libremente adecuada es descrita en la EP 525394B1.

La invención incluye una modalidad, como se ilustra en las Figuras anexas, donde esa parte de la envoltura de cerámica que cubre la superficie periférica exterior del elemento tubular de cerámica es rodeada, al menos parcialmente, por una lata metálica. Con el propósito de ser claros: La superficie de cerámica superior, la superficie de deslizamiento, siempre permanece descubierta, al igual que la abertura de entrada.

El material de cerámica de la envoltura puede ser reforzado por elementos mecánicos discretos, especialmente por elementos mecánicos de un material diferente, como fibras, agujas, etc. refractarias o de metal.

Otra opción de refuerzo es diseñar esos elementos como anclajes que se fijen en al menos un elemento del tubo de cerámica y la lata metálica. Ambas variantes son ilustradas en las Figuras anexas.

Como se mencionó anteriormente una ventaja importante del dispositivo de colada es que la parte de la envoltura de cerámica que cubre la cara extrema anular del elemento tubular de cerámica puede proporcionar una superficie deslizante no escalonada/continua, arreglada a una distancia hacia la cara extrema anular del elemento tubular de cerámica. La ausencia de cualquier hueco, unión, etc. incrementa la estabilidad, vida/tiempo de servicio del dispositivo, y al mismo tiempo hace disminuir la posibilidad del ingreso indeseable del aire, de manera característica.

Esto es logrado mejor por una modalidad donde la superficie deslizante es arreglada a una distancia hacia cara extrema anular del elemento del tubo de cerámica y perpendicular al canal de colada longitudinal central o eje longitudinal central del canal/dispositivo de colada, respectivamente.

Como se describió anteriormente el dispositivo de colada puede ser instalado en el fondo de un recipiente metalúrgico en una posición fija (fijada por ejemplo por medio de un mortero) o en un sistema de cambio como el llamado cambiador de tubo mecánico como se describe de manera general en la EP 1590114B1.

En tanto que la sección extrema superior del dispositivo de colada (aquella parte de la envoltura que rodea el segmento del extremo superior del elemento de tubular) puede ser construida como un collar, con un diseño cilindrico, frustocónico o cúbico. De este modo, la superficie de deslizamiento correspondiente puede tener una forma circular externa o rectangular, siempre con la abertura de entrada dentro de su periferia y en la mayoría de los casos en su centro.

En este contexto, la invención proporciona dos alternativas adicionales con respecto al diseño de la cara inferior del collar respectivo: Esta(s) cara(s) inferior(es) puede(n) extenderse perpendiculares al eje longitudinal central del canal de colada o en una forma inclinada.

Cuando el dispositivo de colada pretenda ser usado en un dispositivo cambiador de tubos del área, el collar cúbico típicamente proporciona cuatro caras inferiores, que sirven como superficies de soporte correspondientes para los medios de fijación correspondientes, como resortes de compresión. Las opciones adicionales hasta ahora son descritas en la descripción acompañante de una modalidad.

Típicamente, el canal de colada tiene una sección transversal circular al menos a lo largo de la primera sección extrema del dispositivo de colada.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Las modalidades de la invención serán ahora descritas con referencia a las Figuras acompañantes, en las cuales La Figura 1 es una vista en corte transversal esquemática de la sección extrema superior de un dispositivo de colada para usarse en un sistema intercambiador de tubo.

La Figura 2 es una vista en corte transversal esquemática de la sección extrema superior del dispositivo de colada de acuerdo con la Figura 1 perpendicular a la presentación de la Figura 1.

Las Figuras 3a, 3b son vistas en corte transversal de un dispositivo de colada completo y 3c es una vista tridimensional esquemática de la parte superior de ese dispositivo de colada, parcialmente cortada.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El dispositivo de colada, ilustrado en una orientación de acuerdo a su estado montado, presenta un diseño generalmente similar a un tubo con un canal de colada longitudinal central 30, que define una abertura de entrada 32 en una primera sección extrema superior U y dos aberturas de salida de 34, 36 en una segunda sección de extremo inferior L.

El dispositivo de colada comprende un elemento tubular sustancialmente cilindrico 10, hecho de una alúmina - grado de grafito (60 m-% AI2O3 , 30 m-% C, 10 m-% S1O2) y prensado isostáticamente, con un espesor de pared creciente en su segmento extremo libre superior lOu, que define una superficie anular superior 10s, que está arreglada en una orientación más o menos horizontal. El elemento tubular 10 proporciona una primera parte 301 (la parte principal) del canal de colada longitudinal central 30.

