ES2219294T3 - Cristalizador para colada continua. - Google Patents
Cristalizador para colada continua.Info
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Abstract
Cristalizador para la colada continua de palanquillas y desbastes, que incluye una estructura tubular monolítica, cuya sección transversal define la forma de sección del producto colado, incluyendo la estructura tubular una pared definida por una cara exterior y una cara interior situada en contacto con el metal colado, presentando dicho cristalizador unos orificios (16) prácticamente circulares para el tránsito el líquido refrigerante, y dichos orificios (16) tienen un eje longitudinal prácticamente paralelo a un eje longitudinal del cristalizador en toda la altura del cristalizador (20), y realizados en el grosor de la pared de la estructura tubular monolítica, caracterizado porque dichos orificios (16) se realizan en la citada pared de forma que la distancia (¿d¿) entre su eje longitudinal y la cara interior de la pared del cristalizador (10) oscila entre 5 y 25 mm, porque dicho cristalizador (10) tiene una longitud ¿L¿ comprendida entre 1050 y 1500 mm y porque el diámetro de dichos orificios (16) oscila entre 8 y 16 mm.
Description
Cristalizador para colada continua.
La presente invención se refiere a un
cristalizador para colada continua, según se expone en la
reivindicación principal. El cristalizador según la invención se
aplica en la colada continua de alta velocidad de palanquillas y
desbastes de cualquier tipo y sección, y se utiliza para obtener
productos de gran calidad interna y superficial
En el estado de la técnica se utilizan en la
colada continua cristalizadores tubulares, como alternativa a los
cristalizadores de placas, que están constituidos por un cuerpo
hueco, prácticamente monolítico, cuya sección transversal define la
sección del producto fundido.
Para enfriar la colada metálica fundida en el
interior del cristalizador y empezar por consiguiente la
solidificación progresiva del metal, el estado de la técnica
dispone una camisa fuera de las paredes del cristalizador, que
define un compartimento de tránsito, en cuyo interior se hace pasar
un líquido refrigerante.
Esta realización, ampliamente conocida y
utilizada, presenta ciertas desventajas.
Para garantizar una rigidez estructural adecuada
del cristalizador, también porque los cristalizadores que se
utilizan en la actualidad tienen una longitud relativamente
limitada, y con el fin de evitar deformaciones debidas a los
esfuerzos térmico y mecánico durante el proceso de colada, las
paredes del cristalizador deben tener un grosor mínimo
determinado.
En la actualidad, los cristalizadores que se
suelen utilizar tienen una longitud de menos de 1000 mm y unas
paredes con un grosor mínimo de aproximadamente 13 mm y en algunos
casos de aproximadamente el 10% de la anchura de la palanquilla o
del desbaste fundido.
Al aumentar la velocidad de la colada, el flujo
térmico intercambiado entre el líquido refrigerante y el metal
fundido también aumenta y por lo tanto también lo hace el flujo
térmico que se transmite a través de las paredes del
cristalizador.
Además, debido al elevado grosor de las paredes,
existe una diferencia considerable entre la temperatura de la cara
exterior y la temperatura de la cara interior del
cristalizador.
La condiciones térmicas creadas en las paredes
del cristalizador reducen considerablemente las propiedades
mecánicas, en particular la rigidez estructural del material que
constituye el cristalizador (cobre o aleaciones de cobre), y esto
produce deformaciones y distorsiones permanentes, que causan
problemas tecnológicos considerables así como problemas de calidad
en el producto colado.
En primer lugar, las deformaciones y distorsiones
causan una modificación en el cono interior a lo largo del
cristalizador que se va volviendo progresivamente muy diferente del
cono especificado por los planos del diseño, con la consecuencia de
que la cavidad interna del cristalizador ya no sigue correctamente
una contracción de la superficie que se solidifica.
Esto es la causa de problemas considerables en la
calidad del producto colado y resulta necesario reducir la
velocidad de colada. Además, las deformaciones y distorsiones
reducen la vida útil del cristalizador.
Otra desventaja particularmente grave es la
generación de deformaciones y distorsiones permanentes en el área
del menisco.
De hecho, en esta zona se crean interacciones
incontroladas entre las paredes del cristalizador y la superficie
en formación; esto produce la formación de profundas marcas de
oscilación en la superficie del producto fundido, un intercambio de
calor incontrolable, defectos en la planicidad de la superficie,
grietas internas en las zonas cercanas a las esquinas, que pueden
hacer que se rompa la superficie al salir del cristalizador y un
escape del metal líquido.
Otra desventaja grave de los cristalizadores
monolíticos se debe al comportamiento del producto fundido en
relación con las esquinas. Como en esta zona la refrigeración actúa
en ambos lados, la superficie tiende a contraerse de forma
diferenciada, con el resultado de que es imposible formar el grosor
deseado y pueden producirse fenómenos tales como la rotura de la
superficie a la salida del cristalizador.
