ES2386332T3 - Tobera de inmersión para colada continua - Google Patents
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Abstract
Una tobera (10) de inmersión para colada continua, que incluye: un cuerpo (11) tubular con una parte (15) inferior, donde el cuerpo (11) tubular tiene un orificio (13) de entrada para la entrada de acero fundido dispuesto en un extremo superior y un conducto (12) que se extiende en el interior del cuerpo (11) tubular hacia abajo desde el orificio de entrada; y un par de orificios (14) de salida opuestos dispuestos en una pared lateral en una sección inferior del cuerpo (11) tubular a fin de comunicarse con el conducto, la tobera (10) de inmersión caracterizada por un par de rebordes (16) opuestos que se extienden de manera horizontal en una pared (18) interna y se proyectan hacia adentro del conducto (12) desde la pared (18) interna entre el par de orificios (14) de salida, donde la pared interna define el conducto.
Description
Tobera de inmersi6n para colada continua.
La presente invenci6n se refiere a una tobera de inmersi6n para colada continua para verter acero fundido desde una artesa a un molde.
En un proceso de colada continua para la producci6n de fundici6n de acero de una forma predeterminada por enfriamiento y solidificaci6n continua de acero fundido, el acero fundido se vierte en un molde a traves de una tobera de inmersi6n de colada continua (de ahora en adelante referida tambien como ntobera de inmersi6nn) colocada en el fondo de una artesa. En general, la tobera de inmersi6n incluye un cuerpo tubular con una parte inferior, y un par de orificios de salida dispuestos en la pared lateral en una secci6n inferior del cuerpo tubular. El cuerpo tubular tiene un orificio de entrada para la entrada de acero fundido dispuesto en un extremo superior y un conducto que se extiende en el interior del cuerpo tubular hacia abajo desde el orificio de entrada. El par de orificios de salida se comunican con el conducto. La tobera de inmersi6n se utiliza con su secci6n inferior sumergida en acero fundido en el molde para evitar que el acero fundido vertido salte hacia el aire y se oxide por el contacto con el aire. Mas aun, el uso de la tobera de inmersi6n permite regular el flujo de acero fundido en el molde y por ello evita que las impurezas que flotan en la superficie del acero fundido, tales como escorias e inclusiones no metalicas, sean atrapadas en el acero fundido.
En los ultimos aios, ha existido una demanda para la mejora de la calidad y la productividad del acero en el proceso de colada continua. El aumento de la productividad del acero con instalaciones de producci6n existentes requiere un aumento de la tasa de vertido (caudal). Por lo tanto, con el fin de aumentar la cantidad de acero fundido que pasa a traves de la tobera de inmersi6n, se han llevado a cabo intentos para aumentar el diametro del conducto de la tobera y las dimensiones de los orificios de salida en el seno de un espacio limitado en el molde.
El aumento de las dimensiones de los orificios de salida produce desequilibrios en la distribuci6n de la velocidad de flujo entre las corrientes de salida descargadas hacia afuera de las porciones inferiores y las porciones superiores de los orificios de salida, y entre las corrientes de salida descargadas hacia afuera del orificio de salida derecho y el orificio de salida izquierdo. Los flujos desequilibrados (derivas) inciden en las paredes laterales estrechas del molde e inducen a continuaci6n patrones inestables de flujo de acero fundido en el molde. Como resultado de ello, la fluctuaci6n del nivel en la superficie del acero fundido esta causada por flujos inversos excesivos, y la calidad del acero se reduce debido a la inclusi6n de polvo de molde, y tambien ocurren problemas tales como la ruptura de la costra de colada.
El Documento de Patente 1, por ejemplo, describe una tobera de inmersi6n que incluye un cuerpo tubular, donde el cuerpo tiene un par de orificios de salida opuestos en la pared lateral de una secci6n inferior del mismo. Los orificios de salida opuestos estan divididos cada uno de ellos por proyecciones que sobresalen hacia adentro hacia dos o tres porciones dispuestas verticalmente para hacer un total de cuatro o seis orificios de salida (ver Figuras 18 (A) y (8)). El Documento de Patente 1 especifica que la tobera de inmersi6n inhibe la obstrucci6n y genera corrientes de salida mas estables y controladas, lo que permite una velocidad mas uniforme y una rotaci6n y una turbulencia significativamente reducidas.
[Documento de Patente 1] Publicaci6n Internacional N° WO 2005/049249
Los presentes inventores llevaron a cabo ensayos con modelo de agua en relaci6n a la tobera de inmersi6n del Documento de Patente 1, a una tobera de inmersi6n de tipo convencional, y a una modificaci6n de la tobera de inmersi6n de tipo convencional (ver Figura 19), con el fin de estudiar las variaciones en el patr6n del flujo de acero fundido con cada tobera de inmersi6n. La tobera de inmersi6n de tipo convencional incluye un cuerpo tubular que tiene un par de orificios de salida opuestos en la pared lateral en una secci6n inferior. La tobera de inmersi6n de tipo convencional modificada incluye rebordes opuestos que sobresalen hacia el interior del conducto, donde los rebordes estan dispuestos en el centro del conducto entre los orificios de salida opuestos.
Las Figuras 20 (A) y (8) muestran los resultados de los ensayos con modelo de agua en relaci6n a las toberas de inmersi6n. En las Figuras 20 (A) y (8), las abscisas representan los valores medios 0av de las desviaciones tfpicas de las velocidades de los flujos inversos en los lados derecho e izquierdo de las toberas de inmersi6n tal como se ven a lo largo de la pared lateral estrecha del molde. En la Figura 20 (A), la ordenada representa la diferencia f0 entre las desviaciones tfpicas de las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo. En la Figura 20 (8), la ordenada representa el valor medio Vav de las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo. Adicionalmente, la muestra A corresponde a la tobera de inmersi6n del Documento de Patente 1 (tobera de tipo cuatro orificios de salida), la muestra 8 corresponde a la tobera de inmersi6n de tipo convencional, y la muestra C corresponde a la tobera de inmersi6n de tipo modificado que incluye los rebordes en el centro del conducto (en la pared interna de la tobera y en el centro de la anchura del conducto). La Figura 20 (A) indica que la tobera de inmersi6n de tipo convencional mostr6 la mayor diferencia f0 entre las desviaciones tfpicas de las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo, a saber, la mayor diferencia entre las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo, mientras que la tobera de inmersi6n del Documento de Patente 1 y la tobera de inmersi6n de tipo modificado con el reborde en el centro del conducto mostr6 unas diferencias mas pequeias entre las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo. Por otro lado, la Figura 20 (8) indica que la tobera de inmersi6n de tipo convencional y la tobera de inmersi6n del Documento de Patente 1 mostraron unos valores medios Vav de las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo mayores, y que la tobera de inmersi6n de tipo modificado con el reborde en el centro del conducto mostr6 un valor medio Vav menor.