El canal de colada 30 tiene una sección transversal circular entre su abertura de entrada 32 y sus aberturas de salida 34, 36 arregladas a una distancia hacia la parte inferior 10b del elemento tubular 10. Como se ilustra en las Figuras el canal de colada 30 se desvia en su extremo inferior en dos direcciones opuestas y ambas lineas se funden en las aberturas de salida 34, 36 arregladas en la pared de cerámica del elemento tubular 10.

Una envoltura de cerámica 20 cubre al elemento tubular 10 o toda sobre la superficie periférica externa lOp de su segmento extremo libre superior lOu o toda sobre la superficie anular 10s en el extremo superior del segmento del extremo lOu o toda sobre una región de transición 20t entre ellos de este modo dando a la envoltura 20 una forma de copa (forma de bote) con su fondo 20b sobre la parte superior (forma de copa invertida). La parte inferior 20b incluye un orificio pasante central 30u, que define una segunda parte superior del canal de colada 30 y su abertura de entrada 32.

La longitud total de la envoltura 20 (en la dirección del eje longitudinal central A-A del canal de colada 30) es D, extendiéndose desde su superficie superior libre 20g hacia abajo, hacia las aberturas de salida 34, 36 pero finalizando a una distancia de las aberturas 34, 36.

La envoltura de cerámica 20 es una envoltura de una pieza, hecha de concreto o refractario monolítico alto en alúmina, es decir: 70 m-% Al2O3, 20 m-% Si02, lm-% Fe203, 4 m-% MgO, 5 m-% de otros componentes, todos con un tamaño de grano de < 1 mm, lo cual los hace que fluyan libremente después de la adición de aproximadamente 9 m-% de agua por 100 m-% de material refractario.

Como puede ser observado en las Figuras, la envoltura 20 tiene tamaños diferentes en áreas diferentes. El espesor de pared más grande está alrededor del segmento extremo lOu del elemento tubular 10, mientras que la sección cilindrica que se extiende hacia abajo tiene el espesor de pared más pequeño. Esa parte de la envoltura 20 que se extiende sobre la parte superior de la superficie 10s del elemento tubular 10 y que proporciona una capa superior (parte inferior 20b), así como la superficie de deslizamiento 20g superior, tiene un espesor entre ellos.

Para mejorar la adhesión entre la envoltura 20 y el elemento tubular 10, la superficie periférica externa lOp proporciona elementos hembra como huecos, depresiones, etc. en los cuales el material de la envoltura puede extenderse durante la fundición.

En esta modalidad la superficie superior 20g es plana (llana) en el grado más alto posible y lisa, y esta superficie proporciona una superficie deslizante continua monolítica, cuando se instala en un arreglo intercambiador de tubos correspondiente o se monte a un mecanismo de compuerta deslizable. Esos medios de montaje y fijación no son ilustrados con detalle (puesto que son conocidos por el experto), sino únicamente simbolizados por la línea 40 en la Figura 2.

El área periférica externa de la envoltura 20 es cubierta por una la metálica 50, siguiendo la forma variable de elemento tubular 10 y la envoltura 20. Esta lata finaliza a una distancia hacia la superficie de deslizamiento 20g (no visible en la Figura 3c). En otras palabras: la superficie de deslizamiento 20g proyecta la lata de deslizamiento 50 ligeramente, en la modalidad 2.5 mm.

Los anclajes (únicamente uno de los cuales es ilustrado con el número 60 se proyectan desde la lata 50 para reforzar el material de cerámica fundido de la envoltura 20.

Aunque el elemento tubular 10 es de una envoltura de forma sustancialmente cilindrica 20 (y la lata de manera correspondiente 50), presenta diferentes formas geométricas sobre su longitud D: - la parte superior, aquí referida como collar C, tiene una forma sustancialmente cúbica - la parte inferior, aquí posteriormente referida como sección de tubo P, tiene una forma sustancialmente cilindrica a lo largo de la parte intermedia, aquí posteriormente referida como región de transición T, el diseño cambia de cúbico a una forma cilindrica, como se observa mejor en las Figuras 3a, 3b y 3c.

El collar C o lata metálica externa 50, respectivamente, proporciona de este modo cuatro lados inferiores CB1, CB2, CB3, CB4 a lo largo de la región de transición T, que sirven como superficies de soporte cuando el dispositivo de colada es instalado en un mecanismo intercambiador de tubos correspondiente en el área inferior de un recipiente metalúrgico correspondiente.