En cualquier caso, la superficie formada no es
uniforme y hay defectos superficiales e internos en el
producto.
El documento
GB-A-954.719 describe un
cristalizador tubular en cuyas paredes se hacen agujeros pasantes
verticales para la circulación de un líquido refrigerante.
Para resolver el problema de las tensiones
térmicas muy elevadas a las que están sometidas las paredes del
cristalizador durante la colada del acero fundido, GB'719 propone
insertar canales para la circulación del líquido de refrigeración,
dispuestos en planos transversales al eje de colada en particular,
propone combinar canales longitudinales y transversales que no se
crucen con dichos canales longitudinales, con el fin de contener en
la medida de lo posible la deformación y el pandeo de las paredes
del cristalizador causados por las tensiones térmicas. Sin embargo,
el documento no indica ni permite inducir ninguna solución acerca
de dónde colocar por lo menos los orificios longitudinales con
respecto a la cara interior del cristalizador, con el objeto de
reducir al mínimo los esfuerzos térmicos y evitar las deformaciones
del cristalizador.
El presente solicitante ha ideado y realizado la
presente invención para superar estos inconvenientes y obtener
ventajas adicionales, como se podrá ver más adelante.
La invención se describe y caracteriza en la
reivindicación independiente, mientras que las subreivindicaciones
describen otras características innovadoras de la invención.
El objeto de la invención es ofrecer un
cristalizador para la colada continua que pueda garantizar una gran
rigidez estructural con el fin de eliminar los riesgos de
deformaciones y distorsiones permanentes incluso si existen
tensiones térmicas muy elevadas debidas al intenso intercambio de
calor entre el líquido refrigerante y el metal fundido.
Esta rigidez estructural se obtiene sin reducir
la capacidad refrigerante necesaria para una correcta
solidificación del metal fundido, incluso a elevadas velocidades de
colada.
El cristalizador según la invención tiene una
estructura tubular monolítica constituida por una pared con una
cara exterior y una cara interior en contacto con el metal fundido
colado.
Según la invención, el cristalizador tiene unos
agujeros pasantes, realizados en el grosor de su pared, en cuyo
interior se hace circular el líquido refrigerante.
Por consiguiente, la distancia entre el líquido
refrigerante y el metal fundido es reducida, aunque sin reducir el
grosor global de la pared de cristalizador y por consiguiente su
rigidez mecánica y estructural.
Para ser más exactos, los orificios están
dispuestos de forma que su eje longitudinal esté a una distancia
comprendida entre 5 y 20 mm, ventajosamente entre 7 y 15 mm de la
cara interna del cristalizador y por consiguiente prácticamente del
metal líquido.
Gracias a la presencia del líquido refrigerante
en el interior de la pared del cristalizador, es posible obtener
una temperatura media inferior de la pared, reduciendo de este modo
los esfuerzos térmicos que conducen a deformaciones y distorsiones
permanentes.
Además, existe una considerable reducción en la
diferencia entre la temperatura de la cara de la pared en contacto
con el líquido refrigerante y la de la cara interior en contacto
con el metal fundido.
Todo esto permite contener las deformaciones y
distorsiones dentro de un ámbito elástico, y recuperar la forma
original una vez que han desaparecido las tensiones.
El cristalizador según la invención tiene de 1050
a 1500 mm.
El incremento de longitud, junto con los
orificios realizados directamente en la estructura monolítica del
cristalizador, que permite mantener la anchura de la pared en un
valor determinado, confiere gran rigidez y resistencia a las
tensiones mecánicas y térmicas.
Las ventajas de esta solución según la invención
consisten en primer lugar en que el cono interno del cristalizador
permanece según las especificaciones y está configurado por lo
tanto para seguir la contracción del producto colado durante la
solidificación.
Es por lo tanto posible mantener las
características de gran calidad del producto colado y la alta
velocidad de colada, con lo cual se obtiene una elevada
productividad.
Además, las posibles causas de defectos en el
producto quedan eliminadas, como la falta de planicidad, la
presencia de grietas cerca de las esquinas, la formación de
profundas marcas de oscilación.
Además, aumenta la vida útil del
cristalizador.
El cristalizador según la invención está
constituido por un cuerpo monolítico de tipo tubular, cuya cavidad
interna define la sección del producto colado.
Según una variante, la refrigeración en las
esquinas del cristalizador se controla de forma diferente desde sus
zonas planas.
Esto permite condicionar adecuadamente la
contracción del producto colado, en correspondencia con las
esquinas, cuya contracción es más rápida que en las zonas planas
debido a que la refrigeración actúa simultáneamente desde ambos
lados de la esquina.
