ES2872011T3

ES2872011T3 - Revestimiento de recipientes metalúrgicos con capa metálica contenida

Info

Publication number: ES2872011T3
Application number: ES17844147T
Authority: ES
Inventors: Jose Simoes; Roger Maddalena; Beda Mohanty
Original assignee: Vesuvius USA Corp
Current assignee: Vesuvius USA Corp
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2017-08-16
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2037-08-16
Also published as: CL2019000457A1; MX2019002179A; EP3504498B1; EP3504498A1; EP3504498A4; KR102314058B1; HRP20210786T1; TW201829093A; TWI750205B; CN109690218A; CA3033121A1; EA201990532A1; AR109392A1; BR112019002021A2; CN109690218B; HUE054218T2; SI3504498T1; BR112019002021B1; WO2018038983A1; KR20190038927A

Abstract

Una estructura de revestimiento (30) para un recipiente refractario, que comprende a) una primera capa (34) que tiene una primera superficie principal de la primera capa (36) y una segunda superficie principal de la primera capa (38), dispuesta en oposición a la primera superficie principal de la primera capa (36), y b) una segunda capa (42) que tiene una primera superficie principal de la segunda capa (44) y una segunda superficie principal de la segunda capa (46), dispuesta en oposición a la primera superficie principal de la segunda capa (44); en donde la segunda superficie principal de la primera capa (38) está en comunicación con la primera superficie principal de la segunda capa (44); y c) una tercera capa no perforada (50) que tiene una primera superficie principal de la tercera capa (52) en comunicación con la segunda superficie principal de la segunda capa (46), en donde la segunda capa (42) comprende un componente metálico (64) que tiene una superficie principal adyacente a la primera superficie principal de la tercera capa (52), y d) al menos una estructura de soporte (68) que se extiende desde la primera capa (34), a través de la segunda capa (42), hasta la tercera capa (50); en donde la suma de las áreas de sección transversal de dicha al menos una estructura de soporte (68) que pasa a través del componente (64) tiene un valor que incluye y va del 0,1 % y que incluye y llega al 10 % del área de la primera superficie principal de la segunda capa (52), en donde la primera capa (34) comprende un material seleccionado del grupo que consiste en magnesia, alúmina, circonia, mullita y combinaciones de cualquiera de estos materiales, en donde la segunda capa (42) comprende un material seleccionado del grupo que consiste en acero, aluminio, aleaciones y combinaciones de cualquiera de estos, y en donde la tercera capa (50) comprende un material seleccionado del grupo que consiste en magnesia, alúmina, circonia, mullita y combinaciones de cualquiera de estos materiales.

Description

DESCRIPCIÓN

Revestimiento de recipientes metalúrgicos con capa metálica contenida

Campo de la invención

La presente invención se refiere, en general, a líneas de conformación de metales, tales como líneas continuas de colada de metales. En particular, esta se refiere a un revestimiento para un recipiente metalúrgico, tal como una artesa, capaz de reducir sustancialmente la formación de inclusiones de óxido en la masa fundida de metal.

Antecedentes de la invención

En los procesos de conformación de metal, la masa fundida de metal se transfiere de un recipiente metalúrgico a otro, a un molde o a una herramienta. Por ejemplo, una artesa de gran capacidad recibe con regularidad la masa fundida de metal a través de una cuchara, que transfiere la masa fundida de metal desde un horno a la artesa. Esto permite la colada continua de metal desde la artesa hasta una herramienta o molde. El flujo de la masa fundida de metal que sale de los recipientes metalúrgicos es conducido por gravedad a través de un sistema de toberas ubicado en el fondo de los recipientes, normalmente provisto de un sistema de compuerta para controlar (abrir o cerrar) el flujo de la masa fundida de metal a través de dicho sistema de toberas. Para resistir las altas temperaturas de las masas fundidas de metal, las paredes de los recipientes están revestidas con material refractario.

Las masas fundidas de metal, en particular, de acero, son altamente reactivas a la oxidación y, por lo tanto, deben protegerse de cualquier fuente de especies oxidantes. A menudo se añaden pequeñas cantidades de aluminio para pasivar el hierro en caso de que las especies oxidantes entren en contacto con la masa fundida. En la práctica, parece que no suele ser suficiente para evitar la formación de inclusiones de óxido en la masa fundida, que producen defectos en la pieza final producida a partir de dicha masa fundida. Se ha observado que una colada de acero de 10 kg puede contener hasta mil millones de inclusiones no metálicas, siendo la mayoría de ellas óxidos. Las inclusiones agregadas forman defectos. Los defectos deben eliminarse de la pieza final mediante esmerilado o corte. Estos procedimientos aumentan el coste de producción y generan grandes cantidades de desechos.

Las inclusiones pueden ser el resultado de reacciones con la masa fundida de metal; estas inclusiones se conocen como inclusiones endógenas. Las inclusiones exógenas son aquellas en las que los materiales no se generan a partir de reacciones en la masa fundida de metal, tal como arena, escoria y residuos de las toberas; las inclusiones exógenas son, por lo general, más gruesas que las endógenas.

Las inclusiones endógenas comprenden principalmente óxidos de hierro (FeO), aluminio (A^Oa) y de otros compuestos presentes en la masa fundida o en contacto con ella, tales como MnO, Cr2O3, SiO2, TiO2. Otras inclusiones pueden comprender sulfuros y, en menor medida, nitruros y fosfuros. Dado que las masas fundidas de metal se encuentran a temperaturas muy altas (del orden de 1600 °C para los aceros con bajo contenido de carbono), está claro que la reactividad de un átomo de hierro con un óxido es muy alta y no se puede evitar la reacción.

Hasta hoy, la mayoría de las medidas para reducir la presencia de inclusiones en una colada de acero suponen retenerlas en el recipiente metalúrgico en el que se formaron. La presente invención propone una solución distinta mediante la reducción sustancial de la formación de inclusiones endógenas en un recipiente metalúrgico con el uso de medios simples, fiables y económicos.

Los documentos de patente JP2001317880A, JPH09109327A y WO2013/180219 divulgan una estructura de revestimiento para un material refractario que comprende capas múltiples de materiales y metales refractarios.