La diferencia f0 entre las desviaciones tfpicas de las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo y el valor medio Vav de las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo aumenta cuando se incrementa el caudal. Desde el punto de vista de la mejora de la calidad del acero, es deseable que f0 tenga un valor de 2 cm/seg
o menos, y que Vav tenga un valor comprendido entre 10 cm/seg y 30 cm/seg. N6tese que el valor de f0 en todas las muestras fue de 2 cm/seg o menos, mientras que el valor de Vav en todas las muestras estuvo fuera del intervalo entre 10 cm/seg y 30 cm/seg.
En el caso de la tobera de inmersi6n del Documento de Patente 1 (tobera de tipo cuatro orificios de salida), como indican los resultados del analisis de fluidos que se presentan en las Figuras 21 (A) y (8), se encontraron valores mayores en las corrientes de salida emitidas desde las porciones inferiores de los orificios de salida, mientras que se encontraron valores menores en el caso de las porciones superiores, con el resultado de que las velocidades de los flujos inversos alcanzaron valores tan elevados como 35 cm/seg. Para el analisis de fluidos, las dimensiones del molde se fijaron en 1500 mm por 235 mm y el caudal fue ajustado a 3,0 toneladas por minuto. Mas aun, la tobera de inmersi6n del Documento de Patente 1, que tiene cuatro o mas orificios de salida, no s6lo requiere un proceso de fabricaci6n demasiado complejo, sino que tambien presenta el problema de inducir un desequilibrio entre las corrientes de salida en el caso de que se produzca una obstrucci6n o un desgaste termico de los orificios de salida.
La presente invenci6n se ha llevado a cabo en vista de las circunstancias anteriormente referidas, y es un prop6sito de la presente invenci6n crear una tobera de inmersi6n para colada continua que reduce la deriva de acero fundido que fluye desde los orificios de salida de la tobera y reduce la fluctuaci6n del nivel en la superficie del acero fundido y que es facil de fabricar.
El prop6sito anteriormente descrito puede conseguirse mediante las caracterfsticas especfficas establecidas en las reivindicaciones.
En particular, para lograr el prop6sito anterior, la presente invenci6n crea: una tobera de inmersi6n para colada continua que incluye un cuerpo tubular con una parte inferior, donde el cuerpo tubular tiene un orificio de entrada para la entrada de acero fundido dispuesto en un extremo superior y un conducto que se extiende en el interior del cuerpo tubular hacia abajo desde el orificio de entrada; y un par de orificios de salida opuestos dispuestos en una pared lateral en una secci6n inferior del cuerpo tubular con el fin de comunicarse con el conducto, donde la tobera de inmersi6n se caracteriza por un par de rebordes opuestos que se extienden horizontalmente en una pared interna y se proyectan hacia adentro del conducto desde la pared interna entre el par de orificios de salida, donde la pared interna define el conducto. El termino nque se extiende horizontalmente sobre en una pared internan, tal como se utiliza en la presente memoria, se refiere a los rebordes cada uno de los cuales se extiende horizontalmente de un lado al otro lado en la pared interna, es decir, desde un borde con un orificio de salida al otro borde con el otro orificio de salida. A lo largo de la realizaci6n, las direcciones se establecen con la tobera de inmersi6n dispuesta en posici6n vertical.
En toberas de inmersi6n convencionales, las corrientes de salida de las porciones inferiores de los orificios de salida tienden a ser emitidas en mayor cantidad que aquellas de las porciones superiores de los mismos, lo que conduce a un desequilibrio en la distribuci6n de la velocidad de flujo. La tobera de inmersi6n de acuerdo con la realizaci6n de la presente invenci6n, por otro lado, permite que se emitan cantidades suficientes de las corrientes de salida desde las porciones superiores de los orificios de salida debido al efecto bloqueante de los rebordes opuestos. Adicionalmente, puesto que la holgura entre los rebordes es efectiva para la regulaci6n del flujo, el acero fundido que fluye hacia abajo entre los rebordes opuestos se convierte en bilateralmente simetrico alrededor del eje de la tobera de inmersi6n cuando se ve en el plano vertical paralelo a la direcci6n longitudinal de los rebordes. Al permitir que las corrientes de salida fluyan uniformemente hacia afuera de las areas enteras de los orificios de salida, la tobera de inmersi6n reduce las velocidades maximas de las corrientes de salida que inciden en las paredes laterales estrechas del molde y, a su vez, disminuye las velocidades de los flujos inversos. Esto resuelve los problemas de la fluctuaci6n del nivel en la superficie del acero fundido y la inclusi6n de polvo de molde debido a los inversos excesivos y, por tanto, evita la reducci6n de la calidad del acero.
En la tobera de inmersi6n para colada continua de la presente invenci6n, es preferible que el ratio a/a' este comprendido en el intervalo entre 0,05 y 0,38 y el ratio b/b' este comprendido en el intervalo entre 0,05 y 0,5, donde a' y b' representan una anchura horizontal y una longitud vertical, respectivamente, de los orificios de salida en una vista frontal; a es una altura de proyecci6n de los rebordes en caras terminales; y b es una anchura vertical de los rebordes. Mas aun, es preferible que el ratio c/b' este comprendido en el intervalo entre 0,15 y 0,7, donde c es una distancia vertical entre bordes superiores de los orificios de salida en una vista frontal y centros verticales de los rebordes.
