ES2305030T3 - Metodo de colada continua que utiliza un dispositivo de alimentacion de acero fundido. - Google Patents
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Abstract
Un método de colada continua, que comprende suministrar un acero fundido almacenado en una artesa al interior de un molde que usa un aparato para suministrar acero fundido, cuyo aparato comprende una artesa para almacenar acero fundido, una boquilla superior como una salida dispuesta en el fondo de la artesa, una boquilla de inmersión para suministrar el acero fundido al interior de un molde y un mecanismo de control de caudal situado entre la boquilla superior y la boquilla de inmersión para controlar el caudal del acero fundido desde la artesa al interior del molde, en el que la superficie que está en contacto con el acero de uno de entre la boquilla superior, la boquilla de inmersión y el mecanismo de control de caudal se forma de un material refractario que tiene una conductividad eléctrica no inferior a 1 x 10 3 S/m a una temperatura no menor que el punto de fusión del acero, en donde el aparato comprende además un par de electrodos conectados por una fuente de alimentación de energía eléctrica, en donde un primer electrodo está colocado en una de entre la pared de la artesa, la boquilla superior y el mecanismo de control de caudal de tal manera que esté en contacto con el acero fundido, y el otro electrodo está dispuesto en una parte formada del material refractario, que tiene una conductividad eléctrica no menor que 1 x 10 3 S/m a una temperatura no inferior a la del punto de fusión del acero, cuya parte es la boquilla de inmersión y en donde un gas de purga no se suministra a través de dicha parte, y en donde una parte de purga con gas está dispuesta en uno ó dos elementos seleccionados de entre la boquilla superior y el mecanismo de control de caudal, en donde el elemento (o elementos) que contiene (o que contienen) una parte de purga con gas no tienen electrodo, en donde dicho método comprende además aplicar un potencial negativo a la boquilla de inmersión y suministrar una corriente continua entre la boquilla de inmersión y el acero fundido que pasa a través del interior de la boquilla de inmersión para prevenir el atasco de la boquilla de inmersión.
Description
Método de colada continua que utiliza un
dispositivo de alimentación de acero fundido.
El presente invento se refiere a un método de
colada continua para suministrar acero fundido, que es útil para
prevenir el atasco de la boquilla de inmersión y para reducir los
defectos superficiales del planchón.
Como un método para producir continuamente un
planchón, es normalmente conocido un método de colada continua, en
el que el acero fundido almacenado en una artesa se alimenta a una
parte superior de un molde a través de una boquilla de inmersión
instalada en la parte inferior de la artesa para formar una camisa
solidificada en el molde, y luego se produce continuamente el
planchón mediante la extracción de la camisa solidificada de un
fondo del molde.
Cuando el acero fundido, que se desoxida con
aluminio (Al), se cuela continuamente, el óxido de Al contenido en
el acero fundido tiende a depositarse en la superficie interior de
la boquilla de inmersión, y por tanto se dificulta que el acero
fundido fluya en la boquilla de inmersión. Por tanto, cuando la
colada se realiza usando una boquilla de inmersión que tenga más de
un conducto, no se puede obtener un flujo simétrico del acero
fundido en el molde. De hecho, cuando un flujo en derivación llega a
ser tan intenso, un flujo de fluido en el molde tiende a
convertirse en un flujo asimétrico. De acuerdo con ello, cuando se
genera esta clase de flujo asimétrico, un fundente de molde sobre
un menisco del acero fundido contenido en el molde está sujeto a
entramparse en el acero fundido, y/o el óxido de Al o compuesto
similar, depositado a la superficie inferior de la boquilla de
inmersión, se separa rápidamente y luego tiende a ser entrampado en
el acero fundido.
El fundente de molde y el óxido de Al o
materiales similares entrampados en el acero fundido son atrapados
por la camisa solidificada en el molde, por lo que es probable que
se produzcan defectos superficiales de planchón tales como defectos
de polvo y/o puntos de escoria. Los defectos producidos en la
superficie del planchón causan defectos superficiales en los
productos finales, cuando el planchón que tiene defectos
superficiales se lamina en caliente.
Cuando aumenta la cantidad de óxido de aluminio
depositado en la superficie interior de la boquilla de inmersión,
tiene lugar el denominado "atasco" de boquilla, por lo que
dificulta la continuación de la colada. La limpieza con oxígeno
gaseoso de la superficie interior de la boquilla de inmersión podría
resolver el problema del atasco de boquilla. Sin embargo, con esta
operación se deteriora una limpieza del acero.
Es conocido (documento titulado "Tetsu To
Hagane", volumen 66, S868, Instituto del Hierro y el Acero de
Japón) un método para purgar con un gas inerte en el interior de
acero fundido que atraviesa una boquilla de inmersión para evitar
el atasco de la boquilla, y recientemente se han propuesto diversos
métodos para evitar el atasco de boquilla, que son aplicables a la
colada. Por ejemplo, un método para purgar con un gas inerte en el
interior de acero fundido que pasa a través de una boquilla de
inmersión se ha propuesto en la Solicitud de Patente Japonesa
abierta a inspección pública Nº H4-319055, en cuyo
caso, la cantidad litros normales por minuto (en adelante Nl/min)
del gas inerte a soplar en el acero fundido se ajusta de acuerdo con
el caudal de salida (t/min) del acero fundido que pasa por la
boquilla de inmersión.
Además, en la Solicitud de Patente Japonesa
abierta a inspección pública Nº H6-182513, se
describe un método para purgar con un gas inerte en acero fundido,
en el que una corriente alterna o continua se suministra entre un
material refractario poroso para purgar con gas sobre una pared
interior de una boquilla de inmersión y el acero fundido que pasa a
través de la boquilla de inmersión. En este método, el depósito de
óxido de aluminio o un material similar sobre la superficie
interior de la boquilla de inmersión se previene mediante la purga
con gas inerte en el acero fundido. Al mismo tiempo, mediante el
suministro de una corriente eléctrica entre la pared interior de la
boquilla de inmersión y el acero fundido, la fuerza electromagnética
resultante aplicada al acero fundido da lugar a que las burbujas
del gas inerte purgado se extraigan del material refractario para
el gas purgante, y de ese modo reduzcan el tamaño de las burbujas
del gas generadas. Como resultado, el tamaño de las burbujas de
gas, que han sido atrapadas por la camisa solidificada en el molde,
se reduce, permitiendo de ese modo que los defectos debidos a la
presencia de burbujas en el planchón estorben en la superficie de
los productos, que se fabriquen por laminación en caliente del
planchón.
Sin embargo, en los métodos propuestos en estas
memorias descriptivas, se ha averiguado que una disminución en la
cantidad del gas inerte purgado para prevenir que las burbujas de
gas queden atrapadas por la camisa solidificada hace difícil
prevenir que el óxido de aluminio o material similar contenido en el
acero fundido se depositen sobre la superficie interior de la
boquilla de inmersión. Por el contrario, la supresión del depósito
de óxido de aluminio o material similar contenidos en el acero
fundido proporciona un aumento en la cantidad de gas purgado. De
ese modo, las burbujas del gas inerte son atrapadas en mayor grado
por la camisa solidificada, por lo que en los productos finales se
genera un número mayor de defectos superficiales.
Por tanto, en estos métodos convencionales, es
imposible prevenir con seguridad el depósito de óxido de aluminio o
material similar contenidos en el acero fundido sobre la superficie
interior de la boquilla de inmersión. Además, aún en el caso de que
se impida de forma satisfactoria el depósito de óxido de aluminio o
material similar contenidos en el acero fundido sobre la superficie
interior de la boquilla de inmersión, en la superficie del planchón
se generan defectos debidos a las burbujas de gas, lo que resulta de
ese modo en la generación de defectos superficiales en los
productos finales. Desde este punto de vista, es conveniente proveer
un método seguro y eficaz para prevenir que el óxido de
aluminio
o material similar contenidos en el acero fundido se depositen sobre la superficie interior de una boquilla de inmersión.
o material similar contenidos en el acero fundido se depositen sobre la superficie interior de una boquilla de inmersión.
De acuerdo con lo anterior, el objeto del
presente invento es proveer un método para suministrar acero
fundido, que previene de un modo eficaz que el óxido de aluminio o
material similar contenidos en acero fundido se depositen sobre la
superficie interior de una boquilla de inmersión, permitiendo que de
ese modo se impida la generación de los defectos superficiales del
planchón debidos al fundente del molde, al óxido de aluminio o a
materiales similares, y al mismo tiempo dando lugar a que se impida
de un modo eficaz la aparición de defectos superficiales de los
productos fabricados a partir de planchón.
Para lograr el objeto mencionado, el presente
invento se concentró en la capilaridad eléctrica y luego desarrolló
un método para prevenir que el óxido de aluminio o materiales
similares contenidos en el acero fundido se depositen sobre la
superficie interior de una boquilla de inmersión mediante la
utilización de la capilaridad eléctrica. La capilaridad eléctrica
descrita en la presente memoria implica un fenómeno en el que la
tensión interfacial entre una solución iónica y un electrodo
sumergido en ella se puede variar mediante el potencial aplicado al
electrodo. En el presente invento se ha investigado minuciosamente
el fenómeno y se ha tenido éxito en la averiguación de las
siguientes características [1] a [7]:
[1] Una boquilla de inmersión de un aparato para
colada continua está constituida por un material refractario que
presenta una conductividad eléctrica no inferior a 1x10^{3}
Siemens/metro (en adelante S/m) a temperatura elevada. Como
resultado, la aplicación de un potencial entre el acero fundido y el
material refractario que tenga conductividad eléctrica y
opcionalmente conductividad iónica a una temperatura elevada durante
la colada continua provee la capilaridad eléctrica sobre la
superficie interfacial entre los mismos. Esto reduce la tensión
interfacial, por lo que se reduce la fuerza de deposición del óxido
de aluminio o materiales similares sobre la superficie del material
refractario, dificultando así el depósito de óxido de aluminio o
materiales similares sobre la superficie de material
refractario.
[2] Basándose en la hipótesis anterior, se llevó
a cabo un experimento en el que, empleando un crisol de laboratorio,
un electrodo y una varilla de material refractario, ambos con una
buena conductividad eléctrica, se sumergieron en acero fundido, y
se aplicó un potencial entre la varilla de material refractario y el
electrodo mediante la alimentación de una corriente eléctrica entre
los mismos. En este experimento, se averiguó que la acumulación del
óxido de aluminio o materiales similares contenidos en el acero
fundido sobre la superficie interior del material refractario se
reducía, aún en el caso de un potencial bajo, y que, con
independencia de la polaridad del potencial aplicado, un aumento en
el valor absoluto del potencial reducía de forma correspondiente la
acumulación del óxido de aluminio o materiales similares sobre la
superficie del material refractario.
[3] Sobre la base de los resultados
experimentales anteriores, se investigó un método para prevenir que
el óxido de aluminio o materiales similares contenidos en el acero
inoxidable se depositasen sobre la superficie interior de una
boquilla de inmersión. Con el fin de suministrar de un modo más
eficaz una corriente entre el material refractario que tuviese una
buena conductividad eléctrica y el acero fundido que pasase a través
de la boquilla de inmersión, se estudió el efecto del aislamiento
eléctrico entre electrodos por pares. El material refractario usado
para el aislamiento eléctrico normalmente proporciona un resultado
satisfactorio, si tiene una resistividad eléctrica (resistencia
específica) no inferior a 1X10^{5} \Omega.m a temperatura
ambiente. Sin embargo, a una temperatura tan alta como la del acero
fundido, el material refractario presenta mayor conductividad
iónica, reduciendo de ese modo enormemente la resistividad eléctrica
y deteriorando el aislamiento eléctrico.
[4] Cuando el aislamiento eléctrico entre el par
de electrodos se reduce debido a la característica anteriormente
citada [3], no puede pasar suficiente corriente eléctrica a través
de la corriente de acero fundido dentro de la boquilla de
inmersión, y por tanto circulan corrientes parciales en los
circuitos cortos a materiales distintos del acero fundido, haciendo
imposible prevenir que el material como el óxido de aluminio o
materiales similares se depositen sobre la superficie interior de
la boquilla de inmersión. Esto aporta no sólo un desperdicio de la
energía eléctrica aplicada, sino también un riesgo de generar finas
descargas debidas a las corrientes parciales que se fugan al
exterior, así como tanto la recepción de un choque eléctrico como la
presencia de fallos de funcionamiento de los instrumentos
circundantes.
