ES2277300T3 - Conjuntos de eje y poste para aparato de bombeo de metal fundido. - Google Patents

Abstract

Un poste para bomba de metal fundido, que comprende: una varilla (29) alargada; una funda (31) que recibe la varilla alargada de tal modo que un primer extremo y un segundo extremo de la varilla se extienden desde la funda; una unidad (41) de acoplamiento que rodea al menos parcialmente una primera porción del miembro de funda, proximal al primer extremo de la varilla, que se caracteriza porque: un miembro (43) de empuje rodea al menos parcialmente una porción de la varilla, adyacente al primer extremo de la varilla.

Description

Conjuntos de eje y poste para aparato de bombeo de metal fundido.

Antecedentes de la invención

Esta invención se refiere a la construcción de un poste para un bomba de metal fundido de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Se conoce un poste de este tipo, por ejemplo, a partir del documento US-A-5 558 505.

En el procesamiento de metales fundidos, se hace con frecuencia necesario bombear metal fundido desde un lugar a otro. Cuando se desea extraer metal desde un recipiente contenedor, se utiliza lo que se conoce como bomba de transferencia. Cuando se desea hacer circular metal fundido por el interior de un recipiente contenedor, se utiliza lo que se conoce como bomba de circulación. Cuando se desea purificar el metal fundido dispuesto en el interior de un recipiente contenedor, se utiliza lo que se conoce como bomba de inyección de gas. En cada una de estas bombas, un impulsor giratorio se encuentra sumergido, típicamente en el interior de una cámara de bombeo, en el baño de metal fundido contenido en el recipiente. Adicionalmente, el motor se encuentra suspendido de una súper-estructura por encima del baño mediante postes conectados a la base. La rotación del impulsor en el interior de la cámara de bombeo fuerza el metal fundido según se desea, en una dirección permitida por el diseño de la cámara de
bombeo.

Las bombas mecánicas para mover metal fundido en un baño, tienen históricamente una vida relativamente corta debido a los efectos destructivos del entorno de metal fundido sobre el material utilizado para construir la bomba. Además, la mayor parte de los materiales capacitados para un funcionamiento durante un período largo en un baño de metal fundido, tienen una resistencia relativamente pobre, lo que puede dar como resultado un fallo mecánico. A este respecto, la industria ha hecho uso típicamente del grafito, un material con una firmeza, una resistencia a la temperatura y una resistencia a los productos químicos adecuadas, para que funcione durante un período de tiempo aceptable en el severo entorno del metal fundido.

Aunque el grafito es actualmente el material más comúnmente utilizado, presenta ciertas dificultades para los fabricantes de bombas. En particular, las bombas mecánicas requieren normalmente un alojamiento de bomba de grafito sumergido en el metal fundido. Sin embargo, el alojamiento es algo flotante en el baño de metal debido a que el grafito tiene una densidad inferior a la del metal. Con el fin de impedir que el alojamiento de bomba se eleve en el metal y de impedir el movimiento lateral indeseado de la base, una serie de patas verticales se posicionan entre el alojamiento de bomba y la estructura de la parte de arriba que actúa simultáneamente para soportar el motor accionador y para posicionar la base. Adicionalmente al funcionamiento como miembro intermedio en las funciones anteriores, las patas, o postes según se conocen también, deben ser suficientemente fuertes para resistir el esfuerzo de tracción creado durante la instalación y la extracción de la bomba en el baño de metal fundido.

De manera similar, el eje que conecta el impulsor y el motor está construido con grafito. Con frecuencia, este componente de eje experimenta esfuerzos significativos cuando se encuentra material de oclusión en el baño y a veces atrapado contra el alojamiento. Puesto que el grafito no posee una resistencia tan alta como sería deseable, podría servir de ayuda reforzar los componentes de pata y de eje de la bomba.

Además, el grafito puede ser difícil de trabajar debido a que un apilamiento diferente puede tener unas proporciones diferentes de expansión térmica y/o diferente orientación de grano. Esto puede dar como resultado un poste y una base que tengan proporciones de expansión térmica divergentes y contrapuestas en el entorno de metal fundido. Este problema ha estado provocado por el hecho de que la construcción de la bomba ha requerido históricamente la cementación del poste de grafito en un orificio de la base de grafito. Este diseño no proporciona tolerancia alguna entre los componentes para acomodarse a una expansión térmica divergente. Desafortunadamente, esto puede conducir a la rotura de la base o del poste. En consecuencia, sería deseable tener una bomba de metal fundido en la que se consiga un emparejamiento entre un poste y una base de una manera que pueda albergar tendencias divergentes de expansión térmica.