Sumario de la invención

La presente invención se define en las reivindicaciones independientes adjuntas. Las reivindicaciones dependientes definen diversas realizaciones. En particular, la presente invención se refiere a un revestimiento para un recipiente metalúrgico para colar una masa fundida de metal. Ejemplos de tales recipientes metalúrgicos comprenden un fondo, rodeado de paredes por todo su perímetro, y una o varias salidas, situadas sobre dicho fondo, y se caracterizan por que al menos una porción del fondo y/o de las paredes comprende medios para crear, durante el uso de colada, una capa amortiguadora de oxidación en una interfase de la masa fundida de metal, que se extiende desde la interfaz entre la masa fundida de metal y las paredes y el fondo del recipiente metalúrgico, de tal manera que, durante el uso de colada, el caudal de metal en dicha capa amortiguadora de oxidación es sustancialmente nulo y la concentración de inclusiones endógenas, en particular, óxidos, en dicha capa amortiguadora de oxidación es sustancialmente mayor que en el grueso de la masa fundida de metal.

En una realización específica, la estructura para crear durante el uso de colada una capa amortiguadora de oxidación comprende una capa inmovilizadora, que comprende metal y que reviste dicho fondo y al menos algunas de las paredes del recipiente, estando envuelta dicha capa inmovilizadora con capas de material refractario. Por tanto, la estructura se construye a partir de una primera capa o capa de trabajo de material refractario en contacto con la masa fundida de metal que hay en el recipiente; debajo de la primera capa hay una segunda capa que contiene metal; debajo de la segunda capa hay una tercera capa que comprende un material refractario. Durante el uso, el metal de la segunda capa puede permanecer en estado sólido o puede pasar parcial o completamente al estado líquido en esta segunda capa. Una perforación es un canal o conducto a través de una capa, que permite que un fluido pase de un lado de la capa al otro. En realizaciones específicas de la invención, la masa fundida de metal contenida en el recipiente puede penetrar en la porosidad o perforaciones contenidas en la primera capa de esta capa inmovilizadora para incorporarse a la segunda capa. Como la segunda capa está en contacto directo con el material refractario que reviste las paredes y el fondo de un recipiente metalúrgico, dicho material refractario se identifica como una fuente principal de reactivos para la formación de inclusiones endógenas, y ya sea por difusión del aire ambiente o por reacción de algunos de sus componentes, el metal de la segunda capa puede actuar, en su forma sólida, como una barrera frente a los reactivos de formación de inclusiones endógenas o puede retener, en su forma líquida, una concentración de inclusiones endógenas mucho más alta que el grueso de la masa fundida de metal.

La primera capa está hecha con materiales tales como magnesia, alúmina, circonia, mullita y combinaciones de cualquiera de estos materiales.

La segunda capa está hecha de acero, aluminio, aleaciones o combinaciones de cualquiera de estos.

Breve descripción de las figuras

En las figuras adjuntas se ilustran diversas realizaciones de la presente invención:

la figura 1 muestra esquemáticamente los diversos componentes de una línea típica de colada continua de metales; la figura 2 muestra esquemáticamente las definiciones de los términos usados para describir la geometría de un recipiente metalúrgico según la presente invención;

la figura 3 es un dibujo en perspectiva de un recipiente metalúrgico que contiene una estructura de revestimiento según la presente invención;

la figura 4 muestra una representación esquemática del caudal de metal (Q) y de la concentración de óxido de hierro en función de la distancia desde una pared o fondo de un recipiente metalúrgico según la presente invención; y la figura 5 muestra esquemáticamente las definiciones de los términos utilizados para describir la geometría de un recipiente metalúrgico según la presente invención.

Descripción detallada de la invención

Como se puede ver en la representación de un aparato de colada 10 en la figura 1, una artesa suele estar provista de una o varias salidas ubicadas, por lo general, en uno o ambos extremos del recipiente y lejos del punto donde la masa fundida de metal 12 se introduce desde una cuchara 14. La masa fundida de metal sale de la cuchara 14 a través de una válvula de cuchara 16 y del sistema de toberas 18 de la cuchara hacia la artesa 20, y sale de la artesa 20 a través de la válvula de artesa 24 del sistema de toberas 26 de la artesa hacia el molde 28. Una artesa actúa igual que una bañera con el grifo y el desagüe abiertos, creando flujos de masas fundidas de metal dentro de la artesa. Estos flujos contribuyen a la homogeneización de la masa fundida de metal y, también, a la distribución de cualquier inclusión dentro de este grueso. En cuanto a las inclusiones endógenas, se sospechaba que el índice de reacción (principalmente oxidación) estaba controlado, en gran medida, por la difusión de moléculas reactivas. Esta suposición se confirmó mediante un experimento en el que una masa fundida de acero con bajo contenido de carbono se mantuvo en un crisol colocado en una cámara de acondicionamiento sin oxígeno. Se introdujo un tubo en dicha masa fundida de metal y se inyectó oxígeno a baja velocidad. Después de un tiempo, se dejó solidificar la masa fundida de metal y se analizó la composición del lingote obtenido de esta manera. Como se esperaba, la región oxidada se limitó a una pequeña región alrededor de la salida del tubo de oxígeno, confirmando así la suposición de que la reacción de oxidación está controlada, en gran medida, por la difusión. De ello se deduce que, si el flujo de metal se pudiera detener, la oxidación también se detendría. Evidentemente, esto no es posible en una operación de colada continua que, como su nombre indica, se caracteriza por un flujo continuo de masa fundida de metal.

La segunda suposición que condujo a la presente invención fue que los reactivos de oxidación se originan en las paredes y el fondo del recipiente metalúrgico. En particular, se cree que los reactivos de oxidación provienen de dos fuentes principales:

(a) óxidos reactivos del revestimiento refractario, en particular, silicatos tales como olivino ((Mg, Fe)2SiO4); y (b) el aire y la humedad se difunden desde el entorno a través del revestimiento refractario del recipiente metalúrgico y emergen en la superficie del fondo y en las paredes de dicho recipiente (por ejemplo, una artesa).

