ES2629552T3

ES2629552T3 - Optimización térmica en recipientes usados para contener metales fundidos

Info

Publication number: ES2629552T3
Application number: ES15191699.6T
Authority: ES
Inventors: Eric W. Reeves; James Boorman; Robert Bruce Wagstaff; Randal Guy Womack
Original assignee: Novelis Inc Canada; Novelis Inc
Current assignee: Novelis Inc Canada; Novelis Inc
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2017-08-11
Anticipated expiration: 2031-04-13
Also published as: JP2013525114A; WO2011130825A1; RU2560811C2; US10012443B2; DE202011110947U1; US8657164B2; US20160161186A1; CA2847740A1; BR112012023035B1; JP6248157B2; CN105127407A; JP2016028833A; EP2560776B1; EP2560776A4; EP2560776A1; KR20130057420A; CA2847740C; EP2998047A1; US20140117596A1; PL2998047T3

Abstract

Un recipiente usado para contener metal fundido que tiene una entrada para metal fundido y una salida para metal fundido, incluyendo dicho recipiente: un revestimiento refractario (12) formado por unidades de revestimiento refractario en contacto, incluyendo dichas unidades al menos una unidad de revestimiento refractario intermedia (14) y dos unidades de extremo (16, 17), estando una de dichas unidades de extremo en dicha entrada y estando colocada otra de dichas unidades de extremo en dicha salida, y estando colocada dicha al menos una unidad intermedia (14) entre dichas unidades de extremo (16, 17) alejada de dicha entrada y dicha salida, teniendo cada una de las unidades de revestimiento una superficie exterior y una superficie interior de contacto de metal, un alojamiento (20) que contacta dichas unidades de extremo (16, 17) y que rodea al menos parcialmente las superficies exteriores de las unidades de revestimiento refractario con un intervalo (24) entre las superficies exteriores de dicha al menos una unidad intermedia (14) y el alojamiento (20); y al menos un dispositivo de calentamiento (45) colocado en el intervalo (24) adyacente a dicha al menos una unidad intermedia (14); donde dichas unidades de revestimiento se hacen de materiales refractarios y el material de al menos una de dichas unidades de extremo (16, 17) tiene una conductividad térmica más baja que el material refractario de dicha al menos una unidad intermedia (14).

Description

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DESCRIPCION

Optimizacion termica en recipientes usados para contener metales fundidos Campo tecnico

Esta invencion se refiere a recipientes usados para contener y/o transportar metales fundidos y, especialmente, a tales recipientes que tienen dos o mas unidades de recubrimiento refractario que entran en contacto directo una con otra y con los metales fundidos durante el uso. Mas en concreto, la invencion resuelve los problemas de escape de metal fundido y optimizacion termica en tales recipientes.

Antecedentes de la invencion

Se conocen varios recipientes para contener y/o transportar metales fundidos. Por ejemplo, los metales fundidos como aluminio fundido, cobre, acero, etc, son transportados frecuentemente a traves de canales alargados (a veces llamados regueras de colada, canales de colada, etc) desde una posicion a otra, por ejemplo, desde un horno de fundicion de metales a un molde de vaciado o aparato de colada. Lo usual en los tiempos recientes ha sido hacer tales canales de secciones de canal modulares que pueden usarse solas o unidas para obtener un canal integral de cualquier longitud deseable. Cada seccion de canal incluye generalmente un revestimiento refractario que en el uso entra en contacto con el metal fundido y lo transporta desde un extremo del canal al otro. El revestimiento puede estar rodeado por un material termoaislante, y la estructura combinada puede mantenerse dentro de una envuelta o alojamiento externo hecho de metal u otro material ngido. Los extremos de cada seccion de canal pueden estar provistos de una chapa transversal ampliada o pestana que proporciona soporte estructural y facilita la conexion de una seccion de canal a otra (por ejemplo, atornillando pestanas de apoyo).

Tambien se conoce dotar a los canales de transporte de metal de medios de calentamiento para mantener la temperatura del metal fundido cuando es transportado a traves del canal, y tales medios de calentamiento pueden estar colocados dentro del alojamiento cerca de una superficie externa del revestimiento refractario de modo que el calor sea transferido a traves de la pared de revestimiento al metal situado dentro. Por ejemplo, la Patente de Estados Unidos 6.973.955 concedida el 13 de diciembre de 2005 a Tingey y colaboradores describe una seccion de canal que tiene un elemento de calentamiento electrico debajo del revestimiento refractario mantenido dentro de un alojamiento de metal externo. En este caso, el revestimiento refractario se hace de un material de conductividad termica relativamente alta, por ejemplo, carburo de silicio o grafito. Una desventaja observada de esta disposicion es que puede escapar metal fundido del revestimiento (por ejemplo, a traves de fisuras que pueden desarrollarse durante el uso) y danar el elemento de calentamiento. Como proteccion contra esto, se dispone una barrera a la entrada de metal entre la parte inferior del revestimiento refractario y el elemento de calentamiento. La barrera puede tomar la forma de un tamiz o malla hecho de una aleacion metalica termorresistente (a metal fundido) no humectable, por ejemplo, una aleacion de Fe-Ni-Cr. Aunque la barrera a la entrada de metal fundido de la patente anterior puede ser efectiva, en general es diffcil de instalar de tal forma que se evite que todo el metal fundido resultante de un escape contacte el elemento de calentamiento. Ademas, esta solucion al problema del escape de metal tiende a ser cara, en particular cuando se emplean aleaciones exoticas en la barrera.

