ES2693128T3 - Almohadilla de impacto de artesa de colada - Google Patents

Almohadilla de impacto de artesa de colada Download PDF

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ES2693128T3 ES09764192.2T ES09764192T ES2693128T3 ES 2693128 T3 ES2693128 T3 ES 2693128T3 ES 09764192 T ES09764192 T ES 09764192T ES 2693128 T3 ES2693128 T3 ES 2693128T3
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Abstract

Almohadilla de impacto (20), para utilizar en una artesa en forma de T (10) que comprende un cuerpo principal (11) y una cola (12), formada a partir de una composición refractaria capaz de soportar un contacto continuo con el metal fundido, comprendiendo la almohadilla (20) una base (21) que tiene una superficie de impacto y una pared lateral exterior (22) que se extiende hacia arriba desde la misma y que define un espacio interior que tiene una abertura superior (24) para recibir un chorro de metal fundido, estando el espacio interior dividido en dos regiones (25a, 25b) por una pared de separación (26) provista de al menos una vía de paso (27) para el chorro de metal fundido, caracterizada por que la pared de separación (26) es al menos tres veces más alta que la pared lateral exterior (22) y está inclinada con respecto a la vertical.

Description

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DESCRIPCION
Almohadilla de impacto de artesa de colada
La presente invencion se refiere en general a la colada continua de metal fundido y en particular a la colada continua de acero fundido. En particular, la presente invencion se refiere a recipientes de artesa y, mas en concreto a almohadillas de impacto de artesa disenadas para inhibir o reducir un flujo turbulento de metal fundido dentro de la artesa de colada.
Un procedimiento para la colada continua de metal fundido es bien conocido en la tecnica. Este procedimiento se describe ahora con referencia al acero, aunque debe entenderse que la presente invencion no se limita a la colada continua de acero fundido. En particular, la presente invencion tambien puede utilizarse con otras aleaciones o metales fundidos tales como hierro o incluso metales no ferrosos. En este procedimiento conocido, el acero fundido se vierte en una cuchara de transporte que transporta el metal fundido al aparato de colada. La cuchara esta provista de un orificio de descarga en su pared inferior. Generalmente, una puerta corredera dispuesta justo debajo del orificio de descarga se utiliza para controlar el flujo de acero fundido hacia una artesa. Para evitar la oxidacion del acero fundido descargado de la cuchara en la artesa, una cubierta de cuchara generalmente se conecta a la puerta corredera para transferir el acero fundido protegido de la atmosfera circundante. El extremo inferior de la cubierta de cuchara normalmente se sumerge en el bano de acero de la artesa.
La artesa es un recipiente metalurgico intermedio que recibe el acero fundido descargado de la cuchara de vertido. A su vez, la artesa distribuye el acero fundido en uno o mas moldes de colada dispuestos por debajo de la artesa. La artesa se utiliza para separar la escoria y otros contaminantes del acero fundido. El acero fundido fluye a lo largo de la artesa hacia una o mas salidas, descargandose el acero fundido en los mencionados uno o mas moldes de colada. La longitud de la artesa se selecciona para proporcionar un periodo de permanencia del metal en la artesa suficiente para permitir la separacion de inclusiones tales como una capa de escoria flotante. El flujo de acero fundido descargado de la artesa es normalmente controlado en la mayona de los casos con un tope y, con respecto al acero descargado de la cuchara, generalmente es recubierto con una boquilla que transporta el acero fundido desde la artesa al molde de colada.
La presente invencion tiene especial importancia para un diseno espedfico de artesa en la que el chorro de acero fundido se introduce en la artesa en un area de vertido que consiste en una extension lateral del cuerpo principal de la artesa. Esta extension lateral esta en conexion fluida con el cuerpo principal de la artesa. Tal artesa se denomina a menudo artesa en forma de T (cuando se observa en planta, la barra transversal o parte superior de la “T” corresponde al cuerpo principal de la artesa y por ello tiene mayor longitud que la cola o la vertical de la “T”). El area dentro de la artesa en la region de la cola de la “T” (la extension lateral) generalmente es el area de vertido en la que el acero fundido se introduce en la artesa. Esta region, por tanto, normalmente tiene, en el fondo, una almohadilla especial de impacto resistente a la erosion. En una variante de la artesa en forma de T (algunas veces denominada artesa en forma de h), la cola o area de vertido esta dispuesta de manera oblicua (o incluso paralela) con respecto al cuerpo principal de la artesa. En el contexto de la presente invencion, cualquier artesa de este tipo se va a denominar artesa en forma de T.