Esta segunda suposición se validó mediante pruebas de laboratorio.

De esta manera, la solución salió de estos dos supuestos iniciales:

(a) el índice de reacción de oxidación del metal está controlado por la difusión, y

(b) los reactivos de oxidación de metales se introducen en la masa fundida desde las paredes y el fondo de un recipiente metalúrgico.

Los inventores desarrollaron la siguiente solución para prevenir la formación de inclusiones endógenas en el grueso de la masa fundida de metal. Si fuera posible inmovilizar los átomos que forman la masa fundida de metal cerca de las fuentes de especies oxidantes, es decir, las paredes y el fondo de un recipiente metalúrgico, se formaría una "capa pasivante" o una "capa amortiguadora" que se oxidaría pero, dado que la difusión es muy lenta y carece de flujo significativo, la reacción de oxidación no se propagaría por el grueso de la masa fundida de metal. Este principio se ilustra esquemáticamente en la figura 4, en donde el caudal (Q) de la masa fundida de metal es sustancialmente cero a lo largo de una distancia (8) desde la pared o desde el fondo revestido con un material refractario. Esta interfase de grosor (8) se denomina en el presente documento "capa amortiguadora de oxidación". En dicha capa, la concentración de óxidos es sustancialmente mayor que en el grueso de la masa fundida de metal. La razón es que las fuentes de especies de oxidación son las paredes y el fondo del recipiente metalúrgico. Dado que el caudal en la capa amortiguadora de oxidación es casi cero, la reacción de oxidación está controlada por la difusión y, por lo tanto, no se propaga rápidamente. No obstante, por encima de dicha capa amortiguadora de oxidación, la velocidad de flujo de la masa fundida de metal aumentaría y la reacción de oxidación se propagaría más rápidamente pero, sin reactivos de oxidación, solo se producen reacciones de oxidación muy limitadas por encima de la capa amortiguadora.

Está claro que, aunque las reacciones de oxidación se han mencionado en la explicación anterior, lo mismo ocurre, con los cambios correspondientes, en otras reacciones tales como la formación de sulfuros, nitruros y fosfuros, cuyos índices de reacción con átomos tales como el Fe también están controlados por la difusión.

Según la presente invención, se pueden utilizar diversos dispositivos o medios para formar una capa amortiguadora de oxidación. En una primera realización, el dispositivo adopta la forma de una estructura de revestimiento en la que una capa de metal o un componente metálico se intercala o queda contenida entre dos capas de material refractario. La estructura de revestimiento de metal contenida puede usarse para revestir parte o todo el fondo de un recipiente refractario y puede utilizarse para revestir parte o todas las paredes de un recipiente refractario. Las capas exteriores o que envuelven la estructura de revestimiento de metal contenida están hechas de un material sustancialmente no oxidativo con respecto a la masa fundida de metal.

Las capas exteriores que envuelven la estructura de revestimiento de metal contenida deben estar hechas de un material que no reaccione con las masas fundidas de metal, en particular, aceros con bajo contenido de carbono. Ciertas realizaciones de la invención se caracterizan por la ausencia de silicatos. Los materiales usados para fabricar filtros de espuma para artesas son adecuados para fabricar las capas exteriores o envolventes de la presente invención. En particular, la circonia, alúmina, magnesia, mullita y una combinación de estos materiales pueden ser adecuadas para formar las capas externas o envolventes de la presente invención y se encuentran con facilidad en el mercado.

La segunda capa está configurada para maximizar el área de metal que está en un plano paralelo a las paredes del recipiente. Si el metal de la segunda capa está en forma sólida, evita físicamente que los agentes de oxidación pasen de la tercera capa a la primera capa y, en consecuencia, al volumen de la masa fundida de metal. Si el metal de la segunda capa pasa parcial o totalmente a la forma fundida, los átomos de metal en contacto con el revestimiento refractario entran en contacto con los reactivos de oxidación, tales como el oxígeno en difusión o los componentes del revestimiento refractario, y reaccionan rápidamente formando óxidos, en particular FeO, en las masas fundidas de acero con bajo contenido de carbono. No obstante, cualquier masa fundida de metal queda esencialmente atrapada dentro de la segunda capa y no puede fluir significativamente hacia el grueso del metal fundido contenido dentro del recipiente. Dado que la propagación controlada por difusión de las reacciones de oxidación es muy lenta en masas fundidas de metal en reposo, la reacción se propagará con mucha lentitud a través del grosor (8) de la estructura del revestimiento. Por lo tanto, la masa fundida de metal que fluye sobre la estructura del revestimiento no se pone en contacto con los reactivos de oxidación hasta que la reacción de oxidación ha avanzado a través del espesor (8) de la capa, lo que puede tardar más que una operación de colada.

De la explicación anterior se entiende claramente que los materiales refractarios usados en las operaciones de colada pueden utilizarse en la primera y la tercera capa de la estructura de revestimiento de la presente invención. La primera y la tercera capa pueden ser monolíticas o estar compuestas por paneles.

El metal incorporado en la segunda capa se puede proporcionar en cualquier forma que tenga dos dimensiones ortogonales que sean significativamente mayores que una tercera, o un grosor, dimensión, tal como en forma de lámina, hojas, paneles, suspensión o polvo comprimido. Para garantizar que la primera capa permanezca fija con respecto a la tercera capa durante las operaciones de conformación metalúrgica, el metal de la segunda capa puede tener forma de hojas o paneles separados por una distancia en la que se puede colocar un material refractario. En ciertas realizaciones de la invención, las hojas o paneles de metal que constituyen la segunda capa pueden estar provistos de orificios transversales para alojar el material refractario, tal como el material refractario que constituye la primera capa, de modo que, cuando la hoja o panel se presiona hacia la tercera capa, o cuando el material refractario de la primera capa se aplica sobre las hojas o paneles, el refractario penetra en los orificios y forma separadores que fijan la posición de la primera capa con respecto a la tercera capa. En ciertas realizaciones de la invención, las hojas o paneles de metal que constituyen la segunda capa pueden estar provistos de ranuras o protuberancias de modo que, cuando la hoja o panel se presiona hacia la tercera capa, o cuando el material refractario de la primera capa se aplica sobre las hojas o paneles, se forman geometrías receptoras para las ranuras o protuberancias en la primera capa o tercera capa para acoplar la segunda capa a la primera capa o a la tercera capa.

