ES2553784B1 - Distribuidor para colada de acero - Google Patents
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Abstract
Distribuidor refractario para colada de acero que comprende una cámara (11) dotada en la base superior de una boca central de entrada (12) y en su pared lateral de una serie de conductos radiales de salida (16). La cámara (11) es de mayor diámetro que el conducto vertical (13) de suministro de metal y está situada por encima de los conductos radiales (16), con los que se comunica a través de pasajes verticales (18). La cámara (11) presenta en el fondo un vaciado central (14).
Description
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DISTRIBUIDOR PARA COLADA DE ACERO
DESCRIPCION
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un distribuidor para caldo de acero, para su uso en la obtencion de lingotes de acero producidos mediante el sistema de colada de placa de lingotera, constituido de modo que permita reducir los defectos debidos a la impureza que puedan afectar a los aceros especiales.
Antecedentes de la invencion
En la actualidad, el colador por lingotera consiste en colar el caldo desde una cuchara una vez finalizada la metalurgia sobre un conducto vertical refractario (formado por una pieza inicial denominada embudo y una sucesion de tubos bebedero) que conduce el caldo hasta un distribuidor refractario (denominado reina) que se situa en la placa de colada sobre la que se disponen los lingotes. De este distribuidor salen unos tubos refractarios (denominados pasantes) que conducen el caldo hasta situarse debajo de cada uno de los lingotes. El ultimo tubo (tubo final o tope) tiene una pequena conduccion vertical con la que se da entrada al caldo por el fondo de la lingotera.
En este sentido es conocido un distribuidor que comprende una camara dotada en su base superior de una boca central de entrada, a la que se conecta un tubo vertical de suministro de metal fundido, y en su pared lateral de una serie de conductos radiales de salida, a los que se conectan otros tantos tubos conductores del metal fundido.
El caldo de acero es liberado de la cuchara por el cierre por el que cae un chorro con una velocidad definida por el nivel de llenado del caldo dentro de la cuchara. El caldo entra en el conducto vertical acelerandose por accion de la gravedad hasta que impacta en el fondo del distribuidor a una velocidad entorno a los 10 m/s (en las condiciones mas habituales). El impacto del acero con el fondo del distribuidor produce una liberacion de energia que se traduce en la erosion de las superficies internas del refractario.
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La velocidad del caldo a traves de los canales horizontales mantiene practicamente la misma velocidad con la que llego al distribuidor lo que crea una gran friccion mecanica sobre el conducto refractario, con el consiguiente deterioro de la superficie que produce la inclusion de impurezas en el acero fundido.
La calidad del acero esta condicionada por las impurezas que se incluyen en el proceso de obtencion de los lingotes durante el proceso de colado.
Esas impurezas tienen varios origenes entre las que las principales son:
• Escorias presentes en el caldo situado en la cuchara previo al colado.
• Refractario que se ve arrastrado durante el proceso de colado a traves de las conducciones refractarias que llevan el caldo a la lingotera.
• Oxidacion de elementos del caldo por su exposicion al oxigeno del ambiente.
El momento fundamental del proceso de colada se produce al principio del mismo, cuando se abre el cierre de la cuchara que almacena el acero fundido. El caldo cae a traves del tubo vertical alcanzando una velocidad en torno a los 40 kms/h, produciendo un impacto considerable sobre el distribuidor. Debido a la configuration tradicional de este distribuidor, en la interseccion de los conductos radiales con la camara se forman aristas o puntos debiles que dan lugar a que se produzcan erosiones sobre los mismos que son arrastradas por el caldo y que son origen de importantes inclusiones en el acero resultante.
En el diseno actual, tras el primer impacto sobre el distribuidor, el flujo sale proyectado casi sin perder velocidad por los tubos pasantes. En este momento por la velocidad que le ha conferido la gravedad el numero de Froude del flujo es superior a uno, con lo que se trata de un flujo supercritico. Este hecho hace inevitable que se produzca un salto hidraulico en la zona comprendida entre los tubos pasantes, tubo tope y entrada de la lingotera. El salto hidraulico tiene como caracteristica principal el atrapamiento de aire, que resulta en la oxidacion del acero fundido. Ademas la alta velocidad del flujo por los tubos pasantes, empuja el aire de los propios tubos pasantes hacia la lingotera, levantando este flujo de aire los polvos de cobertura que precisamente se situan en el fondo de la lingotera para evitar la oxidacion del acero al entrar en la lingotera.Todos estos hechos incrementan las inclusiones en el acero.
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Descripcion de la invencion
La presente invencion tiene por objeto proporcionar un distribuidor refractario constituido de modo que impida que las escorias ya presentes en la cuchara lleguen a la lingotera, rediciendo ademas al mmimo las erosiones y arrastres de los conductos de refractario y limitando el fenomeno de oxidacion que se produce durante la propia conduccion y al entrar en la lingotera.
