ES2312339T3 - Dispositivo de refino en cuchara de colada, y uso de la cuchara de colada de colada en un metodo de refino. - Google Patents
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Abstract
Un aparato de refino al vacío/en descompresión para refinar acero fundido en una cuchara de colada, mediante acoplar directamente una cámara de vacío/descompresión que no tiene su extremo inferior un tubo de inmersión para ser sumergido en el acero fundido de la cuchara de colada, hasta la parte superior de la cuchara de colada, y reducir la presión interna de la cámara, y mediante agitar el acero fundido en la cuchara de colada, a través de la inyección de gas inerte en la cuchara de colada, caracterizado porque la parte superior de la cuchara de colada está fuertemente acoplada con la cámara de vacío/descompresión para formar una estructura hermética; la cámara de vacío/descomposición tiene una parte de eje; y el diámetro interno de la mencionada parte de eje es menor que el diámetro interno del extremo superior en la cuchara de colada, pero no menor que el diámetro proyectado de la parte abultada de la superficie del acero fundido en la cuchara de colada, formada mediante el gas de agitación inyectado en la cuchara de colada; el extremo inferior de la cámara de vacío/descompresión está provisto con un apéndice cilíndrico; el mencionado apéndice cilíndrico tiene un diámetro interno igual o mayor que el diámetro proyectado de la parte abultada del acero fundido en la cuchara de colada, y un diámetro externo igual o menor que el diámetro interno del extremo superior de la cuchara de colada; un extremo inferior del apéndice cilíndrico se extiende por debajo del extremo superior de la cuchara de colada, pero no está sumergido en el acero fundido en la cuchara de colada; y la altura desde la superficie del acero fundido en la cuchara de colada, hasta la parte superior de la cámara de vacío/descompresión, es de 5 m o más.
Description
Dispositivo de refino en cuchara de colada, y
uso de la cuchara de colada en un método de refino.
La presente invención se refiere a un aparato y
a un método de refino en cuchara de colada, que es un proceso de
refino secundario de acero fundido.
Las demandas de calidad para los productos de
acero se han hecho últimamente cada vez más exigentes, a medida que
las tecnologías de aplicación del acero han avanzado y se han
diversificado, y como consecuencia se ha incrementado las
necesidades de producción de aceros de alta pureza. En respuesta a
las necesidades de producción de acero de alta pureza, en las
fábricas de producción de acero se ha construido recientemente
muchos aparatos para el tratamiento previo del metal en caliente y
para el refino secundario. En concreto, como aparatos para el
refino secundario se utiliza generalmente aparatos de refino al
vacío tales como RH, DH, etc., y aparatos de refino de escoria
mediante calentamiento por arco eléctrico, típicamente tales como
LF, para la desgasificación y la retirada de inclusiones en el
acero fundido. Para producir aceros de alta pureza como son los
aceros para cojinetes, generalmente se utiliza también procesos de
tratamiento que combinan LF, RH, etc., según se requiera.
Sin embargo, hay cierto limite en la capacidad
de refino para retirar inclusiones, en el caso de un aparato como
es un aparato de refino al vacío RH, en el que se lleva a cabo el
tratamiento de refino al vacío mediante insertar un tubo de
inmersión en el acero fundido en una cuchara de colada, y aspirar el
acero fundido en una cámara de vacío a través del tubo de
inmersión, debido a que: la escoria no se reforma lo suficientemente
puesto que la fuerza para agitar el acero fundido en la cuchara de
colada es débil, y no se agita suficientemente la escoria sobre la
superficie del acero fundido en el exterior del tubo de inmersión, y
como resultado el acero fundido es re-oxidado
también mediante la reacción entre óxidos de hierro contenidos en
los lobos depositados en la cámara de vacío y el acero fundido de
la cámara de vacío. Los métodos para reducir la capacidad oxidante
de la escoria mediante el uso combinado de un aparato LF y
similares, son utilizados de forma general con el objeto de impedir
la re-oxidación mediante la escoria y el
consiguiente deterioro de la pureza del acero fundido. Pero estos
métodos tienen los problemas de un tiempo prolongado de proceso, y
de un incremento en los costes de producción provocado por mayores
pérdidas de calor, por el desgaste de los materiales refractarios,
etc., como resultado del largo tiempo de proceso.
