DISPOSITIVO DE CONTROL DE FLUJO PARA LA BOQUILLA EXTERNA DE UN RECIPIENTE METALÚRGICO
Esta invención se refiere a un recipiente que maneja metal fundido y, particularmente, a un elemento para mejorar la abertura de la boquilla de salida del recipiente que contiene metal fundido y permitir que el metal fluya hacia el exterior. La invención se refiere especialmente al vaciado del acero fundido desde un caldero y, aunque no se intenta limitar a éste, será descrito más específicamente en lo siguiente con referencia a calderos de colada. En la industria del acero, se usan calderos para transferir el metal fundido desde los recipientes de fusión y refinación a fundidoras continuas o a un compartimiento de vaciado de lingotes. Se controla el flujo del metal desde el caldero típicamente por una válvula de compuerta deslizante. Usualmente, el área de boquilla de salida se llena con arena refractaria, introducida desde la parte superior del caldero, para impedir la solidificación del acero en la cavidad de la boquilla, antes que comience el vaciado. Esto se logra por una variedad de maneras, o manualmente o semi-automáticamen-te. Sin embargo, todos los métodos convencionales se ha encontrado son inconsistentes y resultan usualmente en un número de fallas en la abertura. El término de "abertura libre" se refiere a la abertura totalmente exitosa sin la necesidad de inundar la boquilla con oxígeno para romper la "calavera" formada de acero/arena. El régimen de éxito de la abertura libre varía de un taller a otro, pero usualmente se encuentre en el intervalo del 80 al 90%. Al final del moldeo, se cierra el caldero al observar visualmente la escoria en embudo o detectar la escoria con el uso de dispositivos sensibles a la transferencia de escoria. A niveles menores del acero en el recipiente, puede ocurrir la formación de vórtices, que resultan en una acumulación significante de escoria o en la necesidad de llevar cantidades considerables de acero en el caldero al final del vaciado. La acumulación de escoria causa una variedad de problemas en la fundidora, que usualmente resultan en problemas en la calidad al igual que causan dificultades con la repetición consistente de la secuencia del caldero y llenado. Es un objeto de la invención suministrar un elemento mejorado de abertura de la boquilla de salida de un recipiente que maneja metal fundido, particularmente un caldero, por lo cual el régimen de éxito de abertura libre puede ser aumentado. Por lo tanto, en un aspecto, la invención suministra un dispositivo de control de flujo desde la boquilla de salida del recipiente que maneja el metal fundido, el dispositivo es configurado para adaptase como un tapón en la boquilla de salida, por lo cual se define un hueco entre el dispositivo y el elemento de cierre para la salida, el dispositivo tiene aberturas cerradas por elementos que funden bajo la influencia del metal fundido en el recipiente, las aberturas suministran el pasaje para el metal fundido desde el recipiente a la salida. Los elementos para cerrar las aberturas pueden ser placas de acero ventiladas, que se funden bajo la influencia del metal fundido - el acero - con el cual se llena el recipiente. El dispositivo de control de flujo es preferiblemente montado a presión en la porción superior de una boquilla interna del caldero, contorneada adecuadamente, y puede ser un producto desechable, que se descarta después de cada vaciado del caldero. El hueco entre el dispositivo y el elemento de cierre del recipiente, es decir usualmente una válvula de compuerta deslizante, puede ser llenado con arena, la cual se puede soplar dentro del hueco a través de la abertura de la válvula de compuerta deslizante, preferiblemente mientras el caldero vacío ha girado a su posición horizontal, es decir normal a su posición vertical que contiene el metal. La válvula de compuerta deslizante puede luego ser cerrada y el caldero gira a su posición vertical normal para ser llenado con el metal fundido. Por lo tanto, en otro aspecto la invención suministra un método para vaciar un recipiente que