FR 2 364 081 se refiere a una reguera de colada o canal incluyendo un sustrato ngido en el que se ha colocado una sustancia refractaria. La sustancia refractaria incluye, entre otros, fibras altamente resistentes termicamente y un ligante y esta recubierta con una capa de una sustancia altamente resistente a la abrasion y la corrosion, habiendo una capa del material coloreado entre la sustancia refractaria y la capa resistente a la abrasion y a la corrosion para transferir metal lfquido de la etapa de fusion a la etapa de refinado o desde la etapa de refinado a la etapa de colada. El canal de colada tiene una mejor resistencia al desgaste y duracion ademas de ser de construccion mas simple que los canales de colada convencionales.

El problema de escape de metal fundido del revestimiento refractario se incrementa cuando el revestimiento propiamente dicho se hace de dos o mas unidades de revestimiento en contacto dentro de un canal o seccion de canal. La union entre las dos unidades de revestimiento forma un punto debil donde el metal puede penetrar en el revestimiento. El uso de dos o mas unidades es necesario en muchos casos porque hay un lfmite practico a las longitudes a las que las unidades de revestimiento refractario se pueden hacer sin incrementar el riesgo de fisura o fallo mecanico, pero secciones de canal de mayor longitud que este lfmite pueden ser necesarias para minimizar el numero de secciones necesarias para una extension completa del canal. Cuando una seccion de canal tiene dos o mas unidades de revestimiento refractario unidas extremo con extremo, las unidades se mantienen por lo general juntas con la fuerza de compresion (proporcionada por el alojamiento y las pestanas de extremo) y la union interviniente se sella de ordinario solamente con una capa compresible de papel refractario o cuerda refractaria. Con el tiempo, tales juntas estancas se degradan y una cantidad de metal fundido escapa de ordinario a traves del revestimiento al interior del alojamiento. Si la seccion de canal tiene uno o varios elementos de calentamiento u otros dispositivos, el metal fundido llegara a menudo a tales elementos de calentamiento o dispositivos y danara el equipo y producira cortocircuitos electricos.

Otra desventaja del equipo conocido es que, cuando se utilizan canales o secciones de canal calentados, por lo

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general se utiliza un recubrimiento refractario de alta conductividad termica para permitir la eficiente transferencia de calor a traves del material refractario del revestimiento de canal. Sin embargo, esto puede tener la desventaja de que se conduce calor a lo largo del revestimiento refractario a la pestana de extremo de metal, creando por ello una region de alta perdida de calor del revestimiento y una region peligrosa de alta temperature en el exterior del alojamiento.

Consiguientemente, se necesita una mejora de las secciones de canal de este tipo general con el fin de resolver algunos o todos estos problemas y posiblemente problemas adicionales.

Resumen de la invencion

Aqu se describe un recipiente usado para contener metal fundido. El recipiente incluye un revestimiento refractario que tiene al menos dos unidades de revestimiento refractario colocadas extremo con extremo, con una union entre las unidades, teniendo cada unidad una superficie exterior y una superficie interior de contacto de metal. El recipiente tambien tiene un alojamiento rodeando al menos parcialmente las superficies exteriores de las unidades de revestimiento refractario con un intervalo entre las superficies exteriores y el alojamiento. Elementos de confinamiento de metal fundido, que el metal fundido no puede penetrar, estan colocados en lados opuestos de la union dentro del intervalo, al menos debajo de un nivel horizontal correspondiente a una altura de trabajo maxima predeterminada de metal fundido mantenido dentro del recipiente en el uso, para dividir el intervalo en una region de confinamiento de metal fundido entre los elementos y al menos otra region. Los elementos de confinamiento evitan que metal fundido en la region de confinamiento penetre en la otra u otras regiones del intervalo dentro del alojamiento de modo que estas regiones puedan usarse para alojar equipo (por ejemplo, dispositivos de calentamiento tales como calefactores electricos) que se dananan por contacto con metal fundido. Asf, mas bien que proporcionar una barrera para retener el metal fundido que pueda penetrar a traves de alguna parte del revestimiento refractario del recipiente, se facilita una zona de confinamiento o ruta de escape para el metal fundido penetrante, en base a la observacion de que el lugar mas probable de dicha penetracion de metal son las uniones entre las unidades que forman el revestimiento refractario. De esta forma, el metal fundido se mantiene apartado de las zonas del recipiente interior donde puede producir dano.

Una realizacion ejemplar se refiere a un recipiente usado para contener metal fundido que tiene una entrada para metal fundido y una salida para metal fundido. El recipiente incluye un revestimiento refractario hecho de unidades de revestimiento refractario en contacto. Las unidades incluyen al menos una unidad de revestimiento refractario intermedia y dos unidades de extremo, estando colocada una de las unidades de extremo en la entrada de metal fundido y estando colocada la otra de las unidades de extremo en la salida de metal fundido. La unidad o unidades intermedias esta o estan colocadas entre las unidades de extremo remoto de la entrada y las salidas. Cada unidad de revestimiento refractario tiene una superficie exterior y una superficie interior de contacto de metal. Un alojamiento contacta las unidades de extremo y rodea al menos parcialmente las superficies exteriores de las unidades de revestimiento refractario con un intervalo entre las superficies exteriores de la unidad o unidades intermedias y el alojamiento. Un dispositivo de calentamiento esta colocado en el intervalo adyacente a la unidad o unidades intermedias. Las unidades de revestimiento se hacen de materiales refractarios y el material de las unidades de extremo (o al menos una de ellas) tiene una conductividad termica mas baja que el material refractario de la unidad o unidades intermedias. Esto maximiza la penetracion de calor del dispositivo de calentamiento a traves del material refractario de la unidad o unidades intermedias, pero minimiza la perdida de calor a traves de la unidad o unidades de extremo al alojamiento adyacente a la entrada y la salida de metal fundido.