A la vista de estos problemas, como medidas en
tecnologías convencionales para acelerar de forma eficaz la
reacción al vacío entre la escoria y el acero fundido, mediante
reducir directamente la presión atmosférica sobre la superficie de
acero fundido en una cuchara de colada, se ha desarrollado un
proceso VOP, un proceso VAD, un proceso SS-VOD,
etcétera. Como métodos para reducir directamente la presión
atmosférica sobre la superficie de acero fundido en una cuchara de
colada, hay un método para exponer toda la cuchara de colada a una
presión atmosférica reducida, mediante situar la cuchara dentro de
un recipiente de descompresión capaz de alojar toda la escoria, y
hay otro método para reducir la presión atmosférica sobre la
superficie del acero fundido en una cuchara de colada, mediante
utilizar la propia cuchara como cámara de descompresión inferior, y
teniendo la cámara de descompresión superior fuertemente acoplada a
la parte superior de la cuchara de colada. Ambos métodos tienen
problemas por cuanto que el equipo es complicado y porque, debido a
sus limitaciones estructurales, es imposible inyectar una gran
cantidad de gas de agitación para impedir que el acero fundido o la
escoria salpiquen. Así, estos métodos no han sido muy utilizados
por razones de productividad, coste del equipamiento y
mantenimiento.
A partir de las anteriores puntos de vista, como
invención para mejorar el método de exponer una cuchara de colada
entera a una presión atmosférica reducida, mediante situar la
cuchara de colada dentro del recipiente de vacío/descompresión
capaz de alojar toda la cuchara de colada, la Publicación de Patente
Japonesa en Examinada Número H9-11131 revela un
método capaz de tratar salpicaduras de acero fundido y espuma de
escoria durante el procesamiento al vacío, y de reducir el tiempo
de procesamiento mediante instalar dentro de la cámara de vacío, un
tubo interno que tiene un tablero libre lo suficientemente largo.
Sin embargo, el método propuesto es un método para refinar acero
mediante situar una cuchara de colada entera, dentro de una cámara
de vacío que está dividida en secciones superior e inferior, y cuyo
diámetro interno es mayor que el diámetro externo del extremo
superior de la cuchara de colada, y utiliza las instalaciones
configuradas de modo que el extremo inferior del tubo interno está
fuertemente acoplado al extremo superior de la cuchara de colada, o
está sumergido en la escoria y en el acero fundido en la cuchara de
colada. Por este motivo se teme que durante el refino al vacío,
pueda imposibilitarse la unión y/o separación del tubo interno
en/desde la cuchara de colada, debido a los lobos provocados por
salpicadura desde el acero fundido, o porque el acero fundido esté
contaminado por los lobos en el caso de que el tubo interno esté
sumergido en el acero fundido en la cuchara de colada. Además, el
método tiene otro problema u otra dificultad, en asegurar la
temperatura del acero fundido cuando se prolonga el tiempo de
proceso.
Como método para reducir la presión atmosférica
sobre la superficie de acero fundido en una cuchara de colada,
mediante utilizar la propia cuchara de colada como cámara de
descompresión inferior, y acoplar estrechamente la cámara de
descompresión superior a la parte superior de la cuchara de colada,
hay un método revelado en Current Advances in Materials and
Processes, volumen 3, número 1, 1990, página 250 (publicado por el
Instituto del Hierro y el Acero de Japón), para impedir que la
salpicaduras generadas sobre la superficie del acero fundido
mediante el gas inyectado a través del fondo de la cuchara de
colada, golpeen directamente sobre la parte de acoplamiento (parte
de sellado de la cuchara de colada), entre la cuchara de colada y la
cámara de descompresión superior, mediante instalar una tapa
interna en la parte superior de la cuchara de colada, y para
impedir que las salpicaduras vuelen sobre la tapa interna y golpeen
la parte de sellado de la cuchara de colada, mediante instalar un
tablero de protección en la parte superior de la cuchara de colada.
Sin embargo, el método propuesto tiene los problemas de que la
unión y/o separación de la tapa interna pueden imposibilitarse
debido a los lobos formados por la salpicaduras de acero fundido, y
debido a que el coste de los materiales refractarios de la propia
tabla de protección se hace significativo, puesto que las
salpicaduras de acero fundido se pegan en esta. Además, hay otro
problema en el hecho de que la maniobrabilidad es pobre,
debido a que la tapa interna y el tablero de protección han de unirse y separarse en cada ciclo del tratamiento al vacío.
debido a que la tapa interna y el tablero de protección han de unirse y separarse en cada ciclo del tratamiento al vacío.
La presente invención proporciona un aparato de
refino en cuchara de colada, capaz de solucionar fácilmente los
problemas de las tecnologías convencionales, así como su uso en un
método de refino en cuchara de colada.