El distribuidor de la invencion es del tipo antes expuesto, constituido por una camara dotada en su base superior de una boca central de entrada, a la que se conecta un tubo vertical de suministro de metal fundido, mientras que en la pared lateral dispone de una serie conductos radiales de salida a los que se conectan otros tantos tubos conductores del metal fundido.
De acuerdo con la invencion, la camara del distribuidor es de mayor diametro que el conducto vertical de suministro de metal fundido y esta situada por encima de los conductos radiales de salida, con los que se comunica a traves de pasajes verticales que parten del fondo de la camara y desembocan, uno en cada conducto radial.
Segun otra caracteristica de la invencion, la camara del distribuidor presenta en el fondo un vaciado central que queda cerrado lateral e inferiormente y conforma un vaso, abierto por su base superior, que es de diametro aproximadamente igual al del tubo vertical del suministro de metal fundido.
Con la constitution descrita se eliminan los puntos debiles que presentan los distribuidores tradicionales en la interseccion entre los tubos radiales de salida y la camara del distribuidor. En el distribuidor de la invencion no existen aristas de reducido espesor que constituyan puntos debiles facilmente erosionables por el flujo del caldo.
En el distribuidor de la invencion la camara es de section horizontal al menos igual y preferentemente mayor que la suma de las secciones transversales de los conductos radiales.
Con todo ello, en el distribuidor de la invencion, el metal fundido que cae a traves del tubo vertical pierde la practica totalidad de su velocidad al llegar al vaso, sin salida del distribuidor. Esto produce que el salto hidraulico se produzca en el propio distribuidor.
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Gracias a la constitution interior del distribuidor de la invention, con la existencia del vaso, la camara situada por encima de los conductos radiales de salida y el laberinto de conexion entre los tubos radiales de salida y la camara, el distribuidor actua incluso desde el momento del impacto inicial como un filtro. La reduction de velocidad ocasionada al impedir su progresion y el incremento de la section en la camara, hace que las inclusiones al ser de mucha menor densidad que el acero fundido puedan retornar hacia arriba, en vez de seguir con el acero camino de la lingotera.
Breve descripcion de los dibujos
En los dibujos adjuntos se muestra un ejemplo de realization, no limitativo, mediante cuya descripcion se comprenderan mejor las caracteristicas y ventajas de la invencion.
En los dibujos:
- La figura 1 muestra en planta una instalacion tradicional de colado por lingotera.
- La figura 2 muestra en seccion vertical la misma instalacion, segun la lmea de corte 11-11 de la figura 1.
- La figura 3 es una seccion horizontal del distribuidor incluida la instalacion de las figuras 1 y 2.
- La figura 4 muestra en alzado lateral el distribuidor de la invencion.
- La figura 5 es una vista en planta superior del distribuidor de la figura 4.
- La figura 6 es una seccion horizontal del distribuidor de la invencion, tomada segun la lmea de corte VI-VI de la figura 4.
- La figura 7 es una seccion del distribuidor de la invencion, tomada segun la lmea de corte VII-VII de la figura 5.
- La figura 8 muestra en perspectiva la misma seccion de la figura 7.
Descripcion detallada de un modo de realizacion
En las figuras 1 y 2 se muestra una instalacion tradicional de colada por lingotera, en la que desde una cuchara no representada se vierte el metal fundido sobre un conducto vertical (1) refractario que esta formada por un embudo inicial (2) y por una sucesion de tubos bebedero (3). Este conducto vertical (1) conduce el metal fundido hasta un distribuidor refractario (4) que conforma una camara (5) de cuya pared parten una serie de conductos radiales (6) a los que se conectan tubos (7) que conducen el
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caldo hasta situarlos bajo las lingoteras, donde pueden quedar rematados en un codo (8) de entrada al fondo de la lingotera.
El caldo que se vierte en el embudo (2) alcanza a lo largo del tubo vertical (1) una velocidad relativamente elevada produciendo en el distribuidor (4) un impacto que provoca una cierta erosion sobre el mismo. Este efecto se ve incrementado por la geometria interna del distribuidor (4) debido a que la desembocadura de los conductos radiales (6) en la camara (5) delimita, entre conductos (6) consecutivos, aristas (9), figura 3, que constituyen puntos debiles facilmente erosionables, originando materiales que se ven arrastrados por el caldo y que son origen de importantes inclusiones en el acero resultante.