[5] Cuando una artesa se precalienta o cuando
una artesa se recicla en caliente sin precalentamiento, mediante la
pre-configuración de la resistencia eléctrica
inicial entre el par de electrodos en un valor no menor de 500
\Omega justo antes de que el acero fundido se vierta en la artesa,
puede circular una intensidad de corriente suficiente en el acero
fundido que atraviesa la boquilla de inmersión durante todo el
período de la colada desde el principio hasta el final de la misma,
y haciendo posible prevenir que las corrientes circulen en los
circuitos cortos a los materiales distintos del acero fundido. El
término anteriormente mencionado "durante el período desde el
principio hasta el final de la colada" es generalmente de 60 a
500 minutos, dependiendo del tipo de la máquina de colada continua,
del tamaño del planchón, de la velocidad de colada, del número de
hornadas en la colada continua, etc.
[6] Es preferible que la resistencia eléctrica
en el período transcurrido desde el principio hasta el final de la
colada, cuya resistencia se calcula a partir de los valores de la
intensidad de corriente y de la tensión entre el par de electrodos,
sea menor de 1/10 de la resistencia eléctrica inicial entre un
primer electrodo y el otro electrodo, que es el valor de la
resistencia, o bien en el final del precalentamiento antes de que
se vierta el acero fundido en la artesa, o bien antes de que el
acero fundido se vierta a la artesa si la artesa que se usado una
vez para la colada se ha reciclado sin precalentamiento.
[7] Dicho de otro modo, la característica [6]
implica que la resistencia eléctrica calculada por la intensidad y
tensión entre el par de electrodos en el circuito eléctrico
constituido por la corriente de acero fundido dentro de la boquilla
de inmersión aumenta en el transcurso de la colada. Si la
resistencia eléctrica durante la colada aumenta más después de
terminar el aumento gradual, no puede pasar suficiente intensidad de
corriente eléctrica a través de la corriente de acero fundido
dentro de la boquilla de inmersión, y por tanto las corrientes
parciales empiezan a circular a los circuitos cortos constituidos
por los materiales distintos del acero fundido. Mediante el control
de la resistencia eléctrica en el transcurso de la colada hasta el
final de la misma de tal manera que se pueda configurar a menos de
1/10 de la resistencia eléctrica inicial entre un primer electrodo
y el otro electrodo justo antes de que el acero fundido se vierta a
la artesa, la corriente eléctrica puede pasar suficientemente a
través de la corriente de acero fundido dentro de la boquilla de
inmersión, haciendo posible de ese modo suprimir las intensidades
de corriente parciales a los circuitos cortos constituidos por los
materiales distintos al acero fundido.
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De acuerdo con ello, el presente invento se
completa sobre la base de las características anteriormente
mencionadas y se caracteriza por un método de colada continua
definido por la reivindicación 1.
En el aparato para el suministro de acero
fundido usado en el presente método, el material refractario tiene
una conductividad de no menos de 1x10^{3} S/m en el punto de
fusión del acero, y opcionalmente comprende alúmina con grafito.
Además, en el aparato de suministro de acero fundido usado en el
presente método, es preferible que se interponga un elemento
aislante entre un primer electrodo y el otro electrodo. Asimismo,
se ha provisto una parte de purga de gas en uno de entre la boquilla
superior y el mecanismo de control de caudal que no tenga
electrodo.
En el método de colada continua, la resistencia
eléctrica entre electrodos se ajusta preferiblemente a un valor no
inferior a 500 \Omega, bien al final del precalentamiento de la
artesa antes de verter el acero fundido a la misma, o bien antes de
que el acero fundido se vierta a la artesa si la misma artesa que se
ha usado una vez para la colada se ha reciclado para colar sin
precalentamiento.
En el método de colada continua anteriormente
mencionado, es preferible que la resistencia eléctrica calculada a
partir de la intensidad de corriente y de la tensión aplicadas entre
los electrodos durante un período transcurrido desde el comienzo y
hasta el final de la colada se ajuste a un valor no inferior a 1/10
de la resistencia eléctrica entre los electrodos, bien al final del
precalentamiento de la artesa antes de que se vierta el acero
fundido a la artesa, o bien antes de que se vierta el acero fundido
a la artesa si la misma artesa que se ha usado una vez para la
colada se recicla para colar sin precalentamiento.
En el método de colada continua antes
mencionado, es preferible que se suministre una corriente eléctrica
a una densidad de corriente no inferior a 0,001 A/cm^{2} y menor
de 0,3 A/cm^{2} y/o que la tensión aplicada no sea menor de 0,5 V
ni mayor de 100 V.
De acuerdo con el presente invento, el material
para producir la boquilla de inmersión y elementos similares se
selecciona de materiales refractarios que tengan una buena
conductividad eléctrica a una temperatura que no sea menor que el
punto de fusión del acero. Ello se debe a la necesidad de que la
corriente eléctrica circule entre el material refractario y el
acero fundido. En la descripción que sigue, la expresión "un
material que tenga una buena conductividad eléctrica a una
temperatura no inferior que el punto de fusión del acero" se
abreviará a veces por la expresión "un material que tenga una
buena conductividad eléctrica".
La expresión "al final del precalentamiento de
la artesa antes de que el acero fundido se vierta en la artesa",
que se ha definido en las anteriores disposiciones estructurales (4)
y (5) de acuerdo con el presente invento, significa lo
siguiente:
Los materiales refractarios contenidos en la
artesa, así como los materiales refractarios incluidos en la
boquilla superior, la puerta para controlar la cantidad del acero
fundido a suministrar al molde, la boquilla de inmersión y los
elementos análogos, se precalientan normalmente mediante el gas de
la combustión, antes de comenzar la colada continua mediante el
vertido del acero fundido a la artesa. Esto se debe al hecho de que
los materiales refractarios podrían dañarse por un choque térmico en
el caso de verter el acero fundido en la artesa y el molde, y a que
el acero fundido suministrado inicialmente se solidifica sobre el
material refractario, y debe evitarse dicho daño indeseable. En
este caso, la temperatura de la superficie de estos materiales
refractarios al final del precalentamiento debería ser típicamente
de 800 a 1.300ºC. Sin embargo, la temperatura objetivo en la
superficie de los materiales refractarios después del
precalentamiento depende de las condiciones de trabajo de la
colada, tales como la capacidad de la artesa, el tiempo transcurrido
entre el comienzo del suministro del acero fundido a la artesa y el
comienzo del suministro del acero fundido al molde, y de otras
condiciones.
El circuito eléctrico entre el par de electrodos
al final del precalentamiento en el estado de que el acero fundido
todavía no se ha vertido a la artesa incluye los materiales
refractarios dispuestos en la artesa, los materiales refractarios
que constituyen la boquilla superior, la compuerta de colada y la
boquilla de inmersión, y una estructura de acero para soportar
estos materiales refractarios. La resistencia eléctrica de los
materiales refractarios y de la estructura de acero normalmente
disminuye al aumentar la temperatura.
De la explicación anterior, la expresión "la
resistencia eléctrica entre los electrodos al final del
precalentamiento" implica una resistencia eléctrica entre un
primer electrodo y el otro electrodo en un circuito eléctrico, que
podría estar constituido por elementos refractarios en una artesa
calentada a una temperatura objetivo de superficie, elementos
refractarios tales como una boquilla superior, una compuerta para
colada y una boquilla de inmersión, y una construcción de acero
para soportar estos materiales refractarios, de tal manera que
implica la resistencia eléctrica minimizada justo antes de comenzar
a suministrar el acero fundido a la artesa. En la descripción que
sigue, a esta resistencia eléctrica se le designará a veces por
"una resistencia eléctrica inicial".
Similarmente, la expresión "la resistencia
eléctrica entre los electrodos antes de suministrar el acero fundido
a la artesa cuando la artesa que se ha usado una vez para la colada
se recicla para colar sin precalentamiento", implica los hechos
siguientes:
En años recientes, desde el punto de vista de
reducir el coste de la energía, se ha empleado el denominado
reciclado en caliente de la artesa, en el que la artesa se recicla
sin enfriarla. En este caso, se pueden aplicar dos métodos: en uno,
la artesa se precalienta, y en el otro método, se suministra nuevo
acero fundido a la artesa sin precalentamiento. En el caso de que
no exista precalentamiento, la temperatura superficial de los
materiales refractarios en la artesa es de 1.000 a 1.400ºC. La
resistencia eléctrica antes mencionada significa la resistencia
eléctrica entre un primer electrodo y el otro electrodo en un
circuito eléctrico que está constituido por los materiales
refractarios antes mencionados y la estructura de acero a una
temperatura tan elevada, y por tanto significa la resistencia
eléctrica justo antes de que el acero fundido se vierta a la
artesa. En otras palabras, significa la resistencia eléctrica
inicial.
La expresión "la resistencia eléctrica que se
calcula mediante la intensidad de corriente y la tensión entre
electrodos durante el intervalo de tiempo transcurrido desde el
comienzo hasta el final de la colada" definida en la anterior
disposición estructural (5) de acuerdo con el presente invento,
significa una resistencia eléctrica entre un primer electrodo y el
otro electrodo en un circuito eléctrico del acero fundido
suministrado a la artesa. Dicha resistencia eléctrica en el
circuito eléctrico del acero fundido aumenta al aumentar el tiempo
de colada. De ahora en adelante, esta resistencia eléctrica se
denominará en algunos casos "resistencia eléctrica durante la
colada".
La Figura 1 es una vista en corte longitudinal
que muestra esquemáticamente una realización de un aparato para
suministrar acero fundido de acuerdo con el presente invento.
La Figura 2 es una vista en corte longitudinal
de otra realización de una boquilla de inmersión, estando empotrado
el otro electrodo en la boquilla de inmersión.
La Figura 3 es una vista en planta de otra
realización de una boquilla de inmersión, estando fijado el otro
electrodo a la superficie exterior de la boquilla de inmersión.
La Figura 4 es una vista en planta de otra
realización de una boquilla de inmersión, estando fijado el otro
electrodo a la superficie exterior de la boquilla de inmersión.
La Figura 5 es un diagrama que muestra la
variación de la resistencia eléctrica entre un primer electrodo y
otro electrodo durante la colada.
La Figura 6 es un diagrama que muestra la
influencia de la resistencia eléctrica entre un primer electrodo y
el otro electrodo tras la aparición de defectos superficiales de los
productos laminados en frío.
La Figura 7 es un diagrama que muestra la
relación entre el espesor de un estrato de óxido de aluminio o
material similar depositado sobre la superficie interior de una
boquilla de inmersión y una tensión aplicada entre un primer
electrodo y el otro electrodo.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación se describe el método de colada
continua de acuerdo con el presente invento en cuanto a los
siguientes puntos: la disposición estructural del aparato, los
materiales refractarios que tienen una buena conductividad
eléctrica, la implementación del aislamiento eléctrico, la purga con
gas, la aplicación de una intensidad de corriente y una tensión, y
un potencial negativo aplicado a una boquilla de inmersión.
\vskip1.000000\baselineskip
Refiriéndose ahora a las Figuras 1 a 4, a
continuación se describe la disposición estructural de un aparato
para suministrar acero fundido de acuerdo con el método del presente
invento. La Figura 1 es una vista en corte longitudinal que muestra
esquemáticamente una realización del aparato para suministrar acero
fundido de acuerdo con el presente invento. En la Figura 1, se
muestra una compuerta del tipo corredera de tres estratos como para
un mecanismo de control de caudal de acero fundido. Sin embargo, el
presente invento no se limita a la compuerta corredera de este
tipo. Por ejemplo, se puede emplear una puerta del tipo corredera de
doble estrato y/o un mecanismo de control de caudal que use un
tapón.
En la Figura 1, el aparato para suministrar
acero fundido comprende una artesa 1 que tiene una boquilla superior
2 en su fondo, una compuerta corredera 3 dispuesta debajo de la
boquilla superior 2, una boquilla de inmersión 4 conectada a la
puerta corredera 3, un primer electrodo 5 dispuesto en la pared
lateral de la artesa 1, el otro electrodo 6 dispuesto en la
boquilla de inmersión 4 y una fuente de alimentación de energía
eléctrica 7 conectada a los dos electrodos 5 y 6. La forma de la
artesa 1 para recibir el acero fundido 8 y el revestimiento
interior fabricado de un material refractario no son para un uso
especial, sino los que se usan convencionalmente.
