ES2620584T3 - Una tobera para guiar un metal fundido - Google Patents
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Abstract
Una tobera para guiar una masa fundida de metal desde un primer a un segundo medio, que comprende: a) un cuerpo refractario similar a un tubo (10) con b) una abertura de entrada (12) en su primer extremo (18), c) una abertura de salida (14) en su segundo extremo (20), d) un conducto (16), alargado a lo largo de un eje longitudinal central (A) que está orientado verticalmente durante el uso, limitado mediante una pared interna (10i) del cuerpo refractario similar a un tubo y que se extiende desde dicha abertura de entrada (12) a dicha abertura de salida (14), y e) deflectores (30, 32, 34, 36), que se proyectan desde dicha pared interna (10i) en el conducto (16), caracterizada por que f) al menos un primer par de deflectores (30, 32, 34, 36), que sobresalen desde secciones opuestas de la pared interna (10i) del cuerpo refractario (10) y dejan un pasaje (38) entre ellos, a través del que se extiende el eje longitudinal central (A), con pares de deflectores (30, 32, 34, 36) teniendo cada uno una forma de una V invertida en una vista frontal, con un área plana principal (30f, 32f, 34f, 36f) enfrente de un área plana principal del otro par de deflectores, así como bordes superiores e inferiores (30b, 32b, 34b, 36b) que siguen sustancialmente el diseño de la sección correspondiente de la pared interna (10i) del cuerpo refractario en relación con dicho borde (30b, 32b, 34b, 36b) de manera que g) se proporciona un pasaje de flujo continuo alrededor del eje longitudinal central (A) para la masa fundida de metal entre la abertura de entrada (12) y una única abertura de salida (14).
Description
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DESCRIPCION
Una tobera para guiar un metal fundido
La presente invention se refiere a una tobera para guiar un metal fundido proveniente de un primer hacia un segundo medio, en particular, se refiere a una tobera de entrada sumergida para guiar una corriente de un metal fundido (acero fundido) proveniente de un recipiente de fusion metalurgica (como un embudo) en un molde (como un lingote), ambos cuales tambien pueden llamarse “deposito”.
Tal tobera de entrada sumergida (en lo sucesivo llamada SEN) se utiliza en la fundicion continua de losas de acero. Una SEN tipicamente comprende un cuerpo similar a un tubo, ceramico, refractario, con una abertura de entrada en su primer extremo (el extremo superior en su position de montaje) y un conducto (un canal interno), pasando desde la abertura de entrada a traves del tubo ceramico en una direction axial de la tobera (tubo) hacia su segundo extremo (el extremo inferior en su posicion de montaje), cuyo segundo extremo proporciona un tope corporal del canal en su extension longitudinal y al menos dos aberturas de salida lateral del canal a traves de las cuales entra el metal fundido hacia el molde.
En otras palabras: La corriente de metal fundido, proveniente de un embudo o recipiente similar, entra en la abertura de entrada, pasa despues verticalmente y hacia abajo en direccion al conducto (a traves de la portion intermedia o media de la tobera entre el extremo superior e inferior) desde la abertura de entrada hacia la(s) abertura(s) de salida, desviandose en su camino hacia la(s) abertura(s) de salida y abandona la tobera mas o menos de manera perpendicular a su extension axial a traves de estas aberturas de salida, antes de entrar al molde asociado.
Esto es verdadero tambien con respecto a la SEN segun se describe en la WO 2007/138260 A2 con la condition de que los divisores de flujo, instalados en el extremo inferior (de salida) de la tobera, sean responsables de dividir la corriente de metal en numerosas corrientes parciales antes de abandonar la tobera.
Este concepto de diseno general se realiza ademas por la EP 0946321 B1, la tobera de la cual es provista con un divisor de flujo de 2 partes en su zona de salida (=extremo inferior de la tobera) a fin de reducir la aparicion de fisuras.
El diseno conocido puede conducir a turbulencias en el bano de metal en el molde asociado y/o a turbulencias en cualquier estrato de escoria y/o cualquier polvo del molde (enmascaramiento) en la parte superior del bano de metal. Estos efectos pueden reducir la calidad del acero y la calidad del producto fundido, respectivamente. El diseno conocido tambien es responsable de una capacidad de flujo limitada (magnitud de flujo).
El documento DE 102340491 A1 divulga una tobera generica (SEN) que presenta al menos una protuberancia discreta en su abertura de salida para hacer descender la energia cinetica del metal fundido que fluye a traves de dicha tobera. El inconveniente de las turbulencias no se refleja mediante este diseno.