Según una realización de la invención, en
correspondencia con la esquina, el líquido refrigerante no circula
a través de los orificios realizados en las paredes con el mismo
volumen y/o presión que el líquido que pasa por las zonas planas
del cristalizador.
Según una variante, los orificios en
correspondencia con las esquinas presentan una menor densidad con
respecto a las zonas planas de la pared tubular del
cristalizador.
Según otra variante, los orificios en
correspondencia con las esquinas presentan una forma diferente, por
ejemplo una sección menor, con respecto a las zonas planas de la
pared tubular del cristalizador.
Según otra característica de la invención, en
correspondencia con las esquinas, la pared del cristalizador tiene
unas piezas insertadas para reforzar y conferir rigidez, unos
segmentos de mayor grosor, adecuados para garantizar una mayor
rigidez en correspondencia con las zonas más sometidas a tensiones,
y también un intercambio térmico menor.
Las figuras adjuntas se dan como ejemplo no
restrictivo y muestran algunas realizaciones preferenciales de la
invención.
La figura 1 muestra una sección longitudinal de
un cristalizador para colada continua según la invención.
La figura 2 es una sección transversal del
cristalizador mostrado en la figura 1.
La figura 3 muestra una primera variante de la
figura 2.
La figura 4 muestra una segunda variante de la
figura 2.
Las figuras 5a y 5b muestran, con dos variantes,
el detalle de la zona de esquina del cristalizador mostrado en la
figura 2.
Las figuras 6a y 6b muestran dos variantes de las
figuras 5a y 5b.
Las figuras 7a, 7b y 7c muestran tres
realizaciones más para las zonas de esquina del cristalizador según
la invención.
La figura 1 muestra en parte y en forma
esquemática una sección longitudinal de un cristalizador 10 de tipo
tubular monolítico para la colada continua de palanquillas o
desbastes 11.
El metal fundido, colado continuamente por medio
de una tobera 12, se solidifica progresivamente partiendo de la
zona del menisco 13, creando un grosor de superficie 14 que va
creciendo progresivamente a medida que se va acercando a la salida
del cristalizador 10.
El cristalizador 10 coopera, en la forma conocida
del estado de la técnica, con un dispositivo de soporte 15 que se
puede asociar con un dispositivo de oscilación mecánica no mostrado
aquí.
El cristalizador 10 define una cavidad interior
cónica que puede adaptarse a la contracción de la superficie 14 al
solidificarse gradualmente.
El cono puede ser continuo y adoptar una
evolución prácticamente parabólica o puede estar definido por
segmentos multi-cono unidos entre si.
El cristalizador 10 según la invención consta de
una estructura monolítica con una longitud "L" comprendida
entre 1050 y 1500 mm.
Según la invención, se han hecho, dentro de la
pared tubular del cristalizador 10, unos orificios longitudinales
16 que se extienden verticalmente, paralelos entre si,
prácticamente en toda la altura del cristalizador 10, en cuyo
interior se hace circular el líquido refrigerante, que suele ser
agua.
Según una variante, los orificios 16 están
inclinados con relación al desarrollo longitudinal del
cristalizador 10. Los orificios longitudinales 16, en una primera
realización, son circulares y tienen de 8 a 16 mm de diámetro.
Gracias a los orificios 16 realizados
directamente en la pared del cristalizador tubular 10, es posible
llevar el líquido refrigerante más cerca del metal líquido, aun
manteniendo todavía un buen grosor de pared que, junto con la gran
longitud "L" del cristalizador 10 mismo, garantiza la rigidez
estructural y resistencia necesaria a las deformaciones y
distorsiones causadas por los esfuerzos términos y mecánicos.
Según la invención, para optimizar el intercambio
térmico entre el líquido refrigerante y el metal líquido, la
distancia "d" entre el eje longitudinal de los orificios 16 y
la pared interior del cristalizador 10 tiene de 5 a 20 mm,
ventajosamente de 7 a 15 mm.
La variante mostrada en la figura 3 muestra una
realización en la que, en correspondencia con las esquinas 20, el
cristalizador 10 tiene segmentos de mayor grosor 17 que confieren
todavía más rigidez a la estructura monolítica del cristalizador
10.
La variante ulterior mostrada en la figura 4
presenta una realización en la que los orificios longitudinales 16
por los que circula el líquido refrigerante se obtienen realizando
unas conformaciones semicirculares paralelas en las caras
exteriores del cristalizador 10, que se cierran entonces desde el
exterior por medio de unas placas contenedoras 18. Con esta
realización, resulta más fácil hacer los orificios 16 sobre las
paredes del cristalizador 10.
Según una variante mostrada mediante una línea de
trazos, en su cara interna las placas 18 tienen configuraciones
semicirculares, que se corresponden con las configuraciones del
cristalizador 10, que se acoplan con las mismas para formar
orificios circulares 16, a través de los cuales puede pasar el
líquido refrigerante.