La boquilla superior 2 dispuesta en el fondo de
la artesa 1 se ha fabricado de un material refractario, y tiene un
orificio 2a de salida para suministrar el acero fundido 8 almacenado
en la artesa 1 hacia abajo. La compuerta corredera tiene una
estructura de tres estratos que comprende una placa superior 31, una
placa inferior 32 y una placa móvil 33 dispuesta entre las mismas.
La placa superior 31, la placa inferior 32 y la placa móvil 33 se
han construido de un material refractario y cada una tiene un
orificio 31a, 32a ó 33a. El caudal del acero fundido 8 suministrado
hacia abajo se puede controlar mediante un desplazamiento horizontal
de la placa móvil 33 activado por un mecanismo de accionamiento
(que no se ha mostrado).
La boquilla de inmersión 4 está dotada de dos
lumbreras 4a de salida en su posición inferior, y una parte de la
boquilla de inmersión 4 donde están incluidas las lumbreras 4 de
salida, se puede insertar en un molde 9. La forma de la boquilla de
inmersión no se limita a la mostrada en la Figura 1. Por ejemplo, es
posible emplear una boquilla de inmersión que tenga más de dos
lumbreras 4a de salida, o escalones de diferentes diámetros
interiores en su superficie interior en la dirección axial, o una
placa de ajuste de caudal alineada en la dirección axial sobre su
superficie interior, o salientes helicoidales sobre su superficie
interior, o una estructura doble que provea una boquilla interior
en su parte superior.
El primer electrodo 5 está dispuesto de tal
manera que perfora la pared lateral de la artesa 1 y uno de sus
extremos llega al espacio interior de la artesa 1. Cuando el acero
fundido 8 se suministra al interior de la artesa 1, un extremo del
primer electrodo 5 se sumerge preferiblemente en el acero fundido 8
en el estado de operación. En este caso, es preferible que el área
de superficie del primer electrodo 5, que entra en contacto con el
acero fundido 8, no sea menor de 10 cm^{2}.
Se requiere que el material que forma el primer
electrodo 5 tenga una buena conductividad eléctrica y una gran
durabilidad en el estado en que se encuentre en contacto con el
acero fundido en la artesa 1. De acuerdo con ello, el material se
puede seleccionar de materiales refractarios, grafito, acero, un
metal de alto punto de fusión, tal como molibdeno, tungsteno o un
metal similar, o un material compuesto de los mismos.
La instalación del primer electrodo 5 se puede
llevar a cabo de acuerdo con uno de los métodos siguientes, como se
muestra en la Figura 1. En un método, se practica un taladro
interior en las camisas de hierro de la pared lateral de la artesa
y en un material refractario de la misma, y luego se inserta el
electrodo en la camisa de hierro y en el material refractario.
Cuando, además, se emplea un tapón como un mecanismo de control de
caudal para verter en el molde el acero fundido, el tapón está
constituido por un material refractario que tenga una buena
conductividad eléctrica y luego se puede usar el propio tapón como
un electrodo 5.
Alternativamente, se pueden usar como un
electrodo 5 la boquilla superior o la compuerta corredera
constituidos por un material refractario que tenga una buena
conductividad eléctrica. Cada uno de estos electrodos podría
aportar un efecto similar, de tal manera que la selección de un
electrodo se puede llevar a cabo desde el punto de vista del coste
de fabricación y de la sencillez de funcionamiento. Sin embargo, si
el electrodo 5 se instala en el molde, ocasionalmente una corriente
eléctrica circula a través de la superficie exterior de la boquilla
de inmersión, haciendo así difícil impedir que el óxido de aluminio
o material similar se depositen en la superficie interior de la
boquilla de inmersión. De acuerdo con ello, el primer electrodo 5 no
se debería instalar en el molde.
Como el otro electrodo 6 no está en contacto
directo con el acero fundido 8, se puede usar como un material
refractario para el otro electrodo 6 un metal que tenga una
propiedad de resistencia al calor hasta aproximadamente 1.200ºC, o
un material, tal como TiB_{2}, ZrB_{2}, SiC, grafito o similar.
Un metal, tal como acero al carbono, acero inoxidable, Ni o metal
similar, tiene mejor conductividad eléctrica, comparada con la de
los materiales refractarios antes mencionados. Sin embargo, tienden
a reaccionar con el carbono contenido en la boquilla de inmersión,
y entonces en ocasiones se transforma en un material de bajo punto
de fusión, planteando de ese modo un problema de disipación de
material debido a la disolución. Por tanto, el electrodo constituido
por el material refractario se emplea preferiblemente cuando se
vaya a aplicar al mismo una carga térmica intensa.
El otro electrodo 6 tiene que estar en contacto
con una parte de un elemento constituido por un material refractario
que tiene una buena conductividad eléctrica. El otro electrodo 6
mostrado en la Figura 1 tiene una forma cilíndrica y está empotrado
en el material refractario de la boquilla de inmersión 4, y está
intercalado entre el extremo superior de la boquilla de inmersión y
un nivel un poco por encima del nivel de menisco en el molde 9. Es
preferible que el otro electrodo 6 se disponga mirando a la
totalidad de la superficie interior de la boquilla de inmersión 4.
Sin embargo, si el otro electrodo 6 se instala por debajo del nivel
de menisco de la boquilla de inmersión 4, existe un posible riesgo
de que el material del otro electrodo 6 se funda según el material
seleccionado. Por ello, normalmente se emplea una disposición como
la que se ha mostrado en la Figura 1.
Cuando se emplea la forma cilíndrica y la
disposición antes mencionada para el otro electrodo 6, el otro
electrodo 6 se aproxima al acero fundido 8 pasando a través de la
superficie inferior de la boquilla de inmersión 4 sobre casi toda
el área de la boquilla de inmersión 4 con una distancia
sustancialmente la misma entre ellos en la colada continua. Esta
disposición estructural permite suprimir la caída parcial de tensión
en el espacio, cuando la corriente eléctrica pasa a través del
material refractario que forma la boquilla de inmersión 4.
De acuerdo con el presente invento, la forma y
disposición del otro electrodo 6 no se limitan a las que se han
mostrado en la Figura 1. Se pueden emplear también la forma y
disposición mostradas en las Figuras 2 a 4. Junto con este hecho,
se puede usar el mismo material refractario que para el primer
electrodo 5 para el material del otro electrodo 6.
La Figura 2 es una vista en corte longitudinal
de otra realización, en cuyo caso, el otro electrodo 6 está
empotrado en la boquilla de inmersión 4. En la Figura 2, el otro
electrodo 6a es una pieza de forma de varilla construida de un
material refractario conductor y está empotrado en una pequeña zona
de la boquilla de inmersión 4 desde la superficie exterior de la
misma. El empotramiento se puede realizar mecanizando un orificio en
la boquilla de inmersión 4, o bien cuando o bien después que se
fabrique por el método de sinterización con prensa.
Siempre que se use como un material refractario
un material que tenga una conductividad eléctrica mayor, que entra
en contacto con el acero fundido, el electrodo que tenga una
estructura tan sencilla no proporciona una corriente eléctrica
local y se puede hacer funcionar eficazmente sobre un intervalo más
amplio. En cuanto a la forma del electrodo 6a, es conveniente que
una parte de extremo del mismo sea paralela al eje de la boquilla
de inmersión 4 y pueda empotrarse en la boquilla de inmersión 4.
La Figura 3 es una vista en planta de otra
realización de una boquilla de inmersión, en la que el otro
electrodo 6 está fijado sobre la superficie exterior de la
boquilla. En la Figura 3, el otro electrodo 6 comprende un elemento
de forma de hilo o de varilla y está enrollado alrededor de la
superficie exterior de la boquilla de inmersión 4. Normalmente, la
superficie exterior de la boquilla de inmersión 4 está recubierta
por un antioxidante. Como el antioxidante tiene una propiedad de
aislante eléctrico, el antioxidante recubierto se tiene que quitar,
cuando el otro electrodo 6b se enrolla alrededor de la boquilla de
inmersión 4.
La Figura 4 es también una vista en planta de
otra realización de una boquilla de inmersión, en la que el otro
electrodo 6 está fijado sobre la superficie exterior de la boquilla.
En la Figura 4, el otro electrodo 6c comprende un elemento metálico
anular, que está dotado de medios de abrazadera en una parte abierta
del mismo. Los medios de abrazadera se sujetan por pernos y tuercas
después que el otro electrodo 6c se ha fijado en la superficie
exterior de la boquilla de inmersión 4. En este caso, se ha quitado
también el recubrimiento de antioxidante en la superficie exterior
de la boquilla de inmersión.
La fuente de alimentación 7 está conectada con
un electrodo 5 y con el otro electrodo 6 del par de electrodos por
medio de hilos conductores 7a, y en el caso de funcionamiento se
suministra energía eléctrica a los electrodos 5 y 6.
En el aparato para suministrar acero fundido
mostrado en la Figura 1, la boquilla de inmersión 4 está constituida
por un material refractario que tiene una buena conductividad
eléctrica, y la boquilla superior 2 y la compuerta corredera 3,
cuyas superficies interiores están en contacto con el acero fundido,
pueden estar constituidas por un material refractario que tenga una
buena conductividad eléctrica. Sin embargo, en relación con el
elemento sobre el que está fijado el otro electrodo 6, es decir, en
cuanto a la boquilla de inmersión 4 de la Figura 1, la superficie
interior, con la que entra en contacto el acero fundido, tiene que
estar formada por el material refractario que tenga una buena
conductividad eléctrica.
En el aparato para suministrar acero fundido que
se muestra en la Figura 1, el otro electrodo 6 está fijado sobre la
boquilla de inmersión 4. Esto se debe al hecho de que el óxido de
aluminio o los materiales similares se depositan con más frecuencia
sobre la superficie interior de la boquilla de inmersión durante la
colada continua, y por tanto debería suministrase una corriente
eléctrica entre el acero fundido que pasa a través de la boquilla
de inmersión y la superficie interior de la boquilla de inmersión
4.
Cuando la boquilla de inmersión 4 está
constituida por el material refractario que tiene buena
conductividad eléctrica, la totalidad de las partes de la boquilla
de inmersión 4 pueden formarse de un material refractario con buena
conductividad eléctrica. Además, la boquilla de inmersión 4 se puede
formar empleando más de una estructura de estratos radiales dobles
en la que el estrato exterior esté constituido por un material que
tenga una elevada resistencia mecánica y el estrato interior que
está en contacto con el acero fundido esté constituido por un
material refractario con buena conductividad eléctrica. Más aún, una
parte del estrato interior o del estrato exterior puede estar
constituida por un material tal como alúmina de gran pureza o un
material similar que tenga una conductividad eléctrica menor.
El otro electrodo 6 está fijado sobre la
boquilla de inmersión 4. Dicha disposición estructural se emplea
para suministrar una corriente eléctrica entre la superficie
interior de la boquilla de inmersión 4 y el acero fundido durante
la colada continua, dado que el óxido de aluminio o los materiales
similares depositados sobre la superficie interior de la boquilla
de inmersión 4 influyen en la estabilidad de funcionamiento en la
colada continua y en la calidad de los productos finales.
En cuanto al material refractario que tenga una
buena conductividad eléctrica, el material utilizado tiene una
conductividad eléctrica de no menos de 1x10^{3} S/m, y con más
preferencia, de 1x10^{4} a 1x10^{6} a una temperatura no
inferior al punto de fusión del acero fundido almacenado en la
artesa. En general, el material refractario con una buena
conductividad eléctrica se puede seleccionar a partir de materiales
que incluyan grafito tales como óxido de aluminio (alúmina) con
grafito, óxido de circonio con grafito, óxido de magnesio con
grafito o un material similar como un componente principal,
materiales de un electrolito sólido, materiales de un sistema de
boruro, tales como TiB_{2}, ZrB_{2} o similares. A continuación
se describen las propiedades de los respectivos materiales:
\vskip1.000000\baselineskip
Es preferible que el material refractario de
alúmina con grafito, que se usa frecuentemente en la boquilla de
inmersión, contenga desde un 5 a un 35% en peso de grafito. Un
porcentaje no inferior al 5% en peso de grafito proporciona una
buena conductividad eléctrica sobre un amplio intervalo desde la
temperatura ambiente hasta una temperatura a la que se funde el
acero. Con más preferencia, un porcentaje no inferior al 12% en
peso de grafito proporciona una conductividad eléctrica no inferior
a 1x10^{4} S/m.