maneja metal fundido, en el cual se monta un dispositivo de control de flujo, como un tapón, en la boquilla de salida del recipiente vacío, por lo que se define un hueco entre el dispositivo y el elemento de cierre para la salida, este dispositivo tiene aberturas cerradas por elementos que se funden bajo la influencia del metal fundido en el recipiente, el hueco se llena con arena a través del elemento de cierre para la salida, este elemento se cierra y el recipiente se llena con el metal fundido, por lo cual este metal fundido funde el elemento que cierra las aberturas del dispositivo, y es abierto el cierre de la salida para vaciar el recipiente. El dispositivo de control de flujo comprende una porción de cabeza que contiene las aberturas y una porción de cola, configurada para ser un cierre montado en la entrada contorneada correspondiente de la salida del recipiente, es decir en la boquilla de salida. Se puede tratar con mortero en un ajuste de prensa en la salida y puede ser colocada en la posición deseada en el recipiente caliente, por ejemplo por un brazo mecánico desde la parte superior del caldero o por un operador protegido adecuadamente por una barrera aisladora. Se puede usar una cámara para asegurar la colocación exacta. La cabeza del dispositivo de control de flujo se asienta preferiblemente sobresaliendo del piso del reci-píente, de modo que se caliente previamente en forma completa con el recipiente y no cause la solidificación del metal fundido vaciado dentro del recipiente. Conforme el metal fundido funde los cierres de las aberturas del dispositivo de control de flujo, hace contacto con la arena que llena el hueco antes que el elemento de cierre de salida y la arena sintericen a una interfaz de metal fundido/arena. Cuando se desea vaciar el recipiente, la abertura de la salida permite que la arena no sinterizada caiga fuera y la presión metalostática arriba de la tapa sinterizada de arena rompe esa tapa y el metal fluye fuera del recipiente. El metal luego se deja fluir hacia afuera hasta que se detecta la escoria. La transición del metal a la escoria es muy aguda, así que la invención suministra una sensibili-dad mejorada para la detección de la escoria, eliminando o reduciendo así la interrupción prematura. Al final del vaciado, se puede remover la escoria del recipiente y el dispositivo usado de control de flujo se remueve de la boquilla para ser reemplazado por un nuevo dispositivo para la siguiente secuencia.
El dispositivo puede hacerse de cualquier composición refractaria adecuada, por ejemplo de materiales refractarios a base de magnesia o de alúmina. Se describirán ahora modalidades de la invención en forma de ejemplo, con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales: la Figura 1 es una representación de un dispositivo de la invención, que se coloca en una salida en un caldero; y las Figuras 2 a 8 son cada una vistas esquemáticas en sección a través de un caldero, que muestran las etapas sucesivas de introducir un dispositivo de la invención en un caldero vacío, removiendo el dispositivo usado del caldero después de una secuencia de llenado del caldero con acero fundido a través del vaciado del acero desde el caldero. En la Figura 1, un dispositivo 10 de control de flujo, según la invención, tiene una porción de cabeza 11 formada integralmente con una porción de cola 12. Esta porción de cola 12 comprende cuatro aletas 13 igualmente espaciadas, contorneadas para converger al interior en alejamiento de la cabeza 11. La porción de cola contorneada se diseña para ajustarse en una placa de bloque de pozo superior, 15, de una hendidura contorneada correspondientemente, montada en un bloque 16 de pozo permanente arriba de una boquilla 17, que define una salida 18 en un caldero. La salida 18 pasa a través de una placa superior 19a de compuerta deslizante y se muestra cerrada por la placa inferior 19b de compuerta deslizante, estos elementos de cierre son convencionales. Capas de mortero grafitizadas, 15a y 17a, sellan respectivamente la placa superior 15 de bloque de pozo, al bloque