En concreto, la presente invención es un aparato
para refinar acero fundido en una cuchara de colada, capaz de
producir eficientemente aceros de alta pureza y mejorar
significativamente la tolerancia térmica, mediante: mejorar
radicalmente las dificultades operativas y la contaminación del
acero fundido, que han constituido los problemas de los métodos
convencionales de refino en cuchara de colada, a través de suprimir
la deposición de lobos provocada por las salpicaduras del acero
fundido; y al mismo tiempo, llevar a cabo la agitación del acero
fundido, reformando y desgasificando eficientemente la escoria.
La presente invención es un aparato de refino al
vacío/en descompresión, para refinar acero fundido en una cuchara
de colada mediante acoplar directamente una cámara de
vacío/descompresión 2 que no tiene en su extremo inferior un tubo
de inmersión a ser sumergido en el acero fundido 4 de la cuchara de
colada, hasta la parte superior de la cuchara de colada 1, y
reducir la presión interna de la cámara, y mediante agitar el acero
fundido en la cuchara de colada, mediante inyectar gas inerte en la
cuchara de colada, caracterizado porque: la parte superior de la
cuchara de colada está fuertemente acoplada con la cámara de
vacío/descompresión para formar una estructura sellada; la cámara
de vacío/descompresión tiene una parte de eje; el diámetro interno
de la mencionada parte del eje es menor que el diámetro interno del
extremo superior de la cuchara de colada, pero no menor que el
diámetro proyectado de la parte abultada 7 de la superficie del
acero fundido en la cuchara de colada, formada por el gas de
agitación inyectado en la cuchara de colada; y la altura desde la
superficie del acero fundido en la cuchara de colada hasta la parte
superior de la cámara de vacío/descompresión, es de 2 a 5 m o
mayor.
En el aparato de vacío/descompresión de la
presente invención, el extremo inferior de la cámara de
vacío/descom-
presión 2 está provisto con un apéndice cilíndrico 9; el mencionado apéndice cilindro tiene un diámetro interno igual o mayor que el diámetro proyectado de la parte abultada del acero fundido en la cuchara de colada, y un diámetro externo igual o menor que el diámetro interno del extremo superior de la cuchara de colada; el extremo inferior del apéndice cilíndrico se extiende por debajo de la parte superior de la cuchara de colada 1, pero no está sumergido en el acero fundido en la cuchara de colada.
presión 2 está provisto con un apéndice cilíndrico 9; el mencionado apéndice cilindro tiene un diámetro interno igual o mayor que el diámetro proyectado de la parte abultada del acero fundido en la cuchara de colada, y un diámetro externo igual o menor que el diámetro interno del extremo superior de la cuchara de colada; el extremo inferior del apéndice cilíndrico se extiende por debajo de la parte superior de la cuchara de colada 1, pero no está sumergido en el acero fundido en la cuchara de colada.
Además, la presente invención es un aparato de
vacío/descompresión capaz de calentar acero fundido 4 y mantener la
temperatura en una cámara de vacío/descompresión, mediante instalar
un quemador 10 que emite una llama desde su extremo inferior,
quemando para ello combustible y oxígeno gaseoso dentro de la cámara
de vacío/descompresión 2. Además, la presente invención es un
método de refino de acero que utiliza el mencionado aparato de
vacío/descompre-
sión, caracterizado por mantener constantemente a 1000ºC o más, la temperatura de la pared interna de la cámara de vacío/descompresión, durante el funcionamiento continuo, mediante la llama emitida desde el extremo inferior del quemador de calentamiento 10.
sión, caracterizado por mantener constantemente a 1000ºC o más, la temperatura de la pared interna de la cámara de vacío/descompresión, durante el funcionamiento continuo, mediante la llama emitida desde el extremo inferior del quemador de calentamiento 10.
Además, la presente invención es un método de
refino en cuchara de colada, caracterizado por refinar acero
fundido, cuando se utiliza el mencionado aparato de refino al vacío,
de tal forma que la cantidad de escoria sobre la superficie de
acero fundido en la cuchara de colada, satisface la siguiente
expresión:
0,010 \leq H/h \leq
0,025,
donde H es el grosor de la escoria
en la cuchara de colada y h es la profundidad del baño de acero
fundido en la cuchara de
colada.
Además, la presente invención es un método de
refino en cuchara de colada, caracterizado por controlar entre 760
y 550 Torr la presión en una cámara de vacío/descompresión, cuando
se calienta el acero fundido mediante añadir Al en el acero
fundido, y se quema el Al añadido mediante proporcionando para ello
oxígeno gaseoso.
La figura 1 es una vista en sección, de un
ejemplo de un aparato acorde con la presente invención.