La separación entre la superficie principal de la primera capa, que se aleja del grueso de la masa fundida de metal, y la superficie de la tercera capa o capa de refuerzo, que se orienta hacia el grueso de la masa fundida de metal, o el grosor de la segunda capa puede encontrarse en el intervalo que incluye y que va de 0,01 mm y que incluye y llega a 10 mm, que incluye y va de 0,01 mm y que incluye y llega a 20 mm, que incluye y va de 0,01 mm y que incluye y llega a 50 mm, que incluye y va de 0,01 mm y que incluye y llega a 100 mm, que incluye y va de 0,01 mm y que incluye y llega a 150 mm, que incluye y va de 0,05 mm y que incluye y llega a 10 mm, que incluye y va de 0,05 mm y que incluye y llega a 20 mm, que incluye y va de 0,05 mm y que incluye y llega a 50 mm, que incluye y va de 0,05 mm y que incluye y llega a 100 mm, que incluye y va de 0,05 mm y que incluye y llega a 150 mm, que incluye y va de 0,1 mm y que incluye y llega a 10 mm, que incluye y va de 0,1 mm y que incluye y llega a 20 mm, que incluye y va de 0,1 mm y que incluye y llega a 50 mm, que incluye y va de 0,1 mm y que incluye y llega a 100 mm, que incluye y va de 0,1 mm y que incluye y llega a 150 mm, que incluye y va de 0,5 mm y que incluye y llega a 10 mm, que incluye y va de 0,5 mm y que incluye y llega a 20 mm, que incluye y va de 0,5 mm y que incluye y llega a 50 mm, que incluye y va de 0,5 mm y que incluye y llega a 100 mm, que incluye y va de 0,5 mm y que incluye y llega a 150 mm, que incluye y va de 1 mm y que incluye y llega a 20 mm, que incluye y va de 1 mm y que incluye y llega a 30 mm, que incluye y va de 1 mm y que incluye y llega a 50 mm, que incluye y va de 1 mm y que incluye y llega a 100 mm, que incluye y va de 1 mm y que incluye y llega a 150 mm, que incluye y va de 2 mm y que incluye y llega a 30 mm, que incluye y va de 2 mm y que incluye y llega a 50 mm, que incluye y va de 2 mm y que incluye y llega a 100 mm y que incluye y va de 2 mm y que incluye y llega a 150 mm.

Según la presente invención, una estructura de revestimiento para un recipiente refractario comprende: (a) una primera capa que tiene una primera superficie principal de la primera capa y una segunda superficie principal de la primera capa, dispuesta en oposición a la primera superficie principal de la primera capa, y (b) una segunda capa que tiene una primera superficie principal de la segunda capa y una segunda superficie principal de la segunda capa, dispuesta en oposición a la segunda capa de la primera superficie principal, en donde la segunda superficie principal de la primera capa está en contacto o en comunicación con la primera superficie principal de la segunda capa; y (c) una tercera capa no perforada que tiene una primera superficie principal de la tercera capa en comunicación con la segunda superficie principal de la segunda capa, en donde la segunda capa comprende un componente metálico que tiene una superficie principal paralela o adyacente a la primera superficie principal de la segunda capa o a la primera superficie principal de la tercera capa. La primera capa, la segunda capa y la tercera capa pueden estar todas orientadas en paralelo. Una capa no perforada es una capa que no ha sido sometida a un procedimiento que produce un canal o conducto a través de la capa y permite que un fluido pase de un lado de la capa a otro. Una superficie principal es una superficie que tiene un área mayor que el valor medio de todas las superficies de un objeto. El área de la superficie del componente metálico, paralela o adyacente a la primera superficie principal de la tercera capa o a la primera superficie principal de la segunda capa, puede tener un valor que incluye y va del 50 % y que incluye y llega al 100 %, que incluye y va del 50 % y que incluye y llega al 99 %, que incluye y va del 50 % y que incluye y llega al 95 %, que incluye y va del 80 % y que incluye y llega al 95 %, o que incluye y va del 80 % y que incluye y llega al 99 % del área de la primera superficie principal de la tercera capa o del área de la primera superficie principal de la segunda capa. La primera capa de la estructura de revestimiento comprende un material refractario tal como magnesia, alúmina, circonia, mullita y combinaciones de estos materiales. La tercera capa de la estructura de revestimiento comprende un material refractario tal como magnesia, alúmina, circonia, mullita y combinaciones de estos materiales. El componente metálico de la segunda capa puede contener conductos entre la primera superficie principal de la segunda capa y la segunda superficie principal de la segunda capa. Los conductos se pueden rellenar con material refractario para producir estructuras de soporte entre la primera capa y la tercera capa. La suma de las áreas de sección transversal de los conductos del componente metálico o la suma de las áreas de sección transversal de las estructuras de soporte que atraviesan el componente metálico tiene un valor que incluye y va del 0,1 % y que incluye y llega al 10 %, que incluye y va del 0,5 % y que incluye y llega al 10 %, o que incluye y va del 1 % y que incluye y llega al 10 %, que incluye y va del 0,1 % y que incluye y llega al 30 %, que incluye y va del 0,5 % y que incluye y llega al 30 %, y que incluye y va del 1 % y que incluye y llega al 30 % del área de la primera superficie principal de la segunda capa.