En la realizacion ejemplar, el recipiente puede tomar varias formas, pero es preferiblemente un canal o seccion de canal usado para transportar metal fundido, en cuyo caso el revestimiento refractario es alargado y tiene una entrada para la entrada de metal fundido en un extremo y una salida para la salida de metal fundido en un extremo opuesto. Las superficies interiores de contacto de metal de las unidades de revestimiento pueden formar un canal de transporte de metal fundido abierto por arriba o, alternativamente, un canal cerrado (por ejemplo, formando el revestimiento refractario un tubo).

Tambien se describe aqrn una seccion de canal para transportar metal fundido, incluyendo la seccion de canal: al menos dos unidades de recubrimiento refractario colocadas extremo con extremo, con una union entre las unidades, para formar un recubrimiento refractario alargado, teniendo cada unidad una superficie exterior y un canal longitudinal de transporte de metal abierto en un lado superior de la superficie exterior, un alojamiento rodeando al menos parcialmente las unidades de recubrimiento refractario, excepto en los lados superiores, con un intervalo formado entre las unidades de recubrimiento refractario y el alojamiento; y un par de elementos de confinamiento de metal, impermeables a metal fundido, colocados uno en cada lado de la union y rodeando las superficies exteriores de las unidades de recubrimiento refractario, al menos debajo de un nivel horizontal correspondiente a una altura de trabajo maxima predeterminada de metal fundido transportado por la seccion de canal en el uso, y puenteando el intervalo entre la superficie exterior y una superficie interna del alojamiento; donde cada uno de los elementos de confinamiento tiene superficies de forma conforme a la superficie externa y a la superficie interna para formar por ello una region de confinamiento de metal fundido entre los elementos de confinamiento para contener y confinar el metal fundido que en el uso escape por la union.

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Una realizacion preferida ejemplar proporciona una seccion de canal para transportar metal fundido, incluyendo la seccion de canal:: al menos dos unidades de recubrimiento refractario colocadas extremo con extremo formando un recubrimiento refractario alargado que tiene extremos longitudinales opuestos, teniendo cada una de las unidades un canal longitudinal de transporte de metal abierto en un lado superior, y un alojamiento rodeando al menos parcialmente las unidades de recubrimiento refractario, excepto en los lados superiores, e incluyendo una pared de extremo transversal que contacta y rodea parcialmente uno de los extremos longitudinales del recubrimiento refractario, donde la unidad de recubrimiento refractario que contacta la pared transversal de extremo se hace de un material refractario de conductividad termica mas baja que un material de al menos otra unidad de recubrimiento refractario que forma el recubrimiento refractario alargado.

Es preferible proporcionar secciones de canal segun las realizaciones ejemplares con al menos dos unidades intermedias por seccion de canal porque las unidades de recubrimiento refractario tienen una tendencia a la fisuracion mayor a medida que aumenta su longitud, de modo que hay una longitud maxima practica a la que se pueden hacer (que puede variar segun el material elegido, pero que a menudo es del rango de 400 a 1100 mm). Ademas, cuando el recubrimiento refractario de una seccion de canal es calentado desde dentro de la seccion de canal, es deseable hacer la seccion lo mas larga posible para maximizar la longitud de canal que se calienta. Las regiones de extremo de las secciones de canal donde se unen las secciones no pueden calentarse y, de hecho, allf puede producirse perdida de calor a las paredes de extremo de la seccion, de modo que es deseable minimizar el numero de secciones de canal usadas para producir una longitud de canal requerida. Esto maximiza la entrada de calor por unidad de longitud del canal. Aunque no se prefiere, un modulo de canal corto construido con una sola unidad intermedia de recubrimiento refractario puede ser necesario debido a las limitaciones de distancia entre otro equipo en la corriente de metal fundido. Las secciones de canal pueden hacerse en general de cualquier longitud adecuada ajustando el numero de unidades de recubrimiento refractario por canal. Longitudes de 570 mm hasta 2 m, mas preferiblemente de 1300 a 1800 mm, son habituales. La longitud real elegida a partir de este rango se determina por la facilidad de instalacion, minimizando secciones no calentadas requeridas para la interfaz con otro equipo en la corriente de metal fundido, y la facilidad de manejo y transporte.

Las secciones de canal de las realizaciones ejemplares pueden usarse para transportar metales fundidos de cualquier tipo a condicion de que las unidades de recubrimiento refractario (y los elementos de confinamiento de metal) se hagan de materiales que puedan resistir sin deformacion, fusion, desintegracion de partfculas o reaccion qmmica las temperaturas que haya. Idealmente, los materiales refractarios resisten temperaturas de hasta 1200°C, lo que los hace adecuados para aluminio y cobre, pero no acero (se precisanan y estan disponibles refractarios para acero capaces de resistir temperaturas mas altas). Muy preferiblemente, las secciones de canal estan destinadas al uso con aluminio y sus aleaciones, en cuyo caso los materiales refractarios tendnan que resistir temperaturas de trabajo del rango de solo 400 a 800°C.