La figura 2 es una vista en sección, de un
aparato acorde con la presente invención, en un caso en el que hay
montado un apéndice cilíndrico dentro de la tapa de vacío del
aparato.
La figura 3 es una vista en sección, de un
aparato acorde con la presente invención, en el caso en que hay
instalado un quemador calentador en este.
La figura 4 es un gráfico que muestra la
relación entre la proporción (H/h) de grosor H de escoria en una
cuchara de colada, frente a la profundidad h de un baño de acero
fundido, y muestra diversos valores de eficiencia del refino,
cuando se refina acero fundido utilizando un aparato acorde con la
presente invención.
La figura 5 es un gráfico que compara un método
convencional y un método acorde con la presente invención, con
respecto a T. O. de productos de acero para cojinetes.
La figura 6 es un gráfico que muestra la
relación entre la temperatura del material refractario de la pared
interna de una cámara de vacío/descompresión de un aparato acorde
con la presente invención, y el grosor de los lobos depositados
sobre la superficie refractaria.
La figura 7 es un gráfico que muestra la
relación entre la presión en una cámara de vacío/descompresión, y
la altura de las salpicaduras de acero cuando se inyecta oxígeno en
el acero fundido, que contiene Al en el caso de utilizar un aparato
acorde con la presente invención.
- 1
- Cuchara de colada
- 2
- Cámara de vacío/descompresión
- 3
- Tapón de inyección del gas de agitación
- 4
- Acero fundido
- 5
- Escoria
- 6
- Gas de agitación
- 7
- Parte de de abultamiento de la superficie de acero fundido, formada por el gas de agitación
- 8
- Material de sellado
- 9
- Apéndice cilíndrico
- 10
- Quemador calentador.
A continuación se explica en detalle ejemplos de
la presente invención basándose en los dibujos. La figura 1 muestra
una realización del aparato de refino en cuchara de colada acorde
con la presente invención. El aparato consta de la cuchara de
colada 1 y una cámara de vacío/descompresión 2, y la cuchara de
colada está equipada con un aparato de inyección de gas de
agitación 3. La presente invención no especifica un método de
agitación del acero fundido 4 en la cuchara de colada. La cámara de
vacío/descompresión está construida de forma que su diámetro
interno en el eje, es menor que el diámetro interno del extremo
superior a la cuchara de colada, pero no menor que el diámetro
proyectado D de la parte abultada 7 de la superficie de acero
fundido en la cuchara de colada. El diámetro proyectado de la parte
abultada de la superficie de acero fundido, formada cuando se
inyecta un gas de agitación desde la parte inferior de la cuchara de
colada, puede calcularse a partir de la siguiente ecuación.
D = d + 2h * tan
12º,
donde D es el diámetro proyectado
de la parte abultada de la superficie acero fundido, d es el
diámetro de un tapón de inyección de gas, y h en la profundidad del
baño de acero fundido en la cuchara de
colada.
La parte superior de la cuchara de colada y la
cámara de vacío/descompresión están fuertemente acopladas entre sí,
y se proporciona entre ambas una estructura de sellado capaz de
mantener el grado de vacío deseado. El acero fundido se agita
mediante inyectar el gas de agitación 6 procedente de la parte
inferior de la cuchara de colada, mientras que el interior de la
cámara de vacío/descompresión se mantiene a presión atmosférica
normal, o en vacío. La superficie de acero fundido se curva hacia
arriba bajo un vacío elevado, y el acero fundido y la escoria 5
salpican hacia arriba. Sin embargo, mediante un aparato acorde con
la presente invención puede minimizarse los efectos adversos de las
salpicaduras del acero fundido y la escoria, en el sellado entre la
cuchara de colada y la cámara de vacío/descompresión, efectos que
constituyen un problema en los procesos VOD convencionales debido a
que el diámetro interno del eje de la cámara de vacío/descompresión
es menor que el diámetro interno del extremo superior de la cuchara
de colada. El acero fundido y la escoria salpican hacia arriba
desde la parte abultada 7 en la superficie de acero fundido,
volviendo a bajar a continuación para golpear la parte de sellado
de la cuchara de colada. Sin embargo mediante la presente invención,
debido a que existe un eje de la cámara de vacío/descompresión que
tiene un diámetro interno menor que el diámetro interno del extremo
superior de la cuchara de colada sobre la parte superior de la
cuchara de colada, las salpicaduras que vuelan hacia arriba golpean
la superficie interna del eje de la cámara de vacío/descompresión y
caen directamente sobre la superficie de acero fundido en la cuchara
de colada, y por lo tanto no alcanzan la parte de sellado de la
cuchara de colada. Además, en caso de que se utilice un tablero de
protección la mayoría de las salpicaduras golpean el tablero de
protección y partes de esta se depositan y solidifican sobre su
superficie para formar lobos. Pero puesto que la presente invención
no utiliza un tablero de protección, esto no se produce. Cuando la
cámara de vacío/descompresión tiene un diámetro interno pequeño, es
más fácil mantener su superficie interna a alta temperatura, y por
consiguiente puede hacerse muy lenta la velocidad de solidificación
de las salpicaduras para formar lobos en el eje de la cámara de
vacío/descompresión, y como resultado se minimiza las pérdidas de
producción. Gracias al pequeño diámetro del eje de la cámara de
vacío/descompresión, el volumen de evacuación en vacío es pequeño y
puede acortarse el tiempo de evacuación inicial para obtener el
vacío. Además, la presente invención no implica el trabajo
problemático ni el incremento del coste de instalación, retirada,
etc., de un tablero de protección. La razón por la que se especifica
que el diámetro interno del eje de la cámara de vacío/descompresión
sea igual o mayor que el diámetro proyectado de la parte abultada
de la superficie de acero fundido, es que las salpicaduras del acero
fundido y la escoria se originan principalmente a partir de la
parte abultada de la superficie de acero fundido.
