ES2984911T3 - Panel de refrigeración para un fundidor - Google Patents

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ES2984911T3
ES2984911T3 ES20797587T ES20797587T ES2984911T3 ES 2984911 T3 ES2984911 T3 ES 2984911T3 ES 20797587 T ES20797587 T ES 20797587T ES 20797587 T ES20797587 T ES 20797587T ES 2984911 T3 ES2984911 T3 ES 2984911T3
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Shane Rashley
Robert Kuhlman
David Soley
Jian Jiao
Walter Anderson
Susan Smith
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Abstract

Se describe un panel de enfriamiento (12, 212, 312, 412) para un horno de fusión (10) y un método para fabricar el panel de enfriamiento (12, 212, 312, 412). En particular, el panel de enfriamiento (12, 212, 312, 412) puede incluir una primera (20, 120, 220, 420) y una segunda (22, 122, 222, 422) pared exterior y una pluralidad de paredes laterales (34, 36, 38, 40, 134, 136, 138, 140, 334, 336, 338, 340, 434, 436, 438, 440) acopladas a las paredes exteriores que definen un espacio interior (62, 462). Una pluralidad de deflectores (24, 424) se encuentran dispuestos en el espacio interior (62, 462), donde las proyecciones (48, 52) en los deflectores (24, 424) encajan en las aberturas respectivas (28, 44) en las paredes exteriores (20, 22, 120, 122, 220, 222, 420, 422) y se pueden conectar desde el exterior del panel de enfriamiento (12, 212, 312, 412). El panel de enfriamiento (12, 212, 312, 412) se puede formar mediante soldadura y/o fabricación aditiva, como se describe en este documento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Panel de refrigeración para un fundidor
Esta solicitud de patente describe dispositivos y métodos para su uso en la fabricación de vidrio y, más particularmente, dispositivos para proporcionar refrigeración por fluido a un fundidor de vidrio.
Antecedentes
La fabricación de vidrio a menudo ocurre a altas temperaturas que requieren que el equipo utilizado en el proceso de fabricación del vidrio resista condiciones severas. En particular, la fusión por combustión sumergida (“ SCM” ) es un tipo específico de fabricación de vidrio, en el que una mezcla de aire, combustible u oxígeno y combustible se inyecta directamente en un depósito de vidrio fundido. A medida que los gases de combustión burbujean con fuerza a través del vidrio fundido, crean una alta tasa de transferencia de calor y una mezcla turbulenta del vidrio fundido hasta que logra una composición uniforme. Un fundidor de combustión sumergida típico tiene un suelo y un conducto de quemador vertical que se extiende a través del suelo. Un quemador, colocado dentro de un conducto de quemador, se sumerge en el vidrio fundido.
Para soportar las condiciones severas dentro del fundidor para la fabricación de vidrio tradicional o la SCM, pueden refrigerarse con fluido parte o la totalidad del suelo, las paredes o el techo del fundidor. Una porción del suelo, las paredes o el techo del fundidor, que está en contacto con el vidrio fundido, puede incluir un material refractario para soportar las altas temperaturas. Otra porción del suelo, las paredes o el techo del fundidor puede incluir la refrigeración por fluido. El documento DE 2825528 A1 describe un panel de refrigeración que incluye una primera y segunda paredes exteriores y una pluralidad de paredes laterales, así como una pluralidad de deflectores que están dispuestos de manera que proporcionen un paso de flujo de refrigerante serpenteante, de modo que la distancia entre los deflectores es mayor que la distancia entre los extremos de deflector y las paredes laterales. Los deflectores están soldados a una de las paredes exteriores y presionados contra la pared exterior para encerrar el paso de flujo de refrigerante.
Breve resumen de la descripción
El objeto que se reivindica actualmente se define en las reivindicaciones 1 ,6 y 10.
Según un aspecto de la descripción, un panel de refrigeración para un fundidor incluye una primera y segunda paredes exteriores y una pluralidad de paredes laterales acopladas a la primera y segunda paredes exteriores, definiendo un espacio interior, y una pluralidad de deflectores dispuestos en el espacio interior, donde cada deflector incluye una pluralidad de proyecciones. Cada una de la primera y segunda paredes exteriores tiene una pluralidad de aberturas. Las respectivas aberturas y proyecciones encajan entre sí y están conectadas desde el exterior del panel de refrigeración de modo que las paredes exteriores y los deflectores estén fijos entre sí, y las paredes laterales están fijadas a las paredes exteriores de modo que el panel de refrigeración sea estanco a los fluidos. Según otro aspecto de la descripción, se proporciona un método para formar un panel de refrigeración que tiene algunas o todas las características analizadas en el presente documento. El método incluye recibir una pluralidad de paredes laterales, una primera y segunda paredes exteriores cada una de las cuales tiene una pluralidad de aberturas, y una pluralidad de deflectores cada uno de los cuales tiene una pluralidad de proyecciones; conectar la primera y segunda paredes con la pluralidad de deflectores dispuestos entre las paredes exteriores; y conectar las paredes laterales a la primera y segunda paredes exteriores para fijar las paredes laterales a las paredes exteriores de modo que el panel de refrigeración sea hermético a los fluidos.