Este tipo de artesa generalmente esta provista de un numero par de salidas que estan dispuestas simetricamente en el fondo de la artesa con respecto al centro de la artesa. Por ejemplo, en el caso de una moldeadora de barras de acero, generalmente se proporcionan de cuatro a seis salidas en el fondo de la artesa.
Un problema significativo que se encuentra con frecuencia en este tipo de artesa es la diferencia de velocidad de flujo de los chorros descargados por las diferentes salidas. Es decir, el periodo de permanencia del acero fundido en la artesa es significativamente mayor para las salidas mas alejadas del centro de la artesa que para las salidas que estan mas cerca del centro de la artesa. A su vez, esto da lugar a problemas en la calidad del acero y mas en concreto a una diferencia sustancial de calidad entre el acero descargado por las diferentes salidas.
Otro problema es la velocidad de transicion en el cambio de cuchara. De hecho, debido a las diferentes velocidades de los chorros descargados por las diferentes salidas, la transicion es mucho mayor para los chorros exteriores que para los chorros centrales.
Las almohadillas de vertido dispuestas dentro de artesas se han utilizado de manera extensiva para evitar danos a los revestimientos de trabajo y de seguridad de una artesa mediante la fuerza del chorro entrante del metal fundido. La energfa cinetica del chorro entrante del metal fundido tambien crea turbulencia que puede dispersarse a traves de la artesa si el flujo del metal fundido no se controla de manera adecuada. Muchas veces, esta turbulencia tiene un efecto perjudicial en la calidad de productos fundidos formados a partir del metal extrafdo de la artesa. Mas en concreto, el flujo turbulento y el flujo de alta velocidad dentro de la artesa pueden, por ejemplo, tener los siguientes efectos perjudiciales:
- 1. una turbulencia excesiva puede alterar la superficie del acero y favorecer la emulsificacion de la escoria en los cambios de cuchara o durante el funcionamiento de la artesa con un nivel relativamente bajo de metal fundido;
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- 2. unas velocidades altas producidas por el flujo turbulento en el area de vertido pueden erosionar el revestimiento de trabajo de la artesa que esta formado tipicamente de un material refractario que tiene una densidad mucho menor que las almohadillas de impacto;
- 3. un flujo altamente turbulento dentro de la artesa puede impedir la separacion de inclusiones, especialmente inclusiones menores a 50 micras de tamano, debido a la naturaleza fluctuante de tales flujos turbulentos:
- 4. unos flujos a altas velocidades tambien pueden incrementar la posibilidad de que la escoria se dirija al interior de un molde a traves de un vortice incrementado del metal fundido en la artesa que arrastra escoria hacia abajo, hacia la salida;
- 5. un flujo turbulento dentro de la artesa puede dar como resultado la alteracion de la interfaz escoria/metal cerca de la parte superior del bano de metal y de esa manera favorecer el arrastre de escoria, asf como tambien la posibilidad de abrir un “ojo” o espacio dentro de la capa de escoria que puede ser una fuente de reoxidacion del metal fundido;
- 6. unos altos niveles de turbulencia en la artesa pueden ser transportados hacia abajo al interior del chorro de vertido entre la artesa y el molde. Esto puede crear “lagrimeo” y “abocinamiento” del chorro de vertido lo que conduce de este modo a dificultades de colada;
- 7. un flujo de alta velocidad en la artesa tambien se ha atribuido a un estado conocido como “cortocircuito”. El cortocircuito se refiere a la trayectoria corta que puede seguir un chorro de metal fundido desde la cuchara a la almohadilla de impacto, a la salida mas cercana en la artesa. Esto no se desea ya que reduce la cantidad de tiempo que tienen las inclusiones para disiparse dentro del bano. En su lugar, el flujo de alta velocidad barre las inclusiones relativamente grandes hacia abajo al interior del molde, donde reducen la calidad de los productos colados.