Un objeto de la invencion es proporcionar una tobera del tipo mencionado, que proporcione una elevada magnitud de flujo sin provocar las indeseadas turbulencias laterales por la corriente de metal que sale de la tobera y entra en el bano de metal en el agregado asociado (por ejemplo, un molde).
La invencion se basa en la revindication 1 y en diversos aspectos tecnicos. Probablemente el mas importante es disenar la tobera de tal manera que una corriente central de metal fundido pueda fluir a traves de la tobera desde la abertura de entrada hacia la abertura de salida en una direccion axial sustancialmente continua. En otras palabras: El diseno de la tobera permite que al menos parte de la corriente de metal fluya a traves de la tobera sin desviarse, derivarse, girar o lo similar. Esta corriente central sigue la direccion axial longitudinal del cuerpo refractario similar a un tubo con su conducto interno sobre la longitud de tobera.
Tipicamente, esta corriente central es coaxial al eje longitudinal central de la tobera, encontrandose un eje en una orientation sustancialmente vertical durante el uso de la tobera.
Esta corriente central de metal fundido permite un notable incremento de la capacidad de flujo de la tobera. Ya que esta corriente de fundido central sigue una direccion sustancialmente vertical, orientada hacia abajo, se evitan en lo posible las turbulencias alrededor de la section de tobera inferior y/o alrededor de la section de salida correspondiente.
Aparte de esta importante caracteristica de diseno, la tobera se caracteriza por al menos dos pares de deflectores, que se proyectan desde la pared interna del cuerpo refractario (que es la pared circunferencial del conducto). De lo antes dicho, es aparente que los deflectores no se extienden a traves de toda la amplitud/diametro del conducto sino que estos deflectores se disenan e instalan de tal manera que dejan un espacio libre entre ellas a fin de que la corriente central de metal fundido pueda pasar a traves de ellas a lo largo de la seccion media de la tobera entre las aberturas de entrada y de salida.
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No obstante los deflectores mencionados modifican la seccion transversal del conducto y/o proporcionan medios para desviar la corriente de tal restante en su camino hacia el extremo inferior y las aberturas de salida de la tobera. Mientras que la corriente de metal que entra a la tobera a traves de la abertura de entrada puede dividirse por estos deflectores en varias corrientes parciales. Todas estas corrientes parciales se conectan de manera fluida entre si y/o la corriente central. En otras palabras: las corrientes parciales (corrientes laterales) y la corriente central de metal fundido se acomodan en un espacio comun definido por la pared circunferencial del conducto y los deflectores, respectivamente.
Las caracteristicas tecnicas y funcionales mencionadas son verdaderas asi como tambien con respecto a una modalidad en donde el cuerpo similar a un tubo comprende:
• adyacente a la abertura de entrada: una seccion superior de seccion transversal sustancialmente circular,
• adyacente a la abertura de salida: una seccion inferior, ensanchada hacia afuera en un primer plano y aplanada en un segundo plano sustancialmente perpendicular al primer plano,
• una seccion media entre la seccion superior y la seccion inferior, en donde la seccion media proporciona una transicion de diseno desde el diseno circular de la seccion superior hacia el diseno aplanado de la seccion inferior.
La tobera proporciona la corriente de flujo acial central a lo largo de toda la longitud de la tobera y por lo tanto para que un volumen considerable del metal fundido pase la tobera sin desviacion alguna.
En la modalidad que sigue a la reivindicacion 2, la corriente de eje central puede extenderse sobre la longitud total de la abertura inferior de tobera mientras que los deflectores mencionados son responsables de al menos 2 corrientes de metal auxiliares, una a cada lado de la corriente central, cuyos deflectores tienen la funcion de medios de guia para dirigir la corriente de metal respectiva hacia la seccion lateral respectiva de la abertura de salida.
Estas corrientes de metal que escapan de manera lateral son de velocidad inferior en comparacion con aquellas toberas de acuerdo con la tecnica anterior y por lo tanto provocan menos turbulencias en el bano de metal, cualquier estrato de escoria y/o polvo de enmascaramiento en y sobre el bano de metal en el recipiente correspondiente.
Deflectores se adaptan en la seccion media de la tobera entre el extremo superior e inferior, pudiendose extender ademas hacia el extremo inferior y/o superior, proporcionando siempre un espacio libre entre ellos para el flujo axial libre del fundido. Los deflectores pueden extenderse >50%, >60%, >70% o incluso >80% de la longitud axial total de la tobera.