Según un aspecto de la descripción, un panel de refrigeración para un fundidor incluye una primera y segunda paredes exteriores y una pluralidad de paredes laterales acopladas a la primera y segunda paredes exteriores, definiendo un espacio interior, donde la primera pared exterior incluye una pluralidad de primeras ranuras orientadas hacia el interior, y la segunda pared exterior incluye una pluralidad de segundas ranuras orientadas hacia el interior, paralelas a las primeras ranuras; y una pluralidad de deflectores dispuestos en el espacio interior y soportados por las primeras ranuras y las segundas ranuras; en donde un primer conjunto de las primeras ranuras y las segundas ranuras se extiende a lo largo del panel de refrigeración, y un segundo conjunto de las primeras ranuras y las segundas ranuras se extiende parcialmente a lo largo del panel de refrigeración, y en donde el primer conjunto y el segundo conjunto se alternan para crear un paso de flujo de fluido serpenteante en el espacio interior.
Breve descripción de los dibujos
La descripción, junto con los objetos, características, ventajas y aspectos adicionales de la misma, se comprenderá mejor a partir de la siguiente descripción, las reivindicaciones adjuntas y los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1A es una vista isométrica de un fundidor que tiene al menos un panel de refrigeración, según una realización ilustrativa de la presente descripción;
la Figura 1B es una vista en sección transversal que muestra el fundidor ilustrado en la Figura 1A, según una realización ilustrativa de la presente descripción;
la Figura 2A es una vista lateral de una primera pared exterior del panel de refrigeración incluido en el fundidor mostrado en las Figuras 1A y 1B, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 2B es una vista lateral de una segunda pared exterior del panel de refrigeración incluido en el fundidor mostrado en las Figuras 1A y 1B, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 2C es una vista lateral de un deflector del panel de refrigeración incluido en el fundidor mostrado en las Figuras 1A y 1B, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 3A es una vista isométrica del panel de refrigeración incluido en el fundidor mostrado en las Figuras 1A y 1B, ilustrado sin deflectores y con una pared exterior retirada, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 3B es una vista frontal del panel de refrigeración mostrado en la Figura 3A, ilustrado con deflectores y con una pared exterior retirada, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 3C es una vista en corte transversal lateral del panel de refrigeración mostrado en las Figuras 3A y 3B, que muestra un material refractario dispuesto sobre una pared exterior y una capa de vidrio congelado dispuesto sobre el material refractario, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 3D es una vista en sección transversal superior del panel de refrigeración mostrado en las Figuras 3A a 3C, que muestra múltiples deflectores en el espacio interior del panel de refrigeración, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 4A es una vista en sección transversal frontal de una realización del panel de refrigeración incluido en el fundidor mostrado en las Figuras 1A y 1B, donde el panel de refrigeración se ha fabricado mediante fabricación aditiva, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 4B es una vista en corte transversal lateral del panel de refrigeración mostrado en las Figura 4A, que ilustra un material refractario dispuesto sobre una pared exterior y una capa de vidrio congelado dispuesto sobre el material refractario, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 4C es una vista en corte transversal lateral del panel de refrigeración mostrado en las Figuras 4A y 4B, donde unos pasos de fluido incluyen característica internas, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción; la Figura 5A es una vista frontal de una realización del panel de refrigeración incluido en el fundidor mostrado en las Figuras 1A y 1B, donde el panel de refrigeración incluye una puerta y un armazón con al menos una extensión de pared para proteger el material refractario, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 5B es una vista en corte transversal lateral del panel de refrigeración mostrado en la Figura 5A, que muestra la puerta y el armazón con al menos una extensión de pared, el material refractario dispuesto sobre una pared exterior, y una capa de vidrio congelado dispuesto sobre el material refractario, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción; la Figura 5C es una vista en sección transversal, fragmentaria y ampliada, que muestra el fundidor ilustrado en la Figura 5B según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 6A es una vista en sección transversal frontal del panel de refrigeración incluido en el fundidor mostrado en las Figuras 1A y 1B, que ilustra una realización de deflectores y conductos de fluido dentro del panel de refrigeración, donde la distancia D es el 55 % de la anchura W, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 6B es una vista en sección transversal frontal del panel de refrigeración incluido en el fundidor mostrado en las Figuras 1A y 1B, que ilustra una realización de deflectores y conductos de fluido dentro del panel de refrigeración, donde la distancia D es el 75 % de la anchura W, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 7A es una vista lateral de una primera pared exterior del panel de refrigeración incluido en el fundidor mostrado en las Figuras 1A y 1B, donde la primera pared exterior incluye múltiples ranuras, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 7B es una vista lateral de una segunda pared exterior del panel de refrigeración incluido en el fundidor mostrado en las Figuras 1A y 1B, donde la segunda pared exterior incluye múltiples ranuras, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 7C es una vista lateral de un deflector del panel de refrigeración incluido en el fundidor mostrado en las Figuras 1A y 1B, donde el deflector está configurado para ser soportado por las ranuras de las Figuras 7A y 7B, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 8A es una vista isométrica del panel de refrigeración incluido en el fundidor mostrado en las Figuras 1A y 1B, ilustrado sin deflectores, con múltiples ranuras configuradas para soportar los deflectores ilustrados en la Figura 7C, y con una pared exterior retirada, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 8B es una vista frontal del panel de refrigeración mostrado en la Figura 8A, ilustrado con deflectores y con una pared exterior retirada, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 8C es una vista en corte transversal lateral del panel de refrigeración mostrado en las Figuras 8A y 8B, que muestra un material refractario dispuesto sobre una pared exterior y una capa de vidrio congelado dispuesto sobre el material refractario, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 8D es una vista en sección transversal superior del panel de refrigeración mostrado en las Figuras 8A a 8C, que muestra múltiples deflectores en el espacio interior del panel de refrigeración, según un aspecto ilustrativo de la presente descripción;
la Figura 9 es un diagrama de flujo que muestra varias etapas de una realización ilustrativa de un método para fabricar un panel de refrigeración como se muestra en las Figuras 1A a 3Dy 8D; y
la Figura 10 es un diagrama de flujo que muestra varias etapas de una realización ilustrativa de un método para fabricar de manera aditiva un panel de refrigeración como se muestra en las Figuras 4A a 4C.