Una almohadilla de impacto plana tfpica hace que un chorro entrante de cuchara impacte en la parte superior de la almohadilla y se desplace rapidamente a las paredes laterales o extremas de la artesa. Cuando el chorro llega a las paredes laterales y/o extremas, rebota ascendiendo a la superficie de la artesa, donde cambia de direccion hacia el centro de la artesa o, dicho de otro modo, hacia el chorro entrante de cuchara. Esto crea flujos circulares no deseados dirigidos hacia el interior de la artesa. Los flujos opuestos en ambos lados o extremos de la artesa se desplazan hacia el centro de la artesa y transportan con ellos la escoria u otras impurezas que han flotado a la superficie del bano dentro de la artesa. Como resultado de ello, estas impurezas son arrastradas hacia el chorro entrante de cuchara y despues son forzados hacia abajo al interior del bano y hacia las salidas de la artesa. Esto tiende a hacer que salgan mas de estas impurezas de la artesa al interior de los moldes disminuyendo de esta manera la calidad de los productos producidos dentro de los moldes. Ademas, se ha observado que, para la artesa en forma de T, las almohadillas de impacto planas provocan un periodo de permanencia demasiado corto del acero fundido en la artesa de manera que la artesa no puede cumplir adecuadamente su funcion.
Aunque en el pasado se han propuesto y utilizado numerosos tipos de almohadillas de artesa, ninguno de estos aborda totalmente todos los problemas anotados anteriormente para la artesa en forma de T. Ejemplos de almohadillas de artesa anteriores se describen en las siguientes patentes europeas o solicitudes de patente europea: EP-B1-729393, EP-B1-790873, EP-B1-847313, EP-B1-894035, EP-B1-1198315, EP-B1-1490192, y EP- A1-1397221. En particular, aunque el periodo de permanencia del acero en la artesa se incrementa significativamente, se observa cortocircuito y el acero descargado por las salidas centrales es significativamente mas rapido que los otros chorros de acero.
Por tanto, un objeto de la presente invencion es mejorar la calidad del acero fundido colado desde artesas en forma de T y, en particular incrementar la homogeneidad del acero fundido colado desde las diferentes salidas de una artesa en forma de T (calidad en estado estable). Otro objeto de la presente invencion es permitir un control mejorado de las velocidades de chorro de acero en la artesa para proporcionar periodos de permanencia iguales o relativamente similares del acero fundido descargado por las diferentes salidas de la artesa en forma de T. Aun otro objeto es permitir una transicion rapida de la calidad del acero en el cambio de cuchara. En particular, sena deseable que la transicion en la calidad del acero se produjese en un periodo de tiempo muy corto entre las diferentes cintas. Tambien sena deseable proporcionar estas ventajas y mantener al mismo tiempo las ventajas de las almohadillas de impacto convencionales (bajo nivel de emulsificacion de escoria).
De acuerdo con la invencion, se proporciona una almohadilla de impacto como se define en la reivindicacion 1.
El documento EP-A1-847820 describe una almohadilla de impacto de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1. Esta almohadilla de impacto esta destinada a ser utilizada en una artesa convencional con una parte elevada. El acero fundido se vierte en una primera region de la almohadilla de impacto y fluye hacia una segunda region de la almohadilla a traves de una abertura en una pared que separa las dos regiones. A continuacion, el metal fundido fluye hacia atras hacia la primera region al desplazarse sobre la pared de separacion. De este modo, la energfa del chorro se disipa. La pared de separacion es recta y a lo sumo tan alta como la pared lateral exterior. No existe indicacion de que una almohadilla de impacto pueda ser modificada o utilizada en una artesa en forma de T.
Se ha observado que la almohadilla de impacto de acuerdo con la invencion resuelve la mayona de los problemas antes mencionados. En particular, con esta almohadilla de impacto se ha observado una alta calidad en estado estable, una rapida transicion y una baja emulsificacion de escoria. Ademas, la almohadilla de impacto de acuerdo
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con la invencion proporciona una mejor estratificacion termica. Esto se debe al flujo mucho mas rapido hacia las cintas exteriores en comparacion con otras almohadillas de impacto.