La figura 2 muestra un ejemplo en el que, de
acuerdo con la reivindicación 1 de la presente invención, se monta
un apéndice cilíndrico 9 en la parte inferior de la cámara de
vacío/descompresión, de forma que su extremo inferior está por
debajo del extremo superior de la cuchara de colada, pero no
sumergido en el acero fundido 4 ni en la escoria 5 en la cuchara de
colada. El apéndice cilíndrico 9 tiene un diámetro interno igual o
mayor que el diámetro proyectado en la parte abultada 7 del acero
fundido en la cuchara de colada, y un diámetro externo igual o
menor que el diámetro interno del extremo superior de la cuchara de
colada, y está construido mediante utilizar materiales refractarios
o mediante cubrir la superficie del núcleo de metal con materiales
refractarios. Cuando se monta el apéndice cilíndrico 9, los efectos
adversos de las salpicaduras del acero fundido y de la lechada en
la parte de sellado, entre la cuchara de colada y la cámara de
vacío/descompresión, pueden reducirse más que en el caso mostrado
en la figura 1. Las ventajas del apéndice cilíndrico incluyen,
adicionalmente, la mejora de productividad (t/CH) mediante la
reducción del volumen de tablero libre, de la cuchara de colada, y
la mejora adicional en la eficiencia de refino mediante incrementar
la cantidad de inyección de gas en el acero fundido. La razón por
la que el apéndice cilíndrico 9 no se sumerge en la escoria 5 ni en
el acero fundido 4 es que, para obtener un efecto suficiente, basta
que el extremo inferior del apéndice cilíndrico esté a un nivel
igual o menor que el extremo superior de la cuchara de colada y que,
cuando este se sumerge en la escoria o en el acero fundido, se
incrementan los costes por los materiales refractarios.
Adicionalmente, desde el punto de vista de producir aceros de
elevada pureza es deseable remover toda la escoria sobre la
superficie del acero fundido en la cuchara de colada, de forma que
la escoria 5 y el acero fundido 4 puedan reaccionar completamente
para reformar la escoria. A este respecto, el diseño sin inmersión
es más ventajoso debido a que en el caso de un diseño de inmersión,
se debilita
la fuerza de agitación fuera del apéndice cilíndrico sumergido, y la reforma de escoria se hace también insuficiente.
la fuerza de agitación fuera del apéndice cilíndrico sumergido, y la reforma de escoria se hace también insuficiente.
La presente invención no especifica el método de
sellado de la unión entre una cuchara de colada 1 y una cámara de
vacío/descompresión. Sin embargo, es deseable utilizar un material
de sellado de resistencia térmica excelente, tal como amianto,
metal Al, etc., en lo que se refiere a la resistencia térmica, en el
caso de que la altura del tablero libre de la cuchara de colada sea
insuficiente, el acero fundido y la escoria en la cuchara de colada
se desborden hasta la parte de sellado, etcétera. Si se utiliza un
material de sellado de tipo basado en caucho, es preferible adoptar
alguna medida para mejorar la resistencia térmica, tal como montar
sobre el lado de la cuchara de colada un doble precinto que
contenga amianto. La presente invención no especifica la posición
del sellado a colocar en la parte superior de la cuchara de colada.
El sellado puede localizarse fuera de la cuchara de colada y algo
por debajo de su extremo superior, y puede estructurarse de forma
que el material de sellado no esté expuesto directamente al calor
de radiación procedente del acero fundido. La presente invención
también incluye tales estructuras de sellado.