Otro efecto negativo que presenta la geometria del distribuidor de las figuras 1 a 3 es, tal y como se indico anteriormente, el salto hidraulico que se produce entre el final de los tubos horizontales (7), el codo (8) y fondo de la lingotera, lo cual es causa de atrapamiento de burbujas de aire, que producen la oxidacion del acero fundido. Ademas, la alta velocidad del flujo por los tubos horizontales (7) empuja el aire de los propios tubos hacia la lingotera, levantando los polvos de cobertura que se situan en el fondo de dicha lingotera para evitar la oxidacion del acero.
Los inconvenientes originados con el distribuidor mostrado en las figuras 1 a 3, se eliminan con el distribuidor (10) de la invencion representado en las figuras 4 a 8.
Este distribuidor (10) comprende una camara (11) con una boca central de entrada (12) a las que se conecta el tubo vertical (13) de suministro de metal fundido. Segun puede apreciarse en las figuras 7 y 8 la camara (11) es de diametro muy superior al conducto vertical (13) de suministro de metal fundido.
El distribuidor (10) dispone en el fondo de un vaciado central (14), que va cerrado lateral e inferiormente y que conforma un vaso (15) abierto por su base superior y cuyo diametro es aproximadamente igual al del tubo vertical (13) y boca central de entrada (12). Alrededor del vaso (15) parten conductos radiales de salida (16), a los que se conectaran otros tantos tubos (17) conductores del metal fundido hacia la lingotera. Los conductos radiales (16) se comunican con la camara (11) a traves de pasajes verticales (18) que parten del fondo de la camara (11) y desembocan inferiormente en los conductos radiales (16).
Con la constitution descrita la camara (11) queda situada por encima de los conductos radiales (16), con los que se comunica a traves de los pasajes verticales (18).
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La camara (11) sera de seccion al menos igual y preferentemente mayor que la suma de las secciones transversales del conjunto de conductos radiales (16).
Con la constitution descrita y segun puede apreciarse en las figuras 6 a 8, entre los conductos radiales, pasajes verticales (18) y camara (11) no se forman aristas vivas que puedan constituir puntos de facil erosion.
Por otro lado, el metal fundido que llega al distribuidor a traves del tubo vertical (13) cae en el vaso (14), de donde rebosa y pasa a los conductos radiales (16) a traves de los pasajes verticales (18), reduciendose considerablemente la velocidad del metal fundido. Esta reduction de velocidad, junto con la mayor seccion de la camara (11) hace que las inclusiones, de mucha menor densidad que el acero fundido, puedan retornar hacia arriba, en vez de seguir con la corriente de acero camino de la lingotera.
Al caer el metal fundido en el vaso (11) se obliga a que la corriente de metal ascienda hasta alcanzar la camara (11), reduciendo de este modo su energia cinetica.
Por otro lado, con la constitucion descrita se consigue que el salto hidraulico se produzca en el centro del distribuidor (10), por la existencia del vaso (15) que recibe el metal fundido y rebosa hasta alcanzar la camara (11).
Mediante el distribuidor de la invention se consigue que la velocidad de avance del metal fundido, hacia la lingotera, dependa del caudal y no de la velocidad de caida, lograndose una reduccion de velocidad de avance hasta los tres metros por segundo, aproximadamente. Esta reduccion de velocidad supone una reduccion en la friction entre la corriente de metal fundido y la superficie de los conductos refractarios, con lo que se reduce de forma significativa el riesgo de sufrir desprendimientos de refractario por la action mecanica del flujo.
Otro efecto de la reduccion de velocidad del metal fundido en el distribuidor es que la velocidad con que se libera el aire contenido en los tubos (17) hacia la lingotera se reduzca de manera sustancial.
Claims (2)
- ES 2 553 784 A1REIVINDICACIONES1.- Distribuidor refractario para colada de acero,que comprende una camara (11) dotada en su base superior de una boca central de entrada (12), a la que se conecta 5 un tubo vertical (13) de suministro de metal fundido, y en su pared lateral de una serie de conductos radiales de salida (16) a los que se conectan otros tantos tubos (17) conductores del metal fundido, caracterizado por que la camara citada:- Es de mayor diametro que el conducto vertical (13) de suministro de metal fundido;10 - Esta situada por encima de los conductos radiales (16) de salida;- Se comunica con los conductos radiales (16) a traves de pasajes verticales (18) que parten del fondo de la camara (11) y desembocan, uno en cada conducto radial (16);- Presenta en el fondo un vaciado central (14), cerrado lateral e inferiormente,15 que conforma un vaso (15) abierto por su base superior y de diametroaproximadamente igual al del tubo vertical (13) de suministro de metal fundido.
- 2.- Distribuidor segun reivindicacion 1, caracterizado por que la camara (11) es de seccion horizontal al menos igual y preferentemente mayor que la suma de la seccion 20 transversal del conjunto de conductos radiales (16).
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