Descripción detallada
Según al menos un aspecto de la descripción, se proporciona un panel de refrigeración para un fundidor de vidrio que puede soportar mejor las condiciones severas del fundidor que los paneles de refrigeración de la técnica anterior. Como se describe brevemente en los antecedentes, los entornos severos dentro de un fundidor para fabricar vidrio, particularmente en la SCM, pueden provocar desgaste, agrietamiento, erosión y/o fallos del suelo, las paredes o el techo del fundidor. El suelo, las paredes o el techo del fundidor pueden construirse con paneles que incluyan una porción de acero y una porción de material refractario acoplada a la porción de acero, donde la porción refractaria puede entrar en contacto con un material fundido dentro del fundidor. Las temperaturas en el fundidor pueden estar entre aproximadamente 1300 y 1500 grados centígrados (°C) o más. La porción de material refractario puede resistir mejor las altas temperaturas dentro del fundidor y puede tener un espesor en el intervalo de 0,254 cm a 7,62 cm (0,1 a 3,0 pulgadas), incluidos todos los intervalos, subintervalos y valores entre los mismos. Sin embargo, debido a las condiciones severas, los paneles e incluso el material refractario pueden ser susceptibles a desgaste, agrietamiento, erosión y/o fallos debido a su contacto directo con el material fundido (por ejemplo, vidrio fundido). En consecuencia, se describe un fundidor que tiene al menos un panel de refrigeración. Cada panel de refrigeración requiere menos tiempo que los paneles fabricados convencionalmente para colocar los deflectores internos, ensamblar y soldar cada panel, y reduce la probabilidad de errores. Las proyecciones de cada deflector encajan en las correspondientes aberturas en las paredes exteriores, y se pueden soldar mediante soldaduras de tapón. No se requieren soldaduras en ángulo dentro de los paneles de refrigeración porque cada deflector se puede soldar desde el exterior mediante soldaduras de tapón. Cada pared exterior, pared lateral y deflector se puede cortar con láser con las aberturas y proyecciones requeridas, y no requiere tiempo de diseño.
Además, cada panel de refrigeración puede incluir pasos de flujo de fluido que pueden configurarse para reducir las áreas estancadas de flujo de fluido y minimizar los puntos calientes superficiales en la cara caliente de cada panel de refrigeración. Los pasos de flujo de fluido también se pueden configurar para reducir la caída de presión del refrigerante. Cada panel de refrigeración puede incluir una entrada en la parte inferior y una salida en la parte superior, lo que reduce el riesgo de desarrollar una bolsa de aire en la parte superior del panel. Además, cada panel de refrigeración puede configurarse de modo que tenga el mismo tamaño y/o sea intercambiable, lo que también permite diferentes ubicaciones configurables para una puerta de acceso y/o salidas del fundidor.
Además, cada panel de refrigeración puede fabricarse como una única pieza monolítica, lo que puede mejorar la transferencia de calor por conducción. Cuando se fabrica como una sola pieza monolítica, cada panel de refrigeración puede incluir conductos de flujo con pasos de flujo de fluido optimizados para la transferencia de calor por convección y para minimizar la caída de presión a través del panel de refrigeración. Los conductos de flujo pueden configurarse de modo que soporten una presión más elevada que los paneles convencionales, lo que permite el uso de fluidos refrigerantes que no sean agua. Además, los conductos de flujo pueden incluir características internas que pueden configurarse para mejorar la transferencia de calor, lo que puede lograrse cambiando el área de la sección transversal del paso de flujo y/o cambiando la distancia de las líneas centrales entre cada conducto de flujo.