En la tobera de inmersi6n para colada continua de la presente invenci6n, tambien es preferible que los rebordes tengan cada uno porciones inclinadas en extremos opuestos. Las porciones inclinadas estan inclinadas hacia abajo apuntando hacia una parte exterior del cuerpo tubular. Adicionalmente, es preferible que cada orificio de salida tenga una cara terminal superior y una cara terminal inferior que se inclinen hacia abajo apuntando hacia el exterior del cuerpo tubular con el mismo angulo de inclinaci6n que las porciones inclinadas. Si cada orificio de salida tiene la cara terminal superior y la cara terminal inferior inclinadas hacia abajo apuntando hacia el exterior del cuerpo tubular, pero los rebordes no estan inclinados hacia abajo en los extremos opuestos en la direcci6n longitudinal, las corrientes de salida que fluyen a traves de los espacios situados por encima de los rebordes son interrumpidas por los rebordes. Como resultado de ello, las corrientes de salida se descargan fuera de los orificios de salida hacia arriba. Las corrientes de salida asf descargadas chocan con los flujos inversos en la superficie del acero fundido en el molde, desestabilizando las velocidades de los flujos inversos. Por esta raz6n, las porciones inclinadas en los extremos opuestos de cada reborde en la direcci6n longitudinal se inclinan con el mismo angulo de inclinaci6n que la cara terminal superior y la cara terminal inferior de cada orificio de salida.
Mas aun, en la tobera de inmersi6n para colada continua de la presente invenci6n es preferible que el ratio L2/L1 este comprendido en el intervalo entre 0 y 1, donde L1 es una anchura del conducto, a lo largo de una direcci6n longitudinal de los rebordes, justamente encima de los orificios de salida; y L2 es una longitud de los rebordes descontando las porciones inclinadas.
Mas aun, en la tobera de inmersi6n para colada continua de la presente invenci6n es preferible que las caras terminales superiores y las caras terminales inferiores de los orificios de salida y las porciones inclinadas de los rebordes esten inclinadas con un angulo de inclinaci6n comprendido en el intervalo entre 0° y 45°.
Mas aun, en la tobera de inmersi6n para colada continua de la presente invenci6n es preferible que los rebordes tengan cada uno de ellos caras terminales en extremos opuestos en una direcci6n longitudinal de los rebordes, donde las caras terminales deben ser caras verticales perpendiculares a la direcci6n longitudinal de los rebordes.
Mas aun, en la tobera de inmersi6n para colada continua de la presente invenci6n es preferible que el cuerpo tubular tenga un dep6sito empotrado para acero fundido en la parte inferior.
En la presente invenci6n, se fabrican un par de rebordes opuestos para extenderse horizontalmente en una pared interna y para proyectarse hacia adentro del conducto. La pared interna define el conducto entre el par de orificios de salida. Por consiguiente, el flujo de acero fundido puede tener una distribuci6n mas uniforme a traves de todos los orificios de salida. Esto estabiliza la distribuci6n de velocidad de flujo y la posici6n incidencia de las corrientes de salida que inciden en las paredes laterales estrechas del molde, y disminuye las velocidades de los flujos inversos en la superficie del acero fundido en el molde. Como resultado de ello, la fluctuaci6n en el nivel de la superficie del acero fundido se hace mas pequeia y las corrientes en los lados derecho e izquierdo de la tobera de inmersi6n en el molde adoptan una trayectoria mas simetrica, lo que permite una mejora de la calidad y la productividad de acero en el proceso de colada continua.
Adicionalmente, la tobera de inmersi6n para colada continua de la presente invenci6n puede fabricarse de manera sencilla mediante el empleo del proceso de fabricaci6n de orificios de salida en una tobera de inmersi6n tradicional, ya que la presente invenci6n se obtiene mediante la fabricaci6n de los rebordes opuestos en la pared interna entre el par de orificios de salida que definen el conducto.
Ejemplos de metodos de fabricaci6n de orificios de salida en una tobera de inmersi6n tradicional incluyen: un metodo caracterizado por fabricar orificios de salida, de un tamaio menor de lo que se pretende finalmente, y despues perforar perpendicularmente los orificios de salida para agrandar los orificios de salida y formar rebordes de una dimensi6n de secci6n transversal pretendida; y CIP (Prensado Isostatico en Frfo, Cold Isostatic Pressing) caracterizan por crear ranuras en una barra hueca cuya misi6n es formar rebordes, a continuaci6n cargar las ranuras con arcilla, un material utilizado para producir un cuerpo tubular, y presionar la arcilla, formando de este modo los rebordes de una dimensi6n de secci6n transversal pretendida.
La invenci6n se describe con detalle en conjunci6n con los dibujos, en lo cuales:
Las Figuras 1 (A) y (8) son una vista lateral y una vista en secci6n vertical, respectivamente, de una tobera de inmersi6n para colada continua de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n,
La Figura 2 es una vista lateral parcial de la tobera de inmersi6n,
Las Figuras 3 (A) y (8) son vistas parciales en secci6n vertical de la tobera de inmersi6n,
La Figura 4 es una vista esquematica para explicar los ensayos con modelo de agua.