Sin embargo, un porcentaje superior al 35% en
peso de grafito deteriora la resistencia mecánica del refractario y
la resistencia a la corrosión contra el acero fundido, por lo que se
plantea un problema de erosión. Aún en el caso de que el material
refractario de alúmina con grafito contenga SiO_{2} en una
concentración del 20% en peso o así, no se plantea problema alguno
en el suministro de corriente al mismo. El SiO_{2} usualmente
tiene una ventaja de reducir el coeficiente de dilatación térmica
del material refractario de alúmina con grafito e impedir el daño
debido a un choque térmico. En conjunción con lo anterior, se puede
usar SiC, en lugar de SiO_{2}.
\vskip1.000000\baselineskip
En el caso del material refractario de óxido de
circonio con grafito, es preferible que el grafito se incluya en
una concentración del 5 al 20% en peso. El grafito en una
concentración no inferior al 5% en peso proporciona una buena
conductividad eléctrica sobre un amplio intervalo desde la
temperatura ambiente hasta la temperatura a la que se funde el
acero. Con más preferencia, un porcentaje superior a aproximadamente
un 10% en peso de grafito provee una conductividad eléctrica no
inferior a 1x10^{4} S/m. Sin embargo, la concentración de grafito
de más de un 20% en peso plantea un problema en el sentido de que se
reduce la resistencia mecánica. Nótese que el límite superior de la
concentración de grafito en el material refractario de óxido de
circonio con grafito es menor que el del material refractario de
alúmina con grafito. Esto se debe al hecho de que la densidad del
óxido de circonio es mayor que la de la alúmina, proporcionando de
ese modo una variación mayor en la densidad del propio material
refractario, en el que está incluido el grafito que tiene una
densidad menor.
\vskip1.000000\baselineskip
Es éste el material refractario de electrólito
sólido, por ejemplo, electrólito sólido de óxido de circonio en el
que no está incluido el grafito. Dicho electrólito sólido tiene una
buena conductividad eléctrica a una temperatura a la que se funde
un acero. Sin embargo, la conductividad eléctrica es aproximadamente
1x10^{2} S/m en el punto de fusión del acero, y por tanto no es
suficientemente elevada. El uso de esta clase de material plantea
un problema en el sentido de que circula una corriente eléctrica en
un circuito corto y se producen corrientes parciales locales,
haciendo de ese modo difícil prevenir que la alúmina o los
materiales similares se depositen sobre el mismo sobre un área
amplia.
Para superar este problema, es necesario
empotrar el otro electrodo 6 que tiene una forma cilíndrica en la
boquilla de inmersión 4, como se muestra en la Figura 1, con el fin
de pasar a través de la misma densidad de corriente sobre un área
espacial amplia. Desde este punto de vista, en el presente invento
debería usarse el material refractario que tenga una conductividad
eléctrica no inferior a 1x10^{2} S/m. Además, es difícil aplicar
el electrólito sólido al proceso de circular el acero fundido
después de precalentado, como se hace en la colada continua del
acero fundido, puesto que el electrólito sólido tiene una capacidad
inferior en cuanto a su resistencia contra un choque térmico.
Nótese además que el uso de este tipo de material proporciona un
aumento en el coste de fabricación del material refractario.
\vskip1.000000\baselineskip
Por ejemplo, el TiB2 ó el ZRB2 tienen una
conductividad eléctrica no inferior a 1x10^{5} S/m, por lo que se
puede emplear como un material refractario para suministrar una
corriente al acero.
Según se ha expuesto anteriormente, se pueden
emplear el material refractario que incluya grafito como un
componte principal o el material refractario de un sistema de
boruro. Sin embargo, la fabricación de esta clase de material
refractario de un sistema de boruro es cara, por lo que resulta
difícil construir una estructura grande con el material
refractario. Como resultado, el material refractario de un sistema
de boruro se puede usar exclusivamente en sólo una parte de un
canal para la circulación del acero fundido.
En resumen, el material refractario que se usa
preferiblemente en el presente invento, es el que incluye grafito
como un componente principal. Cuando se tengan en cuenta totalmente
la capacidad de resistencia al calor, la resistencia mecánica, la
resistencia a la erosión y el coste de fabricación es preferible que
se use el material refractario de alúmina con grafito.
En el aparato para suministrar acero fundido de
acuerdo con el presente invento, es preferible que se interponga un
elemento aislante entre un electrodo 5 y un elemento sobre el que
está fijado el otro electrodo 6, cuyo elemento es la boquilla de
inmersión 4, que está formada por un material refractario que tiene
una buena conductividad eléctrica.
En el aparato para suministrar acero fundido
mostrado en la Figura 1, un electrodo 5 está instalado en la artesa
1 y el otro electrodo 6 está instalado en la boquilla de inmersión
4. En este caso, es preferible que el elemento aislante se
interponga, o bien entre la artesa 1 y el primer electrodo 5, o bien
entre la artesa 1 y la boquilla superior 2, o entre la boquilla
superior 2 y la compuerta corredera 3, o entre la puerta corredera
3 y la boquilla de inmersión 4.
Este tratamiento hace posible suprimir la
formación de circuitos cortos entre el electrodo 5 y la boquilla
de inmersión 4 en la que está instalado el otro electrodo, cuando se
suministra una corriente eléctrica. En este caso, si otro elemento
aislante se interpone además entre la boquilla de inmersión 4 en la
que está instalado el otro electrodo 6 y la compuerta corredera 3
adyacente al mismo, se puede suprimir además la corriente de fugas
a la compuerta corredera 3, permitiendo de ese modo que se
suministre eficazmente la corriente al acero fundido.
Con relación al grado de aislamiento en este
caso, la resistencia eléctrica inicial entre el primer electrodo 5
y el otro electrodo 6 en la artesa se ajusta a más de 500 \Omega,
bien en el momento en que se termina el precalentamiento antes de
que el acero fundido se descargue a la artesa, o bien en el momento
antes de que el acero fundido se descargue a la artesa cuando ésta,
que se ha usado una vez para la colada, se recicla sin
precalentamiento. Si la resistencia eléctrica inicial es menor de
500 \Omega, no hay corriente suficiente para enviarla al acero
fundido que pasa a través de la boquilla de inmersión 4 durante la
colada, y la corriente circula en un circuito corto a elementos
distintos que el acero fundido, haciendo de ese modo imposible
prevenir eficazmente el depósito de óxido de aluminio o un material
similar sobre la superficie interior de la boquilla de
inmersión.
En un aspecto de la implementación del
aislamiento, será útil interponer un material refractario que tenga
una baja conductividad eléctrica, bien entre la artesa 1 y el primer
electrodo 5, o entre la boquilla superior 2 y el material
refractario de la artesa 1 y/o la estructura de acero de la artesa,
o entre la compuerta corredera 3 y la estructura de acero de la
artesa 1. Además, se puede insertar también una lámina aislante que
comprenda fibras de vidrio entre los elementos antes mencionados.
Es útil además interponer una lámina aislante entre cada dos de
entre la boquilla superior 2, la compuerta corredera 3 y la boquilla
de inmersión 4, y entre cada uno de estos elementos y el
correspondiente elemento de soporte, y entre estratos adyacentes en
el caso de la estructura de doble estrato.
Más específicamente, en el caso en el que el
otro electrodo 6 está instalado en la boquilla de inmersión 4 como
un material refractario que tenga una buena conductividad eléctrica,
y se suministre una corriente eléctrica entre la boquilla de
inmersión y el acero fundido que pasa a través del interior de la
boquilla de inmersión, es preferible que, o bien [1] entre la
artesa 1 y el primer electrodo 5, o bien [2] entre la boquilla de
inmersión y la compuerta 3 que está en contacto con la boquilla de
inmersión, y entre la boquilla de inmersión y un soporte para
soportar la boquilla de inmersión sobre la compuerta corredera, o
ambos elementos de los puntos [1] y [2] se aíslen eléctricamente
entre sí. En esta disposición estructural, la boquilla de inmersión
4 y el cuerpo principal de la artesa 1, cuyo cuerpo principal
comprende el revestimiento interior de material refractario y la
estructura de acero, se pueden aislar también eléctricamente entre
sí.
El material mineral utilizado para aislamiento
generalmente tiene una resistencia eléctrica no inferior a
1x10^{5} \Omega.m a temperatura ambiente, proporcionando de ese
modo una capacidad de aislamiento suficiente. Sin embargo, la
conductividad iónica tiene lugar en la mayoría de los materiales
minerales a una temperatura tan elevada como la del acero fundido,
por lo que la resistencia eléctrica disminuye. Por tanto, como un
material refractario que presente una cantidad muy pequeña de
reducción en la resistencia eléctrica aún a una temperatura tan
alta como la del acero fundido, por ejemplo, se puede emplear o bien
una lámina aislante que comprenda fibras de tal material
refractario aislante, como Al_{2}O_{3}, SiO_{2} o un producto
similar, o bien un material de recubrimiento que incluya
Al_{2}O_{3}, SiO_{2} o un producto similar.
En una utilización real de dicha lámina aislante
y/o dicho material de recubrimiento, la lámina aislante se inserta
y luego se fija o bien entre la boquilla de inmersión y la compuerta
en contacto con la misma, o entre la boquilla de inmersión y el
soporte que sirve para soportar la boquilla de inmersión sobre la
compuerta corredera, estando en contacto el soporte con la boquilla
de inmersión, para formar una estructura tipo "sándwich". En
este caso, el espesor de la lámina es preferiblemente de 1 a 4 mm.
Además, es más preferible depositar el material de recubrimiento
sobre las partes aislantes junto con un adhesivo. En este caso, el
espesor del recubrimiento es preferiblemente de 0,2 a 1,0 mm, y
para el adhesivo se pueden usar un material de alúmina, un material
de sílice o un material similar.
El límite superior de la resistencia eléctrica
inicial es idealmente infinito. Sin embargo, tiende a ser 1x10^{8}
\Omega en un aparato para suministrar acero fundido desde una
artesa a un molde en una máquina real de colada continua.
En el método de colada continua de acuerdo con
el invento, es preferible que la resistencia eléctrica que se
calcule a partir de los valores de la intensidad de corriente y de
la tensión entre el primer electrodo 5 y el otro electrodo 6
durante el período que transcurre desde el comienzo hasta el final
de la colada sea menor que 1/10 de la resistencia eléctrica inicial
entre un primer electrodo y el otro electrodo en la artesa, o bien
al final del precalentamiento de la artesa antes de suministrar el
acero fundido, o en el instante antes de suministrar acero fundido
a la artesa en el caso de que ésta se recicle sin precalentamiento.
A continuación se expone el motivo de este argumento.
La Figura 5 es un diagrama que muestra la
variación en la resistencia eléctrica entre un electrodo y el otro
electrodo durante la colada. En el diagrama, la variación se
ejemplifica en el caso de la resistencia eléctrica inicial de 0,7
\Omega. Aunque la resistencia presenta poca variación durante un
período de colada, es decir, un período determinado de suministro
de corriente, la resistencia del circuito, en el que circula una
corriente eléctrica en el acero fundido que pasa a través del
interior de la boquilla de inmersión, normalmente aumenta. Esto se
supone debido al hecho de que la superficie del material refractario
que tiene una buena conductividad eléctrica y está instalado en la
boquilla de inmersión, cuya superficie está en contacto con el acero
fundido, cambia de calidad a medida que pasa el tiempo y/o los
materiales no conductores, tales como alúmina o materiales
similares, se depositan en la superficie.
Cuando, durante la colada, la resistencia
eléctrica llega a ser no inferior a 1/10 de la resistencia eléctrica
inicial, la corriente no puede circular adecuadamente en el acero
fundido que pasa a través del interior de la boquilla de inmersión,
y circulan corrientes parciales en circuitos cortos de materiales
distintos al acero fundido, haciendo de ese modo imposible impedir
que el óxido de aluminio o materiales similares se depositen en la
superficie interior de la boquilla de inmersión. Cuando, además, la
resistencia eléctrica en la colada aumenta hasta una cantidad de
más de 1/10 de la resistencia eléctrica inicial, no solamente tiene
lugar un desperdicio de la energía eléctrica aplicada, sino que
también ocurre un riesgo de pequeñas descargas debidas a las fugas
de corriente al exterior porque las corrientes parciales circulan en
circuitos cortos de los materiales distintos al acero fundido. En
este caso, se producen perturbaciones tales como recibir un choque
eléctrico y/o causar un fallo de funcionamiento de los instrumentos
circundantes.