El termino “material refractario” en el sentido en que se usa aqrn con referencia a recipientes de contencion de metal pretende incluir todos los materiales que sean relativamente resistentes al ataque por metales fundidos y que sean capaces de conservar su resistencia a las altas temperaturas previstas para los recipientes. Tales materiales incluyen, aunque sin limitacion, materiales ceramicos (solidos inorganicos no metalicos y vidrios termorresistentes) y no metales. Una lista no limitativa de materiales adecuados incluye los siguientes: los oxidos de aluminio (alumina), silicio (sflice, en particular sflice fundida), magnesio (magnesia), calcio (cal), circonio (zirconia), boro (oxido de boro); carburos metalicos, boruros, nitruros, siliciuros, tales como carburo de silicio, en particular carburo de silicio unido por nitruro (SiC/Si3N4), carburo de boro, nitruro de boro; aluminosilicatos, por ejemplo, silicato de calcio aluminio; materiales compuestos (por ejemplo, compuestos de oxidos y no oxidos); vidrios, incluyendo vidrios maquinables; lanas minerales de fibras o sus mezclas; carbono o grafito; y analogos.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1 es una vista en perspectiva de una seccion de canal, con chapas superiores quitadas para claridad.

La figura 2 es una seccion transversal vertical longitudinal de la seccion de canal de la figura 1.

La figura 3 es una vista en planta superior de la seccion de canal de las figuras 1 y 2.

La figura 4 es una vista en perspectiva de elementos de confinamiento de metal usados en las figuras 1 a 3, pero representados aislados y en escala ampliada.

La figura 5 es una vista en perspectiva similar a la figura 1, pero representa una realizacion ejemplar.

La figura 6 es una seccion transversal vertical longitudinal de la seccion de canal de la figura 5.

La figura 7 es una vista en planta superior de la seccion de canal de las figuras 5 y 6.

La figura 8 es una vista en perspectiva de una unidad de extremo de revestimiento refractario como en las figuras 1 a 3 y usada en la realizacion de las figuras 5 a 7, pero representada aislada y en escala ampliada.

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Y la figura 9 es una vista en perspectiva de otra realizacion ejemplar de una seccion de canal.

Descripcion detallada

En las figuras 1 a 3 se representa un recipiente de contencion de metal en forma de una seccion de canal de un tipo usado para transportar metal fundido de una posicion a otra. La seccion de canal 10 puede ser usada solo para abarcar distancias cortas o puede unirse a una o varias secciones de canal similares o identicas para formar un canal modular mas largo de transporte de metal. Se debera indicar que la seccion de canal representada en estos dibujos esta provista normalmente de dos chapas de metal superiores longitudinales horizontales, extendiendose una a lo largo de cada lado del canal de transporte de metal 1l, formando una parte superior de un alojamiento externo 20, pero tales chapas superiores se han omitido en el dibujo para poner de manifiesto los elementos interiores. El aislamiento termico, por ejemplo, en forma de placas aislantes refractarias o placas fibrosas, normalmente dispuestas dentro del alojamiento, tambien se ha omitido para mayor claridad. Los elementos de refuerzo 13 (destinados a reforzar el alojamiento 20) tambien se representan en la figura 1 en un lado solamente del canal 11, pero estan presentes en ambos lados como se puede ver en la figura 3.

El canal de transporte de metal 11 esta formado por cuatro unidades de revestimiento refractario que forman conjuntamente un revestimiento refractario alargado 12 que contiene y transporta el metal fundido desde un extremo de la seccion de canal al otro durante el uso. Las cuatro unidades de revestimiento refractario incluyen dos unidades intermedias 14 y 15, y dos unidades de extremo 16 y 17. Estas unidades generalmente en forma de U abiertas por arriba estan alineadas longitudinalmente formando el revestimiento 12 y se mantienen en posicion dentro del alojamiento 20. El alojamiento se hace en general de un metal tal como acero y (ademas de las chapas superiores mencionadas anteriormente) tiene paredes laterales 21, una pared inferior 22 y un par de paredes de extremo transversales ampliadas 23 que forman pestanas que soportan la seccion y facilitan el montaje de una seccion de canal en otra (por ejemplo, atornillando pestanas de secciones adyacentes). El alojamiento 20 rodea las unidades de revestimiento refractario excepto en sus lados superiores abiertos, pero con un intervalo 24 entre las unidades de recubrimiento refractario y las superficies interiores adyacentes de las paredes laterales 21 y la pared inferior 22. Las paredes laterales, la pared inferior y las paredes de extremo pueden unirse de modo que el metal fundido que escape al alojamiento del canal 11 no salga, o alternativamente, pueden tener intervalos (por ejemplo, entre la pared inferior y las paredes laterales), que permitan el escape de metal fundido.