Las Figuras 5 (A) y (8) muestran las relaciones entre el ratio a/a' y f0, y entre el ratio a/a' y Vav, respectivamente,
Las Figuras 6 (A) y (8) muestran las relaciones entre el ratio b/b' y f0, y entre el ratio b/b' y Vav, respectivamente,
Las Figuras 7 (A) y (8) muestran las relaciones entre el ratio c/b' y f0, y entre el ratio c/b' y Vav, respectivamente, Las Figuras 8 (A) y (8) muestran las relaciones entre el ratio L2/L1 y f0, y entre el ratio L2/L1 y Vav, respectivamente,
Las Figuras 9 (A) y (8) muestran las relaciones entre el ratio R/a' y f0, y entre el ratio R/a' y Vav, respectivamente,
Las Figuras 10 (A) y (8) son vistas esquematicas de modelos de simulaci6n utilizados en el analisis de fluidos, de la tobera de inmersi6n de acuerdo con la realizaci6n de la presente invenci6n y con la tecnica anterior, respectivamente,
Las Figuras 11 (A) y (8) muestran patrones de flujo de fluido tal como se ven en un plano vertical y en un plano horizontal, respectivamente, donde ambos han sido obtenidos como resultado del analisis de fluidos de acuerdo con la realizaci6n de la presente invenci6n,
Las Figuras 12 (A) y (8) muestran patrones de flujo de fluido tal como se ven en un plano vertical y en un plano horizontal, respectivamente, donde ambos han sido obtenidos como resultado del analisis de fluidos de acuerdo con la tecnica anterior,
La Figura 13 muestra un grafico de la relaci6n entre f8 y Vav,
Las Figuras 14 (A) y (8) muestran patrones de flujo de fluido tal como se ven en un plano vertical y en un plano horizontal, respectivamente, donde ambos han sido obtenidos como resultado del analisis de fluidos (8 = 0°) de acuerdo con la realizaci6n de la presente invenci6n,
Las Figuras 15 (A) y (8) muestran patrones de flujo de fluido tal como se ven en un plano vertical y en un plano horizontal, respectivamente, donde ambos han sido obtenidos como resultado del analisis de fluidos (8 = 25°) de acuerdo con la realizaci6n de la presente invenci6n,
Las Figuras 16 (A) y (8) muestran patrones de flujo de fluido tal como se ven en un plano vertical y en un plano horizontal, respectivamente, donde ambos han sido obtenidos como resultado del analisis de fluidos (8 = 35°) de acuerdo con la realizaci6n de la presente invenci6n,
Las Figuras 17 (A) y (8) muestran patrones de flujo de fluido tal como se ven en un plano vertical y en un plano horizontal, respectivamente, donde ambos han sido obtenidos como resultado del analisis de fluidos (8 = 45°) de acuerdo con la realizaci6n de la presente invenci6n,
Las Figuras 18 (A) y (8) son una vista en secci6n vertical y una vista en secci6n transversal horizontal, respectivamente, de una tobera de inmersi6n para colada continua de acuerdo con el Documento de Patente 1,
La Figura 19 es una vista parcial en secci6n vertical de una tobera de inmersi6n para colada continua que incluye rebordes salientes en el centro del conducto entre los orificios de salida opuestos,
Las Figuras 20 (A) y (8) muestran graficos que representan la relaci6n entre 0av y f0, y la relaci6n entre 0av y Vav, respectivamente, y
Las Figuras 21 (A) y (8) muestran patrones de flujo de fluido tal como se ven en un plano vertical y en un plano horizontal, respectivamente, donde ambos han sido obtenidos como resultado del analisis de fluidos llevado a cabo utilizando la tobera de inmersi6n de acuerdo con el Documento de Patente 1.
10: tobera de inmersi6n (tobera de inmersi6n para colada continua), 11: cuerpo tubular, 12: conducto, 13: orificio de entrada, 14: orificio de salida, 14a: cara terminal superior, 14b: cara terminal inferior, 15: parte inferior, 16: reborde, 16a: porci6n inclinada, 16b: porci6n horizontal, 17: dep6sito empotrado, 18: pared interna, 21: molde, 22: detector de velocidad de flujo, 23: pared lateral estrecha.
En referencia a los dibujos que acompaian, se describe una realizaci6n de la presente invenci6n para una mejor comprensi6n de la presente invenci6n.
Las Figuras 1 (A) y (8) muestran la estructura de una tobera 10 de inmersi6n para colada continua (de ahora en adelante referida tambien como ntobera de inmersi6nn) de acuerdo con una realizaci6n de la presente invenci6n. La tobera 10 de inmersi6n incluye un cuerpo 11 tubular cilfndrico con una parte 15 inferior. El cuerpo 11 tubular tiene un orificio 13 de entrada para la entrada de acero fundido en el extremo superior de un conducto 12 que se extiende en el interior del cuerpo 11 tubular. El cuerpo 11 tubular tambien tiene un par de orificios 14, 14 de salida opuestos dispuestos en la pared lateral en una secci6n inferior de la misma con el fin de comunicarse con el conducto 12. El cuerpo 11 tubular esta fabricado de un material refractario tal como alumina-grafito ya que se necesita que la tobera 10 de inmersi6n tenga resistencia a la fisura y resistencia a la corrosi6n.
Los orificios 14, 14 de salida tienen una configuraci6n rectangular con esquinas redondeadas, cuando se ven en una vista frontal. El cuerpo 11 tubular tiene rebordes 16, 16 opuestos que se extienden en la direcci6n horizontal en una pared 18 interna y se proyectan hacia adentro del conducto 12 desde la pared 18 interna, y la pared 18 interna define el conducto 12, entre el par de orificios 14, 14 de salida. A saber, los rebordes 16, 16 opuestos estan dispuestos de manera simetrica alrededor de un plano vertical que pasa por los centros de los respectivos orificios 14, 14 de salida. La holgura entre los rebordes 16, 16 es constante. Cada reborde 16 tiene porciones 16a, 16a inclinadas en los extremos opuestos de los mismos en direcci6n longitudinal, que se inclinan hacia abajo apuntando hacia el exterior del cuerpo 11 tubular (vease la Figura 3). Cada orificio 14 de salida tiene una cara 14a terminal superior y una cara 14b terminal inferior que se inclinan hacia abajo apuntando hacia el exterior del cuerpo 11 tubular. En esta realizaci6n, las porciones 16a, 16a inclinadas de los rebordes 16, 16 y la cara 14a terminal superior y la cara 14b terminal inferior de los orificios 14, 14 de salida estan inclinadas con el mismo angulo de inclinaci6n.
Cada uno de los rebordes 16, 16 se extiende horizontalmente de un lado a otro lado en la pared 18 interna, es decir, desde un borde con un orificio 14 de salida hacia el otro borde con el otro orificio 14 de salida. Preferiblemente, las caras terminales de cada reborde 16 en los extremos opuestos en la direcci6n longitudinal son caras verticales perpendiculares a la direcci6n longitudinal de los rebordes 16, 16 tal como se muestra en la Figura 3 (A). Sin embargo, si el cuerpo 11 tubular es cilfndrico, etc, las caras terminales pueden tener una curvatura que coincide con la superficie exterior del cuerpo 11 tubular, tal como se muestra en la Figura 3 (8). Las caras terminales que tengan dicha curvatura no afectan a los flujos de descarga de acero fundido.