La invencion proporciona ademas una o mas de las siguientes modalidades:
• Una tobera, en donde la transicion del diseno procede sustancialmente de manera continua entre la seccion superior y la seccion inferior. En otras palabras: se desea una transicion suave, uniforme, entre las dos secciones, evitando cualquier borde afilado, resalto, ranura, etc. Esto es verdadero tambien para el diseno interno y externo de la tobera.
• No es obligatorio instalar los deflectores en una manera de espejo invertido, aunque este diseno hace mas homogeneo el flujo de metal total. Los deflectores tambien pueden instalarse desplazados con respecto a la extension axial de la tobera y/o mas de 2 deflectores pueden sobresalir de la pared interna del cuerpo en una posicion axial a lo largo de la longitud de la tobera.
• Pudiendo tener al menos uno o cada par de deflectores (resaltos) la forma de una V invertida (en una vista frontal), con un area principal aplanada con un area principal, de frente a un area principal, plana, correspondiente, del otros deflectores.
• Puede proporcionarse un segundo y/o tercer par de deflectores, cada uno sustancialmente del mismo diseno general que el primer par de deflectores, pero instalado a una distancia del primer par de deflectores.
• Segun se menciona, una tobera con al menos un primer par de deflectores que se instalan, al menos parcialmente, en la seccion inferior de la tobera y/o
• Una tobera con al menos un primer par de deflectores instalandose, al menos parcialmente, en la seccion media de la tobera.
• Al menos un deflector o un primer par de deflectores pueden terminar en la abertura de salida, aunque tambien es posible instalar lo(s)
• deflector(es) de tal manera que termine(n) a una distancia previa a la seccion de salida correspondiente de la abertura de salida.
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• La tobera puede tener al menos una de las siguientes dimensiones:
• una distancia entre deflectores opuestos de entre 5 y 15 mm
• una altura de deflector, perpendicular al eje longitudinal central (A) de 5-20 mm
• una abertura de entrada con un diametro interno de entre 40 y 120 mm
• una abertura de salida con una longitud de entre 100 y 400 mm y con una amplitud de entre 5 y 40 mm.
• una abertura de salida con una longitud de al menos dos veces el diametro de la abertura de entrada y/o una amplitud de cuando mucho la mitad del diametro de la abertura de entrada. Esto corresponde a un diseno general de una asi llamada SEN de losa delgada (aleman: Breitmaul ETA".
• la abertura de entrada se define por una seccion de salida axial central y dos secciones de salida laterales, que se extienden hacia la abertura de entrada.
Haciendo referencia al diseno de “V invertida” de un par de deflectores, una modalidad adicional proporciona una “V con extremidades curvas”. Esta curvatura puede ser paralela a una curvatura correspondiente de la pared interna del cuerpo refractario (es decir, la curvatura de la pared de conducto). Otra modalidad proporciona un diseno de acuerdo al cual cualquier distancia entre la pared de conducto y la superficie de borde correspondiente del deflector se hace menor en la direccion hacia la abertura de salida.
La tobera puede hacerse de cualquier material refractario (como un material en base a MgO, AhO3, ZrO2, C) y puede elaborarse mediante cualquier proceso convencional (entre otros, prensado isostatico).
A menos que se describa de otro modo, el termino “sustancialmente” caracteriza la configuracion correspondiente que se logra bajo aspectos tecnicos. Por ejemplo: “Orientacion sustancialmente vertical de la tobera durante su uso” no necesariamente representa una orientacion vertical exacta bajo aspectos matematicos sino la tipica posicion tecnica.
La figura muestra, en una manera altamente esquematica, en
Fig. 1a y 1b: vistas tri-dimensionales sobre una tobera de acuerdo con la invencion, parcialmente despiezadas Fig. 2: una vista tri-dimensional sobre el contorno interno de la tobera de acuerdo con la Fig. 1a y 1b Fig. 3: un area de flujo externo de la tobera y direcciones de flujo del fundido, correspondientes.
Todas las Figuras muestran una asi llamada tobera de entrada sumergida (SEN), hecha de un lote a base de MgO, isostaticamente prensada y encendida de acuerdo con tecnicas convencionales.