Es preferible que la cámara de
vacío/descompresión 2 tenga una altura suficiente como para estar
libre de las salpicaduras del acero fundido y la escoria durante un
proceso al vacío, y desde este punto de vista la presente invención
especifica la altura de la cámara de vacío/descompresión como en 5 m
o mayor. Si la altura es menor de 5 m los lobos pueden depositarse
sobre el techo de la cámara de vacío/descompresión, el eje de la
cámara de vacío/descompresión puede obstruirse y/o los lobos pueden
introducirse en el conducto de evacuación de vacío, teniendo como
resultado un drástico deterioro de la eficiencia de producción y un
incremento de los costes de mantenimiento del equipo. No se indica
específicamente ningún límite superior de la cámara de
vacío/descompresión, pero debe ponerse atención en no fabricar la
cámara de vacío/descompresión demasiado alta, debido a que cuando
la altura sea demasiado grande el tiempo de evacuación inicial se
hará demasiado largo como resultado de un gran volumen de
evacuación.
La figura 3 muestra un ejemplo en el que hay un
quemador calentador 10 para inyectar y quemar combustible gaseoso y
oxígeno gaseoso, montado en el interior de la cámara de
vacío/descompresión. El quemador calentador 10 calienta los
materiales refractarios dentro de la cámara de vacío/descompresión,
y mantiene durante todo el tiempo los materiales refractarios
dentro de la cámara a alta temperatura, durante el proceso y fuera
del proceso. Esto suprime más eficazmente la deposición de lobos
sobre los materiales refractarios dentro de la cámara, e impide la
contaminación del acero fundido provocada por la deposición de
lobos, por consiguiente relaja las restricciones sobre el
procesamiento continuo de diferentes calidades de acero, y evita el
deterioro de la productividad como resultado del trabajo de
retirada de los lobos. Para tener un efecto suficiente que impida
la deposición de lobos es esencial mantener siempre a 1000ºC o más,
la temperatura de los materiales refractarios sobre la pared
interna de la cámara. Puede reducirse la caída temperatura del acero
fundido durante el proceso, mediante calentar constantemente a alta
temperatura el interior de la cámara de vacío/descompresión, con el
quemador calentador, durante el proceso y fuera del proceso.
Se consigue una operación de refino eficiente
mediante controlar durante el refino, utilizando un aparato acorde
con la presente invención, la cantidad de escoria sobre la
superficie de acero fundido en la cuchara de colada, en valores
dentro del rango especificado abajo.
0,010 \leq
H/h \leq 0,
025,
donde H es el grosor de la escoria
en la cuchara de colada, y h es la profundidad del baño de acero
fundido en la cuchara de
colada.
La razón por la que el rango de H/h se limita
tal como se indica arriba, es la siguiente. Cuando la escoria es
gruesa y el valor de H/h es igual o mayor que 0,025, una superficie
de acero fundido se cubre con la escoria incluso durante el refino
al vacío, y el área de la superficie de acero fundido expuesta al
vacío se hace tan pequeña que no puede conseguirse una eficiencia
de deshidrogenación lo suficientemente alta. Por lo tanto, cuando
se refina aceros de alta pureza es preferible controlar que el
grosor de la escoria está dentro del rango anterior.
Mediante un aparato acorde con la presente
invención es posible también suministrar solo oxígeno través de un
quemador calentador 10 montado sobre la parte superior de una
cámara, quemar Al contenido en el acero fundido, y calentar el
acero fundido mediante el calor de la reacción de combustión. En
relación con esto, mediante el método convencional de inyección
superior de oxígeno RH, para succionar el acero fundido al
recipiente la presión dentro del recipiente de reacción tiene que
ser de al menos 200 Torr o menor, y por esta razón el oxígeno
gaseoso cuyo volumen se expande bajo una presión reducida, salpica
el acero fundido, o bien lo hace el gas CO formado a través de la
reacción entre el oxígeno y el carbono en el acero fundido. Por lo
tanto, la generación violenta de salpicaduras ha sido un serio
problema en el método convencional de inyección superior de oxígeno
RH. Por contraste, mediante un aparato acorde con la presente
invención es suficiente que la presión en la cámara durante el
tratamiento de suministrar oxígeno al acero fundido, sea igual o
menor a la presión atmosférica normal. Por lo tanto es posible
minimizar la incidencia de salpicaduras, mediante hacer que el
calentamiento por combustión de Al, del acero fundido con la
inyección superior de oxígeno, se produzca bajo una presión de
cámara de 500 Torr o mayor, y de 760 Torr o menor. La razón por la
que la presión en la cámara se especifica como de 760 Torr o menor,
es que cuando la cámara está presurizada por encima de la presión
atmosférica normal se produce el abrasamiento del material de
sellado, provocado por la explosión del gas a alta temperatura en
la cámara hacia la junta de sellado al vacío.