Un ejemplo de un dispositivo de inmersión se encuentra descrito en la Patente US núm. 4.598.899, incorporada aquí como referencia. Un ejemplo de aparato de desgasificación se encuentra descrito en la Patente US núm. 4.898.367, la cual se incorpora aquí como referencia. En ambos dispositivos, se emplea un eje orientado verticalmente que tiene un impulsor/rotor, dispuesto en un extremo del baño de metal fundido. Problemas similares se derivan de aquellos aparatos en los que los componentes están construidos normalmente con grafito, y los cuales podrían beneficiarse de un incremento de la resistencia.

Sumario de la invención

En consecuencia, una ventaja principal de esta invención consiste en proporcionar un poste nuevo y mejorado para una bomba de metal fundido.

Las ventajas adicionales de la invención se exponen en parte en la descripción que sigue, y en parte resultarán obvias a partir de la descripción, o muchas pueden ser reconocidas mediante la puesta en práctica de la invención. Las ventajas de esta invención pueden ser realizadas y alcanzadas por medio de los dispositivos y combinaciones que se definen en las reivindicaciones anexas.

Una bomba para metal fundido comprende un miembro de bombeo (tal como un impulsor o un rotor), encerrado al menos parcialmente en el interior de un alojamiento. Un dispositivo motriz se encuentra asentado en un soporte por encima del alojamiento y del miembro de bombeo. Un eje conecta el dispositivo motriz con el miembro de bombeo para proporcionar la rotación de este último. De acuerdo con la invención, al menos uno, y con preferencia de dos a cuatro postes, suspenden el alojamiento desde el soporte. Dichos postes están construidos de acuerdo con las características de la reivindicación 1.

Se definen otras realizaciones mediante las reivindicaciones dependientes.

Con preferencia, el miembro externo comprende grafito, material refractario o cerámico, y el alojamiento está hecho de grafito. Con preferencia, la varilla comprenderá una aleación resistente al calor.

En una forma particularmente preferida de la invención, el miembro externo comprende una pluralidad de unidades configuradas de forma generalmente cilíndrica, alineadas a lo largo de su eje longitudinal. La varilla discurre hacia abajo por un orificio central de cada unidad, para proporcionar una disposición apilada. Con preferencia, la unidad más inferior incluirá un saliente circunferencial configurado de modo que se complementa con un rebaje formado en la superficie superior del alojamiento para crear un sello hermético al fluido.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos que se acompañan, los cuales se incorporan en, y forman parte de, la descripción, ilustran una realización de la invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.

En los dibujos:

La Figura 1 es una vista en alzado frontal, parcialmente en sección transversal, de una bomba de metal fundido que no forma parte de la presente invención;

La Figura 2 es una vista en alzado lateral, también parcialmente en sección transversal, de la Figura 1;

La Figura 3 es una vista en alzado frontal, parcialmente en sección transversal, de la varilla de la Figura 1;

La Figura 4 es una vista en alzado frontal, en sección transversal, de la funda de la invención según la Figura 1;

La Figura 5 es una vista en alzado frontal, en sección transversal, de una realización de poste alternativo;

Las Figuras 6, 7 y 8 son vistas en alzado frontal, en sección transversal, de disposiciones alternativas de poste y de asiento de base;

La Figura 9 es una vista en alzado frontal, en sección transversal, de un diseño de poste segmentado;

La Figura 10 es una vista en alzado frontal, en sección transversal, de un diseño de funda segmentada alternativa;

La Figura 11 es una vista despiezada en alzado lateral, en sección transversal, de una disposición alternativa de la unión poste/base, y

La Figura 12 es una vista despiezada de una sección A de la Figura 11 que muestra la junta hermética al fluido.

Descripción detallada de la invención

Ahora se hará referencia detallada a la presente realización preferida de la invención, de la que se ha ilustrado un ejemplo en los dibujos que se acompañan. Mientras que la invención va a ser descrita en relación con una forma de realización preferida, se comprenderá que no se pretende limitar la invención a esa realización. Por el contrario, se pretende cubrir todas las alternativas, modificaciones y equivalentes que puedan estar incluidas dentro del alcance de la invención definido por las reivindicaciones anexas.

Haciendo ahora referencia a las Figuras 1 y 2, se proporciona una bomba 1 de transferencia de metal fundido. La bomba de metal fundido incluye un conjunto 3 de base que posee una cámara 5 de bombeo con un impulsor 7 dispuesto en la misma. Coronas 9 de soporte proporcionan superficies de emparejamiento entre el impulsor 7 y el conjunto 3 de base. La rotación del impulsor 7 fuerza el metal 11 fundido a través de la salida 13 y del tubo 15 ascendente para su transporte hasta otra posición.

La rotación del impulsor 7 se consigue cuando el motor 17 hace que gire el eje 19 mediante el giro del acoplamiento 21 de eje previsto entre ambos. El motor está situado por encima del conjunto 3 de base sobre un conjunto 22 de plataforma que tiene una capa 23 de aislamiento, un soporte 25 de bancada de motor y una placa 26 de bancada de motor.