Las dos unidades de revestimiento refractario intermedias 14 y 15 contactan formando una union 25 que se sella para evitar el escape de metal fundido, por ejemplo, proporcionando una capa de un papel refractario compresible entre las unidades o una cuerda refractaria comprimida dentro de una ranura 18 dispuesta en las caras de contacto o formada en las caras de canal de las unidades solapando la union. Se han formado uniones similares 26 y 27 entre las unidades de extremo 16, 17 y sus unidades intermedias de contacto 14 y 15, aunque las unidades de extremo tienen partes que se extienden una distancia corta a lo largo del exterior de las unidades intermedias como se representa (vease la figura 2) y asf presentan un recorrido mas complejo o contorneado contra el escape de metal fundido del canal 11 a traves de las uniones 26, 27. Estas uniones tambien estan provistas de una junta estanca de papel refractario o cuerda o analogos para evitar el escape de metal fundido. Las partes de unidades de extremo 16 y 17 que se extienden a lo largo del exterior de las unidades 14 y 15 tambien permiten que las unidades de extremo 16 y 17 proporcionen soporte para las unidades intermedias 14 y 15, dado que las unidades de extremo descansan a su vez en la pared inferior 22 del alojamiento, como se puede ver en la figura 2. Sin embargo, tal soporte ffsico no es esencial e incluso puede no ser preferible si da lugar al desarrollo de cargas mecanicas indeseables en las unidades refractarias de extremo que pueden dar lugar a fisuracion o fallo de las unidades refractarias de extremo. Las unidades de extremo 16 y 17 tambien tienen una parte sobresaliente 30 que se extiende a traves de una muesca rectangular 31 en las paredes de extremo 23 y la parte sobresaliente termina sobresaliendo ligeramente de la pared de extremo adyacente (normalmente una cantidad del rango de 0 - 10 mm, y preferiblemente aproximadamente 6 mm) de modo que las secciones de canal 10 puedan montarse extremo con extremo con las partes sobresalientes 30 en contacto de apoyo y alineacion una con otra para evitar la perdida de metal fundido en la interfaz. La muesca 31 encaja estrechamente alrededor de la parte sobresaliente 30 de modo que las paredes de extremo 23 del alojamiento 20 tambien proporcionen soporte para las unidades de extremo 16 y 17. Una unidad de extremo 17 se representa aislada para mayor claridad en la figura 8.

Como se ha indicado anteriormente, las dos unidades de revestimiento refractario intermedias 14 y 15 apoyan una en otra en la union 25. Un par de elementos de confinamiento de metal 35 y 36 estan dispuestos en el intervalo 24, estando situado un elemento en cada lado opuesto de la union 25 para definir una region de confinamiento de metal 38 entremedio. Esta region se denomina una region de confinamiento de metal porque, si escapa metal fundido del canal 11 a traves de la union 25 durante el uso de la seccion de canal, como puede suceder si la junta estanca entre las unidades 14 y 15 comienza a fallar, el metal fundido escapa a la region de confinamiento 38 y es retenido de modo que no vaya a otras partes del interior del alojamiento 20. Si el alojamiento 20 no tiene salidas en la region de confinamiento, el metal fundido que escapa a la region de confinamiento es retenido allf permanentemente y puede solidificarse en contacto con las superficies interiores del alojamiento. Por otra parte, si el alojamiento 20 tiene salidas (por ejemplo, si hay un intervalo entre la pared inferior y las paredes laterales del alojamiento), puede escapar metal fundido al exterior del alojamiento (si permanece fundido) donde puede recogerse opcionalmente en

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un deposito o canal adecuado. Como se ha mencionado, una caractenstica importante es que los elementos de confinamiento 35 y 36 evitan el movimiento de metal fundido mas alia de la region de confinamiento a otras partes interiores del alojamiento. Para asegurar tal confinamiento del metal fundido, los elementos 35 y 36, que se representan aislados en la figura 4, tienen superficies interiores 39 y superficies exteriores 40 cuya forma se adapta estrechamente a las superficies externas de las unidades de revestimiento refractario 14 y 15 y a la superficie interior del alojamiento 20, respectivamente, formando por ello una barrera o presa contra la exfiltracion de metal de la region 38 a lo largo de la superficie interior del alojamiento. Tambien puede considerarse que los elementos de confinamiento forman debajo del recubrimiento refractario 12 un asiento o cuna en el que asienta el recubrimiento refractario, y pueden proporcionar soporte ffsico para las unidades de revestimiento refractario 14 y 15, por ejemplo, si los elementos de confinamiento se hacen de una sustancia incompresible. Sin embargo, tal soporte ffsico no es esencial e incluso puede no ser preferible si da lugar al desarrollo de cargas mecanicas indeseables en los elementos de confinamiento que pueden dar lugar a fisuracion o fallo de los elementos de confinamiento o las unidades de revestimiento refractario de extremo. Los elementos de confinamiento de metal son preferiblemente impermeables a la penetracion de metal fundido (es decir, son macizos o tienen poros o agujeros demasiado pequenos para que pueda fluir metal fundido a su traves) y son resistentes a altas temperaturas y al ataque por el metal fundido. Tambien deberan ser preferiblemente de conductividad termica relativamente baja (por ejemplo, preferiblemente inferior a aproximadamente 1,4 W/m-°K, por ejemplo, en un rango de aproximadamente 0,2 -1,1 W/m-°K) para evitar la excesiva perdida de calor del metal fundido en el canal 11 al alojamiento 20. Los materiales adecuados para los elementos de confinamiento incluyen sflice fundida, alumina, mezclas de alumina-sflice, silicato de calcio, etc. Para proporcionar un buen sellado contra la penetracion de metal fundido, las superficies interiores 39 estan provistas preferiblemente de ranuras paralelas 44 para recibir un elemento de sellado compresible tal como una cuerda refractaria o un cordon de material refractario moldeable (no representado). Las superficies exteriores pueden estar ranuradas y selladas de la misma forma, pero, dado que contactan la pared del alojamiento, que es conductora de frio y calor, el metal fundido que penetre entre la superficie exterior 40 y la pared adyacente del alojamiento es probable que se congele y asf permanezca en posicion. Por lo tanto, tal sellado adicional no es especialmente necesario. La pared interior del alojamiento puede estar provista de pares de tiras de colocacion verticales cortas 42 (figura 2), al menos a lo largo de la pared inferior, para facilitar la instalacion y la posicion apropiada de los elementos de confinamiento y para evitar su movimiento durante el uso.