Preferiblemente, el cuerpo 11 tubular tiene un dep6sito 17 empotrado en la parte 15 inferior para acero fundido. Aunque la ausencia del dep6sito 17 empotrado en la parte 15 inferior no influye de manera adversa en el efecto de la presente invenci6n, el dep6sito 17 empotrado para acero fundido permite una distribuci6n mas uniforme y estable de acero fundido entre los orificios 14, 14 de salida ya que aguanta temporalmente en su interior el acero fundido vertido en la tobera 10 de inmersi6n. El hecho de que una anchura horizontal a' de los orificios 14, 14 de salida tenga
o no tenga el mismo valor que la anchura del conducto 12 no influye en el efecto de la presente invenci6n (en caso de que el conducto 12 sea cilfndrico, el diametro del mismo).
[Ensayos con modelo de agua]
A continuaci6n se describen los ensayos con modelo de agua que se llevaron a cabo utilizando modelos de la tobera 10 de inmersi6n con el fin de determinar la configuraci6n 6ptima de los orificios 14, 14 desalida con los rebordes 16, 16 situados entre los mismos.
Los parametros utilizados para determinar la configuraci6n 6ptima de los orificios 14, 14 de salida con los rebordes 16, 16 situados entre los mismos se definen como sigue. La anchura horizontal y la longitud vertical de los orificios 14, 14 de salida tal como se ven en una vista frontal son a' y b', respectivamente; la altura de proyecci6n de los rebordes 16, 16 en las caras terminales es a y la anchura vertical de los rebordes 16, 16 es b, teniendo en cuenta que los rebordes 16, 16 tienen una secci6n transversal sustancialmente rectangular; y la distancia vertical entre los bordes superiores de los orificios 14, 14 de salida y los centros verticales a lo ancho de los rebordes 16, 16 es c (vease la Figura 2). Aquf, el termino nsecci6n transversal sustancialmente rectangularn pretende incluir el caso de una secci6n transversal rectangular con esquinas redondeadas. La anchura del conducto 12, en la direcci6n longitudinal de los rebordes 16, 16, justamente por encima de los orificios 14, 14 de salida es L1, y la longitud de los rebordes 16, 16, descontando las porciones 16a, 16a inclinadas (es decir, la longitud de las porciones 16b, 16b horizontales) es L2 (vease la Figura 3). El angulo de inclinaci6n hacia abajo de las porciones 16a, 16a inclinadas en los rebordes 16, de las caras 14a, 14a terminales superiores, y de las caras 14b, 14b terminales inferiores es 8, y el radio de curvatura de las esquinas redondeadas de los orificios 14, 14 de salida es R.
La Figura 4 es una vista esquematica para explicar los ensayos con modelo de agua. Se fabric6 un molde 21 a escala 1/1 a partir de una resina acrflica. El molde 21 se dimension6 de tal manera que la longitud de los lados largos (en la direcci6n izquierda-derecha en la Figura 4) se fij6 en 925 mm y la longitud de los lados cortos (en una direcci6n perpendicular a la superficie de papel en la Figura 4) se fij6 en 210 mm. Se hizo circular agua a traves de la tobera 10 de inmersi6n y el molde 21 por medio de una bomba a un caudal equivalente a un caudal de extracci6n de 1,4 m/min.
La tobera 10 de inmersi6n se situ6 en el centro del molde 21 de tal manera que los orificios 14, 14 de salida quedaban enfrentados a las paredes 23, 23 laterales estrechas del molde 21. Se instalaron detectores 22 de velocidad de flujo de tipo helice a una distancia de 325 mm (1/4 de la longitud de los lados largos del molde 21) fuera de las paredes 23, 23 laterales estrechas, respectivamente, del molde 21 y a 30 mm de profundidad desde la superficie del agua. A continuaci6n, se midieron las velocidades de los flujos Fr, Fr inversos durante tres minutos. Despues de eso, se calcul6 la diferencia f0 entre las desviaciones tfpicas de las velocidades de los flujos Fr, Fr inversos derecho e izquierdo y tambien la velocidad media Vav de los mismos y se evaluaron los resultados.
Se ofrecera aquf una descripci6n referida a la correlaci6n entre la velocidad de flujo inverso y la tasa de vertido (caudal). Los ensayos con modelo de agua se llevaron a cabo para aclarar tanto la correlaci6n entre la diferencia f0 entre las desviaciones tfpicas de las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo de la tobera de inmersi6n y el caudal y la correlaci6n entre el valor medio Vav de las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo y el caudal. Los resultados de los ensayos con modelo de agua indicaron que los valores f0 y Vav aumentaron proporcionalmente con el aumento en el caudal. El molde y la tobera de inmersi6n concebidos para los ensayos se dimensionaron de tal manera que el molde tenfa una longitud comprendida en el intervalo entre 700 mm y 2000 mm y una anchura entre 150 mm y 350 mm y el conducto de la tobera de inmersi6n tenfa un area en secci6n transversal comprendida en el intervalo entre 15 cm2 y 120 cm2 (diametro entre 50 mm y 120 mm), donde estas dimensiones son las que se aplican normalmente en la colada continua de losas. Cuando el caudal era inferior a 1,4 toneladas por minuto, las velocidades de los flujos inversos en la superficie del acero fundido eran demasiado lentas. Sin embargo, cuando el caudal superaba las 7 toneladas por minuto, las velocidades de los flujos inversos eran demasiado rapidas, provocando el riesgo de una reducci6n en la calidad del acero debido al aumento en la fluctuaci6n de nivel en la superficie del acero fundido y debido a la inclusi6n de polvo de molde. Consecuentemente, era deseable que el caudal estuviese comprendido en el intervalo entre 1,4 toneladas por minuto y 7 toneladas por minuto. El ensayo demostr6 que el rendimiento estaba dentro del intervalo 6ptimo mencionado anteriormente cuando la diferencia f0 entre las desviaciones tfpicas de las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo tenfa un valor inferior o igual a 2,0 cm/seg y cuando el valor medio Vav de las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo tenfa un valor comprendido en el intervalo entre 10 cm/seg y 30 cm/seg. Consecuentemente, un valor de f0 inferior o igual a 2,0 cm/seg y un valor de Vav comprendido en el intervalo entre 10 cm/seg y 30 cm/seg se tomaron como intervalos crfticos en la evaluaci6n de los resultados de los ensayos con modelo de agua que se mencionan a continuaci6n llevados a cabo para determinar el parametro de los orificios de salida. Los caudales en los ensayos con modelo de agua se convirtieron utilizando la ecuaci6n: peso especffico del acero fundido / peso especffico del agua = 7,0. De este modo, los caudales anteriores son equivalentes a los caudales de acero fundido.