La SEN muestra un cuerpo refractario similar a un tubo 10 con una sola abertura de entrada 12 de seccion transversal sustancialmente circular en su primer extremo (el extremo superior en la posicion de uso segun se muestra) y una sola abertura de salida 14 de seccion transversal sustancialmente rectangular/ovalada en su segundo extremo (el extremo inferior en la posicion de uso). La abertura de entrada 12 y la abertura de salida 14 forman un puente mediante un conducto 16, se extienden a lo largo de un eje longitudinal central (A) del cuerpo 10, cuyo eje se orienta sustancialmente vertical durante el uso de la tobera. El conducto 16 se define por una pared interna 10i del cuerpo similar a tubo refractario 10.
Correspondiente al diseno general de la seccion superior e inferior, 18, 20, la abertura de entrada 12 y la abertura de salida 14 de la tobera, el conducto 16 varia su seccion transversal de circular a una geometria similar a un ovalo plano o a un rectangulo delgado con porciones de extremo redondeadas. Este cambio se realiza principalmente en la seccion media 22 (Fig. 2).
El diseno general puede describirse como sigue: el cuerpo similar a un tubo 10 comprende, adyacente a la abertura de entrada 12, una seccion superior 18 de seccion transversal sustancialmente circular, adyacente a la abertura de salida 14, una seccion inferior 20, ensanchada hacia afuera en un primer plano (el plano de la figura) y aplanada en un segundo plano (vertical al plano de la figura), sustancialmente perpendicular al primer plano, una seccion media 22 entre la seccion superior 18 y la seccion inferior 20, en donde la seccion media 22 proporciona una transicion de diseno desde el diseno circular de la seccion superior 18 hacia el diseno aplanado de la seccion inferior 20. Esta transicion de diseno procede sustancialmente de manera continua entre la seccion superior e inferior 18, 20, como puede observarse a partir de las Figuras 1a, 1b y 2.
Por consiguiente, la seccion inferior 20 tiene una longitud de aproximadamente 8 veces su amplitud. Siendo lo mismo verdadero para la seccion transversal de la abertura de salida correspondiente 14.
Desde cada una de las secciones opuestas de la pared interna 10i en la seccion media 22 y la seccion inferior 20, los deflectores 30, 32, 34, 36 sobresalen hacia el conducto 16, formando asi un espacio 38 entre las principales areas planas, correspondientes (superficies frontales) 30f, 32f, 34f, 36f. Los deflectores 30, 32 y 34, 36 se enlazan respectivamente en conjunto, proporcionando asi cada una la forma de una V invertida con bordes externos ligeramente curvos 30b, 32b, 34b, 36b y bordes internos. Estos bordes siguen la forma correspondiente de la pared
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interna 10i opuesta al borde respectivo.
Los dos pares de deflectores 30, 32; 34, 36 en cada lado del conducto 16 (Fig. 2 solo muestra un lado) se instalan desplazadas a lo largo del eje central longitudinal A de la tobera y terminando en la abertura de salida comun, correspondiente 14.
El angulo a entre el eje longitudinal central A y una linea que intercepta las dos extremidades verticales de una extremidad 32 es de aproximadamente 17° (siendo un rango tipico de 15°-25°), es decir, la boquilla V incluye un angulo de 2 x 17° = 34°. Esto es verdadero tambien con respecto al deflector inferior provisto por las extremidades 34, 36.
Debido a la distancia (espacio 38) de los deflectores correspondientes 30, 30; 32, 32; 34, 34; 36, 36, se hace claro que la tobera proporciona un pasaje central alrededor del eje longitudinal central A que corre continuamente y sustancialmente directo desde la abertura de entrada 12 hacia la abertura de salida 14. Correspondientemente, la tobera proporciona un pasaje central para el metal fundido, a lo largo del cual se alimenta el fundido en una manera mas o menos lineal (flecha D en la Fig. 3) hacia y a traves de la abertura de salida 14 y de este modo en una orientacion vertical, orientada hacia abajo, hacia el interior de un molde 40 correspondiente (Fig. 3).
Los deflectores 30, 32, 34, 36, instalados adyacentes en ambos lados del pasaje central, provocan que el fundido siga su orilla respectiva y se dirija por lo tanto hacia secciones laterales 141 de la abertura de salida comun 14 y abandone la abertura de salida 14 de manera sustancialmente lateral (flechas L en la Fig. 3).
Es importante resaltar que aunque la corriente de metal tome direcciones diferentes mientras sale de la tobera, solo hay una abertura de salida 14 y todas estas corrientes de metal, central y lateral, se encuentra en contacto fluido entre si.
La Fig. 3 muestra tres direcciones principales de la corriente de metal de flujo externo. Una, la corriente central D, en extension del eje A verticalmente hacia abajo y las otras dos lateralmente (L) en lados opuestos de la abertura de salida 14.