Dos conjuntos 27 de poste, que comprenden una varilla 29 construida con una material de aleación resistente al calor situada en el interior de una funda 31 refractaria, suspenden el conjunto 3 de base por debajo de la plataforma 22. Con preferencia, la varilla estará construida con una aleación tal como MSA 2000 o MSA 2001, disponible en Metaulics Systems Co., L.P., 31935 Aurora Road, Solon, Ohio, 44139. La funda refractaria incluye también un apantallamiento 33 cerámico para una protección adicional contra la oxidación. El extremo inferior de la varilla 19 incluye un capuchón 35. El capuchón 35 está dispuesto en el interior de una cavidad 37 realizada en el conjunto 3 de base. Un tapón 39 de grafito o de material refractario, ha sido cementado en la porción más inferior de la cavidad para sellar el área respecto al metal fundido. El extremo superior de la varilla 29 se extiende a través de la capa 23 de aislamiento y se ha asegurado mediante una tuerca 41 a la placa 26 de bancada de motor. Un resorte 43 de disco u otro resorte de compresión, ha sido dispuesto entre la plataforma 25 de bancada de motor y la capa 23 de aislamiento. Con preferencia, una arandela aislante (no representada) se situará entre la placa 26 de bancada de motor y el resorte 43. El apriete de la tuerca da como resultado la compresión del resorte 43 y el empuje sobre la varilla 29 y la funda 31.

Ventajosamente, este conjunto proporciona una conexión con varilla de aleación de alta resistencia entre la base y la bancada del motor. Por supuesto, también protege la, por otra parte, degradable varilla frente al entorno de metal fundido. Una ventaja adicional consiste en que el mal emparejamiento de expansión térmica resultante de las orientaciones de grano divergentes en un poste de grafito y una base de grafito, se elimina debido a que no se encuentra cementado rígidamente ningún poste de grafito en un orificio de la base. Además, la resistencia de la funda de grafito se incrementa debido a que se mantiene bajo comprensión como resultado de estar comprimida entre un zócalo 45 y la superficie superior del conjunto 3 de base.

Volviendo ahora a la Figura 3, se proporciona una representación detallada de la varilla 29. En esta realización, el miembro 35 de capuchón se ha soldado mediante líneas 47 de soldadura al extremo más inferior de la varilla. Por supuesto, otros mecanismos de sujeción que incluyen, aunque sin limitación, el roscado o el contorneado, son técnicas de unión apropiadas. La Figura 4 proporciona una vista en sección transversal detallada de la funda 31 de grafito.

Haciendo ahora referencia a la Figura 5, se ha representado una realización alternativa de poste. En esta realización, el poste 101 incluye de nuevo una varilla 103 protegida respecto al entorno de metal fundido por medio de una funda 105. La varilla 103 pasa a través de un orificio/cavidad 106 que se ha realizado en un miembro 107 de base, y se encuentra sujeta por medio del capuchón 109 que contiene un anillo 111 de retención, disponiendo de ranuras 113 y 115 de retención correspondientes en el capuchón 109 y en la varilla 103, respectivamente. De nuevo, se proporcionan un resorte 117 de disco y una tuerca 118, los cuales, en concordancia con la plataforma 119, originan un empuje sobre la varilla 103 y una fuerza de compresión sobre la funda 105.

Volviendo ahora a las Figuras 6, 7 y 8, se han representado técnicas alternativas de unión entre el poste y la base. Por ejemplo, en la Figura 6, la varilla 201 se extiende a través de la base 205, e incluye un extremo 202 roscado al que se ha asegurado un capuchón 203 de grafito. En la Figura 7, la realización de la Figura 6 se ha modificado para que incluya miembros 207 y 209 de sellado construidos con nitruro de boro, carburo de silicio, u otro material adecuado. En la Figura 8, se ha representado una realización alternativa en la que se ha previsto un orificio 301 roscado en el extremo del poste 303 de grafito, y un poste 305 de grafito roscado se extiende ascendentemente a través del miembro 307 de base, y se empareja con el extremo del poste 303. Una ventaja de cada diseño consiste en la capacidad para crear una tensión sobre el poste para proporcionar un mecanismo de auto-alineamiento sin necesidad de un uso estructural de cemento. A este respecto, se puede proporcionar un espacio de expansión térmica (Figura 11) donde haya sido requerido históricamente.

Además, el uso de un saliente 211 en el capuchón extremo del poste/perno 203/205 en combinación con rebajes 213 realizados en las superficies superior e inferior de la base 205/307, crean una junta hermética al fluido. En consecuencia, el metal fundido no penetra por esta junta, permitiendo que el poste sea retirado de la base si se requiere una reconstrucción de la bomba.