La Figura 6 es un diagrama que muestra la
influencia de la resistencia eléctrica entre un primer electrodo y
el otro electrodo sobre los defectos superficiales de un producto
laminado en frío. El eje transversal indica la resistencia
eléctrica inicial entre un primer electrodo y el otro electrodo
justo antes del comienzo de la colada, y el eje longitudinal indica
la relación entre la resistencia eléctrica durante la colada y la
resistencia eléctrica inicial cuando aquélla se calcula a partir de
los valores de intensidad de corriente y de tensión entre un primer
electrodo y el otro electrodo durante la última fase de la
colada.
Se laminó en caliente un planchón para formar un
fleje de acero que tenía 5 mm de espesor. A continuación, el fleje
de acero se decapó y finalmente se laminó en frío hasta formar un
fleje de acero con 0,8 mm de espesor. Se inspeccionó si existían o
no defectos superficiales de los productos finales y, en el caso de
existir, el estado de los defectos superficiales generados. Se
determinó el porcentaje de generación de los defectos
superficiales en un producto final en la expresión en porcentaje
mediante la relación entre la longitud total acumulada de las
partes y la longitud del fleje de acero inicial, en donde las partes
incluían defectos superficiales y por tanto se eliminaron del fleje
de acero original en cuyo caso, los defectos superficiales
resultaban de defectos tales como polvo del molde, óxido de
aluminio o de material similar en el planchón. En el diagrama, la
marca O indica un valor para los productos finales que no incluye
defectos superficiales resultantes de defectos tales como polvo del
molde, óxido de aluminio o de un material similar sobre la
superficie del planchón.
En la Figura 6, la marca \Delta indica un
valor para los productos finales, que incluye unos pocos defectos
superficiales dentro del porcentaje antes mencionado de generación
de defectos fuese un 0,5%, y la marca \ding{115} indica un valor
para los productos, que incluyen los defectos superficiales dentro
de un porcentaje anteriormente mencionado de generación de defectos
que fuese un 1,0%. Nótese que no existen problemas graves en el
caso de los defectos estén incluidos dentro del porcentaje de
generación de defectos del 1,0%. En el dibujo, además, la marca X
indica un valor para los productos finales que tengan los defectos
superficiales con el porcentaje de generación de defectos que fuese
más del 5%. El dibujo muestra los resultados experimentales
obtenidos para las diversas resistencia eléctricas iniciales por el
cambio de implementación del aislamiento eléctrico.
A partir de los resultados de la Figura 6, se
puede reconocer que la resistencia eléctrica inicial no inferior a
500 \Omega podría suprimir la generación de los defectos
superficiales de los productos finales. Además, si la resistencia
eléctrica que se calcula a partir de los valores de intensidad de
corriente y de tensión entre un primer electrodo y el otro
electrodo en la última fase de la colada es menor de 1/10 de la
resistencia eléctrica inicial, se pueden obtener productos finales
con mejor calidad superficial. Aunque el límite inferior de la
relación entre la resistencia eléctrica durante la colada y la
resistencia eléctrica inicial debería ser cero en condiciones
ideales, tiende a ser 0,00001/10 en un aparato real para suministrar
el acero fundido desde la artesa al molde.
Una parte de purga con gas constituida por un
material refractario poroso (que no se ha mostrado) se instala en
una o más de entre una de la boquilla superior 2 y compuerta
corredera 3. La parte de purga con gas se puede usar del modo
siguiente:
Cuando el acero fundido incluye gran cantidad de
óxido de aluminio o de un material similar de acuerdo con el estado
de operación de un convertidor, un RH o similar, se purga con un gas
inerte en el interior de la boquilla de inmersión con el fin de
prevenir el depósito de óxido de aluminio sobre la superficie
interior de la misma. Además, con el fin de evitar la molestia en
el conducto de la boquilla de inmersión resultante de la
solidificación del acero fundido al comienzo de la operación de
colada, o para perfeccionar la corriente de acero fundido en el
molde, se purga también en el interior de la misma con dicho gas
inerte.
En este caso, el otro electrodo 6 está instalado
en la boquilla de inmersión 4, y la parte (o partes) de purga con
gas se puede (o se pueden) disponer en uno o dos de los elementos en
los que no está dispuesto el otro electrodo 6 En esta disposición
estructural, tanto el otro electrodo 6 como la parte de purga con
gas no están dispuestos en un elemento, haciendo de ese modo
posible una reducción en la resistencia mecánica de los materiales
refractarios.
En el aparato para suministrar acero fundido
mostrado en la Figura 1, el electrodo 5 está dispuesto de tal
manera que un extremo del mismo pasa a través de la pared lateral de
la artesa 1 y llega a los espacios interiores de la artesa 1. Sin
embargo, el electrodo 5 se puede disponer de tal manera que el
extremo del mismo no pase a través de la pared lateral de la artesa
1, sino que llegue al espacio interior de la artesa 1 desde la parte
de arriba de la misma. Por lo demás, una parte de la pared
lateral de la artesa 1 está formada por un material refractario que
tiene una buena conductividad eléctrica, y esta parte se puede usar
como el primer electrodo 5.
En otra realización, la boquilla superior 2 o la
compuerta corredera 3 están constituidas por un material
refractario que tiene una buena conductividad eléctrica, y el primer
electrodo 5 se puede disponer en la boquilla superior 2 o en la
compuerta corredera 3. Cuando el primer electrodo 5 está dispuesto
en la boquilla superior 2, la boquilla de inmersión 4 está
constituida por un material refractario que tiene una buena
conductividad eléctrica, y el otro electrodo 6 está instalado en la
misma.
Cuando un electrodo 5 está instalado en la
compuerta corredera 3, la boquilla de inmersión 4 está constituida
por un material refractario que tiene una buena conductividad
eléctrica, y el otro electrodo 6 está instalado en el interior de
la misma. En estos casos, se puede interponer un elemento aislante
entre la boquilla superior 2 y la artesa 1 con el fin de prevenir
que la corriente eléctrica circule al interior de la artesa 1.
En el método para llevar a cabo la colada
continua, que emplea el aparato para suministrar acero fundido
mostrado en la Figura 1, el aparato para suministrar acero fundido
está dispuesto encima del molde 9, y el acero fundido contenido en
la artesa 1 se descarga al interior del molde a través de la
boquilla superior 2, compuerta corredera 3 y boquilla de inmersión
4.
En este modo de operación, la fuente de
alimentación de energía eléctrica está conectada. El primer
electrodo 5 y el otro electrodo 6 están conectados a la fuente de
alimentación a través de los hilos conductores 7a. En este caso, el
primer electrodo 5 está sumergido en el acero fundido almacenado en
la artesa 1 y el otro electrodo 6 está dispuesto en la boquilla de
inmersión 4 constituida por el material refractario que tiene una
buena conductividad eléctrica, permitiendo de ese modo que se
suministre la corriente eléctrica entre la superficie interior de
la boquilla de inmersión 4 y el acero fundido que pasa a través del
interior de la boquilla de inmersión 4.
Se puede emplear una corriente continua (en
adelante c.c) para la alimentación de corriente. En este caso, se
aplica un potencial negativo a la boquilla de inmersión, y se
permite para aplicar la corriente o bien una forma de onda de
impulso o una forma de onda rectangular. Además, la corriente se
puede alimentar de una forma continua o intermitente.
Cuando la corriente eléctrica se suministra
entre la superficie interior de la boquilla de inmersión y el acero
fundido que pasa a través del interior de la boquilla de inmersión
de la manera anteriormente indicada, la tensión interfacial entre
la superficie interior de la boquilla de inmersión y el acero
fundido disminuye debido a la capilaridad eléctrica antes
mencionada. Por esta razón, la fuerza adhesiva del óxido de
aluminio o material similar del acero fundido a la superficie del
material refractario disminuye, haciendo de ese modo difícil que el
óxido de aluminio o material similar se adhieran sobre la superficie
interior de la boquilla de inmersión 4.
Durante la alimentación de corriente, es
preferible que la densidad de corriente sobre la superficie de la
parte conductora fabricada del material refractario que tiene una
buena conductividad eléctrica se pueda mantener de manera que esté
entre 0,001 y 0,3 amperios/cm^{2} (A/cm^{2}). Sin embargo, en
una densidad de corriente de más de 0,3 A/cm^{2}, el efecto se
satura y el material refractario se calienta por medio de su
resistencia. Cuando es necesario que circule una corriente
eléctrica que tenga una elevada densidad de corriente sobre un área
amplia, el aparato tal como la fuente de alimentación 7, los hilos
conductores, etc., se hace muy grande, y por tanto es necesario
suministrar una cantidad mayor de energía eléctrica. Por otra parte,
el efecto de prevenir el depósito no se puede conseguir en una
densidad de corriente de menos de 0,001 A/cm^{2}, y se puede
obtener una condición más preferible de funcionamiento en una
densidad de corriente de 0,01 a 0,1 A/cm^{2}.
La tensión aplicada entre el otro electrodo 6 y
el primer electrodo 5 se puede determinar de acuerdo con la
densidad de corriente antes mencionada, con la resistencia eléctrica
del material refractario y con la resistencia eléctrica del
material depositado en la superficie interior del material
refractario, y se puede ajustar preferiblemente en 0,5 a 100
voltios (en adelante V). A una tensión aplicada de menos de 0,5 V,
la corriente efectiva no puede circular debido a la resistencia del
canal de circulación de la corriente, haciendo de ese modo difícil
detectar la intensidad y tensión aplicadas. En el límite superior de
la tensión aplicada, es decir, 100 V, se podría obtener una
corriente requerida si se puede preajustar adecuadamente la
resistencia para el canal de circulación de la corriente. A una
tensión aplicada de más de 100 V, tiene lugar un riesgo de recibir
un choque eléctrico y el grado de riesgo aumenta al aumentar la
tensión aplicada. De estos hechos se deduce que la tensión más
preferible a aplicar está entre 1 y 60 V.
La Figura 7 es un diagrama que muestra la
relación entre el espesor del material depositado, tal como óxido
de aluminio o un material similar, sobre la superficie interior de
la boquilla de inmersión 4, y la tensión aplicada entre el primer
electrodo 5 y el otro electrodo 6, en cuyo caso la boquilla de
inmersión 4 estaba constituida por un material refractario con una
buena conductividad eléctrica y el otro electrodo 6 se había
empotrado en la boquilla de inmersión 4, y luego se realizó la
colada continua en las mismas condiciones que las del Ejemplo 1 que
se describe más adelante. En la Figura 7, se ha usado la misma
disposición estructural en relación con el canal de suministro de
corriente y el área de contacto del material refractario con el
acero fundido, y la intensidad de corriente y la densidad de
corriente aumentan con la tensión.
Como puede verse en el diagrama, en el caso de
que no circule argón (marca \ding{108} en el diagrama), el espesor
del material depositado es de unos 13 mm a un potencial de 0
(cero), y disminuye hasta unos 8 mm. cuando el potencial se ajusta
a +1 V ó -1 V. Además, cuando el potencial se ajusta para que sea +5
V ó -5 V, el espesor del material depositado disminuye más hasta
ser aproximadamente 4 mm. El espesor del material depositado es
menor en 5 mm que los obtenidos a un potencial de 0 en el caso de
que circule argón a un caudal de 20 litros (Nl)/min. (marca
\bigcirc). Cuando el potencial se ajusta para que sea +20 V ó -20
V, el espesor del material depositado disminuye más hasta que es de
1 mm o así. Aunque en el diagrama no se puede apreciar una
diferencia clara, se puede discernir que el espesor del material
depositado sobre la superficie interior de la boquilla de inmersión
4 tiende a ser menor en un potencial negativo (-) aplicado a la
boquilla de inmersión 4, comparado con el de un potencial positivo
(+).
Cuando se suministra una corriente eléctrica
entre la boquilla de inmersión 4 y el acero fundido, y se aplica no
un potencial positivo sino un potencial negativo a la boquilla de
inmersión 4, entonces el espesor del material depositado en la
superficie interior de la boquilla de inmersión 4 tiende a
disminuir. Esto se debe a los hechos siguientes:
En las condiciones de suministro de la
corriente, la conducción de electrones en el carbono juega un papel
esencial en el material refractario, por ejemplo, alúmina con
grafito, que incluye carbono. Sin embargo, en un óxido, tiene lugar
la polarización. La variación anteriormente mencionada en la tensión
interfacial resulta de la polarización, y las reacciones expresadas
por las siguientes ecuaciones (a) hasta (c) tienen lugar en el
óxido que constituye el material refractario:
- Si^{4+} + 4 e^{-} = Si
- (a)
- Al^{3+} + 3 e^{-} = Al
- (b)
- O^{2-} = O + 2e^{-}
- (c)
Cuando se aplica un potencial negativo al
material refractario que tiene una buena conductividad eléctrica,
las reacciones de las ecuaciones (a) y (b) progresan en el sentido
de la derecha, pero no tiene lugar la reacción de la ecuación (c).