De acuerdo con la invencion, la pared de separacion se extiende hacia arriba, al menos tres veces, preferiblemente al menos cuatro veces, por encima de la altura de la pared exterior de la almohadilla de impacto. De acuerdo con una realizacion preferida, la pared de separacion se extiende hacia arriba al menos hasta una altura que corresponde a la altura del nivel del metal fundido en la artesa. En este caso, se prefiere que la parte superior de la pared este provista de una parte engrosada alrededor del nivel del metal fundido en la artesa para incrementar la resistencia a la escoria de la pared de separacion. Esta parte engrosada estara ubicada en la mitad superior, preferiblemente, el cuadrante superior, de la pared de separacion.
La pared de separacion esta inclinada con respecto a la vertical, preferiblemente un angulo que corresponde a la inclinacion de las paredes de la artesa en el cuerpo principal de la artesa. De ese modo, el operario puede proporcionar facilmente una union hermetica entre la pared de separacion y las paredes de la artesa durante la instalacion de la artesa. Angulos tfpicos oscilan de 1°a 15°, es decir 6°.
De acuerdo con otra variante preferida, la pared de separacion tiene una anchura que corresponde a la anchura de la cola de la artesa en la region de la union entre el cuerpo principal y la cola de la artesa.
De acuerdo con una realizacion extremadamente util de la presente invencion, la pared de separacion se extiende hacia arriba al menos hasta una altura que corresponde a la altura del nivel del metal fundido en la artesa y la pared de separacion tiene una anchura que corresponde a la anchura de la cola de la artesa en la region de la union entre el cuerpo principal y la cola de la artesa. De ese modo, la pared de separacion divide la artesa en una cola y un cuerpo principal que se comunican principalmente a traves de la via de paso de la pared de separacion.
Debe entenderse que la via de paso en la pared de separacion preferiblemente debe establecer la via de paso principal para el paso del metal fundido desde la cola hacia el cuerpo principal de la artesa. Sin embargo, el paso de una cantidad limitada (es decir menos del 20 %) del metal fundido alrededor o por encima de la pared de separacion tambien puede proporcionar efectos beneficiosos.
La base, la pared exterior y la pared de separacion pueden ser integrales, pero con el fin de facilitar el transporte y el montaje, se prefiere proporcionar por separado la pared de separacion por un lado y la base y la pared exterior por otro lado. En ese caso, resulta util que la pared de separacion este provista de al menos una hendidura adaptada para permitir el acoplamiento de una parte correspondiente de la pared exterior. De igual manera, la pared exterior puede estar provista de al menos una hendidura adaptada para recibir al menos una parte correspondiente de la pared de separacion. En una variante, tanto la pared exterior como la pared de separacion estan provistas de una hendidura adaptada para permitir el acoplamiento de una parte correspondiente, respectivamente, de la pared de separacion y la pared exterior.
Cuando la pared de separacion por un lado y la base y la pared exterior por otro lado se proporcionan por separado, puede resultar util que la base y el componente de pared exterior esten provistos de al menos una hendidura inclinada adaptada para recibir al menos una parte correspondiente de una pared de separacion.
De acuerdo con otro objeto, la invencion se refiere al conjunto de artesa en forma de T que comprende un cuerpo principal y una cola con una almohadilla de impacto, como se describe anteriormente, en el que la almohadilla de impacto tiene una pared de separacion que se extiende hacfa arriba, al menos hasta una altura que corresponde a la altura del nivel del metal fundido en la artesa y que tiene una anchura que corresponde a la anchura de la cola de la artesa en la region de la union entre el cuerpo principal y la cola de la artesa, dividiendo la pared de separacion la artesa en una cola y un cuerpo principal que se comunican principalmente a traves de la via de paso de la pared de separacion.
La invencion se describe a continuacion basandose en las figuras que se acompanan, en las que:
la figura 1 muestra una vista superior de una artesa en forma de T; la figura 2 muestra una seccion transversal de la artesa de la figura 1;
la figura 3 muestra el periodo de permanencia mmimo en la artesa para cada cinta en estado estable;
la figura 4 muestra el tiempo de transicion en la artesa para cada cinta en el cambio de cuchara;
la figura 5 muestra una vista en perspectiva de la almohadilla de impacto de acuerdo con la invencion;
la figura 6 muestra una seccion transversal de la almohadilla de impacto de la figura 5 de acuerdo con la
direccion A-A;
la figura 7 muestra una seccion transversal de la almohadilla de impacto de la figura 5 de acuerdo con la direccion B-B;
la figura 8 muestra una vista superior del conjunto de acuerdo con la invencion; y la figura 9 muestra una seccion transversal del conjunto de la figura 8.