Se debe apreciar que mientras los presentes mecanismos de unión de las Figuras 6 a 8 han sido representados en general como coincidentes con la utilización de una varilla de aleación de acero, estos mecanismos para la unión de un poste a una base son igualmente aplicables a una disposición de poste de grafito. Además, las disposiciones representadas en las Figuras 6 a 8 pueden ser consideradas igualmente como construidas con todos los elementos comprendiendo una combinación de acero y de grafito/cerámica o solamente de grafito/cerámica. La ventaja proporcionada por estos conjuntos consiste en que no existe ninguna necesidad de una junta de cemento entre el poste y la base que albergue mejor los desemparejamientos de expansión térmica.

Volviendo ahora a la Figura 9, se proporciona una realización alternativa de la presente invención en la que un poste 401 incluye una varilla 403 y una funda 405. Sin embargo, en esta realización, la funda 405 comprende una pluralidad de unidades segmentadas. El diseño resulta particularmente deseable debido a la relativa facilidad de formación de unidades (A-E) segmentadas individuales en oposición a un tubo alargado. De nuevo, el poste 401 se ha dotado de un resorte 407 y de una unidad 409 metálica de acoplamiento, que en combinación con una bancada de motor (no representada), crea una fuerza de compresión sobre los segmentos (A-E) de la funda. Se crea así un sello hermético al fluido entre cada una de las unidades individuales como resultado de la fuerza de compresión, y se puede incrementar mediante la inclusión de un material de junta (no representado) entre las mismas. La unidad E más inferior incluye un saliente 411 circunferencial que está asentado en un rebaje 413 realizado en la superficie superior de la base 415. En consecuencia, se consigue un sello hermético al fluido. Al igual que en cualquiera de los demás diseños de la presente, un cordón de cemento o de sellante puede ser colocado alrededor del saliente 411 ahí asentado para una mejor protección frente a una filtración de metal indeseada.

Haciendo ahora referencia a la Figura 10, se ha representado una realización alternativa de una funda 501 segmentada. En esta realización, las superficies extremas de las unidades A-E individuales han sido contorneadas de forma cooperante para facilitar la consecución de una disposición de emparejamiento adecuada. A este respecto, se proporciona una disposición de asentamiento verificable para asegurar que se forma un sello hermético al metal entre cada segmento individual.

Volviendo ahora a la Figura 11, se proporciona una vista detallada de una disposición que empareja un poste de grafito con una base de grafito, para demostrar tanto la tolerancia deseada para la expansión térmica como la configuración deseable para la consecución de un sello hermético al fluido. Más en particular, el poste 601 de grafito pasa a través de un orificio 603 realizado en un conjunto 605 de base. El miembro 607 de capuchón de grafito roscado se encuentra sujeto a la porción más inferior del poste 601. En ambas interfaces superior e inferior del poste 601 y/o del miembro 607 de capuchón con el conjunto 605 de base, se ha previsto un saliente 609 y un rebaje 611 cooperantes, para crear un sello hermético al fluido. Haciendo ahora referencia a la Figura 12, se han representado las superficies en ángulo del saliente y del rebaje. De esta manera, se consigue una superficie de emparejamiento hermética al fluido. Las superficies de emparejamiento pueden ser rellenadas con un material de junta (no representado). Una ventaja adicional de la presente invención consiste en la tolerancia proporcionada por la separación 613 para la expansión térmica.

Claims (9)

1. Un poste para bomba de metal fundido, que comprende:

una varilla (29) alargada;

una funda (31) que recibe la varilla alargada de tal modo que un primer extremo y un segundo extremo de la varilla se extienden desde la funda;

una unidad (41) de acoplamiento que rodea al menos parcialmente una primera porción del miembro de funda, proximal al primer extremo de la varilla, que se caracteriza porque:

un miembro (43) de empuje rodea al menos parcialmente una porción de la varilla, adyacente al primer extremo de la varilla.

2.El poste de la reivindicación 1, en el que la unidad (41) de acoplamiento comprende una tuerca.

3. El poste de la reivindicación 1, en el que la
funda (31) comprende un material refractario.

4. El poste de la reivindicación 1, en el que la funda (31) comprende además un apantallamiento (33) de cerámica.

5. El poste de la reivindicación 1, en el que la varilla (29) comprende una aleación resistente al calor.

6. El poste de la reivindicación 1, en el que el miembro (43) de empuje comprende un resorte de disco.

7. El poste de la reivindicación 1, en el que la funda (41) incluye un saliente circunferencial dispuesto en un extremo.

8. El poste de la reivindicación 1, en el que la funda comprende una pluralidad de unidades (405) segmentadas.

9. El poste de la reivindicación 8, en el que una superficie extrema de las unidades segmentadas adyacentes, está contorneada.