Como consecuencia, no se produce oxígeno como una fuente para
generar la alúmina (óxido de aluminio), permitiendo de ese modo que
se impida el depósito sobre la superficie interior de la
boquilla.
Cuando se aplica un potencial negativo al
material refractario que tenga una buena conductividad eléctrica y
se suministra una corriente continua entre el material refractario y
el acero fundido, se reduce la tensión interfacial y además se
suprime la reacción expresada por la ecuación anterior (c),
permitiendo de ese modo que se suprima el depósito del óxido de
aluminio o material similar contenido en el acero fundido sobre la
superficie del material refractario.
Cuando se aplica un potencial positivo al
material refractario y se suministra al mismo una corriente
continua, se aplica la ecuación anterior (c), incluso si se reduce
la tensión interfacial. Por tanto, se debilita el efecto de impedir
que el óxido de aluminio o material similar se depositen sobre la
superficie del material refractario. Cuando se suministra una
corriente alterna entre el material refractario conductor y el acero
fundido, tiene lugar alternativamente la promoción y supresión de
la reacción expresada por (c), con lo que se debilita el efecto de
prevenir que el óxido de aluminio o material similar contenidos en
el acero fundido se depositen sobre la superficie del material
refractario. Como resultado, se aplica un potencial negativo (-) a
la boquilla de inmersión y luego se suministra a la misma una
corriente continua.
Según se ha expuesto anteriormente, la corriente
eléctrica se suministra entre la superficie interior de la boquilla
de inmersión 2 y el acero fundido 8 que pasa a través del interior
de la misma, y en estas condiciones, el acero fundido 8 contenido
en la artesa 1 se suministra al interior del molde 9. Además, con el
fin de proporcionar el aislamiento térmico y de suprimir la
oxidación, así como para obtener la lubricación de la camisa
solidificada 10 con respecto al molde 8, se vierte polvo 11 de
molde sobre el menisco del acero fundido contenido en el molde 9.
El acero fundido 8 suministrado al interior del molde 9 se
solidifica como una camisa 10 sobre la superficie del molde 9, y
luego se extrae por medio de un aparato de extracción (que no se ha
mostrado) para formar el planchón.
Cuando el acero fundido 8 atraviesa el interior
de la boquilla de inmersión 4, se suministra una corriente
eléctrica entre el acero fundido y la superficie interior de la
boquilla de inmersión 4 y por tanto se crea una diferencia de
potencial entre los mismos, con lo que el óxido de aluminio o
material similar no se pueden depositar sobre la superficie
interior de la boquilla de inmersión 4.
En el método de colada continua de acuerdo con
el presente invento, es preferible que se use el miembro que
suministra el acero fundido que tiene la parte de purga con gas en
la boquilla superior 2 y se purgue con un gas inerte el interior
del acero fundido que atraviesa la boquilla superior 2 de tal manera
que no se generen sobre la superficie del planchón defectos
superficiales debidos a las burbujas de gas que entren desde la
boquilla superior. En el transcurso de la circulación del gas inerte
hacia arriba en el acero fundido, las partículas de óxido
contenidas en el acero fundido suben conjuntamente con las burbujas
de gas a la superficie del acero fundido, y son capturadas por el
fundente del acero fundido sobre el menisco del acero fundido,
permitiendo de ese modo que las partículas se extraigan del acero
fundido. Como resultado, se aumenta la limpieza del planchón y por
tanto se pueden obtener productos finales limpios. En este caso, es
preferible que el caudal del gas inerte con el que se va a purgar
se ajuste para que sea de 2 a 10 litros (Nl)/min según las
dimensiones del planchón.
Como se ha descrito antes, el aparato para
suministrar acero fundido es el más adecuado para usarlo en el
método para la colada continua de acero calmado con Al.
Mediante la utilización de una máquina de colada
continua del tipo de flexión vertical, se produjeron planchones que
tenían un espesor de 270 mm y una anchura de 1.600 mm a partir de
aceros fundidos A y B que se desoxidaron con Al. En la Tabla 1 se
da la composición química de los aceros fundidos.
Se usó una máquina de colada continua del tipo
de flexión vertical dotada de un aparato para suministrar acero
fundido en la que dicho aparato comprendía una boquilla superior,
una compuerta corredera y una boquilla de inmersión, estando
constituida mas de una de entre las mismas por un material
refractario que tenía una buena conductividad eléctrica, y el otro
electrodo se empotró en el elemento antes citado constituido por el
material refractario con buena conductividad eléctrica. En los
ensayos, se instaló una parte de purga con gas en la boquilla
superior o en la placa superior de la compuerta corredera, y se
purgó con gas a un pequeño caudal de 3 a 5 Nl/min para abrir la
compuerta corredera en la etapa inicial de la colada. En este
caudal, no se generaron picaduras en la superficie del planchón, y
el gas apenas formó burbujas ascendentes en el acero fundido
contenido en el molde, por lo que casi toda la cantidad del gas no
permaneció en el acero fundido contenido en el molde, y se
transfirió al acero fundido contenido en la artesa. Se usó una placa
superior del tipo convencional de la compuerta corredera que no
tenía electrodo. En varias fases de ensayos, se usó la placa
superior que estaba formada por un material refractario con una
buena conductividad eléctrica y a la que se conectó el otro
electrodo. La artesa utilizada tenía forma de caja y su capacidad
era de aproximadamente 85 t.
Se usaron la boquilla de inmersión que tenía un
diámetro interior de 90 mm y dos lumbreras de salida dirigidas
hacia abajo en un ángulo de inclinación de 35º. El elemento, en el
que estaba empotrado el otro electrodo, se formó mediante un
material refractario con una buena conductividad eléctrica, cuyo
material comprendía una alúmina con grafito compuesta de un 22% en
peso de grafito, un 12% en peso de SiO_{2} y siendo el resto
alúmina e impurezas.
Una lámina constituida por fibras de alúmina y
sílice o por un material refractario fabricado de alúmina se
interpuso entre un elemento en el que estaba empotrado el otro
electrodo y un elemento adyacente al mismo, y de ese modo estos
elementos quedaron aislados entre sí. El electrodo formado por
alúmina con grafito se sumergió en el acero fundido de la artesa
desde la superficie superior de la misma. El otro electrodo hecho
de grafito o acero se situó en diversas ubicaciones.
En la colada continua se colaron en secuencia 6
hornadas, de 270 t cada una. En este caso, el grado de
sobrecalentamiento para el acero fundido de la artesa era de 20 a
30ºC y la velocidad de colada era de 1,5 a 1,8 m/min. Se suministró
una corriente alterna o continua entre un electrodo y el otro
electrodo, en cuyo caso el potencial aplicado era de 0 a 20 V, y la
intensidad de corriente suministrada estaba en un intervalo de 0 a
120 A. La intensidad de corriente a y el área superficial
b de la parte conductora sobre la superficie interior del
material refractario, cuya parte conductora estaba acoplada al otro
electrodo y mirando al acero fundido, se variaron ambas de uno a
otro ensayo, y se determinó la densidad de corriente (A/cm^{2})
definida por la siguiente ecuación (d):
- densidad de corriente (A/cm^{2}) = a/b
- (d)
donde
a es el valor de la intensidad (A) y
b es el área superficial de la parte conductora
sobre la superficie interior del material refractario, mirando al
acero fundido, que está acoplada al otro electrodo (cm^{2}).
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En el caso de aplicar la corriente continua, se
aplicó al otro electrodo un potencial positivo o negativo. En
algunas pruebas de los ensayos, no se suministró corriente entre el
primer electrodo y el otro electrodo. Estas condiciones de los
ensayos se han enumerado en la Tabla 2.
Una vez completada la colada continua antes
mencionada, se recogieron individualmente la boquilla superior, la
compuerta corredera y la boquilla de inmersión, y luego se cortaron
en la dirección longitudinal con el fin de determinar el espesor
del material depositado sobre la superficie interior de las mismas.
El espesor del material depositado sobre la superficie interior de
la boquilla superior, compuerta corredera y boquilla de inmersión
en los que estaba dispuesto el otro electrodo (o electrodos) se
determinó por los procedimientos siguientes: se midieron los
diámetros interiores del elemento antes mencionado en tres
posiciones longitudinales diferentes y en dos posiciones
circundantes, y se calculó un valor medio de los diámetros
interiores así medidos. El espesor se determinó mediante la mitad
de la diferencia entre el valor medio y el diámetro interior inicial
antes de la colada.
El planchón producido se laminó en caliente para
formar un fleje de acero con un espesor de 4 a 6 mm. El fleje de
acero así formado se decapó y luego se laminó adicionalmente en frío
hasta formar un fleje de acero con un espesor de 0,3 a 1,2 mm. Se
inspeccionaron a simple vista los defectos superficiales. Se
cortaron las partes en la que estaban incluidos defectos
superficiales y se determinó la longitud acumulada total de las
piezas cortadas. Luego, se determinó el porcentaje de los defectos
superficiales dividiendo la longitud total por la longitud inicial
del fleje de acero. Los resultados se han enumerado también en la
Tabla 2. A partir de los resultados de la Tabla 2, se puede
reconocer lo siguiente:
En el Ensayo Nº 1, no se aplicó potencial y se
purgó con gas Ar a un caudal muy pequeño de 5 Nl/min para abrir la
compuerta corredera en la etapa inicial de la colada, por lo que el
espesor del material depositado sobre la superficie interior de la
boquilla de inmersión era relativamente grueso, a saber, 31,4 mm y
el porcentaje de los defectos superficiales era relativamente
elevado, a saber, un 9,6%. En el Ensayo Nº 2, no se aplicó
potencial y se purgó con gas Ar a un caudal relativamente grande de
20 Nl/min, con lo que el espesor del material depositado sobre la
superficie interior de la boquilla de inmersión era de 5,4 mm, menor
que en el caso del Ensayo Nº 1, y el porcentaje de defectos
superficiales era del 3,8%, y por tanto relativamente bajo.
En los Ensayos Nº 3 a Nº 8, se aplicaron unos
potenciales de +2 V, +5 V, +20 V, -2 V, -5 V ó -20 V a la boquilla
de inmersión en la que estaba empotrado el otro electrodo, y se
suministró una corriente continua a la misma. El espesor del
material depositado sobre la superficie interior del material
refractario (boquilla de inmersión) y el porcentaje de defectos
superficiales fueron menores que los del caso del Ensayo Nº 1.
Especialmente, en el potencial de +5 V, +20 V, -5 V y -20 V, el
espesor del material depositado sobre la superficie interior del
material refractario (boquilla de inmersión) y el porcentaje de
defectos superficiales fueron ambos menores que los del caso del
Ensayo Nº 2.
En los Ensayos Nº 9 y Nº 10, se aplicó un
potencial de +2 V ó -2 V a la boquilla de inmersión en la que estaba
empotrado el otro electrodo, y se aplicó a la misma una corriente
continua. Se purgó con gas argón a un caudal de 5 Nl/min
directamente al interior de la boquilla de inmersión. Comparado con
el Ensayo Nº 3 ó Nº 6 en los que se emplearon las mismas
condiciones excepto la purga con gas, es decir, no se suministró gas
argón, el espesor del material depositado sobre la superficie
interior del material refractario (boquilla de inmersión) era
pequeño y el porcentaje de defectos superficiales era similar. Se
produjo erosión en la parte de purga con gas. Esto se debe al hecho
de que el material refractario de la boquilla se disolvió en el
planchón por el suministro de corriente a la parte de purga con gas
y porque el gas argón se introdujo en el acero fundido contenido en
el molde puesto que el gas argón se purgó directamente al interior
de la boquilla de inmersión.
En el Ensayo Nº 11, se aplicó un potencial de 5
V a la boquilla de inmersión en la que estaba instalado el otro
electrodo, y se suministró a la misma una corriente alterna. El
espesor del material depositado sobre la superficie interior del
material refractario (boquilla de inmersión) y el porcentaje de
defectos superficiales fueron iguales que los de los Ensayos Nº 4 y
Nº 7 en los que se aplicó el mismo potencial y se suministró la
corriente continua.