Como se ilustra en las Figuras, los lados inferiores opuestos CB1, CB2 se extienden más o menos perpendiculares al eje longitudinal central A del canal de colada 30 mientras que los lados inferiores CB3, CB4 proporcionan un ángulo OÍ de aproximadamente 45 grados con respecto al eje A.

Ambos lados inferiores CB3, CB4 pueden ser planos (llanos) o curvos con respecto al eje longitudinal central A. Un diseño con superficies de soporte curvas corresponde al de la EP 2269751B1.

En la parte inferior, específicamente encima de la abertura de salida 34, 36, el elemento tubular 10 no es cubierto nada más que por la envoltura 20 y/o puede sin embargo presentar un esmalte externo.

Las paredes del canal de colada 30 incluyendo las aberturas de entrada y salida están esmaltadas también.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo refractario de colada que presenta un canal de colada longitudinal central con una abertura de entrada en su primera sección extrema (U) y al menos una abertura de salida en su segunda sección extrema (L), caracterizado porque comprende: a) un elemento tubular de cerámica que se extiende desde un área a una distancia hacia a abertura del canal de colada hasta al menos una abertura de salida del canal de colada, b) una envoltura de cerámica, que cubre el elemento tubular de cerámica al menos en su segmento extremo adyacente a la abertura de entrada del canal de colada, en efecto bl) todo sobre su superficie periférica externa b2) todo sobre su cara extrema anular y b3) todo sobre una región de transición entre ellas, donde c) la envoltura de cerámica es una envoltura de una pieza, hecha de un material de cerámica monolítico y que proporciona un collar que se proyecta hacia afuera (c) en la primera sección extrema (U) del dispositivo de colada.

2. El dispositivo refractario de colada de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la envoltura de cerámica es formada como una copa invertida con un orificio en su fondo, definiendo el orificio la abertura de entrada y la parte superior del canal de colada.

3. El dispositivo refractario de colada de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la parte superior del canal de colada se extiende alineado con una parte inferior del canal de colada definido por el elemento tubular de cerámica.

4. El dispositivo refractario de colada de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento tubular de cerámica es un elemento prensado isostáticamente.

5. El dispositivo refractario de colada de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la envoltura de cerámica es un elemento fundido.

6. El dispositivo refractario de colada de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque esa parte de la envoltura de cerámica que cubre la superficie periférica externa del elemento tubular de cerámica es rodeada, al menos parcialmente, por una lata metálica.

7. El dispositivo refractario de colada de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la envoltura de cerámica es reforzada por elementos mecánicos de un material diferente.

8. El dispositivo refractario de colada de conformidad con la reivindicación 1 a 6, caracterizado porque la envoltura de cerámica es reforzada por anclajes los cuales se fijan el amenos uno del elemento tubular de cerámica o la lata metálica.

9. El dispositivo refractario de colada de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque aquella parte de la envoltura de cerámica que cubre la cara extrema anular del elemento tubular de cerámica proporciona una superficie deslizante uniforme, arreglada a una distancia hacia la cara extrema anular del elemento tubular de cerámica.

10. El dispositivo refractario de colada de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque aquella parte de la envoltura de cerámica que cubre la cara extrema anular del elemento tubular de cerámica proporciona una superficie deslizante uniforme, arreglada a una distancia hacia la cara extrema anular del elemento tubular de cerámica y perpendicular hacia el canal de colada longitudinal central.

11. El dispositivo refractario de colada de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el canal de colada tiene una sección transversal circular al menos a lo largo de la primera sección extrema del dispositivo de colada.

12. El dispositivo refractario de colada de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento tubular de cerámica tiene un espesor de pared más grande en su segmento extremo rodeado con la envoltura de cerámica que en su segmento extremo adyacente a la abertura de salida.

13. El dispositivo refractario de colada de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la envoltura de cerámica tiene una forma externa cúbica o cilindrica en su parte (C) que rodea el extremo del elemento tubular.

14. El dispositivo refractario de colada de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el collar (C) proporciona al menos una cara inferior (CB1, CB2, C3, CB4) que se extiende perpendicular al canal de colada longitudinal central.

15. El dispositivo refractario de colada de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el collar (C) proporciona al menos una cara inferior (CB1, CB2, C3, CB4) que se extiende en un ángulo a entre 15 y 70 grados con relación al eje longitudinal central (A) del canal de colada.