ES2209037T3 - Bloqueo monolitico ceramico y refractario. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN PIEZA AGUJEREADA (10) CERAMICA, RESISTENTE AL FUEGO, MONOLITICA, CON UNA PRIMERA SUPERFICIE FRONTAL (20) SUPERIOR Y UNA SEGUNDA SUPERFICIE FRONTAL (22) INFERIOR, ASI COMO UNA ABERTURA (12) DE PASO ENTRE LAS SUPERFICIES (20,22) FRONTALES CUYA MATRIZ (16) CERAMICA RESISTENTE AL FUEGO SE COMPONE AL MENOS DE DOS TRAMOS (16.1, 16.2, 16.3) DISPUESTOS UNO JUNTO A OTRO EN DIRECCION RADIAL (VERTICALMENTE CON RESPECTO AL EJE LONGITUDINAL MEDIO (14) DE LA ABERTURA (12) DE PASO), A BASE DE MATERIALES CERAMICOS DIFERENTES.

Description

Bloque monolítico cerámico y refractario.

La presente invención se refiere a un bloque monolítico cerámico y refractario que presenta una primera superficie frontal superior y una segunda superficie frontal inferior, así como un orificio de paso entre las dos superficies frontales.

Un bloque cerámico de este tipo sirve, por ejemplo, para el alojamiento de un bloque para el barrido con gases inertes. En este caso, el orificio de paso presenta frecuentemente una forma de cono truncado -análoga a la forma del bloque para el barrido por gases inertes.

Los bloques cerámicos del tipo mencionado son conocidos también como partes componentes de válvulas de compuerta.

Una estructura esencialmente análoga a los bloques cerámicos mencionados la presentan también los denominados bloques tubulares, que se designarán en lo sucesivo junto con dichos bloques cerámicos para el barrido con gases inertes, reunidos bajo el concepto "bloque cerámico".

Normalmente, un bloque cerámico está compuesto (véase, p. ej., el documento EP-A-352 353) por una matriz cerámica más o menos densa. El bloque cerámico puede fabricarse por vertido, apisonado o prensado.

El bloque cerámico se incorpora, la mayoría de las veces fijado con argamasa, a una pared o un fondo de un recipiente para fusión, por ejemplo, una cuchara de colada de acero. La superficie frontal (superior) del bloque cerámico está convenientemente encarada al baño de metal fundido. Este extremo se designa también como el "extremo caliente". El extremo opuesto del bloque cerámico, que después de su incorporación queda situado en el exterior, es el denominado "extremo frío".

En el servicio, entre el "extremo frío" y el "extremo caliente" se forma en consecuencia un gradiente de temperatura en la dirección axial del bloque para barrido con gases inertes (que corresponde al eje longitudinal central del orificio de paso).

Debido a esta desigual solicitación térmica, se producen frecuentemente grietas horizontales, es decir, grietas que discurren paralelas a las superficies frontales del bloque cerámico. La mayoría de las veces estas grietas se observan a una distancia de 5 a 20 cm del "extremo caliente" del bloque cerámico. Debido a que el bloque cerámico, especialmente en dirección al "extremo frío" solamente sinteriza con retraso, el progreso de la grieta es relativamente rápido, y puede producirse un desprendimiento de la "cabeza del bloque cerámico", es decir, del sector del bloque cerámico que está encarado a la masa en fusión. De la formación y progreso de las grietas en este sector térmicamente solicitado puede ser también responsable un debilitamiento del fraguado del cemento, en el caso en que el bloque cerámico esté por una masa aglomerada con cemento.

Además de estas grietas horizontales se observan también grietas verticales (es decir, paralelas al eje longitudinal central del orificio de paso), que generalmente se configuran como las denominadas "grietas en cruz", es decir, que discurren radialmente desde el orificio de paso hacia el exterior o desde una superficie frontal a la otra superficie frontal, respectivamente.

En todo caso se produce un acortamiento considerable de la duración de vida del bloque cerámico.

Particularmente en el caso de bloques cerámicos vertidos, se intenta prolongar su duración mediante la adición de agujas de acero. El efecto de agujas de acero, que están presentes diseminadas en el material de la matriz como elementos discretos, es sin embargo muy reducido en todo caso.