En el Ensayo Nº 12, se aplicó un potencial de +
2 V a la compuerta corredera como una parte de purga con gas Ar en
la que estaba empotrado el otro electrodo, y se suministró a la
misma una corriente continua. En este caso, la colada no se pudo
realizar porque la compuerta corredera se había consumido debido a
la erosión. Aunque, en el caso de los Ensayos Nº 9 y Nº 10, no se
plantearon problemas incluso cuando el otro electrodo estaba
empotrado en la boquilla de inmersión, la erosión de la compuerta
corredera causó la interrupción de la operación de colada.
En los Ensayos Nº 13 y Nº 14, el otro electrodo
estaba empotrado en la compuerta corredera en la que no estaba
dispuesta la parte de purga con gas Ar. Se aplicó un potencial de +2
V ó -5 V a la compuerta corredera, y se suministró a la misma una
corriente continua. El espesor del material depositado sobre la
superficie interior del material refractario (compuerta corredera)
era relativamente pequeño, pero el porcentaje de defectos
superficiales era inferior al del caso de que la corriente se
suministrase a la boquilla.
En el Ensayo Nº 15, se aplicó un potencial de -5
V a la boquilla superior en la que estaba empotrado el otro
electrodo, y se suministró a la misma una corriente continua. El
espesor del material depositado sobre la superficie interior del
material refractario (boquilla superior) era relativamente pequeño,
pero el porcentaje de defectos superficiales era inferior al del
caso de que la corriente se suministrase a la boquilla.
En los Ensayos Nº 16 y Nº 17, se aplicó un
potencial de +2 V ó -5 V a la boquilla superior y a la boquilla de
inmersión en la que estaba empotrado el otro electrodo, y se aplicó
a la misma una corriente continua. Tanto el espesor del material
depositado sobre la superficie interior del material refractario
como el porcentaje de defectos superficiales eran pequeños, y por
tanto esta condición de operación se consideró conveniente.
En los Ensayos Nº 18 a Nº 27, se llevó a cabo
una prueba similar usando el acero del tipo B (acero ultra bajo en
carbono). A partir de los resultados obtenidos, se averiguó que el
acero ultra bajo en carbono proporcionaba un aumento en la cantidad
del material depositado. Adicionalmente, como normalmente se
requiere una gran calidad de superficie para los productos finales
de dicho tipo de acero ultra bajo en carbono, se podría suponer que
el porcentaje de defectos superficiales tiende a deteriorarse. En
los Ensayos Nº 22 y Nº 26, una densidad de corriente se redujo
hasta 0,0009 A/cm^{2}, y se aplicó un potencial de +0,6 V ó -0,6
V. En estos casos, no se pudo discernir un efecto notable sobre la
prevención del depósito, y se encontró un mayor porcentaje de
defectos superficiales.
En los Ensayos Nº 21 y Nº 25, se empleó una
densidad de corriente de 0,006 A/cm^{2}, y se pudo discernir un
cierto efecto sobre la prevención del depósito y se observó un mayor
porcentaje de defectos superficiales. En los ensayos Nº 19, Nº 20,
Nº 23 y Nº 24, se aumentó más la densidad de corriente, y se pudo
obtener un efecto más conveniente. En los Ensayos Nº 23 a Nº 26, se
aplicó un potencial negativo; la comparación de los resultados en
estos ensayos con los de los Ensayos Nº 19 a Nº 22, en los que se
aplicó un potencial positivo, indicó que se pudo obtener un efecto
relativamente conveniente sobre la supresión del depósito.
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Utilizando el mismo método que en el Ejemplo 1,
se coló un planchón que tenía 270 mm de espesor y una anchura de
1.200 a 1.600 mm a una velocidad de colada de 1,4 a 1,7 m/min. Sin
embargo, en este caso, el material de la boquilla de inmersión era
alúmina con grafito que incluía un 31% en peso de grafito, un 14% en
peso de SiO_{2} y el resto compuesto en su mayor parte de
Al_{2}O_{3} y tenía una buena conductividad eléctrica a una
temperatura del acero fundido. El primer electrodo, fabricado de
acero al carbono, se fijó sobre la parte exterior circundante de la
boquilla de inmersión, y el otro electrodo fabricado de alúmina con
grafito se sumergió en el acero fundido desde la superficie del
mismo en la artesa.
Una lámina que comprendía fibras refractarias
que tenían Al_{2}O_{3} y SiO_{2} como componentes principales
y/o un antioxidante que incluía SiO_{2} como un componente
principal se interpuso entre la boquilla de inmersión y la
compuerta corredera que estaba en contacto con la misma, o bien
entre la boquilla de inmersión y el soporte que servía para
soportar la boquilla de inmersión sobre la compuerta corredera, con
el fin de aislar los dos elementos entre sí. En este caso, se varió
el espesor de la lámina y del antioxidante.
Antes del ensayo de colada, la artesa, la
boquilla superior, la compuerta corredera y la boquilla de inmersión
se precalentaron durante aproximadamente 3 horas utilizando un gas
de combustión usual, y el revestimiento interior refractario de la
artesa se ajustó a una temperatura en superficie de 1.000 a
1.200ºC. Se midió la resistencia eléctrica inicial entre el primer
electrodo y el otro electrodo justo antes de finalizar la
colada.
En el ensayo de colada, se coló seis veces en
secuencia acero fundido que tenía un peso de alrededor de 270 t por
hornada Se aplicó una corriente constante o bien una tensión
constante entre el primer electrodo y el otro electrodo durante el
período transcurrido desde el comienzo hasta el final de la colada.
En este caso, la intensidad de corriente aplicada fue de 10 a 100 A
y la tensión aplicada fue de 3 a 80 V. A partir de los valores de
la intensidad y de la tensión, se determinó la resistencia eléctrica
entre el primer electrodo y el otro electrodo durante la
colada.
Además, se purgó con un gas argón en un caudal
de 2 a 5 litros (NL)/min en el interior del acero fundido que
pasaba a través del interior de la compuerta corredera durante la
colada. Se confirmó con antelación que dicho caudal no
proporcionaba defectos sobre la superficie del planchón debido a la
presencia del gas.
Una vez finalizada la colada, se recogió la
boquilla de inmersión y se cortó en la dirección longitudinal con
el fin de analizar la existencia del material depositado sobre la
superficie interior de la misma y de medir el espesor del material
depositado. Los respectivos planchones obtenidos en la segunda
hornada y en la sexta hornada se laminaron en caliente para formar
un fleje de acero que tuviese un espesor de 4 a 6 mm y luego se
decaparon. A continuación, el fleje de acero se laminó más en frío
para formar un fleje de acero con in espesor de 1,6 a 1,2 mm. Luego
se realizó una inspección en relación con la existencia de defectos
superficiales y del estado de los defectos superficiales en los
productos finales. Al mismo tiempo, se determinó el porcentaje de
defectos superficiales en el producto final. En este caso, las
partes, en las que se generaron los defectos resultantes de los
defectos en el planchón debido al polvo del molde, óxido de aluminio
o material similar, se cortaron y retiraron del fleje de acero
original, con lo que el porcentaje de defectos superficiales se
determinó en la expresión del porcentaje dividiendo la longitud
total de las partes retiradas por la longitud total del fleje de
acero inicial. Las condiciones y resultados del ensayo se enumeran
en la Tabla 3.
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En el ensayo Nº 28, se interpuso una lámina de
2,5 mm de espesor fabricada de fibras refractarias entre la
boquilla de inmersión y la compuerta corredera, y se insertó un
antioxidante compuesto de un sistema de SiO_{2} en un espesor de
0,2 mm entre la boquilla de inmersión y el soporte. La resistencia
eléctrica inicial entre el primer electrodo y el otro electrodo
justo antes del final del precalentamiento de la artesa era de 600
\Omega. Este valor está dentro del intervalo definido por el
alcance del presente invento. Además, la resistencia eléctrica
durante la colada justo antes del final de la sexta hornada en la
colada era de 72 \Omega. El valor obtenido mediante la división
de la resistencia eléctrica durante la colada por la resistencia
eléctrica inicial (al que de ahora en adelante se le denominará
relación entre resistencias) era 1,2/10, y este valor quedaba un
poco por fuera del intervalo de la condición preferible. En el
Ensayo Nº 28, el espesor del material depositado sobre la boquilla
de inmersión era de 5 mm, lo que proporcionaba un buen resultado.
Adicionalmente, los porcentajes de los defectos superficiales en
los productos finales, que fueron producidos por los planchones
obtenidos en las hornadas segunda y sexta, fueron un 0,6% y un
0,9%, respectivamente, y por tanto se obtuvieron unos resultados
relativamente buenos.
En el Ensayo Nº 29, se interpuso una lámina de
fibras refractarias de 2,5 mm de espesor entre la boquilla de
inmersión y la compuerta corredera, y se insertó un antioxidante
compuesto de un sistema de SiO_{2} en un espesor de 0,4 mm entre
la boquilla de inmersión y el soporte. La resistencia eléctrica
inicial entre el primer electrodo y el otro electrodo justo antes
del final del precalentamiento de la artesa era de 600 \Omega.
Este valor está dentro del intervalo definido por el alcance del
presente invento. Además, la resistencia eléctrica durante la
colada justo antes del final de la sexta hornada en la colada era de
58 \Omega. La relación entre resistencias durante la colada fue
de 0,97/10, y este valor quedaba dentro del intervalo de la
condición preferible. En el Ensayo Nº 29, el espesor del material
depositado sobre la boquilla de inmersión era de 4 mm, lo que
proporcionaba un buen resultado. Adicionalmente, los porcentajes de
los defectos superficiales en los productos finales, que fueron
producidos por los planchones obtenidos en las hornadas segunda y
sexta, fueron un 0,3% y un 0,5%, respectivamente, y por tanto se
obtuvieron unos resultados relativamente buenos.
En el Ensayo Nº 30, se insertó una lámina de 4,0
mm de espesor entre la boquilla de inmersión y la compuerta
corredera. Además, se insertó una lámina de 1,0 mm de espesor entre
la boquilla de inmersión y el soporte, y al mismo tiempo se insertó
un antioxidante entre los mismos en un espesor de 0,5 mm. La
resistencia eléctrica inicial entre el primer electrodo y el otro
electrodo justo antes del final del precalentamiento de la artesa
en la colada era de 1.200 \Omega. Este valor estaba dentro del
intervalo especificado por el alcance del presente invento. La
resistencia eléctrica inicial era dos veces mayor que la del Ensayo
Nº 29. Este hecho podría deberse a que el espesor entre la boquilla
de inmersión y la compuerta corredera era mayor que el del Ensayo
Nº 29 y la lámina adicional se interpuso entre la boquilla de
inmersión y el soporte, junto con el antioxidante insertado entre
los mismos. La resistencia eléctrica durante la colada justo antes
de finalizar la sexta hornada en la colada era de 8 \Omega, por
lo que la relación entre resistencias era 0,07/10, que por tanto
estaba dentro del intervalo preferible. En el Ensayo Nº 30, el
espesor del material depositado sobre la boquilla de inmersión era
de 4 mm, proporcionando de ese modo un buen resultado. Además, los
porcentajes de generación de los defectos superficiales en los
productos finales, que fueron producidos por los planchones
obtenidos en las hornadas segunda y sexta, fueron un 0,3% y un 0,4%,
respectivamente, y por ello se obtuvieron unos resultados
relativamente buenos.
En el Ensayo Nº 31, el método para implementar
el aislamiento fue el mismo que en el Ensayo Nº 30. La resistencia
eléctrica inicial entre el primer electrodo y el otro electrodo
justo antes del final del precalentamiento de la artesa en la
colada era de 1.050 \Omega. La resistencia eléctrica durante la
colada justo antes de finalizar la sexta hornada en la colada era
de 0,5 \Omega y el aumento de la resistencia durante la colada
fue pequeño. Como resultado, la relación entre resistencias fue
0,005/10, estando así dentro del intervalo de las condiciones
preferibles. En el Ensayo Nº 31, el espesor del material depositado
sobre la boquilla de inmersión después de la colada fue de 2 mm,
proporcionando así un buen resultado. Además, los porcentajes de
defectos superficiales en los productos finales, que fueron
producidos por los planchones obtenidos en las hornadas segunda y
sexta, fueron un 3% respectivamente, y por ello se obtuvieron unos
resultados relativamente buenos.