de pozo permanente 16 y la boquilla 17 al bloque de pozo permanente 16. Se apreciará que el dispositivo 10 de control de flujo y la placa superior 15 del bloque de pozo, pueden hacerse de una pieza, la cual es reemplazada después de cada carga del horno. Sin embargo, como se muestra, la placa superior 15 del bloque de pozo puede ser un producto semi-desechable que se reemplaza, por ejemplo, después de 2 a 5 cargas del horno. Las hojas de cierre de metal, 14, se montan a la cabeza 11 para cerrar las aberturas formadas por el perfil de castillos del borde inferior lia de la cabeza. Las hojas, usualmente de acero, tienen agujeros de ventilación 14b para permitir la ventilación hacia arriba a través de la boquilla de salida, cuando el dispositivo se llena en un caldero. El uso del dispositivo de control de flujo de la Figura 1 será ahora descrito con referencia a las Figuras 2 a 8. En la Figura 2, un caldero vacío 20 se muestra girado a su posición lateral u horizontal. El caldero tiene paredes 21 y un fondo 22. Una salida 23 en el fondo contiene un bloque 24 de pozo, una boquilla interna 25 montada en el bloque de pozo, para definir un pasaje de salida y una placa superior 24a del bloque de pozo, similar a la placa 15 de la Figura 1. Una válvula convencional 27 de compuerta deslizante se une al exterior del fondo 21 del caldero que rodea la salida. La superficie superior de la placa superior 24a del bloque de pozo está contorneada para recibir la porción de cola del dispositivo 10 de control de flujo, de modo que su cabeza 11 se coloque sobre la superficie del fondo del caldero. El dispositivo 10 se monta en el caldero usando un brazo removible 28 de colocación y se coloca en su lugar en la parte superior de la boquilla interna con el mortero. Como se puede ver en la Figura 2, la cabeza 11 del dispositivo y las placas de cierre 14 cierran completamente el acceso a la salida desde el interior del caldero, pero dejan un hueco o volumen vacío 29 en la salida entre el dispositivo y la válvula de compuerta deslizante. En la Figura 3, se muestra la arena 30 del caldero siendo introducida dentro del hueco 29 a través de la válvula abierta 27 de compuerta deslizante, usando una manguera 31 y un elemento de soplado (no mostrado) .
En la Figura 4, el hueco 29 se ha llenado con arena y la válvula de compuerta lateral se ha cerrado. En la Figura 5, el caldero 20 se ha volteado a su posición vertical, se calienta previamente y se llena con acero fundido 32, cubierto por una capa 33 de escoria. La válvula 27 de compuerta deslizante es aún cerrada y el metal fundido disuelve las placas de cierre 14 para exponer las aberturas 14A a través de las cuales fluye para el contacto con la arena en la parte superior del hueco 29 para formar una capa sinterizada de arena (no mostrada) en la' superficie de arena/metal. El acero es refinado y el caldero es llevado a la fundidora (no mostrada) . En la Figura 6, el vaciado del acero desde el caldero comienza. La válvula 27 de compuerta lateral se abre y la arena libre 30 sale. La presión del acero 32 arriba de cualquier capa sinterizada de arena rompe la tapa y el acero puede fluir fuera a través de la salida. En la Figura 7 se muestra el final del vaciado. La válvula 27 de la compuerta deslizante se ha cerrado, dejando la escoria 33 y una cantidad muy pequeña de acero 32 en el caldero. Finalmente, en la Figura 9, el caldero 20, casi vacío, se ha girado en su posición lateral. La escoria 33 se remueve y el dispositivo 10 de control de flujo es perforado usando un punzón 34 a través de la salida.
En una fundidora típica convencional de placa, que usa calderos de 250 a 300 toneladas de capacidad, es usual un régimen de abertura libre de hasta el 95%. Al final del vaciado, alrededor del 1 al 3% del acero se deja en el caldero si se fabrican productos de alto grado de calidad. El uso de la invención, como se describió antes, hace posible que el acero dejado en el caldero se reduzca a aproximadamente el 0.5% y puede dar virtualmente un régimen de abertura de flujo, nunca logrado, de más del 99%.