El documento GB-A-1 451 548 da a conocer un bloque cerámico, que se puede utilizar en un recipiente metalúrgico. En el mismo bloque cerámico se puede aplicar una tobera de colada.

Los bloques cerámicos tienen que distinguirse de las bocas de colada (tal como está descrito en el documento EP-A-135 482). Estas últimas sirven para el paso del baño de metal fundido.

La presente invención se plantea el objetivo de proporcionar un bloque cerámico de este tipo que sea más insensible a la formación de grietas y cuya duración resulte mejorada en comparación con los bloques cerámicos convencionales.

La presente invención se basa en el reconocimiento de que este objetivo se puede alcanzar de un modo asombrosamente simple, de tal manera que el bloque cerámico - considerado radialmente al eje longitudinal central del orificio de paso - esté estructurado a partir de diversos materiales cerámicos. Aunque en conjunto se dispone un bloque cerámico monolítico, por ejemplo fabricado por vertido o apisonado, el material cerámico de la matriz comprende diferentes sectores (zonas) de diversos materiales (clases).

Esto significa concretamente que entre el orificio de paso y la o las paredes exteriores del bloque cerámico, está dispuesto un primer sector de un material cerámico A, al cual le sigue un segundo sector de un material cerámico B. Éste se puede extender hasta las paredes exteriores del bloque cerámico o, por ejemplo, puede estar seguido de un tercer sector, que a su vez es del material A o de una tercera clase de material C.

El resultado es que se forma una especie de "cuerpo compuesto", y que, sin embargo, las capas individuales (sectores, zonas) constituyen de nuevo entre sí y en su conjunto un cuerpo monolítico, y no se excluye que entre las zonas (sectores) individuales existan zonas de superficies-límite incluso después de la sinterización. En eso el concepto "cuerpo monolítico en conjunto" se refiere a que las zonas (sectores) individuales no están dispuestas desprendidas unas de otras y una junto a la otra sino que se complementan para formar un cuerpo único homogéneo, en una matriz única homogénea.

Sin embargo, el prever diferentes materiales tiene como consecuencia que dentro de las correspondientes zonas se puedan establecer distintas propiedades físicas que en relación con el comportamiento frente al agrietado de los bloques cerámicos son de una importancia primordial.

Aquí se trata especialmente de las propiedades físicas de los correspondientes materiales cerámicos o de los sectores con ellos formados, respectivamente.

El concepto "propiedades físicas" comprende, por ejemplo: la resistencia a los cambios de temperatura, la resistencia a la corrosión, la conductibilidad térmica, el grado de sinterización, la densidad, o similares.

Si por ejemplo, a una capa relativamente densa le sigue una capa menos densa en la que discurre una grieta en dirección a la capa densa, al alcanzar la capa densa el progreso de la grieta se interrumpirá o ralentizará, respectivamente.

Si por ejemplo, a una capa que sinteriza ya a 900ºC le sigue otra capa que no sinteriza hasta los 1.100ºC, entonces es evidente que una grieta que se forma en esta zona a una temperatura de, por ejemplo, 1.000ºC puede pasar con relativa facilidad a través de la zona todavía "blanda" que sólo empieza a sinterizar a 1.100ºC, pero se parará o se reducirá el progreso de la grieta cuando llegue a la capa ya sinterizada.

De acuerdo con lo anterior, en su forma de ejecución más general la presente invención se refiere a un bloque cerámico y monolítico, que presenta una primera cara frontal superior y una segunda cara frontal inferior así como un orificio de paso entre las superficies frontales, cuya matriz cerámica refractaria comprende por lo menos dos sectores de materiales cerámicos distintos dispuestos uno junto al otro en dirección radial (perpendicular al eje longitudinal central del orificio de paso).

Tal como se ha explicado, los materiales cerámicos de los sectores se pueden diferenciar entre sí, particularmente por sus propiedades físicas.

Como que la formación de grietas y su progreso dependen predominantemente de la correspondiente estructura del material cerámico, una forma de ejecución prevé estructurar los sectores a partir de materiales cerámicos que presenten estructuras diversas o que, bajo la acción de la temperatura, desarrollen estructuras diferentes.