Para formar la region de confinamiento 38, los elementos de confinamiento 35 y 36 estan espaciados uno de otro y de la union 25, aunque la espaciacion puede ser virtualmente cero a condicion de que haya espacio suficiente para acomodar incluso una cantidad pequena del metal fundido y dejar que escape. A medida que aumenta la espaciacion, la capacidad de la region de confinamiento para contener metal fundido aumenta deseablemente, pero el tamano de otras regiones del intervalo dentro del alojamiento, es decir, las regiones que pueden ser necesarias para otros fines, disminuye indeseablemente. En la practica, la espaciacion entre estos elementos puede ser del rango de 0 a 150 mm, preferiblemente de 0 a 100 mm, y mas preferiblemente de 10 a 50 mm. Si la region de confinamiento 38 esta cerrada en todos los lados, cabe pensar que se pueda llenar de metal fundido si la cantidad de escape es suficientemente grande, pero esto no importana, a condicion de que se evite el efecto deseado de evitar el escape a otras regiones del alojamiento.

En los dibujos, los elementos de confinamiento 35 y 36 se extienden hasta la parte superior de las unidades de revestimiento refractario en cada lado del canal 11. En la practica, sin embargo, no es necesario que estos elementos se extiendan mas altos que un nivel horizontal correspondiente a una altura de trabajo maxima predeterminada del metal fundido transportado a traves de la seccion de canal en el uso, puesto que no habra escape de metal fundido por encima de este nivel. Este nivel se indica con la lmea de trazos 43 en la figura 2 a modo de ejemplo. Claramente, el metal fundido que escape del canal 11 al interior del alojamiento 20, es decir, a la region de confinamiento 38, nunca subira por encima de este nivel y por lo tanto no fluira sobre la parte superior de los elementos de confinamiento si se extendiesen hacia arriba al menos a este nivel.

Como se ha indicado, los elementos de confinamiento 35 y 36 evitan que el metal fundido que escape de la union 25 llegue a otras regiones del interior del alojamiento 20. Esto es especialmente deseable cuando estas otras regiones contienen dispositivos que pueden danarse por el contacto con metal fundido, por ejemplo, los elementos de calentamiento electrico 45 usados para mantener el metal fundido en el canal 11 a una temperatura elevada deseada. Tales elementos pueden ser del tipo descrito en la Patente de Estados Unidos 6.973.955 de Tingey y colaboradores.

Aunque el diseno tiene la finalidad de mantener el metal fundido fuera de las regiones en las que estan dichos dispositivos, tambien puede ser prudente disponer uno o varios agujeros de drenaje en estas otras regiones a un nivel por debajo del punto mas bajo de los dispositivos. Por lo tanto, el metal fundido que llega a estas regiones (por ejemplo, procedente de una fisura en el revestimiento refractario situada lejos de la union 25) escapara sin danar los dispositivos.

Aunque las figuras 1 a 3 muestran una seccion de canal 10 que tiene dos unidades de revestimiento refractario intermedias 14 y 15, puede haber mas de dos de tales unidades con el fin de poder alargar la seccion de canal, si se desea. En tales casos, se disponen preferiblemente pares de elementos de confinamiento adyacentes a cada union a tope entre las unidades intermedias. Sin embargo, se ha hallado en la practica que es normal que las secciones de

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canal tengan solamente dos de tales unidades intermedias porque las secciones de canal de mas de aproximadamente 2 m de largo son bastante engorrosas y pesadas de manipular, y es posible construir secciones de canal de longitudes hasta 2 m con solamente dos unidades de revestimiento intermedias 14 y 15 como se representa.