La segunda capa de la estructura de revestimiento puede comprender un componente metálico construido a partir de una lámina, hoja, panel o un volumen de suspensión o polvo comprimido que tiene las dos dimensiones mayores de tres dimensiones ortogonales orientadas en paralelo a la primera superficie principal de la segunda capa, en donde el área sumada en un plano paralelo a un plano principal de la segunda capa de todos los huecos o interrupciones en el componente metálico de la segunda capa es menor que el área sumada en un plano paralelo a un plano principal de la segunda capa del componente metálico de la segunda capa. En ciertas realizaciones de la invención, el área sumada en un plano paralelo a un plano principal de la segunda capa de todos los huecos o interrupciones en el componente metálico de la segunda capa (definida como "a1") y el área sumada en un plano paralelo a un plano principal de la segunda capa del componente metálico de la segunda capa (definida como "a2") pueden presentar una relación r=a1/a2, de modo que "r" es igual o inferior a 1,0, igual o inferior a 0,5, igual o inferior a 0,1, igual o inferior a 0,05, igual o inferior a 0,02, igual o inferior a 0,01, igual o inferior a 0,007, igual o inferior a 0,005 o igual o inferior a 0,002.

En realizaciones específicas de la invención, la segunda capa puede comprender una pluralidad de estructuras de separación que sobresalen de la primera superficie principal de la tercera capa, dispuestas para mantener en posición el componente metálico de la segunda capa. En realizaciones específicas de la invención, la segunda capa puede comprender una pluralidad de estructuras de separación que sobresalen de la segunda superficie principal de la primera capa, dispuestas para mantener en posición el componente metálico de la segunda capa. Las estructuras de separación pueden formarse con cualquier geometría adecuada, tal como esferas, cilindros, secciones cónicas o prismas de polígonos. La primera capa y la tercera capa pueden estar provistas de geometrías receptoras, de modo que las estructuras de separación se inmovilicen cuando se instale la primera capa con respecto a la tercera capa.

En realizaciones específicas de la invención, la segunda capa puede comprender una estructura de sacrificio en contacto con el componente metálico de la segunda capa. La estructura de sacrificio está configurada para que, cuando se elimine por combustión, calor, acción química o física, el metal de la segunda capa pueda expandirse al aumentar la temperatura sin dañar la integridad estructural de las capas refractarias con las que está en contacto. En algunas realizaciones de la invención, algunas o todas las perforaciones u orificios que haya en las hojas de metal u otros componentes metálicos de la segunda capa pueden rellenarse con material de sacrificio para adaptarse a la expansión de volumen del metal al calentarlo. Las estructuras de sacrificio pueden construirse con materiales celulósicos, plástico u otros materiales orgánicos, materiales grafíticos, vidrios, minerales permeables, materiales o metales gaseosos y combinaciones de estos. El material utilizado en la estructura de sacrificio puede adoptar la forma de una hoja, polvo, suspensión pulverizada o gel. La estructura de sacrificio se coloca en contacto con el metal de la segunda capa, como parte del proceso de ensamblaje de la segunda capa durante la preparación de un revestimiento según la invención. A continuación, se aplican uno o más materiales refractarios en la estructura de sacrificio para proporcionar, después de la eliminación de la estructura de sacrificio, una primera y una segunda capa según la presente invención.

La estructura de sacrificio puede tener un volumen que se encuentre en el intervalo que incluye y va del 0,05 % y que incluye y llega al 20 %, que incluye y va del 0,05 % y que incluye y llega al 15 %, que incluye y va del 0,05 % y que incluye y llega al 10 %, que incluye y va del 0,05 % y que incluye y llega al 5 %, que incluye y va del 0,05 % y que incluye y llega al 2 %, que incluye y va del 0,05 % y que incluye y llega al 1 %, que incluye y va del 0,05 % y que incluye y llega al 0,5 %, que incluye y va del 0,1 % y que incluye y llega al 20 %, que incluye y va del 0,1 % y que incluye y llega al 15 %, que incluye y va del 0,1 % y que incluye y llega al 10 %, que incluye y va del 0,1 % y que incluye y llega al 5 %, que incluye y va del 0,1 % y que incluye y llega al 2 %, que incluye y va del 0,1 % y que incluye y llega al 1 %, que incluye y va del 0,1 % y que incluye y llega al 0,5 %, que incluye y va del 0,2 % y que incluye y llega al 20 %, que incluye y va del 0,2 % y que incluye y llega al 15 %, que incluye y va del 0,2 % y que incluye y llega al 10 %, que incluye y va del 0,2 % y que incluye y llega al 5 %, que incluye y va del 0,2 % y que incluye y llega al 2 %, que incluye y va del 0,2 % y que incluye y llega al 1 %, que incluye y va del 0,2 % y que incluye y llega al 0,5 % del volumen del metal con el que está en comunicación.

En realizaciones específicas de la invención, la primera capa puede tener un grosor en el intervalo que incluye y va de 1 mm y que incluye y llega a 150 mm, en el intervalo que incluye y va de 1 mm y que incluye y llega a 100 mm, en el intervalo que incluye y va de 1 mm y que incluye y llega a 50 mm, en el intervalo que incluye y va de 5 mm y que incluye y llega a 150 mm, en el intervalo que incluye y va de 5 mm y que incluye y llega a 100 mm, en el intervalo que incluye y va de 5 mm y que incluye y llega a 50 mm, en el intervalo que incluye y va de 10 mm y que incluye y llega a 150 mm, en el intervalo que incluye y va de 10 mm y que incluye y llega a 100 mm o en el intervalo que incluye y va de 10 mm y que incluye y llega a 50 mm.

En realizaciones específicas de la invención, la segunda capa puede tener un grosor en el intervalo que incluye y va de 0,01 mm y que incluye y llega a 150 mm, en el intervalo que incluye y va de 0,01 mm y que incluye y llega a 100 mm, en el intervalo que incluye y va de 0,01 mm y que incluye y llega a 50 mm, que incluye y va de 0,05 mm y que incluye y llega a 150 mm, en el intervalo que incluye y va de 0,05 mm y que incluye y llega a 100 mm, en el intervalo que incluye y va de 0,05 mm y que incluye y llega a 50 mm, que incluye y va de 0,1 mm y que incluye y llega a 150 mm, en el intervalo que incluye y va de 0,1 mm y que incluye y llega a 100 mm, en el intervalo que incluye y va de 0,1 mm y que incluye y llega a 50 mm, en el intervalo que incluye y va de 0,5 mm y que incluye y llega a 150 mm, en el intervalo que incluye y va de 0,5 mm y que incluye y llega a 100 mm, en el intervalo que incluye y va de 0,5 mm y que incluye y llega a 50 mm, en el intervalo que incluye y va de 1 mm y que incluye y llega a 150 mm, en el intervalo que incluye y va de 1 mm y que incluye y llega a 100 mm, en el intervalo que incluye y va de 1 mm y que incluye y llega a 50 mm, en el intervalo que incluye y va de 5 mm y que incluye y llega a 150 mm, en el intervalo que incluye y va de 5 mm y que incluye y llega a 100 mm, en el intervalo que incluye y va de 5 mm y que incluye y llega a 50 mm, en el intervalo que incluye y va de 10 mm y que incluye y llega a 150 mm, en el intervalo que incluye y va de 10 mm y que incluye y llega a 100 mm o en el intervalo que incluye y va de 10 mm y que incluye y llega a 50 mm.