Las figuras 1 y 2 muestran una artesa en forma de T convencional 10 que comprende un cuerpo principal 11 y una
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cola 12. El chorro de acero fundido se descarga en la cola 12 de la artesa 10 desde una cuchara (no mostrada) a traves de una cubierta de cuchara 17. La artesa 10 esta provista de cuatro salidas (13-16) que estan dispuestas simetricamente en el fondo de la artesa. Las dos salidas 14 y 15 estan mas cerca de la cubierta de cuchara 17 y de este modo, mas cerca del chorro entrante. El flujo de metal fundido descargado desde la artesa 10 se controla con los topes 103-106.
La figura 3 muestra para cada una de las salidas 13-16, el periodo de permanencia mmimo (en segundos) del metal fundido medido en una artesa en estado estable sin ninguna almohadilla de impacto (▲), para una artesa con una almohadilla de impacto convencional sin pared de separacion (•) y para una artesa de acuerdo con la invencion (■).
Este diagrama indica que el periodo de permanencia mmimo se incrementa de manera util con la provision de una
almohadilla de impacto. Tambien resulta evidente el hecho de que cuando se utiliza una almohadilla de impacto de acuerdo con la presente invencion, el periodo de permanencia del acero fundido colado a traves de todas las salidas es mucho mas homogeneo, es decir, el periodo de permanencia del acero fundido descargado por las salidas exteriores (13, 16) es comparable con el periodo de permanencia del acero fundido descargado por las salidas centrales (14, 5 15), mientras que, en las mismas condiciones, el periodo de permanencia del metal fundido descargado por las salidas exteriores es de 3 a 6 veces mayor sin almohadilla de impacto o con una almohadilla de impacto convencional.
La figura 4 muestra para cada una de las salidas 13-16 el tiempo de transicion (en segundos) del metal fundido en un cambio de cuchara medido en una artesa sin ninguna almohadilla de impacto (▲), para una artesa con una
almohadilla de impacto convencional sin pared de separacion (•) y para una artesa de acuerdo con la invencion (■).
Este diagrama muestra que, tanto para la artesa sin almohadilla de impacto como con una almohadilla de impacto de acuerdo con la invencion, los tiempos de transicion para las diferentes salidas (13, 16) son similares mientras que, para una artesa provista de una almohadilla de impacto convencional, el tiempo de transicion para las salidas centrales (14, 15) es casi el doble del tiempo de transicion para las salidas exteriores (13, 16). Tambien resulta evidente que el tiempo de transicion para las diferentes salidas es generalmente menor para una artesa provista de una almohadilla de impacto de acuerdo con la invencion.
Las figuras 5 a 6 muestran la almohadilla de impacto 20 de acuerdo con la invencion que comprende una base 21 y una pared lateral exterior 22 que define un espacio interior que tiene una abertura superior 24. En estas figuras, la pared lateral exterior 22 esta provista de un saliente 23 que se extiende por encima del espacio interior y la pared exterior 22 es constante y continua. Debe entenderse que estas caractensticas no son esenciales, es decir, el saliente puede no estar presente o tener una forma diferente y la pared exterior puede estar provista de uno o mas orificios para el acero fundido.
El espacio interior de la almohadilla de impacto 20 se divide en dos regiones 25a, 25b mediante una pared de separacion 26 provista de una via de paso 27 para el chorro de metal fundido. En estas figuras, la pared de
separacion se extiende hacia arriba mas alla de la pared lateral exterior (aproximadamente 4 veces). La pared de
separacion 26 tambien esta provista de una parte engrosada 28 alrededor del nivel del metal fundido en la artesa (es decir, en el cuadrante superior de la pared de separacion). Tambien se puede ver en la figura 7 la inclinacion de la pared de separacion 26 un angulo a con respecto a la vertical. En esta figura, el angulo a es de aproximadamente 6° y corresponde a la inclinacion de la pared de la artesa.