Las Figuras 1A y 1B representan un fundidor 10 compuesto por múltiples paneles 12 de refrigeración y quemadores 14 sumergidos (Figura 1B), estando configurado el fundidor 10 para fundir y contener un material fundido 16 (Figura 1B). El fundidor 10 puede incluir, por ejemplo, un fundidor de vidrio (por ejemplo, un fundidor de combustión sumergida) o un fundidor para otro material. El material fundido 16 en el fundidor 10 típicamente puede existir en estado líquido o semilíquido; sin embargo, una porción del material fundido 16 que fluya más cerca de los suelos, paredes o el techo del fundidor 10 puede volverse sólida (o al menos adoptar un estado muy viscoso) debido a su temperatura más baja, debido a un efecto de refrigeración de los suelos, paredes o techo, que una primera porción del material fundido 16. El material solidificado (que puede ser vidrio) puede comprender una capa 18 de material sólido o congelado que puede acoplarse a los suelos, paredes y techo (por ejemplo, al menos un panel 12 de refrigeración).
El fundidor 10 puede comprender al menos un panel 12 de refrigeración configurado para proporcionar estructura al fundidor, así como para refrigerar una porción del material fundido 16 y formar la capa 18 de material congelado acoplada a cada panel 12 de refrigeración. En una realización específica, el suelo, las paredes y el techo del fundidor 10 pueden incluir paneles de refrigeración intercambiables, como se representa en la Figura 1A. Se contempla que el fundidor 10 pueda estar compuesto enteramente por múltiples paneles 12 de refrigeración o pueda comprender solo uno o varios paneles 12 de refrigeración.
Como se ilustra en las Figuras 2A a 2C, cada panel 12 de refrigeración puede incluir una primera pared exterior 20, una segunda pared exterior 22 y al menos un deflector 24. La Figura 2A ilustra la primera pared exterior 20, que incluye un perímetro 26 y una pluralidad de primeras aberturas 28. También se representa que la primera pared exterior 20 incluye una entrada 30 de refrigerante y una salida 32 de refrigerante, aunque cabe señalar que puede ser la segunda pared exterior 22 la que incluya en cambio la entrada 30 de refrigerante y la salida 32 de refrigerante. Una pluralidad de paredes laterales 34, 36, 38, 40 pueden configurarse para acoplarse (por ejemplo, soldarse) a la primera pared exterior 20 alrededor y/o cerca del perímetro 26, como se muestra en la Figura 3A. La Figura 2B ilustra la segunda pared exterior 22 que tiene un perímetro 42 y una pluralidad de segundas aberturas 44. Las paredes laterales 34, 36, 38, 40 también pueden configurarse para acoplarse (por ejemplo, soldarse) a la segunda pared exterior 22 alrededor y/o cerca del perímetro 42.
Las primeras aberturas 28 y las segundas aberturas 44 se representan como orificios o ranuras, aunque se pueden incluir otras configuraciones. Aunque las primeras aberturas 28 y las segundas aberturas 44 se representan con una sección transversal circular o como ranuras, también podrían configurarse con una variedad de secciones transversales y/o formas, incluyendo ovaladas, rectangulares, cuadradas, triangulares y de otros tipos de polígonos, o similares.
Como se ilustra en la Figura 2C, cada panel 12 de refrigeración puede incluir al menos un deflector 24. Cada deflector 24 puede tener una primera cara 46 con unas respectivas primeras proyecciones 48 y una segunda cara 50, opuesta, con unas respectivas segundas proyecciones 52. En la realización mostrada en la Figura 2C, las primeras y segundas proyecciones 48, 52 se representan como pestañas que se extienden desde ambas primera y segunda caras 46, 50 del deflector 24, aunque las primeras y segundas proyecciones 48, 52 pueden configurarse de otras maneras. Como se representa, las primeras proyecciones 48 se extienden desde la primera cara 46 del deflector 24 y están configuradas para encajar en las respectivas primeras aberturas 28 de la primera pared exterior 20, y las segundas proyecciones 52 se extienden desde la segunda cara 50 del deflector 24 y están configuradas para encajar en respectivas segundas aberturas 44 de la segunda pared exterior 22. Se apreciará que las proyecciones 48, 52 podrían comprender otras configuraciones, por ejemplo postes, pasadores, tornillos, remaches, tacos, pernos, soldaduras, piezas soldadas o similares.
Las aberturas 28, 44 y las proyecciones 48, 52 pueden configurarse de modo que encajen entre sí (por ejemplo, un ajuste flojo, un ajuste de interferencia, etc.) y puedan conectarse desde el exterior del panel 12 de refrigeración, sin requerir soldaduras (por ejemplo, soldaduras en ángulo) dentro del panel 12 de refrigeración. De esta manera, la primera y segunda paredes exteriores 20, 22 y los deflectores 24 pueden fijarse (por ejemplo, acoplarse) entre sí, y las paredes laterales 34, 36, 38, 40 pueden fijarse a la primera y segunda paredes exteriores 20, 22 de modo que el panel 12 de refrigeración sea estanco a los fluidos.