La presente invención también se refiere al uso de la estructura de revestimiento descrita anteriormente en un recipiente refractario, y a un recipiente metalúrgico que tiene un interior y un exterior, en donde el interior del recipiente metalúrgico comprende una estructura de revestimiento como la descrita anteriormente.

La presente invención también se refiere a un proceso para la minimización de la oxidación de un metal fundido durante la transferencia, que comprende: (a) transferir el metal fundido a un recipiente que tiene una estructura de revestimiento como la descrita anteriormente, y (b) transferir el metal fundido fuera del recipiente.

La figura 2 representa una estructura de revestimiento 30 según la presente invención. La primera capa 34 tiene una primera superficie principal de la primera capa 36 y una segunda superficie principal de la primera capa 38, dispuesta en oposición a la primera superficie principal de la primera capa 36. La segunda capa 42 tiene una primera superficie principal de la segunda capa 44 y una segunda superficie principal de la segunda capa 46, dispuesta en oposición a la primera superficie principal de la segunda capa 44. La segunda superficie principal de la primera capa 38 está en contacto con o en comunicación con la primera superficie principal de la segunda capa 44. La tercera capa 50 tiene una primera superficie principal de la tercera capa 52 y una segunda superficie principal de la tercera capa 54, dispuesta en oposición a la primera superficie principal de la tercera capa 52. En ciertas realizaciones de la invención, la primera capa 34 comprende una pluralidad de perforaciones 60 que pasan desde la primera superficie principal de la primera capa 36 hasta la segunda superficie principal de la primera capa 38. El elemento 62 es la sección transversal de una perforación en el plano del dibujo. Se muestra que la segunda capa 42 contiene un componente metálico de la segunda capa 64 en comunicación con al menos una perforación de la primera capa 60. El componente metálico 64 está en comunicación con la segunda superficie principal de la segunda capa 46. El elemento 66 es una dimensión del área del componente metálico 64. El elemento 68 es una estructura de soporte que permite el posicionamiento del componente metálico 64 durante la construcción de la estructura de revestimiento 30 y mantiene la separación entre la primera capa 34 y la tercera capa 50. La estructura de soporte 68 puede comprender material refractario de la tercera capa 50 que es empujado hacia la segunda capa 42 cuando el componente metálico 64 se presiona y pone en contacto con la tercera capa 50. La estructura de soporte 68 puede contener material refractario de la primera capa 34, que resulta de la aplicación de material refractario en la primera superficie principal de la segunda capa y del relleno de las aberturas o conductos del componente metálico 64 entre la primera superficie principal de la segunda capa 44 y la segunda superficie principal de la segunda capa 46. La estructura de soporte 68 puede comprender volúmenes entre piezas separadas de metal que constituyen el componente metálico 64, o puede comprender aberturas o conductos en el componente metálico 64 que se extienden desde la primera superficie principal de la segunda capa 44 hasta la segunda superficie principal de la segunda capa 46. La dimensión de la sección transversal de la estructura de soporte 70 es una dimensión que matemáticamente produce un área de sección transversal de la estructura de soporte.

La figura 3 representa un recipiente metalúrgico 80 que contiene una estructura de revestimiento según la presente invención y que tiene un volumen interior 82. El elemento 84 es la cáscara, la capa aislante y capa de seguridad refractaria dentro de las cuales está contenida la estructura de revestimiento. El elemento 84 está en comunicación con la tercera capa o capa de refuerzo 50. La tercera capa o capa de refuerzo 50 está en comunicación con la segunda capa 42. La segunda capa 42 está en comunicación con la primera capa 34. La segunda capa 42 contiene los volúmenes de componentes metálicos 64. La primera superficie principal 36 expuesta de la primera capa 34 entra en contacto con el metal fundido durante el uso del recipiente metalúrgico 80. Durante el uso, el metal fundido se introduce en el volumen interior 82. El metal de la segunda capa 42 puede permanecer total o parcialmente en estado sólido, o puede sufrir parcial o totalmente un cambio de fase al estado fundido. Cualquier metal fundido de la segunda capa 42 quedaría retenido. Se cree que el metal en cualquier fase contribuiría al funcionamiento de la invención, ya que el metal fundido reaccionaría con las especies emitidas por la capa de refuerzo 50 para evitar que pasen al volumen interior 82, y el metal sólido proporcionaría una barrera física frente a las especies emitidas por la capa de refuerzo 50.

La figura 4 muestra gráficos de las propiedades dentro de un recipiente metalúrgico que contiene un revestimiento según la invención, suponiendo que el metal de la segunda capa 42 está al menos parcialmente fundido. Las propiedades se muestran con respecto a la distancia desde la tercera capa 50 de un revestimiento de la presente invención, en donde el caudal (Q) de la masa fundida de metal es sustancialmente cero en una distancia (8) desde la tercera capa 50 del revestimiento, que puede ser una pared o un fondo revestido con un material refractario. Esta interfase de grosor 8 se denomina "capa amortiguadora de oxidación". En esta realización, esta corresponde al grosor de una primera capa 34 soportada por una segunda capa 42. La primera capa 34 está en comunicación con el volumen interior 82 del recipiente metalúrgico. La línea de diagrama 90 indica el caudal de metal con respecto a la distancia desde la tercera capa 50, con valores que aumentan de izquierda a derecha. La línea de diagrama 92 indica la concentración de óxidos con respecto a la distancia desde la tercera capa 50, con valores que aumentan de izquierda a derecha.