Mediante este diseno puede incrementarse la magnitud de flujo de paso y se reducen las turbulencias en el bano de metal del recipiente asociado (molde 40).
Claims (10)
- 51015202530354045505560REIVINDICACIONES1. Una tobera para guiar una masa fundida de metal desde un primer a un segundo medio, que comprende:a) un cuerpo refractario similar a un tubo (10) conb) una abertura de entrada (12) en su primer extremo (18),c) una abertura de salida (14) en su segundo extremo (20),d) un conducto (16), alargado a lo largo de un eje longitudinal central (A) que esta orientado verticalmente durante el uso, limitado mediante una pared interna (10i) del cuerpo refractario similar a un tubo y que se extiende desde dicha abertura de entrada (12) a dicha abertura de salida (14), ye) deflectores (30, 32, 34, 36), que se proyectan desde dicha pared interna (10i) en el conducto (16), caracterizada por quef) al menos un primer par de deflectores (30, 32, 34, 36), que sobresalen desde secciones opuestas de la pared interna (10i) del cuerpo refractario (10) y dejan un pasaje (38) entre ellos, a traves del que se extiende el eje longitudinal central (A), con pares de deflectores (30, 32, 34, 36) teniendo cada uno una forma de una V invertida en una vista frontal, con un area plana principal (30f, 32f, 34f, 36f) enfrente de un area plana principal del otro par de deflectores, asi como bordes superiores e inferiores (30b, 32b, 34b, 36b) que siguen sustancialmente el diseno de la seccion correspondiente de la pared interna (10i) del cuerpo refractario en relacion con dicho borde (30b, 32b, 34b, 36b) de manera queg) se proporciona un pasaje de flujo continuo alrededor del eje longitudinal central (A) para la masa fundida de metal entre la abertura de entrada (12) y una unica abertura de salida (14).
- 2. Tobera de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que el cuerpo similar a un tubo (10) comprende,a) adyacente a la abertura de entrada (12): una seccion superior (18) de seccion transversal sustancialmente circular,b) adyacente a la abertura de salida (14): una seccion inferior (20), ensanchada hacia fuera en un primer plano y aplanada en un segundo plano sustancialmente perpendicular al primer plano,c) una seccion media (22) entre dicha seccion superior (18) y dicha seccion inferior (20), en donde la seccion media (22) proporciona una transicion de diseno desde el diseno circular de la seccion superior (18) al diseno aplanado de la seccion inferior (20).
- 3. Tobera de acuerdo con la reivindicacion 2, en la que la transicion de diseno continua sustancialmente continuamente entre la seccion superior (18) y la seccion inferior (20).
- 4. Tobera de acuerdo con la reivindicacion 1 con un segundo y/o un tercer par de deflectores (34, 36), cada uno de diseno sustancialmente igual al del primer par de deflectores (30, 32) pero dispuestos a una distancia respecto a dicho primer par de deflectores (30, 32).
- 5. Tobera de acuerdo con la reivindicacion 1 con al menos un primer par de deflectores (34, 36) dispuestos, al menos parcialmente, en la seccion inferior (20) de la tobera.
- 6. Tobera de acuerdo con la reivindicacion 1 con al menos un primer par de deflectores (30, 32) dispuestos, al menos parcialmente, en la seccion media (22) de la tobera.
- 7. Tobera de acuerdo con la reivindicacion 1, con al menos un primer par de deflectores (30, 32) que terminan en la abertura de salida (14).
- 8. Tobera de acuerdo con la reivindicacion 1 que proporciona al menos una de las siguientes dimensiones:a) una distancia entre deflectores opuestos (30, 30; 32, 32; 34, 34; 36, 36) de entre 5 y 15 mmb) una altura de deflector, perpendicular al eje longitudinal central (A) de 5-20 mmc) una abertura de entrada (12) con un diametro interno de entre 40 y 120 mmd) una abertura de salida (14) con una longitud de entre 100 y 400 mm y una anchura de entre 5 y 40 mm.
- 9. Tobera de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la abertura de salida (14) tiene una longitud de al menos el doble del diametro de la abertura de entrada (12) y/o una anchura de como maximo la mitad del diametro de la abertura de entrada (12).
- 10. Tobera de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la abertura de salida (14) esta definida mediante una seccion de salida axial central y dos secciones de salida laterales, que se extienden hacia la abertura de entrada (12).
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