La almohadilla de impacto 20 y su posicion en la artesa 10 tambien se pueden ver en el conjunto de las figuras 8 y 9.
Estas figuras, muestran la almohadilla de impacto 20 que esta dispuesta con la pared de separacion 26
extendiendose hacia arriba hasta una altura que corresponde a la altura del nivel del metal fundido en la artesa y que tiene una anchura que corresponde a la anchura de la cola 12 de la artesa en la region de la union entre el cuerpo principal 11 y la cola 12 de la artesa, de manera que la pared de separacion 26 divide la artesa en una cola 12 y un cuerpo principal 11 que se comunican principalmente a traves de la via de paso 27.
De este modo, el metal fundido se descarga de la cuchara (no mostrada) a traves de la cubierta de cuchara 17 en la region 25b de la almohadilla de impacto colocada en la cola 12 de la artesa. El chorro fundido fluye a traves de la via de paso 27 de la pared de separacion 26 y llega a la primera region 25a de la almohadilla de impacto 20 colocada en el cuerpo principal 11 de la artesa y se distribuye en el cuerpo principal 11 de la artesa. El acero fundido se descarga despues a traves de las salidas 13-16.
Se ha observado que el perfil de emulsificacion de escoria observado con una almohadilla de impacto de acuerdo con la invencion es mucho mas favorable que sin ninguna almohadilla de impacto y mas favorable que con una almohadilla de impacto convencional. La emulsificacion de escoria se observa mediante la asf denominada prueba de inyeccion de colorante que no muestra cunas en las esquinas superiores externas de la artesa que, tipicamente para artesas de multiples cintas, permanecen libres durante mucho tiempo.

Claims (8)

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    REIVINDICACIONES
    1. Almohadilla de impacto (20), para utilizar en una artesa en forma de T (10) que comprende un cuerpo principal (11) y una cola (12), formada a partir de una composicion refractaria capaz de soportar un contacto continuo con el metal fundido, comprendiendo la almohadilla (20) una base (21) que tiene una superficie de impacto y una pared lateral exterior (22) que se extiende hacia arriba desde la misma y que define un espacio interior que tiene una abertura superior (24) para recibir un chorro de metal fundido, estando el espacio interior dividido en dos regiones (25a, 25b) por una pared de separacion (26) provista de al menos una via de paso (27) para el chorro de metal fundido, caracterizada por que la pared de separacion (26) es al menos tres veces mas alta que la pared lateral exterior (22) y esta inclinada con respecto a la vertical.
  2. 2. Almohadilla de impacto (20) de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la pared de separacion (26) comprende una parte engrosada (28) dispuesta en la mitad superior, preferiblemente, el cuadrante superior de la pared de separacion (26).
  3. 3. Almohadilla de impacto (20) de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en la que la pared de separacion (26) esta provista de al menos una hendidura adaptada para permitir el acoplamiento de una parte correspondiente de la pared exterior (22).
  4. 4. Almohadilla de impacto (20) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la pared exterior (22) esta provista de al menos una hendidura adaptada para recibir al menos una parte correspondiente de la pared de separacion (26).
  5. 5. Almohadilla de impacto (20) de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en la que la base (21), la pared exterior (22) y la pared de separacion (26) son integrales.
  6. 6. Conjunto de una artesa en forma de T (10) que comprende un cuerpo principal (11) y una cola (12) con una almohadilla de impacto (20) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la almohadilla de impacto (20) comprende una pared de separacion (26) que se extiende hacia arriba al menos hasta una altura que corresponde a la altura del nivel del metal fundido en la artesa, dividiendo la pared de separacion (26) la artesa (10) en una cola (12) y un cuerpo principal (11) que se comunican principalmente a traves de una via de paso (27) de la pared de separacion (26).
  7. 7. Conjunto de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que la pared de separacion (26) tiene una anchura que corresponde a la anchura de la cola (12) de la artesa (10) en la region de la union entre el cuerpo principal (11) y la cola (12) de la artesa.
  8. 8. Conjunto de acuerdo con la reivindicacion 6 o 7, en el que la pared de separacion (26) esta inclinada un angulo que corresponde a la inclinacion de las paredes de la artesa en el cuerpo principal (11) de la artesa.
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