La Figura 5 (A) muestra un grafico que representa la correlaci6n entre el ratio a/a' y f0. La Figura 5 (8) muestra un
representan mediciones
ٟ En estas figuras, los puntos .avgrafico que representa la correlaci6n entre el ratio a/a' y V
ٟ En estas figuras, los puntos .avgrafico que representa la correlaci6n entre el ratio a/a' y V
individuales del ensayo y la lfnea continua representa una curva de regresi6n, y estas representaciones se utilizan tambien en las figuras que se mencionaran mas adelante. Las Figuras 5 (A) y (8) indican que el valor de f0 fue inferior o igual a 2,0 cm/seg y el valor de Vav estaba comprendido en el intervalo entre 10 cm/seg y 30 cm/seg, cuando el ratio a/a' estaba dentro del intervalo entre 0,05 y 0,38. Cuando el ratio a/a' tenfa un valor inferior a 0,05, los rebordes no exhiben suficientemente los efectos de interrumpir y regular el flujo, provocando (1) corrientes asimetricas en los lados derecho e izquierdo de la tobera de inmersi6n en el molde, y (2) unos flujos inversos que tenfan velocidades por encima de 30 cm/seg. Esto podrfa dar lugar a una gran fluctuaci6n en el nivel de la superficie del acero fundido, y a efectos adversos tales como la inclusi6n de polvo de molde. Por otro lado, cuando el ratio a/a' tenfa un valor mayor de 0,38, las corrientes de salida en las porciones inferiores de los orificios de salida tenfan velocidades ligeramente demasiado bajas, es decir, las corrientes de salida en las porciones superiores de los orificios de salida tenfan velocidades excesivas, y los flujos inversos tenfan velocidades por encima de 30 cm/seg. Esto podrfa darfa lugar a una gran fluctuaci6n en el nivel de la superficie del acero fundido, y a efectos adversos tales como la inclusi6n de polvo de molde. Los otros parametros utilizados en el presente ensayo se fijaron en los siguientes valores: b/b' = 0,25; c/b' = 0,57; L2/L1 = 0,83; 8 = 15°; y R/a' = 0,14.
La Figura 6 (A) muestra un grafico que representa la correlaci6n entre el ratio b/b' y f0. La Figura 6 (8) muestra un grafico que representa la correlaci6n entre b/b' y Vav. Estos numeros indican que cuando el ratio b/b' estaba comprendido en el intervalo entre 0,05 y 0,5, el valor de f0 fue inferior o igual a 2,0 cm/seg y el valor de Vav estaba comprendido en el intervalo entre 10 cm/seg y 30 cm/seg. Cuando el ratio b/b' estaba fuera del intervalo entre 0,05 y 0,5, se producfan los mismos fen6menos que se observan cuando a/a' estaba fuera del intervalo 6ptimo entre 0,05 y 0,38: una amplia fluctuaci6n en el nivel de la superficie del acero fundido, y efectos adversos tales como la inclusi6n de polvo de molde. Los otros parametros utilizados en el presente ensayo se fijaron en los siguientes valores: a/a' = 0,21; c/b' = 0,48; L2/L1 = 0,77; 8 = 15°; y R/a' = 0,14.
La Figura 7 (A) muestra un grafico que representa la correlaci6n entre el ratio c/b' y f0. La Figura 7 (8) muestra un grafico que representa la correlaci6n entre c/b' y Vav. Las Figuras 7 (A) y (8) indican que f0 fue menos sensible al cambio en el valor del ratio c/b', mientras que el valor de Vav esta comprendido en el intervalo entre 10 cm/seg y 30 cm/seg cuando c/b' estaba dentro del intervalo entre 0,15 y 0,7. Cuando el valor del ratio c/b' estaba fuera del intervalo entre 0,15 y 0,7, se producfan los mismos fen6menos que se observan cuando a/a' estaba fuera del intervalo 6ptimo entre 0,05 y 0,38: una amplia fluctuaci6n en el nivel de la superficie del acero fundido, y efectos adversos tales como la inclusi6n de polvo de molde. Los otros parametros utilizados en el presente ensayo se fijaron en los siguientes valores: a/a' = 0,24; b/b' = 0,25; L2/L1 = 0,77; 8 = 15°; y R/a' = 0,14.
La Figura 8 (A) muestra un grafico que representa la correlaci6n entre el ratio L2/L1 y f0. La Figura 8 (8) muestra un grafico que representa la correlaci6n entre el ratio L2/L1 y Vav. Estos numeros indican que el valor de f0 fue inferior o igual a 2,0 cm/seg y el valor de Vav estaba comprendido en el intervalo entre 10 cm/seg y 30 cm/seg cuando el valor del ratio L2/L1estaba dentro del intervalo entre 0 y 1. La condici6n L2/L1 = 0 significa que L2 = 0, es decir, que los rebordes 16, 16 tiene forma de V invertida sin ninguna porci6n horizontal 16b, 16b. Si el ratio L2/L1 tuviese un valor superior a 1, la fabricaci6n de la tobera de inmersi6n serfa diffcil. Los otros parametros utilizados en el presente ensayo se fijaron en los siguientes valores: a/a' = 0,29; b/b' = 0,25; c/ b' = 0,5; 8 = 15°; y R/a' = 0,14. En las Figuras 8
representan mediciones de ensayos comparativos utilizando una tobera de inmersi6n que no
٠ (A) y (8), los puntos
٠ (A) y (8), los puntos
tiene rebordes 16.