Las figuras 5 a 8 de los dibujos muestran una realizacion de una seccion de canal 10. Esta realizacion es similar a la de las figuras 1 a 4, pero los elementos de confinamiento 35, 36 se han omitido y han sido sustituidos por pilares estrechos 46 de material refractario (por ejemplo, wollastonita) que colocan y soportan las unidades de revestimiento refractario en cada lado del canal en la union 25. En estas realizaciones, no se ha previsto confinamiento del metal fundido que escapa por la union 25, pero tal confinamiento podna proporcionarse segun las figuras 1 a 4, si se desea. En cambio, esta realizacion tiene la finalidad primaria de asegurar que se maximice la ganancia de calor de los elementos de calentamiento 45 por el metal fundido dentro del canal 11 haciendo las unidades de revestimiento refractario intermedias 14 y 15 de un material refractario que sea de alta conductividad termica, asegurando tambien al mismo tiempo que se minimice la perdida de calor por el metal fundido que pasa por encima de los extremos del revestimiento refractario 12 (unidades de revestimiento de extremo 16 y 17). En las unidades de extremo de revestimiento refractario 16 y 17 hay contacto entre las unidades y las paredes metalicas de extremo 23 del alojamiento 20 y puede perderse calor a traves de estas unidades al alojamiento. Esta perdida de calor se minimiza haciendo las unidades de extremo 16 y 17 de un material refractario que es conductor termico pobre. Cualquier diferencia de conductividad termica entre las unidades de extremo de revestimiento 16 y 17 y las unidades de revestimiento intermedias 14 y 15 (siendo las unidades intermedias mejores conductores de calor que las unidades de extremo) ayudana a mejorar la ganancia de calor en el centro del canal reduciendo al mismo tiempo la perdida de calor en uno o ambos extremos, pero es preferible hacer relativamente grande la diferencia de las conductividades termicas. Idealmente, la conductividad termica de los materiales usados para las unidades de revestimiento intermedias es preferiblemente al menos 3,5 W/m-°K (vatios por metro de grosor por grado Kelvin). Cuando disminuye la conductividad del material usado para las unidades intermedias, la temperatura de los elementos 45 debe elevarse para compensacion, lo que es indeseable. Por otra parte, cuando aumenta la conductividad del material, el costo del material tiende a aumentar indeseablemente, en especial si se emplean materiales refractarios de muy alta conductividad y exoticos. Un rango preferido de la conductividad de los materiales elegidos para las unidades intermedias es 3,5 - 20 W/m-°K, e incluso mas preferiblemente 5-10W/m-°K, con el fin de proporcionar un compromiso entre buena conductividad y costo razonable. Se ha hallado que una conductividad especialmente preferida es de aproximadamente 8 w/m-°K. En contraposicion, en el caso de las unidades de extremo de revestimiento refractario 16 y 17, la conductividad del material refractario es preferiblemente inferior a aproximadamente 1,4 W/m-°K, por ejemplo, en un rango de aproximadamente 0,2-1,1 W/m-°K.

Los materiales de alta conductividad termica adecuados para las unidades de revestimiento refractario intermedias 14, 15 incluyen carburo de silicio, alumina, hierro fundido, grafito, etc. Las unidades de revestimiento refractario intermedias pueden recubrirse, si se desea, al menos en sus superficies externas, con un recubrimiento conductor, de alta absorcion de calor, para maximizar la transferencia de calor radiante desde los elementos de calentamiento 45. Los materiales adecuados para las unidades de revestimiento refractario de extremo 16, 17 incluyen sflice fundida, alumina, mezclas de alumina-sflice, silicato de calcio, etc.

Las unidades de extremo 16 y 17 se hacen preferiblemente lo mas cortas posible en la direccion longitudinal del canal 11, pero proporcionando una integridad estructural adecuada y buen aislamiento contra la perdida de calor a la pared de extremo 23 del alojamiento. En la practica, las longitudes adecuadas dependen del material del que se hacen las unidades de extremo, pero en general son del rango de 25 a 200 mm, y preferiblemente de 75 a 150 mm. Tambien es deseable dotar a una unidad de extremo de una conductividad termica relativamente baja en ambos extremos de la seccion de canal, aunque una unidad de extremo de este tipo se puede disponer solamente en un extremo de la seccion de canal cuando las circunstancias lo hagan apropiado, por ejemplo, si un extremo de la seccion de canal conecta directamente con un horno de fundicion de metales de modo que la pared de extremo 23 este a una temperatura tan alta por la proximidad al horno que la perdida de calor a traves de la pared de extremo sea despreciable o incluso sea concebible una ganancia de calor. La unidad de extremo puede hacerse entonces de un material de conductividad termica mas alta (similar a las unidades intermedias) para asegurar la transferencia termica al metal fundido en el canal incluso en este extremo de la seccion de canal.

Aunque las figuras 5 a 7 ilustran una realizacion que tiene dos unidades de revestimiento intermedias 14, 15, otra realizacion ejemplar puede tener solamente una unidad de revestimiento intermedia. Tal realizacion se representa en la figura 9 donde solamente hay una unidad de revestimiento intermedia 14'. El uso de solamente una unidad de revestimiento intermedia evita la formacion de una union intermedia (union 25 de las figuras 5 a 7) con su potencial de escape de metal fundido. Sin embargo, como se ha explicado antes, se ha hallado que hay una longitud maxima practica para las unidades de revestimiento intermedias por encima de la que pueden aumentar las debilidades estructurales, de modo que la longitud de la seccion de canal 10 de la figura 9 puede estar mas limitada que la de las realizaciones anteriores. En esta realizacion ejemplar, tambien puede haber solamente una unidad intermedia mas bien que dos o mas. La unica unidad de revestimiento intermedia 14' se hace de un material de alta conductividad termica y al menos una de las unidades de extremo de revestimiento 16, 17 (y preferiblemente ambas) se hace de un material de baja conductividad, como antes.