Dichos sectores pueden discurrir de manera continua entre las superficies frontales. Como que, sin embargo y tal como se ha explicado, la formación de grietas se observa principalmente en el sector adyacente a la primera superficie frontal (superior), es también suficiente disponer los sectores mencionados dentro de esta zona del bloque cerámico y, por ejemplo, configurar la parte inferior del bloque cerámico (adyacente a la superficie frontal inferior) de manera continua a partir de un mismo material cerámico de la matriz.

Para conseguir una influencia efectiva sobre el progreso de las grietas, el espesor mínimo de dichos sectores (considerado radialmente al eje longitudinal central del orificio de paso) debería ser de 1 cm. Por regla general, los sectores presentarán un espesor de varios cm en cada caso.

Los sectores -considerados en dirección al eje longitudinal central del orificio de paso- pueden presentar superficies rectas (planas).

Según una forma de ejecución está previsto que los sectores estén configurados de manera escalonada entre las superficies frontales. De este modo, tiene lugar una influencia adicional sobre un eventual progreso de las grietas y su conducción forzada, por lo menos en dirección axial y por sectores.

La fabricación de un bloque cerámico del tipo expresado puede realizarse como sigue.

En un molde para bloques cerámicos, se utiliza una plantilla para el orificio de paso así como uno a varios elementos separadores autoportantes. Estos elementos separadores pueden presentar, por ejemplo, una forma cilíndrica. Se disponen distanciados respecto a la plantilla para el orificio de paso o respecto a las paredes interiores del molde, respectivamente, y distanciados entre sí. De este modo se forman diferentes zonas, que a continuación se llenan con distintos materiales cerámicos. Para esto se ofrece la utilización de masas cerámicas vertidas, aunque igualmente se pueden emplear, por ejemplo, masas apisonadas.

La estructura química y mineralógica de las masas puede ser prácticamente cualquiera; lo decisivo es solamente que las diferentes masas se llenen en sectores (zonas) adyacentes.

Después de haber llenado el molde de esta manera, se retiran los elementos separadores, a no ser que sean de un material combustible, de modo que los materiales cerámicos refractarios de zonas adyacentes quedan situados unos inmediatamente junto a los otros.

Tan pronto como el bloque cerámico ha alcanzado una solidez en verde suficiente, se puede desmoldear y, de manera ya conocida, se puede proseguir su procesamiento o ya utilizarlo, respectivamente.

Otras características de la presente invención resultan de las características de las reivindicaciones subordinadas así como de los demás documentos de la solicitud.

A continuación se explica más detalladamente la presente invención, sobre la base de los diferentes ejemplos de realización.

Las figuras muestran - en cada caso en representación esquemática:

la Figura 1, una sección longitudinal vertical a través de una primera forma de ejecución de un bloque cerámico,

la Figura 2, una vista desde arriba del bloque cerámico según la figura 1,

la Figura 3, una sección longitudinal vertical a través de una segunda forma de ejecución de un bloque cerámico,

la Figura 4, una vista desde arriba del bloque cerámico según la figura 3.

En las figuras, los componentes iguales o que tienen los mismos efectos están designados con los mismos números de referencia.

El número de referencia 10 designa aquí un bloque cerámico en su conjunto. Como todo bloque cerámico, los bloques cerámicos representados en las figuras comprenden también un orificio de paso central 12, que presenta aquí una forma de cono truncado y que sirve para el posterior alojamiento de un bloque para el barrido por gases inertes correspondientemente configurado. El eje longitudinal central del orificio de paso 12 está designado con el número de referencia 14.

Como se observa en las figuras 2 y 4, los bloques cerámicos 10 presentan una base cuadrada cuyas paredes exteriores están caracterizadas con los números 10a a 10d.

Entre el orificio de paso 12 y las paredes 10a a 10d, el bloque cerámico 10 está constituido por un cuerpo cerámico refractario monolítico 16 que según las figuras 1, 2 está subdividido en dos zonas parciales 16.1 (adyacente al orificio de paso 12) y 16.2 (adyacente a las paredes exteriores 10a a 10d).

Mientras que la zona 16.1 discurre por su cara interior en forma de cono truncado-correspondiendo a la forma del orificio de paso 12- la pared del sector 16.2 es cilíndrica.

La zona limítrofe con el sector exterior 16.2 está representada por una línea de puntos.