Además, cada deflector 24 puede comprender un par de superficies longitudinales que incluyen una primera superficie longitudinal 54 y una segunda superficie longitudinal 56 opuesta. Además, cada deflector 24 puede incluir una superficie transversal abierta 58 configurada para no estar acoplada a nada más (por ejemplo, expuesta al refrigerante). Aunque la superficie transversal abierta 58 en la Figura 2C se muestra en la parte inferior del deflector 24, se apreciará que la superficie transversal abierta 58 también podría estar ubicada en la parte superior del deflector 24.
En el panel 12 de refrigeración, la primera y segunda paredes exteriores 20, 22, las paredes laterales 34, 36, 38, 40 y los deflectores 24 pueden definir un espacio interior 62 por el que el refrigerante puede flu ir a través de un paso 60 de flujo de fluido serpenteante. Los deflectores 24 funcionan para dividir el espacio interior 62 en una pluralidad de filas (p. ej., fila 64), donde cada fila puede ser paralela a un eje longitudinal A y puede tener una anchura W. La anchura W puede estar entre los deflectores 24 o entre un deflector 24 y una pared lateral 36, 40 adyacente. Para proporcionar una anchura W uniforme para cada fila 64, la anchura W entre los deflectores 24 puede ser igual a la anchura W entre un deflector 24 y la pared lateral 36, 40 adyacente.
Las Figuras 3A-3D ilustran una realización de un panel 12 de refrigeración que muestra una pared exterior (por ejemplo, la primera pared exterior 20) que incluye unas paredes laterales 34, 36, 38, 40 acopladas a la pared exterior alrededor de un perímetro (por ejemplo, el perímetro 26) de la pared exterior. La pluralidad de paredes laterales 34, 36, 38, 40, junto con la primera pared exterior 20 y la segunda pared exterior 22, pueden definir un espacio interior 62 con conductos 66 de fluido a través de los cuales puede fluir un refrigerante. Los conductos 66 de fluido pueden estar alineados y/o corresponderse con una respectiva fila 64. La Figura 3A ilustra una disposición de las aberturas 28 en la primera pared exterior 20, donde las aberturas 28 están dispuestas paralelas a un eje longitudinal A y configuradas para acoplarse con las respectivas proyecciones 48, 52 de cada deflector 24. La segunda pared exterior 22 y los deflectores 24 se muestran retirados en la Figura 3A.
La Figura 3B ilustra una pluralidad de deflectores 24 acoplados a la primera pared exterior 20, donde las primeras proyecciones 48 están acopladas con las respectivas primeras aberturas 28. La primera pared exterior 20 y las paredes laterales 34, 36, 38, 40 definen una pluralidad de conductos 66 de fluido cuando la segunda pared exterior 22 también está acoplada a los deflectores 24 y las paredes laterales 34, 36, 38, 40. Cabe señalar que la pared exterior mostrada en las Figuras 3A a 3D pueden ser la primera pared exterior 20 y/o la segunda pared exterior 22. De forma adicional, la primera pared exterior 20 se muestra retirada en la Figura 3<b>.
Al fabricar y/o construir el panel 12 de refrigeración, el panel 12 de refrigeración se puede formar de manera que las primeras y segundas aberturas 28, 44 y las proyecciones 48, 52 encajen entre sí, respectivamente, para asegurar la primera y segunda paredes exteriores 20, 22 a los deflectores 24. En un ejemplo, las primeras y segundas aberturas 28, 44 y las proyecciones 48, 52 se pueden mantener juntas mediante abrazaderas hasta que se hayan realizado y conectado las soldaduras desde el exterior del panel 12 de refrigeración de modo que no sean necesarias soldaduras interiores dentro del panel 12 de refrigeración. Una vez que se ha acoplado un deflector 24 a una pared exterior, la otra de la primera y segunda paredes exteriores 20, 22 puede incluir uno o más orificios que coincidan con la ubicación de los deflectores 24, y la otra de la primera y segunda paredes exteriores 20, 22 se puede colocar encima de los deflectores 24 para soldar, por ejemplo, mediante soldadura de tapón o soldadura en los orificios, para acoplarse a los deflectores 24. La soldadura de tapón se realizará desde el exterior del panel 12 de refrigeración. Posteriormente, las paredes laterales 34, 36, 38, 40 se pueden soldar, por ejemplo, soldar en ángulo o soldar a lo largo de una unión entre dos partes en ángulo entre sí, a la primera y segunda paredes exteriores 20, 22 para formar un panel 12 de refrigeración hermético a fluidos.
Con la tecnología convencional, un panel de refrigeración normalmente se construiría de manera que los deflectores se soldaran, por ejemplo, mediante soldadura por puntada o soldadura de forma intermitente, a lo largo de una unión entre un deflector respectivo y una de la primera y segunda paredes exteriores desde dentro del espacio interior. Estas soldaduras internas han sido necesarias para mantener los deflectores en su lugar antes de fijar la primera y/o segunda paredes exteriores.