La Figura 9 (A) muestra un grafico que representa la correlaci6n entre el ratio R/a' y f0. La Figura 9 (8) muestra un grafico que representa la correlaci6n entre el ratio R/a' y Vav. La condici6n R/a' = 0,5 significa que los orificios de salida tiene forma elfptica o circular. La Figura 9 (A) indica que cuando aument6 el valor del ratio R/a', el valor de f0
creci6 solo ligeramente y no sufri6 una variaci6n importante. Por otro lado, la Figura 9 (8) indica que al aumentar el valor del ratio R/a' y por consiguiente al disminuir el area de los orificios de salida, las velocidades de los flujos inversos Vav aumentaron, pero que Vav estaba dentro del intervalo entre 10 cm/seg y 30 cm/seg. Por lo tanto, el ensayo demostr6 que los rebordes eran eficaces incluso si las esquinas redondeadas de los orificios de salida tenfan un radio de curvatura grande. Los otros parametros utilizados en el presente ensayo se fijaron en los siguientes valores: a/a' = 0,13; b/b' = 0,25; c/ b' = 0,4; L2/L1 = 1; y 8 = 15°. El molde utilizado en el presente ensayo tenfa unas dimensiones de 1500 mm por 235 mm y el caudal fue de 3,0 toneladas por minuto.
La Tabla 1 muestra los resultados de los ensayos con modelo de agua llevados a cabo utilizando las toberas de inmersi6n para colada continua de acuerdo con la realizaci6n de la presente invenci6n, donde una tobera tenfa el dep6sito empotrado para acero fundido en la parte inferior del cuerpo tubular, mientras que la otra no tenfa el dep6sito empotrado. La Tabla 1 indica que f0 y Vav no variaron mucho dependiendo de la presencia o ausencia del dep6sito empotrado y sus valores se encontraron dentro de los intervalos 6ptimos. Los otros parametros utilizados en el presente ensayo se fijaron en los siguientes valores: a/a' = 0,14; b/b' = 0,33; c/ b' = 0,5; L2/L1 = 1; 8 = 0°; y R/a' = 0,14. El molde tenfa unas dimensiones de 1200 mm por 235 mm y el caudal fue de 2,4 toneladas por minuto.
[Tabla 1]
- Con dep6sito empotrado
- Sin dep6sito empotrado
- f0 (cm/seg)
- 1,17 1,32
- Vav (cm/seg)
- 26,3 28,4
[Analisis de fluidos]
Se realizara una descripci6n en referencia al analisis de fluidos en las corrientes de salida de la tobera de inmersi6n para colada continua de acuerdo con la realizaci6n de la presente invenci6n y los de una tobera de inmersi6n de acuerdo con la tecnica anterior.
El analisis de fluidos se llev6 a cabo mediante el uso de FLUENT (softtare de analisis de fluidos), desarrollado por la compaifa Fluent Asia Pacific Co., Ltd. La Figura 10 (A) muestra un modelo de simulaci6n de la tobera de inmersi6n de acuerdo con la realizaci6n de la presente invenci6n, mientras que la Figura 10 (8) muestra un modelo de simulaci6n de una tobera de inmersi6n de acuerdo con la tecnica anterior. La tobera utilizada en los analisis de acuerdo con la tecnica anterior incluye un cuerpo cilfndrico con una parte inferior, y un par de orificios de salida opuestos dispuestos en la pared lateral en una secci6n inferior del cuerpo. El par de orificios de salida opuestos se comunicaba con el conducto. La tobera de inmersi6n de acuerdo con la realizaci6n de la presente invenci6n se obtuvo dotando a la tobera convencional de rebordes opuestos. Las especificaciones del reborde son las siguientes: a/a' = 0,13; b/b' = 0,13; c/b' = 0,43; L2/L1 = 0,68; y 8 = 15°. Los analisis se llevaron a cabo con el supuesto de que el molde tenfa una longitud de 1540 mm y una anchura de 235 mm y que el caudal era de 2,7 toneladas por minuto.
Las Figuras 11 (A) y (8) representan los resultados del analisis de fluidos de acuerdo con la realizaci6n de la presente invenci6n. Las Figuras 12 (A) y (8) representan los resultados del analisis de fluidos de acuerdo con la tecnica anterior. Estos numeros indican que el modelo de simulaci6n de acuerdo con la realizaci6n de la presente invenci6n redujo las derivas derecha e izquierda en el molde, y disminuy6 las velocidades de los flujos inversos en la superficie del acero fundido, en comparaci6n con el modelo de simulaci6n de acuerdo con tecnica anterior. Como resultado de ello, la fluctuaci6n del nivel en la superficie del acero fundido se reducirfa, lo que mejora la calidad de las losas y la eficiencia de la producci6n de losas mediante colada de alta velocidad.
La Figura 13 muestra el valor medio Vav que se calcul6 mediante el analisis de fluidos de acuerdo con la presente invenci6n. El valor medio Vav es el promedio de las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo cuando el angulo de inclinaci6n de las porciones inclinadas de los rebordes se vari6 en relaci6n con el angulo de inclinaci6n de las caras terminales superior e inferior de los orificios de salida. En la Figura 13, la diferencia f8 es la diferencia entre el angulo de inclinaci6n de las porciones inclinadas de los rebordes y el angulo de inclinaci6n de las caras terminales superiores y las caras terminales inferiores de los orificios de salida. Cuando el valor de f8 es negativo, las porciones inclinadas de los rebordes son menos inclinadas que las caras terminales superior e inferior de los orificios de salida. La Figura 13 indica que el valor de Vav era el mas pequeio cuando el valor de f8 era cero, es decir, cuando las porciones inclinadas de los rebordes tenfan un angulo de inclinaci6n igual que las caras terminales superiores y las caras terminales inferiores de los orificios de salida. La Figura 13 tambien muestra que el valor de Vav se encontraba dentro del intervalo entre 10 cm/seg y 30 cm/seg cuando el valor de f8 estaba comprendido en el intervalo entre -10° y +7°, y las velocidades de los flujos inversos eran favorables.
Con respecto a la tobera de inmersi6n para colada continua de acuerdo con la realizaci6n de la presente invenci6n, se llevaron a cabo mediante analisis de fluidos estudios adicionales acerca de los cambios en las corrientes de salida causados por variaciones en el angulo de inclinaci6n de las porciones inclinadas de los rebordes en sincronizaci6n con las de la caras terminales superiores y las caras terminales inferiores de los orificios de salida. Los resultados del analisis de fluidos se muestran en las Figuras 14 a 17. Las especificaciones del reborde utilizado en el analisis de fluidos s ofrecen a continuaci6n:
En las Figuras 14 (A) y (8): a/a' = 0,13; b/b' = 0,25; c/b' = 0,4; L2/L1 = 1; 8 = 0°; caudal = 3,0 toneladas por minuto.