5

10

15

20

25

30

35

Como se ha mencionado anteriormente, todas las secciones de canal de las realizaciones ejemplares pueden estar provistas de una o mas capas de material termoaislante en el espacio disponible dentro del intervalo entre el revestimiento refractario 12 y la superficie interior del alojamiento 20, en particular junto a las paredes laterales. El aislamiento puede ser, por ejemplo, una placa fibrosa refractaria de aluminosilicate, aislamiento microporoso (por ejemplo, mezcla de humo de s^lice, dioxido de titanio, carburo de silicio), wollastonita, lana mineral, etc. El aislamiento mantiene las superficies exteriores del alojamiento a temperaturas razonablemente bajas de modo que operadores no estan expuestos a un riesgo excesivo de sufrir quemaduras, y ayuda a mantener la temperatura elevada deseada del metal fundido dentro del canal de metal. Es claro que tal aislamiento no se coloca entre los elementos de calentamiento y las unidades de revestimiento refractario en las realizaciones que emplean tales elementos de calentamiento, y opcionalmente las regiones de confinamiento 38 se mantienen libres de aislamiento para forzar que el plano de congelacion del metal fundido de escape este en la superficie interior del alojamiento 20.

Aunque las realizaciones anteriores muestran secciones de canal como ejemplos de recipientes de contencion de metal fundido, puede emplearse otros recipientes que tengan protectores refractarios de este tipo, por ejemplo, contenedores para filtros de metal fundido, contenedores para desgasificadores de metal fundido, crisoles o analogos. Cuando el recipiente es un canal o seccion de canal, el canal o la seccion de canal puede tener un canal abierto de transporte de metal que se extiende al canal o la seccion de canal desde una superficie superior, por ejemplo, como se representa en las realizaciones ejemplificadas. Alternativamente, el canal puede estar totalmente cerrado, por ejemplo, en forma de un agujero tubular que pase a traves del canal o de la seccion de canal desde un extremo al otro, en cuyo caso el revestimiento refractario se asemeja a un tubo o conducto. En otra realizacion ejemplar, el recipiente actua como un deposito en el que el metal fundido es desgasificado, por ejemplo, como en el denominado “Alcan compact metal degasser” descrito en la Publicacion de Patente PCT WO 95/21273 publicada el 10 de agosto de 1995.

La operacion de desgasificacion quita hidrogeno y otras impurezas de una corriente de metal fundido cuando avanza desde un horno a una plataforma de colada. Tal recipiente incluye un volumen interno para contener metal fundido al que impulsores desgasificadores rotativos sobresalen desde arriba. El recipiente puede ser usado para procesado discontinuo, o puede ser parte de un sistema de distribucion de metal montado en recipientes de transporte de metal. En general, el recipiente puede ser cualquier recipiente refractario de contencion de metal que tenga varias unidades de revestimiento refractario en contacto colocadas dentro de un alojamiento.

Los recipientes a los que se refiere la invencion estan destinados normalmente a contener aluminio y aleaciones de aluminio fundidos, pero podnan usarse para contener otros metales fundidos, en particular los que tienen puntos de fusion similares a los del aluminio, por ejemplo, magnesio, plomo, estano y zinc (que tienen puntos de fusion mas bajos que el aluminio) y cobre y oro (que tienen puntos de fusion mas altos que el aluminio).

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

REIVINDICACIONES

1. Un recipiente usado para contener metal fundido que tiene una entrada para metal fundido y una salida para metal fundido, incluyendo dicho recipiente:

un revestimiento refractario (12) formado por unidades de revestimiento refractario en contacto, incluyendo dichas unidades al menos una unidad de revestimiento refractario intermedia (14) y dos unidades de extremo (16, 17), estando una de dichas unidades de extremo en dicha entrada y estando colocada otra de dichas unidades de extremo en dicha salida, y estando colocada dicha al menos una unidad intermedia (14) entre dichas unidades de extremo (16, 17) alejada de dicha entrada y dicha salida, teniendo cada una de las unidades de revestimiento una superficie exterior y una superficie interior de contacto de metal,

un alojamiento (20) que contacta dichas unidades de extremo (16, 17) y que rodea al menos parcialmente las superficies exteriores de las unidades de revestimiento refractario con un intervalo (24) entre las superficies exteriores de dicha al menos una unidad intermedia (14) y el alojamiento (20); y

al menos un dispositivo de calentamiento (45) colocado en el intervalo (24) adyacente a dicha al menos una unidad intermedia (14);

donde dichas unidades de revestimiento se hacen de materiales refractarios y el material de al menos una de dichas unidades de extremo (16, 17) tiene una conductividad termica mas baja que el material refractario de dicha al menos una unidad intermedia (14).
2. Un recipiente segun la reivindicacion 1, en forma de una seccion de canal para transportar metal fundido, siendo alargado dicho revestimiento refractario (12) y teniendo dicha entrada de metal fundido en un extremo y dicha salida de metal fundido en un extremo opuesto.
3. Un recipiente segun la reivindicacion 2, donde las superficies interiores de contacto de metal de las unidades de revestimiento forman un canal de transporte de metal fundido abierto por arriba (11) que se extiende entre dicha entrada y dicha salida.
4. Un recipiente segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la conductividad del material refractario de dicha al menos unica unidad de extremo (16, 17) es inferior a aproximadamente 1,4 W/m-°K.
5. Un recipiente segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la conductividad del material refractario de dicha al menos una unidad intermedia (14) es al menos 3,5 W/m-°K.
6. Un recipiente segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que tiene solamente una unidad intermedia (14).
7. Un recipiente segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde ambas unidades de extremo (16, 17) se hacen de un material refractario que tiene una conductividad termica inferior a la de dicha al menos una unidad intermedia (14).