Con las primeras y segundas aberturas 28, 44 y las proyecciones 48, 52 descritas, la primera y segunda paredes exteriores 20, 22 y los deflectores 24 se pueden encajar entre sí sin necesidad de soldar internamente cualquiera de las primeras y segundas paredes exteriores a los deflectores 24 antes de montar también la otra de la primera y segunda paredes exteriores 20, 22 en los deflectores 24. Esto puede ahorrar tiempo y costes en la construcción. Esta construcción también puede reducir la posibilidad de errores al colocar la primera y segunda paredes exteriores 20, 22 y los deflectores 24 conjuntamente. Se pueden realizar todas las soldaduras desde el exterior del panel 12 de refrigeración de manera que se obtengan juntas herméticas a los líquidos. Además, la primera y segunda paredes exteriores 20, 22 y los deflectores 24 se pueden cortar más fácilmente, incluyendo el corte con láser, para obtener las geometrías correctas.
Las Figuras 3A a 3D también muestran la entrada 30 de refrigerante y la salida 32 de refrigerante para hacer pasar un refrigerante dentro del panel 12 de refrigeración y desde el mismo. En un aspecto, la entrada 30 de refrigerante puede ubicarse en la porción inferior 68 del panel 12 de refrigeración y la salida 32 de refrigerante puede ubicarse en una porción superior 70 del panel 12 de refrigeración. Más específicamente, la entrada y salida 30, 32 de refrigerante pueden formarse ambas como orificios en al menos una de la primera y segunda paredes exteriores 20, 22 de modo que el refrigerante pueda pasar a través del espacio interior 62, entre los deflectores 24, y a través de los conductos 66 de fluido. El refrigerante puede ser cualquier tipo de refrigerante conocido en la técnica, incluyendo agua, diversos fluidos de transferencia de calor, disolventes, soluciones, CO2, fluido iónico, sales fundidas o similares.
La Figura 3C ilustra una vista en sección transversal a lo largo de la línea 3C en la Figura 3B que muestra una soldadura 72 en ángulo entre las paredes laterales 34, 36, 38, 40 y la primera y segunda paredes exteriores 20, 22, y que muestra un material refractario 74 que puede disponerse próximo a y/o acoplado con una pared exterior (por ejemplo, la segunda pared exterior 22). Al menos una forma 76 puede acoplarse a al menos una pared lateral 34, 36, 38, 40 para ayudar a formar el material refractario 74 sobre la segunda pared exterior 22. El material refractario 74 puede configurarse para que inicialmente haga contacto con el material fundido 16 en el fundidor 10. A medida que el panel 12 de refrigeración refrigera el material refractario 74, una porción del material fundido 16 puede volverse sólida y/o al menos muy viscosa y puede formar una capa 18 de material congelado que puede acoplarse al material refractario 74. La capa 18 de material congelado puede proteger el material refractario 74 y el panel 12 de refrigeración del material fundido 16 corrosivo.
En la realización mostrada en la Figura 3C el panel 12 de refrigeración puede incluir uno o más salientes 78, por ejemplo pasadores que tienen cabezas ampliadas, que se extienden desde la segunda pared exterior 22 y que están configurados para soportar al menos parcialmente el material refractario 74 que se cuela en la segunda pared exterior 22. De esta manera, uno o más salientes 78 pueden incrustarse en el material refractario 74 para ayudar a sujetar el material refractario 74 sobre la segunda pared exterior 22. Se apreciará que uno o más salientes 78 pueden incluir una variedad de configuraciones, por ejemplo tom illos, lengüetas, postes, remaches, tacos, pernos, soldaduras, piezas soldadas u otros miembros que pueden estar formados a partir de cualquier material adecuado conocido en la técnica, incluyendo acero, diversos metales, material refractario o similares.
Además, para ayudar a sujetar el material refractario 74 en la segunda pared exterior 22, la segunda pared exterior 22 puede incluir un primer borde exterior 80 dispuesto y extendiéndose alrededor del perímetro 42 de la segunda pared exterior 22 de modo que el primer borde exterior 80 se extienda alrededor del material refractario 74. Utilizando uno o más salientes 78 y/o el primer borde exterior 80, el material refractario 74 puede protegerse y fijarse mejor a la segunda pared exterior 22. El experto en la técnica entenderá que, en algunos casos, el material refractario 74, el uno o más salientes 78 y el primer borde exterior 80 también pueden incluirse en la primera pared exterior 20. Se apreciará que el panel 12 de refrigeración también puede formarse sin el material refractario 74, los salientes 78 y/o el primer borde exterior 80.