Nótese que si es necesario, un aparato acorde
con la presente invención puede equiparse con alimentador de cable
para suministrar un elemento que tenga una elevada presión de vapor,
tal como Ca, enrollado en una cubierta de acero en forma de cable.
Es preferible que la operación de suministro del cable se lleve a
cabo bajo la presión atmosférica normal, subsiguiente al proceso de
refino bajo vacío/descompresión.
Se descarburó acero fundido en un convertidor, y
después en el vaciado desde el convertidor se añadió al acero
fundido 6,8 kg/t de una aleación de Mn, 2,7 kg/t de una aleación de
Si, cada una en términos de contenido de aleación pura, y 0,45 kg/t
de Al. Se añadió también 3,0 kg/t de CaO con el propósito de
controlar la composición de la escoria. A continuación se refinó el
acero fundido así preparado utilizando un aparato acorde con la
presente invención, como se muestra en la figura 3. Los resultados
del proceso anterior se compararon con los obtenidos a través del
método de RH convencional. La tabla 1 muestra las condiciones de
producción y los resultados del ejemplo de la presente invención, y
la tabla 2 los del ejemplo comparativo.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
El contenido en hidrógeno tras el proceso en el
ejemplo de la invención, fue casi el mismo que en el ejemplo
comparativo y ambos fueron buenos. Por otra parte, mientras que el
contenido en oxígeno tras el proceso en el ejemplo comparativo fue
de 18 ppm, en el ejemplo de la invención fue tan bueno como de 8
ppm. Mientras que T. Fe en la composición de la escoria después del
proceso tuvo un valor tan alto como 1,40% en el ejemplo
comparativo, en el ejemplo de la invención se redujo a un muy bajo
valor de 0,24% como resultado una reacción lo suficientemente
avanzada, entre la escoria y el acero fundido en la cuchara de
colada. Por este motivo, la capacidad de oxidación de la escoria se
redujo y la concentración de oxígeno en el acero fundido pudo
disminuirse en el ejemplo de la invención. Como se ha visto en lo
anterior, el uso de un aparato acorde con la presente invención
hace posible obtener un bajo nivel de contenido de hidrógeno en
comparación con el que puede obtenerse mediante el proceso de RH
convencional, y se obtiene un acero que tiene una pureza superior a
la que puede obtenerse por el método convencional.
La figura 4 es un gráfico que muestra la
relación entre la proporción (H/h) del grosor de escoria H en la
cuchara de colada frente a la profundidad h del baño de acero
fundido, y la eficiencia de la deshidrogenación y la desoxidación
durante el refino en vacío, utilizando un aparato acorde con la
presente invención. En la zona en la que el valor H/h es mayor que
0,025, la superficie del acero fundido está cubierta con escoria
incluso durante el proceso al vacío, y el área de la superficie de
acero fundido expuesta al vacío es pequeña, y como resultado no se
consigue una eficiencia de deshidrogenación lo suficientemente alta.
Por otra parte, en la zona en que el valor de H/h es menor de
0,010, la cantidad de escoria es demasiado pequeña para asegurar un
área de reacción suficiente de la escoria y el acero fundido, y como
consecuencia no se obtiene una buena eficiencia de
desoxidación.
El total de oxigeno de los productos de acero
para cojinetes se muestra la figura 5, comparando el resultado
obtenido mediante refino utilizando un aparato acorde con la
presente invención, con el que se obtiene mediante el refino con el
método LF-RH que se ha utilizado convencionalmente
para producir aceros de gran pureza. El uso de un aparato acorde
con la presente invención hace posible obtener una elevada pureza,
igual o mayor que la se puede conseguir convencionalmente, y reduce
costes de producción mediante la eliminación del proceso LF,
incluso cuando se produce aceros de elevada pureza como son los
aceros para cojinetes.
La figura 6 muestra el efecto del quemador
calentador de la cámara de vacío/descompresión, en relación con el
aparato mostrado en la figura 3. La cantidad de deposición de lobos
puede reducirse de forma significativa, mediante mantener a 1000ºC
o más la temperatura del material refractario sobre la pared interna
de la cámara de vacío/descompresión, utilizando el quemador
calentador en la cámara.