Según una variante, el sistema de refrigeración
se regula de forma diferenciada en correspondencia con las esquinas
20 del cristalizador 10 con el fin de controlar la contracción de
la superficie 14 debida a las diferentes condiciones de
refrigeración que se producen en relación con las esquinas 20 y
cerca de las mismas.
En la realización mostrada en la figura 5a, que
presenta el detalle de una esquina 20 del cristalizador tubular 10
según la invención, los orificios 16a para el paso del líquido
refrigerante situados en relación con las esquinas o muy cerca de
las mismas son de sección más pequeña que los orificios 16
dispuestos a lo largo de las partes planas del cristalizador 10.
Con esta realización, se suministra un volumen de
líquido refrigerante inferior con respecto a la esquina 20 y por
consiguiente se reduce la capacidad de eliminar calor; como
consecuencia de ello, los parámetros de refrigeración se vuelven
uniformes con respecto a las caras planas del cristalizador 10.
Según una variante que no se muestra aquí, los
orificios 16a en relación con la esquina 20 reciben un caudal de
agua que se modula, en volumen o presión, según los requisitos
específicos de refrigeración de la zona de esquina.
Según la otra variante mostrada en la figura 5b,
los orificios 16a en relación con la esquina son menos densos que
los orificios 16 en las caras planas del cristalizador 10.
Las variantes mostradas en las figuras 6a y 6b
muestran realizaciones en las cuales, en relación con la esquina
20, el cristalizador 10 tiene segmentos de mayor grosor 17, cuya
función consiste en hacer que el cristalizador 10 sea más rígido en
estas zonas más sometidas a tensiones, y reducir también el
intercambio térmico con el líquido refrigerante que circula por los
orificios 16a.
Las figuras 7a, 7b y 7c muestran otros ejemplos
de segmentos de mayor grosor 17 respecto de las esquinas 20 del
cristalizador 10.
Los segmentos con mayor grosor 17 pueden tener
formas diversas, por ejemplo forma de cola de milano,
paralelepípedo u otra y pueden presentar o no orificios 16 en los
circula el líquido refrigerante.
Claims (9)
1. Cristalizador para la colada continua de
palanquillas y desbastes, que incluye una estructura tubular
monolítica, cuya sección transversal define la forma de sección del
producto colado, incluyendo la estructura tubular una pared
definida por una cara exterior y una cara interior situada en
contacto con el metal colado, presentando dicho cristalizador unos
orificios (16) prácticamente circulares para el tránsito el líquido
refrigerante, y dichos orificios (16) tienen un eje longitudinal
prácticamente paralelo a un eje longitudinal del cristalizador en
toda la altura del cristalizador (20), y realizados en el grosor de
la pared de la estructura tubular monolítica, caracterizado
porque dichos orificios (16) se realizan en la citada pared de
forma que la distancia ("d") entre su eje longitudinal y la
cara interior de la pared del cristalizador (10) oscila entre 5 y
25 mm, porque dicho cristalizador (10) tiene una longitud "L"
comprendida entre 1050 y 1500 mm y porque el diámetro de dichos
orificios (16) oscila entre 8 y 16 mm.
2. Cristalizador como en la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha distancia ("d") está
comprendida entre 7 y 15 mm.
3. Cristalizador como la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque dichos orificios (16) tienen forma
semicircular, están realizados sobre la cara exterior del
cristalizador (10) y cooperan con unas placas de cierre exteriores
(18).
4. Cristalizador según la reivindicación 3,
caracterizado porque dichas placas exteriores (18) tienen
configuraciones semicirculares que se corresponden con dichos
orificios semicirculares en la cara exterior del cristalizador (10)
para definir, en su acoplamiento, orificios circulares de
tránsito.
5. Cristalizador según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
unas esquinas (20) asociadas con un sistema de refrigeración
diferenciado con respecto a las zonas planas.
6. Cristalizador según la reivindicación 5,
caracterizado porque en correspondencia con las esquinas
(20) incluye unos orificios (16a) con una sección más pequeña que
la de los orificios (16) de las zonas planas.
7. Cristalizador según la reivindicación 5,
caracterizado porque, respecto de las esquinas (20) incluye
unos orificios (16a) con menor densidad que la de los orificios
(16) de las zonas planas.
8. Cristalizador según la reivindicación 5,
caracterizado porque en correspondencia con las esquinas
(20) dichos orificios (16a) reciben un caudal de agua con
parámetros diferentes, en términos de alimentación y/o presión, con
respecto a los orificios (16) de las zonas planas.
9. Cristalizador según la reivindicación 1,
caracterizado porque en correspondencia con las esquinas
(20), incluye unos segmentos con un mayor grosor (17) para conferir
mayor rigidez a la estructura.
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