En las Figuras 15 (A) y (8): a/a' = 0,13; b/b' = 0,13; c/b' = 0,43; L2/L1 = 0,68; 8 = 25°; caudal = 2,7 toneladas por minuto.
En las Figuras 16 (A) y (8): a/a' = 0,13; b/b' = 0,13; c/b' = 0,43; L2/L1 = 0,68; 8 = 35°; caudal = 2,7 toneladas por minuto.
En las Figuras 17 (A) y (8): a/a' = 0,13; b/b' = 0,13; c/b' = 0,43; L2/L1 = 0,68; 8 = 45°; caudal = 2,7 toneladas por minuto.
Los resultados del analisis de fluidos mostrados en las Figuras 14 a 17 y los resultados del analisis de fluidos antes mencionados con 8 = 15° mostrados en las Figuras 11 (A) y (8) indican que las derivas en las corrientes de salida en el molde se redujeron y tambien las velocidades de los flujos inversos en la superficie de acero fundido se redujeron cuando el angulo de inclinaci6n vari6 entre 0° y 45°.
Aunque se ha descrito e ilustrado una realizaci6n de la invenci6n mas arriba, debe entenderse que estas realizaciones son ejemplos de la invenci6n y no deben ser consideradas como limitantes. La presente invenci6n incluye otras realizaciones y modificaciones realizadas sin apartarse del espfritu o alcance de la presente invenci6n. Por ejemplo, la realizaci6n anteriormente descrita emplea una tobera de inmersi6n que tiene un cuerpo tubular cilfndrico, pero sin embargo el cuerpo tubular puede tener una forma angular u otros tipos de formas. Ademas, la realizaci6n anteriormente descrita emplea porciones inclinadas en los extremos opuestos de cada reborde, pero sin embargo la cara terminal superior y la cara terminal inferior de cada orificio de salida puede ser horizontal sin disponer de porciones inclinadas. Ademas, los orificios de salida de una tobera de inmersi6n tienen preferiblemente forma rectangular, pero pueden tener forma oval o elfptica.
La presente invenci6n puede ser utilizada en instalaciones de colada continua que emplean una tobera de inmersi6n para colada continua para verter acero fundido desde una artesa a un molde. Mediante la utilizaci6n de la presente invenci6n, puede reducirse la fluctuaci6n del nivel en la superficie del acero fundido y las corrientes de salida derecha e izquierda en la tobera de inmersi6n adoptan unas trayectorias mas simetricas. Por consiguiente, es posible mejorar la calidad y la productividad del acero en el proceso de colada continua.
Claims (9)
- REIVINDICACIONES1.-Una tobera (10) de inmersi6n para colada continua, que incluye:un cuerpo (11) tubular con una parte (15) inferior, donde el cuerpo (11) tubular tiene un orificio (13) de entrada para la entrada de acero fundido dispuesto en un extremo superior y un conducto (12) que se extiende en el interior del cuerpo (11) tubular hacia abajo desde el orificio de entrada; yun par de orificios (14) de salida opuestos dispuestos en una pared lateral en una secci6n inferior del cuerpo (11) tubular a fin de comunicarse con el conducto,la tobera (10) de inmersi6n caracterizada por un par de rebordes (16) opuestos que se extienden de manera horizontal en una pared (18) interna y se proyectan hacia adentro del conducto (12) desde la pared (18) interna entre el par de orificios (14) de salida, donde la pared interna define el conducto.
- 2.-La tobera de inmersi6n de la reivindicaci6n 1, caracterizada porque el valor del ratio a/a' esta comprendido en el intervalo entre 0,05 y 0,38 y el valor del ratio b/b' esta comprendido en el intervalo entre 0,05 y 0,5, donde a' y b' representan una anchura horizontal y una longitud vertical, respectivamente, de los orificios (14) de salida en una vista frontal; a es una altura de proyecci6n de los rebordes (16) en las caras terminales, y b es una anchura vertical de los rebordes (16).
- 3.-La tobera de inmersi6n de la reivindicaci6n 2, caracterizada porque el valor del ratio c/b' esta comprendido en el intervalo entre 0,15 y 0,7, donde c es una distancia vertical entre los bordes superiores de los orificios (14) de salida en una vista frontal y los centros verticales de los rebordes (16).
- 4.-La tobera de inmersi6n de la reivindicaci6n 1, caracterizada porque los rebordes (16) tienen cada uno de ellos porciones inclinadas en extremos opuestos, donde las porciones (16a) inclinadas estan inclinadas hacia abajo, apuntando hacia una parte exterior del cuerpo (11) tubular.
- 5.-La tobera de inmersi6n de la reivindicaci6n 4, caracterizada porque cada orificio (14) de salida tiene una cara (14a) terminal superior y una cara (14b) terminal inferior que se inclinan hacia abajo apuntando hacia el exterior del cuerpo (11) tubular con el mismo angulo de inclinaci6n que las porciones (16a) inclinadas.
- 6.-La tobera de inmersi6n de la reivindicaci6n 5, caracterizada porque el valor del ratio L2/L1 esta comprendido en el intervalo entre 0 y 1, donde L1 representa una anchura del conducto (12), a lo largo de una direcci6n longitudinal de los rebordes (16), justamente encima de los orificios (14) de salida; y L2 representa una longitud de los rebordes (16b), descontando las porciones inclinadas (16a).
- 7.-La tobera de inmersi6n de la reivindicaci6n 6, caracterizada porque las caras (14a) terminales superiores y las caras (14b) terminales inferiores de los orificios (14) de salida y las porciones (16a) inclinadas de los rebordes (16) se inclinan con un angulo de inclinaci6n comprendido en el intervalo entre 0° y 45°.
- 8.-La tobera de inmersi6n de la reivindicaci6n 1, caracterizada porque los rebordes (16) tienen cada uno de ellos caras terminales en los extremos opuestos en una direcci6n longitudinal de los rebordes (16), donde las caras terminales son caras verticales perpendiculares a la direcci6n longitudinal de los rebordes (16).
- 9.-La tobera de inmersi6n de la reivindicaci6n 1, caracterizada porque el cuerpo (11) tubular en la parte inferior tiene un dep6sito (17) empotrado para acero fundido.
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