La figura 7 muestra la relación entre la presión
en la cámara de vacío/descompresión y la altura de las salpicaduras,
durante el proceso para quemar Al en acero fundido y calentar el
acero fundido mediante suministrar solo oxígeno al acero fundido a
través del quemador calentador, cuando se utiliza el aparato
mostrado en la figura 3. La altura de las salpicaduras puede
reducirse, y la cantidad de la deposición de lobos en la cámara
puede reducirse en comparación con el proceso RH convencional,
mediante controlar la presión en la cámara a 500 Torr o
superior.
Un aparato acorde con la presente invención y un
método de refino que utiliza el aparato, hacen posible evitar los
efectos adversos de las salpicaduras de acero fundido en la junta de
sellado de la cuchara de colada, efectos que han constituido un
problema en los métodos convencionales de refino en cuchara de
colada, disminuir la cantidad de deposición de lobos en una cámara,
y reducir durante el proceso la caída de temperatura del acero
fundido. Además, en una producción de acero que requiera alta
pureza, el aparato y el método hacen posible mejorar la eficiencia
de los procesos de producción, mediante combinar un proceso para
reducir la capacidad de oxidación de la escoria y reformar la
escoria, y un proceso de desgasificación en una instalación de
refino.
\vskip1.000000\baselineskip
\bullet JPH 9 111 331 B [0005].
\bullet"Current Advances in Materials and
Processes", Instituto del Hierro y el Acero de Japón,
1990, volumen 3, 250 [0006].
Claims (5)
1. Un aparato de refino al vacío/en
descompresión para refinar acero fundido en una cuchara de colada,
mediante acoplar directamente una cámara de vacío/descompresión que
no tiene su extremo inferior un tubo de inmersión para ser
sumergido en el acero fundido de la cuchara de colada, hasta la
parte superior de la cuchara de colada, y reducir la presión
interna de la cámara, y mediante agitar el acero fundido en la
cuchara de colada, a través de la inyección de gas inerte en la
cuchara de colada, caracterizado porque la parte superior de
la cuchara de colada está fuertemente acoplada con la cámara de
vacío/descompresión para formar una estructura hermética; la cámara
de vacío/descomposición tiene una parte de eje; y el diámetro
interno de la mencionada parte de eje es menor que el diámetro
interno del extremo superior en la cuchara de colada, pero no menor
que el diámetro proyectado de la parte abultada de la superficie
del acero fundido en la cuchara de colada, formada mediante el gas
de agitación inyectado en la cuchara de colada; el extremo inferior
de la cámara de vacío/descompresión está provisto con un apéndice
cilíndrico; el mencionado apéndice cilíndrico tiene un diámetro
interno igual o mayor que el diámetro proyectado de la parte
abultada del acero fundido en la cuchara de colada, y un diámetro
externo igual o menor que el diámetro interno del extremo superior
de la cuchara de colada; un extremo inferior del apéndice
cilíndrico se extiende por debajo del extremo superior de la cuchara
de colada, pero no está sumergido en el acero fundido en la cuchara
de colada; y la altura desde la superficie del acero fundido en la
cuchara de colada, hasta la parte superior de la cámara de
vacío/descompresión, es de 5 m o más.
2. Un aparato de refino al vacío/en
descompresión acorde con la reivindicación 1, caracterizado
por la instalación de un quemador en la cámara de
vacío/descompresión, para quemar combustible y oxígeno gaseoso y
emitir una llama desde su extremo inferior.
3. Uso del aparato de refino al vacío/en
descompresión acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2,
en un método de refino en cuchara de colada, caracterizado
por controlar la cantidad de escoria sobre la superficie del acero
fundido en la cuchara de colada, de forma que se satisface la
siguiente expresión:
0,010 \leq
H/h \leq
0,025,
donde H es el grosor de la escoria
en la cuchara de colada, y h es la profundidad del baño de acero
fundido en la cuchara de
colada.
4. Uso del aparato de refino al vacío/en
descompresión acorde con la reivindicación 2, en un método de refino
en cuchara de colada, caracterizado por mantener
constantemente a una temperatura de 1000ºC o superior, la
temperatura de la pared interna de la cámara de vacío/descompresión
durante las operaciones continuas, mediante la llama emitida desde
el extremo inferior del quemador instalado en la cámara de
vacío/descompresión.
5. Uso del aparato de refino al vacío/en
descompresión acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2,
en un método de refino en cuchara de colada, caracterizado
por controlar entre 760 y 500 Torr la presión en la cámara de
vacío/descompresión cuando se calienta el acero fundido mediante
añadir Al en el acero fundido y quemar el Al añadido suministrando
para ello oxígeno gaseoso.
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