La figura 5 representa una sección transversal 100 de un revestimiento de la presente invención. La primera capa 34 está soportada por una segunda capa 42, que a su vez está soportada sobre la primera superficie principal 52 de la tercera capa 50. El plano principal interno de la primera capa 102 es un plano contenido dentro de la primera capa 34 y paralelo a la primera superficie principal 52 de la tercera capa 50. El plano principal interno de la segunda capa 104 es un plano contenido dentro de la segunda capa 42 y paralelo a la primera superficie principal 52 de la tercera capa 50. El elemento 68 es una estructura de soporte que permite el posicionamiento del componente metálico 64 durante la construcción de la estructura de revestimiento 30 y mantiene la separación entre la primera capa 34 y la tercera capa 50. Este puede formarse a partir de material refractario extrudido a través de un conducto del componente metálico 64 mediante presión sobre el componente metálico 64 hacia la tercera capa 50 durante la construcción del revestimiento, o de material refractario extrudido alrededor de la periferia de una porción del componente metálico 64 mediante presión sobre el componente metálico 64 hacia la tercera capa 50 durante la construcción del revestimiento.

La estructura configurada de la invención puede formarse proporcionando un panel de base de un material refractario, tal como un colable de alúmina de cemento ultrabajo, y pulverizar un material de revestimiento de artesa, tal como un material de pulverización de magnesita, que contiene e incluye de un 70 % en peso de magnesita y que incluye y llega a un 100 % en peso de magnesita sobre el panel base para formar una tercera capa. A continuación, se presiona firmemente una hoja de componente metálico contra el material de pulverización de magnesita en el panel de base para formar una segunda capa. Un material a base de alúmina, tal como un material que contiene e incluye de un 80 % en peso de alúmina y que incluye y llega a un 100 % en peso de alúmina, se rocía después sobre la segunda capa para formar una primera capa. Las estructuras de soporte para el componente metálico se pueden formar presionando la hoja del componente metálico contra la tercera capa, de modo que el material de la tercera capa rodee la hoja del componente metálico o de modo que el material de la tercera capa sea empujado hacia una abertura transversal de la hoja metálica. En otra realización de la invención, se puede usar polvo metálico para formar el componente o capa metálica, y el material refractario de la primera y la tercera capa se puede proporcionar en forma de revestimiento refractario vibratorio en seco. En otra realización más de la invención, se puede pulverizar una suspensión que contiene metal sobre la tercera capa para formar la capa o componente metálico.

Los materiales refractarios pueden aplicarse mediante pistola, pulverización, una llana, colada, aplicación de vibración en seco, proyección de hormigón, lechada, vaciado, inyección o colocación de piezas preformadas. A continuación, se pueden secar, curar o estabilizar los materiales refractarios para solidificarlos según sea necesario. La estructura en capas resultante se expone luego a una acción física o química para eliminar o transformar cualquier estructura de sacrificio y proporcionar un volumen que se adapte a la expansión térmica del componente metálico.

La segunda capa puede tener un grosor que incluye y va de 0,01 mm, 0,02 mm, 0,05 mm, 0,10 mm, 0,25 mm, 0,50 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm o 10 mm y que incluye y llega a 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm, 60 mm, 70 mm, 80 mm, 90 mm o 100 mm.

Un recipiente construido según la presente invención puede usarse en procesos metalúrgicos. Un método de uso puede incluir introducir un metal fundido en un recipiente que tiene un revestimiento según la presente invención y, posteriormente, retirar el metal fundido del recipiente a través de una tobera.

EJEMPLO I

Para las pruebas, los paneles de base se preparan a partir de un colable de alúmina de cemento ultrabajo, similar al material utilizado como revestimiento de seguridad dentro de una artesa de acero. Las dimensiones de cada panel de base son 90 cm x 60 cm x 12,5 cm (36 pulgadas x 24 pulgadas x 5 pulgadas). En primer lugar, un material de revestimiento de artesa (Basilite, un material de pulverización ligero a base de magnesita que contiene >70 % en peso de magnesia) se pulveriza sobre el panel de base hasta conseguir un grosor de aproximadamente 2,5 cm (1 pulgada), utilizando una máquina de pulverización de Basilite. Las hojas de componentes metálicos (50 cm x 30 cm o 20 pulgadas x 12 pulgadas) que tienen diferentes configuraciones de aberturas se presionan firmemente contra el revestimiento de Basilite. A continuación, se pulveriza un material a base de alúmina (alúmina> 80 % en peso) hasta conseguir un grosor de aproximadamente 2 cm (1 pulgada) sobre la superficie.

En la construcción de paneles seleccionados, se proporcionarán conductos o aberturas en las hojas de componentes metálicos. Los volúmenes de estas aberturas se rellenarán con material refractario durante la construcción del panel, para que se haga contacto directo, a través de las aberturas, entre los revestimientos que están en contacto con cada una de las superficies de las hojas de componentes metálicos.

Los componentes metálicos se secan al aire y luego se calientan a 538 grados C (1000 grados F) durante tres horas para proporcionar información sobre el comportamiento de secado del revestimiento, así como de su integridad estructural.

EJEMPLO II

Para la prueba, se utiliza un crisol de MgO de 30,48 cm de alto y 19,05 cm de diámetro interno (12 pulgadas de alto y 7,5 pulgadas de diámetro interno). En el centro del crisol se coloca un cilindro hueco de metal con el grosor deseado y de 13,97 a 15,24 cm (5,5 a 6 pulgadas) de diámetro exterior y 26,67 cm (10,5 pulgadas) de alto. El cilindro hueco de metal puede estar provisto de perforaciones entre una superficie lateral interior y una superficie lateral exterior. Estas perforaciones pueden rellenarse con un material de sacrificio durante la construcción del crisol. El espacio entre la pared interior del crisol de MgO y la pared exterior del cilindro de metal se rellena con un material de revestimiento de artesa (tal como Basilite). A continuación, se coloca un mandril metálico cilíndrico en el centro del crisol que ya contiene el cilindro metálico hueco. Después, el espacio entre la pared interior del cilindro de metal y el mandril se rellena con un material de revestimiento de artesa (en su mayoría, con alto contenido de alúmina). El mandril se retira después de secar el crisol a 110 grados C (230 grados F) durante una hora. Luego, el crisol se seca a 232 grados C (450 grados F) durante 24 horas y luego se calienta a 1482 grados C (2700 grados F) durante cinco horas. Después, se examina el crisol.