En el Ensayo Nº 32, se insertaron una lámina de
2,0 mm de espesor y una placa de alúmina de 3 mm de espesor entre
la boquilla de inmersión y la compuerta corredera. Además, se
insertaron una lámina de 1,8 mm de espesor y una película de
antioxidante de 0,7 mm de espesor entre la boquilla de inmersión y
el soporte. La resistencia eléctrica inicial entre el primer
electrodo y el otro electrodo justo antes del final del
precalentamiento de la artesa en la colada fue de 380 x 10^{3}
\Omega. Este valor estaba dentro del intervalo especificado por
el alcance del presente invento. El espesor de la lámina y del
material de recubrimiento se aumentaron, con lo que la resistencia
eléctrica inicial aumentó bastante. La resistencia eléctrica durante
la colada justo antes del final de la sexta hornada en la colada
era de 13 \Omega. De acuerdo con ello, la relación entre
resistencias fue 0,0003/10, valor que por tanto estaba dentro del
intervalo de las condiciones preferibles. En el Ensayo Nº 32, el
espesor del material depositado sobre la boquilla de inmersión
después de la colada era de 1 mm, y este valor muy pequeño indica
el resultado óptimo. Además, los porcentajes de defectos
superficiales en los productos finales, que fueron producidos por
los planchones obtenidos en las hornadas segunda y sexta, fueron un
0,1% y un 0,2%, respectivamente, y por tanto se obtuvieron unos
resultados buenos.
En el Ensayo Nº 33, el espesor de la lámina era
de 2,0 mm y el espesor de la película recubierta era de 0,6 mm. La
resistencia eléctrica inicial entre el primer electrodo y el otro
electrodo justo antes de finalizar el precalentamiento de la artesa
en la colada era de 420 \Omega. Este valor era muy pequeño y
estaba fuera del intervalo especificado por el alcance del presente
invento. La resistencia eléctrica durante la colada justo antes de
la finalización de la sexta hornada en la colada era de 64 \Omega,
y por tanto la relación entre resistencias aumentó hasta 1,5/10 y
estaba fuera de la condición preferible. En el Ensayo Nº 33, el
espesor del material depositado sobre la boquilla de inmersión era
de 7 mm y relativamente grande. Además, los porcentajes de defectos
superficiales en los productos finales, que fueron producidos por
los planchones obtenidos en las hornadas segunda y sexta, fueron un
0,8% y un 7,9%, respectivamente. En particular se obtuvieron unos
resultados insatisfactorios para la sexta hornada.
En el Ensayo Nº 34, sin utilizar ninguna lámina
construida de fibras refractarias, se insertaron una películas de
un antioxidante que incluía el sistema de SiO_{2} de 0,7 mm y 0,5
mm respectivamente entre la boquilla de inmersión y la compuerta
corredera y entre la boquilla de inmersión y el soporte. La
resistencia eléctrica inicial entre el primer electrodo y el otro
electrodo justo antes de finalizar el precalentamiento de la artesa
en la colada era de 30 \Omega. Este valor era extremadamente
pequeño y quedaba fuera del intervalo especificado por el alcance
del presente invento. La resistencia eléctrica justo antes del final
de la sexta hornada en la colada era de 32 \Omega, y por tanto la
relación entre resistencias aumentó hasta 10,6/10. Este valor era
muy grande y estaba situado ampliamente fuera de las condiciones
preferibles. En el Ensayo Nº 34, el espesor del material depositado
sobre la boquilla de inmersión era de 11 mm y muy grueso. Además,
los porcentajes de defectos superficiales en los productos finales,
que fueron producidos por los planchones obtenidos en las hornadas
segunda y sexta, fuero un 8,4% y un 12,3%, respectivamente. Estos
valores indicaron resultados insatisfactorios.
En el Ensayo Nº 35, no se realizó el aislamiento
eléctrico ni el suministro de corriente. El espesor del material
depositado sobre la boquilla de inmersión fue de 13 mm, y este valor
indica el peor resultado. Además, los porcentajes de defectos
superficiales en los productos finales, que fueron producidos por
los planchones obtenidos en las hornadas segunda y sexta, fueron un
9,8% y un 11,8%, respectivamente.
\newpage
Mediante la utilización del mismo método que en
el Ejemplo 1, se produjo un planchón que tenía un espesor de 270 mm
y una anchura de 1.000 mm. La máquina de colada continua del tipo de
flexión vertical estaba dotada del aparato de suministro de acero
fundido mostrado en la Figura 1, en el que una parte para purgar con
gas construida de un material refractario poroso estaba dispuesta
en la placa superior de la compuerta corredera.
En la colada continua, se aplicó un potencial de
1,5 a 25 V entre el primer electrodo y la boquilla de inmersión, y
se suministró una corriente continua o alterna entre los mismos.
Cuando se suministró la corriente continua, se aplicó un potencial
positivo o negativo a la boquilla de inmersión. En varios ensayos,
no se suministró corriente entre el primer electrodo y la boquilla
de inmersión. En varios ensayos, además, se purgó con gas argón a
un caudal de 20 litros (NL)/min. en el acero fundido procedente de
la parte de purga con gas dispuesta en la compuerta corredera.
Después de la colada, se recogió la boquilla de
inmersión y se cortó en la dirección longitudinal con el fin de
inspeccionar el material depositado sobre la superficie en las
proximidades de las lumbreras de salida en cuanto a la existencia
del depósito y el estado del mismo. Además, el planchón así obtenido
se laminó en frío para formar un fleje de acero que tuviese un
espesor de 0,8 a 1,2 mm utilizando el mismo método que en el
Ejemplo 1, y luego se realizó la inspección en cuanto al porcentaje
de defectos superficiales, usando el mismo método que en el Ejemplo
1. Las condiciones de los ensayos y los resultados obtenidos
aparecen en la Tabla 4.
\vskip1.000000\baselineskip
En el Ensayo Nº 36, se aplicó un potencial
positivo a la boquilla de inmersión y se suministró a ésta una
corriente continua a una densidad de corriente de 0,17 A/cm^{2}.
El espesor del material depositado sobre la superficie interior de
la boquilla de inmersión era de 3,0 mm y el porcentaje de defectos
superficiales un 1,8%.
En el Ensayo Nº 37, se aplicó un potencial
negativo a la boquilla de inmersión y las demás condiciones fueron
las mismas que las del Ensayo Nº 36. El espesor del material
depositado sobre la superficie interior de la boquilla de inmersión
era de 1,3 mm y el porcentaje de defectos superficiales fue un 0,2%,
por lo que el espesor del material depositado y el porcentaje de
defectos superficiales fueron mejores que los del Ensayo Nº 36.
En el Ensayo Nº 38, se aplicó un potencial
positivo a la boquilla de inmersión y se suministró a ésta una
corriente continua a una densidad de corriente de 0,092 A/cm^{2}.
El espesor del material depositado sobre la superficie interior de
la boquilla de inmersión fue de 3,5 mm y el porcentaje de defectos
superficiales fue un 2,1%.
En el Ensayo Nº 39, se aplicó un potencial
negativo a la boquilla de inmersión, y las demás condiciones eran
las mismas que las del Ensayo Nº 38. El espesor del material
depositado sobre la superficie interior de la boquilla de inmersión
era de 1,8 mm y el porcentaje de defectos superficiales fue un 0,3%,
por lo que el espesor del material depositado y el porcentaje de
defectos superficiales fueron mejores que los del Ensayo Nº 38.
En el Ensayo Nº 40, se suministró una corriente
alterna a una densidad de corriente de 0,17 A/cm^{2} y las demás
condiciones eran iguales que las del Ensayo Nº 36. El espesor del
material depositado sobre la superficie interior de la boquilla de
inmersión en las proximidades de los orificios de descarga era de
3,0 mm y el porcentaje de defectos superficiales fue un 1,8%, por
lo que el espesor del material depositado y el porcentaje de
defectos similares fueron similares a los del Ensayo Nº 36.
En el Ensayo Nº 41, no se suministró corriente y
se purgó con gas argón desde la compuerta de corredera al interior
del acero fundido a un caudal de 20 litros (Nl)/min. El espesor del
material depositado sobre la superficie interior de la boquilla de
inmersión en las proximidades de los orificios de descarga era de
5,0 mm y el porcentaje de defectos superficiales fue de un 2,3%,
por lo que el espesor del material depositado y el porcentaje de
defectos superficiales fueron relativamente insatisfactorios.
En el Ensayo Nº 42, no se suministró corriente
ni se purgó con gas argón el interior del acero fundido desde la
compuerta corredera. En este caso, tuvo lugar un atasco de la
boquilla de inmersión durante la colada, por lo que la colada tuvo
que pararse en la tercera hornada. Después de colar, el espesor del
material depositado sobre la superficie interior de la boquilla de
inmersión en las proximidades de las lumbreras de salida fue de 13
mm y el porcentaje de defectos superficiales fue un 5,1%.
De acuerdo con el método que responde al
presente invento, se puede prevenir con seguridad el depósito de
óxido de aluminio o de un material similar contenidos en el acero
fundido sobre la superficie interior de la boquilla superior, el
mecanismo de control de caudal y la boquilla de inmersión. Además,
la aplicación del método de colada continua hace posible prevenir
que los productos finales manufacturados por el planchón obtenido
generen defectos superficiales causados por los defectos tales como
fundente de molde, óxido de aluminio, y burbujas de gas en el
planchón. Más aún, el método de colada continua previene eficazmente
el atasco de la boquilla de inmersión durante la colada,
permitiendo de ese modo la aplicabilidad de que se provea sobre
una amplia área de la colada continua.
Claims (7)
1. Un método de colada continua, que comprende
suministrar un acero fundido almacenado en una artesa al interior
de un molde que usa un aparato para suministrar acero fundido, cuyo
aparato comprende una artesa para almacenar acero fundido, una
boquilla superior como una salida dispuesta en el fondo de la
artesa, una boquilla de inmersión para suministrar el acero fundido
al interior de un molde y un mecanismo de control de caudal situado
entre la boquilla superior y la boquilla de inmersión para
controlar el caudal del acero fundido desde la artesa al interior
del molde, en el que la superficie que está en contacto con el acero
de uno de entre la boquilla superior, la boquilla de inmersión y
el mecanismo de control de caudal se forma de un material
refractario que tiene una conductividad eléctrica no inferior a 1 x
10^{3} S/m a una temperatura no menor que el punto de fusión del
acero,
en donde el aparato comprende además un par de
electrodos conectados por una fuente de alimentación de energía
eléctrica, en donde un primer electrodo está colocado en una de
entre la pared de la artesa, la boquilla superior y el mecanismo de
control de caudal de tal manera que esté en contacto con el acero
fundido, y el otro electrodo está dispuesto en una parte formada
del material refractario, que tiene una conductividad eléctrica no
menor que 1 x 10^{3} S/m a una temperatura no inferior a la del
punto de fusión del acero, cuya parte es la boquilla de inmersión y
en donde un gas de purga no se suministra a través de dicha parte,
y
en donde una parte de purga con gas está
dispuesta en uno ó dos elementos seleccionados de entre la boquilla
superior y el mecanismo de control de caudal, en donde el elemento
(o elementos) que contiene (o que contienen) una parte de purga con
gas no tienen electrodo,
en donde dicho método comprende además aplicar
un potencial negativo a la boquilla de inmersión y suministrar una
corriente continua entre la boquilla de inmersión y el acero fundido
que pasa a través del interior de la boquilla de inmersión para
prevenir el atasco de la boquilla de inmersión.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el material refractario comprende alúmina con
grafito.
3. Un método de acuerdo con las reivindicaciones
1 ó 2, en el que se interpone un elemento aislante entre el primer
electrodo y el otro electrodo.
4. Un método de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, que comprende precalentar la artesa o
reciclar una artesa para colar sin precalentamiento, luego ajustar
la resistencia eléctrica entre el primer electrodo y el otro
electrodo para que sea no inferior que 500 \Omega, antes de que se
suministre el acero fundido.
5. Un método de acuerdo con la reivindicación 4,
que comprende controlar la resistencia eléctrica calculada a partir
de los valores de la intensidad y de la tensión aplicada entre el
primer electrodo y el otro electrodo durante un período
transcurrido desde el comienzo hasta el final de la colada, para que
sea inferior que 1/10 de la resistencia eléctrica entre el primer
electrodo y el otro electrodo antes de que se suministre el acero
fundido.
6. Un método de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, en el que se suministra una corriente a
una densidad de corriente de no menos que 0,001 A/cm^{2} y menos
que 0,3 A/cm^{2}.
7. Un método de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 7, en el que la tensión aplicada no es
menor que 0,5 V y no mayor de 100 V.
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