En la Figura 3C, en la cara del panel 12 de refrigeración opuesta al material refractario 74, se representa que la primera pared exterior 20 tiene un segundo borde exterior 82 que se extiende alrededor del perímetro 26. En una realización, el segundo borde exterior 82 puede incluir una pestaña con una pluralidad de orificios internos 84 (p. ej., espaciados equidistantemente). Los orificios internos 84 pueden formarse para acomodar pernos, tornillos, sujetadores o similares, que asegurarían la primera pared exterior 20 y el segundo borde exterior 82 a paneles 12 de refrigeración adyacentes y/u otras partes del fundidor 10. Según se analizó anteriormente, las características de una de la primera y segunda paredes exteriores 20, 22 se pueden cambiar o añadir adicionalmente a la otra de la primera y segunda paredes exteriores 20, 22. Por ejemplo, el segundo borde exterior 82 con los orificios internos 84 podría añadirse a o ser parte de la segunda pared exterior 22 y/o del primer borde exterior 80.
La Figura 3D ilustra una vista en sección transversal a lo largo de la línea 3D en la Figura 3B que muestra una realización de una pluralidad de deflectores 24 acoplados a la primera pared exterior 20 y a la segunda pared exterior 22. Además, la Figura 3D muestra al menos una soldadura 86 de tapón entre la primera y segunda paredes exteriores 20, 22 y los deflectores 24 desde el exterior del panel 12 de refrigeración. El material refractario 74 y el uno o más salientes 78 se han omitido del panel 12 de refrigeración mostrado en la Figura 3D para ilustrar más claramente la una o más soldaduras 86 de tapón.
En algunas implementaciones, el fundidor 10 y/o uno o más paneles 12 de refrigeración pueden incluir varios sensores de temperatura. Por ejemplo, uno o más sensores de temperatura pueden detectar la temperatura dentro de las porciones del material fundido 16 , la capa 18 de material congelado, una superficie de un panel 12 de refrigeración y/o la temperatura del refrigerante. En otras implementaciones, el panel 12 de refrigeración no incluye ningún sensor de temperatura para medir directamente la temperatura dentro de las porciones del material fundido 16 ni incluye ningún sensor de temperatura para medir directamente la temperatura del refrigerante. En esta implementación, varias tuberías, conductos o similares (no mostrados) que pueden estar adyacentes al panel 12 de refrigeración y que dirigen el refrigerante pueden incluir uno o más sensores de temperatura para detectar y/o medir la temperatura del refrigerante. Las mediciones de temperatura dentro de las diversas tuberías, conductos o similares pueden proporcionar una medición indirecta de la temperatura del refrigerante cuando está en el panel 12 de refrigeración. Por supuesto, se apreciará que el panel 12 de refrigeración también puede construirse para incluir varios sensores de temperatura (por ejemplo, un termopar) que detectan y miden directamente, por ejemplo, la temperatura del material fundido 16, una superficie del material fundido 16, la capa 18 de material congelado, el panel 12 de refrigeración y/o la temperatura del refrigerante.
Las realizaciones adicionales analizadas a continuación pueden ser similares en muchos aspectos a las realizaciones ilustradas en las Figuras 3A a 3D, y los números similares (p. ej., ampliados en 100, 200, etc.) entre las realizaciones generalmente designan elementos iguales o correspondientes a lo largo de las diversas vistas de las figuras de los dibujos. En consecuencia, las descripciones de las realizaciones se incorporan unas en otras, y la descripción del tema común a las realizaciones generalmente puede no repetirse aquí.
Las Figuras 4A a 4C ilustran una realización de un panel 112 de refrigeración que se ha fabricado usando fabricación aditiva. Como se representa en la Figura 4A, la primera y segunda paredes exteriores 120, 122, las paredes laterales 134, 136, 138, 140, los deflectores 124, la entrada 130 de refrigerante y la salida 132 de refrigerante pueden ser todos parte de una única estructura monolítica 188 de modo que haya soldaduras dentro del panel 112 de refrigeración. Como una estructura monolítica única, el panel 112 de refrigeración puede formarse como parte de un proceso de acumulación de material, capa sobre capa, y puede no tener costuras, juntas o similares entre las mismas. De forma adicional, cuando se implementan como una única estructura monolítica, la primera y segunda paredes exteriores 120, 122, las paredes laterales 134, 136, 138, 140 y los deflectores 124 no requieren soldaduras externas. La fabricación aditiva puede proporcionar un panel 112 de refrigeración con una geometría que puede no ser posible si se usaran otros métodos de fabricación, por ejemplo soldadura.
Como se muestra en las Figuras 4A a 4C, el panel 112 de refrigeración se puede fabricar de manera aditiva de modo que la primera pared exterior 120, la segunda pared exterior 122, las paredes laterales 134, 136, 138, 140 y los deflectores 124 definan múltiples conductos 166 de fluido, cada uno de los cuales tiene generalmente una sección transversal circular, aunque se apreciará que la sección transversal de cualquiera o de cada paso 166 de fluido puede incluir otras configuraciones y secciones transversales (por ejemplo, rectangular, cuadrada, etc.). En las realizaciones ilustradas en las Figuras 4A a 4C, el panel 112 de refrigeración puede incluir una pluralidad de conductos 166 de fluido que tienen secciones transversales circulares y un paso 160 de flujo configurado en un patrón serpenteante. Los conductos 166 de fluido pueden disponerse en al menos una fila 164 paralela a un eje longitudinal A, y pueden tener una anchura W.