Son posibles numerosas modificaciones y variantes de la presente invención. Por tanto, debe entenderse que, dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones, la invención puede ponerse en práctica de otras maneras distintas a las descritas específicamente.

Elementos de la invención:

10. Aparato de colada

12. Masa fundida de metal

14. Cuchara

16. Válvula de cuchara

18. Sistema de toberas de cuchara

20. Artesa

24. Válvula de artesa

26. Sistema de toberas de artesa

28. Molde

30. Estructura de revestimiento

34. Primera capa

36. Primera superficie principal de la primera capa

38. Segunda superficie principal de la primera capa

42. Segunda capa

44. Primera superficie principal de la segunda capa

46. Segunda superficie principal de la segunda capa

50. Tercera capa

52. Primera superficie principal de la tercera capa

54. Segunda superficie principal de la tercera capa

60. Perforaciones

62. Dimensión de la sección transversal de la perforación

64. Componente metálico

66. Dimensión del área del componente metálico de la tercera capa

68. Estructura de soporte

70. Dimensión de la sección transversal de la estructura de soporte

80. Recipiente metalúrgico

82. Volumen interior del recipiente metalúrgico

84. Cáscara del recipiente metalúrgico

90. Caudal de metal con respecto a la distancia desde la tercera capa

100. Sección transversal de un revestimiento de la presente invención

102. Plano principal interno de la primera capa

104. Plano mayor interno de la segunda capa.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una estructura de revestimiento (30) para un recipiente refractario, que comprende

a) una primera capa (34) que tiene una primera superficie principal de la primera capa (36) y una segunda superficie principal de la primera capa (38), dispuesta en oposición a la primera superficie principal de la primera capa (36), y b) una segunda capa (42) que tiene una primera superficie principal de la segunda capa (44) y una segunda superficie principal de la segunda capa (46), dispuesta en oposición a la primera superficie principal de la segunda capa (44); en donde la segunda superficie principal de la primera capa (38) está en comunicación con la primera superficie principal de la segunda capa (44); y

c) una tercera capa no perforada (50) que tiene una primera superficie principal de la tercera capa (52) en comunicación con la segunda superficie principal de la segunda capa (46), en donde la segunda capa (42) comprende un componente metálico (64) que tiene una superficie principal adyacente a la primera superficie principal de la tercera capa (52), y

d) al menos una estructura de soporte (68) que se extiende desde la primera capa (34), a través de la segunda capa (42), hasta la tercera capa (50);

en donde la suma de las áreas de sección transversal de dicha al menos una estructura de soporte (68) que pasa a través del componente (64) tiene un valor que incluye y va del 0,1 % y que incluye y llega al 10 % del área de la primera superficie principal de la segunda capa (52),

en donde la primera capa (34) comprende un material seleccionado del grupo que consiste en magnesia, alúmina, circonia, mullita y combinaciones de cualquiera de estos materiales, en donde la segunda capa (42) comprende un material seleccionado del grupo que consiste en acero, aluminio, aleaciones y combinaciones de cualquiera de estos, y en donde la tercera capa (50) comprende un material seleccionado del grupo que consiste en magnesia, alúmina, circonia, mullita y combinaciones de cualquiera de estos materiales.

2. La estructura de revestimiento (30) según la reivindicación 1, en donde el área del componente metálico (64) adyacente a la primera superficie principal de la tercera capa (52) tiene un valor que incluye y va del 50 % y que incluye y llega al 99 % del área de la primera superficie principal de la tercera capa (52).

3. La estructura de revestimiento (30) según la reivindicación 2, en donde el área del componente metálico (64) adyacente a la primera superficie principal de la tercera capa (52) tiene un valor que incluye y va del 50 % y que incluye y llega al 95 % del área de la primera superficie principal de la tercera capa (52).

4. La estructura de revestimiento (30) según la reivindicación 1, en donde el área del componente metálico (64) adyacente a la primera superficie principal de la tercera capa (52) tiene un valor que incluye y va del 80 % y que incluye y llega al 99 % del área de la primera superficie principal de la tercera capa (52).

5. La estructura de revestimiento (30) según la reivindicación 1, en donde la primera capa de la estructura de revestimiento (34) comprende alúmina.

6. La estructura de revestimiento (30) según la reivindicación 1, en donde la tercera capa de la estructura de revestimiento (50) comprende magnesia.

7. La estructura de revestimiento (30) según la reivindicación 1, en donde el componente metálico (64) comprende conductos entre la primera superficie principal de la segunda capa (44) y la segunda superficie principal de la segunda capa (46).

8. La estructura de revestimiento (30) según la reivindicación 7, en donde la suma de las áreas de sección transversal de los conductos del componente metálico (64) tiene un valor que incluye y va del 1 % y que incluye y llega al 30 % del área de la primera superficie principal de la segunda capa (44).

9. La estructura de revestimiento (30) según la reivindicación 1, en donde la primera capa (34) tiene un grosor en el intervalo que incluye y va de 1 mm y que incluye y llega a 50 mm.

10. La estructura de revestimiento (30) según la reivindicación 1, en donde la segunda capa (42) tiene un grosor en el intervalo que incluye y va de 0,01 mm y que incluye y llega a 50 mm.

11. Un recipiente metalúrgico que tiene un interior y un exterior, en donde el interior del recipiente metalúrgico comprende una estructura de revestimiento (30) según la reivindicación 1.

12. Proceso para la minimización de la oxidación de un metal fundido, que comprende

a) transferir el metal fundido a un recipiente que tiene una estructura de revestimiento (30) según la reivindicación 1, y

b) transferir el metal fundido fuera del recipiente.