De hecho, los sectores 16.1 y 16.2 están situados inmediatamente uno junto al otro y forman una matriz monolítica continua y conjunta.

En el ejemplo de ejecución representado (Figuras 1, 2), el sector 16.1 está compuesto de un material cerámico refractario que sinteriza a 1.100ºC, mientras que el sector exterior 16.2 es de un material cerámico refractario que sinteriza ya a 900ºC.

Si desde la pared interior del sector 16.1 se forma - como se representa esquemáticamente en la figura 1- una grieta 18 (perpendicular al eje longitudinal central 14 del orificio de paso 12) en un tiempo determinado, la grieta 18 llega a la superficie límite con el sector 16.2.

Si se parte de la base de que en este momento en la zona de la grieta 18 hay una temperatura de, por ejemplo, 1.000ºC, esto significa que esta capa 16.1 todavía no está sinterizada, mientras que la capa 16.2 ya está sinterizada. En consecuencia, la grieta 18 no puede continuar sin más dentro de la capa 16.2, sino que se detendrá entre las capas 16.1 y 16.2. O bien la grieta finaliza entonces aquí, o se propaga, en todo caso con una velocidad reducida, dentro de la capa exterior 16.2.

El ejemplo de ejecución según las figuras 3 y 4 se diferencia del de las figuras 1 y 2, en que el cuerpo monolítico 16 está subdividido aquí en tres zonas en total, señaladas con las cifras 16.1, 16.2 y 16.3.

Las capas 16.1 (adyacente al orificio de paso 12) y 16.3 (adyacente a las paredes exteriores 10a hasta 10d) están formadas aquí del mismo material cerámico, mientras que la capa cilíndrica 16.2, dispuesta entre ellas, está realizada en otra masa refractaria.

Por lo que se refiere al comportamiento de las grietas, el del bloque cerámico según las figuras 3 y 4 corresponde esencialmente al de las figuras 1 y 2, aunque sin embargo, se forma aquí una superficie límite adicional entre las capas 16.2 y 16.3.

Naturalmente, para una amplia optimización es posible formar la capa 16.3 a partir de otra clase refractaria que la de la capa 16.1.

Junto a las formas de ejecución representadas es también posible, por ejemplo, configurar de otra manera la pared exterior de la capa 16.1 según el ejemplo de ejecución de la figura 1.

Así pues, la pared exterior entre la superficie frontal superior 20 del bloque cerámico 10 y la superficie frontal inferior 22 puede estar también configurada de forma escalonada.

Claims (8)

1. Bloque monolítico cerámico y refractario (10), que presenta una primera superficie frontal superior (20) y una segunda superficie frontal inferior (22), así como un orificio de paso (12) entre las dos superficies frontales (20, 22), cuya matriz cerámica refractaria (16) está constituida por al menos dos sectores (16.1, 16.2, 16.3) dispuestos uno junto al otro en dirección radial - perpendiculares al eje longitudinal central (14) del orificio de paso (12) - de materiales cerámicos diversos.

2. Bloque cerámico según la reivindicación 1, en el que los materiales cerámicos de los sectores (16.1, 16.2, 16.3) se diferencian por sus propiedades físicas.

3. Bloque cerámico según la reivindicación 2, en el que los materiales cerámicos de los sectores (16.1, 16.2, 16.3) se diferencian en su estructura.

4. Bloque cerámico según la reivindicación 2, en el que los materiales cerámicos de los sectores (16.1, 16.2, 16.3) se diferencian en lo referente a su temperatura de sinterización.

5. Bloque cerámico según la reivindicación 1, en el que los materiales cerámicos de los sectores (16.1, 16.2, 16.3) se diferencian en su estructura química mineralógica.

6. Bloque cerámico según la reivindicación 1, en el que los sectores (16.1, 16.2, 16.3) discurren de forma continua entre las superficies frontales (20, 22).

7. Bloque cerámico según la reivindicación 1, en el que cada sector (16.1, 16.2, 16.3) presenta un espesor mínimo de 1 cm - considerado radialmente al eje longitudinal central (14) del orificio de paso (12).

8. Bloque cerámico según la reivindicación 1, en el que los sectores (16.1, 16.2, 16.3) entre las superficies frontales (20, 22) presentan escalonamientos en su periferia.