Además de fabricar de forma aditiva la primera y segunda paredes exteriores 120, 122, las paredes laterales 134, 136, 138, 140 y los deflectores 124, la estructura monolítica 188 única también puede incluir uno o más salientes 178 y/o un primer borde exterior 180 que se extienden desde una de la primera y segunda paredes exteriores 120, 122, como se muestra en la Figura 4B. El uno o más salientes 178 y/o el primer borde exterior 180 se pueden fabricar de forma aditiva como parte del panel 112 de refrigeración. Además, un material refractario 174 puede fabricarse de forma aditiva como parte de la estructura monolítica 188 única o puede colarse sobre la estructura monolítica 188 única. En cualquier caso, es posible utilizar diferentes materiales como parte del proceso de fabricación aditiva de modo que el material refractario 174 podría ser diferente del resto del material incluido en la estructura monolítica 188 única, y aún así ser parte de la estructura monolítica 188 única. Se apreciará que es posible utilizar diversos materiales dentro del proceso de acumulación de material (por ejemplo, acero, material refractario, etc.). Un segundo borde exterior 182, que se extiende alrededor del perímetro de la otra de la primera y segunda paredes exteriores 120, 122 y que forma uno o más orificios 184, puede fabricarse de forma aditiva como parte de la estructura monolítica 188 única o fijarse como una parte separada a la estructura monolítica 188 única.
La Figura 4C representa una vista en corte transversal lateral de una realización específica de una porción del panel 112 de refrigeración. En esta vista, los conductos 166 de fluido se muestran como una sección transversal a lo largo de la línea 4B en la Figura 4A. Esta realización específica ilustra dónde los conductos 166 de fluido incluyen una característica interna 190, que puede formarse como parte de la estructura monolítica 188 única. En la realización ilustrada en la Figura 4B, la característica interna 190 puede incluir una pared o aleta central. Sin embargo, se contempla que la característica interna 190 pueda incluir otras realizaciones o configuraciones. En la realización ilustrada en la Figura 4C, la característica interna 190 puede extenderse paralela al eje longitudinal A y a lo largo del paso 166 de fluido dentro de cada respectiva fila 164, y puede dividir cada respectivo paso 166 de fluido en múltiples porciones (por ejemplo, dos porciones 192, 194). Se contempla que la característica interna 190 pueda tener una superficie que sea paralela con respecto al eje longitudinal A, paralela con respecto al eje longitudinal B, o que esté posicionada en un ángulo con respecto al eje longitudinal A y/o al eje longitudinal B. La característica interna 190 puede funcionar para mejorar la transferencia de calor entre el fundidor 10 y el refrigerante, proporcionando un área de superficie de transferencia de calor adicional y/o mezclando o alterando de otro modo el patrón de flujo del refrigerante. Todos o cualquiera de las filas 164 o conductos 166 de fluido pueden incluir la característica interna 190. Debido a que la característica interna 190 es parte de la estructura monolítica 188 única, puede proporcionar una buena transferencia de calor porque su geometría puede diseñarse y optimizarse en una manera que no es posible mediante otras técnicas de fabricación.
Durante la fabricación mediante fabricación aditiva, impresión tridimensional, creación rápida de prototipos, o una combinación de las mismas, el panel de refrigeración puede formarse de modo que incluya la primera y segunda paredes exteriores 120, 122, las paredes laterales 134, 136, 138, 140 y los deflectores 124, el uno o más salientes 178, el primer y segundo bordes exteriores 180, 182, el material refractario 174, las filas 164 y/o las características internas 190. En algunos casos, algunas de estas partes pueden no formarse como parte de la estructura monolítica 188 única. Al fabricar de forma aditiva todas o algunas de estas partes del panel 112 de refrigeración, pueden formar conductos intrincados optimizados para la transferencia de calor. Por ejemplo, el panel 112 de refrigeración puede optimizarse para la transferencia conductiva de calor o la transferencia directa de energía cinética. El panel 112 de refrigeración también se puede optimizar para la transferencia de calor por convección o la transferencia indirecta de fluido a medida que el fluido caliente sube y el fluido más frío cae como fluido a granel, y/o para minimizar la caída de presión dentro del panel 112 de refrigeración.
Además, tener un panel 112 de refrigeración que comprende una estructura monolítica 188 única puede permitir que los diversos componentes resistan mayores presiones y utilicen refrigerantes que podrían no ser posibles con otras técnicas de fabricación. Algunos refrigerantes ilustrativos que pueden usarse dentro del panel 112 de refrigeración pueden incluir dióxido de carbono supercrítico (scCO2), fluido iónico, sales fundidas, o similares. Además, las posibles geometrías intrincadas se pueden optimizar para reducir cualquier área de refrigerante estancado y/o puntos calientes dentro del panel 112 de refrigeración, por ejemplo alrededor de las conexiones y/o giros entre una fila 164 y la siguiente. Los deflectores 124 fabricados mediante fabricación aditiva en lugar de soldadura pueden resistir mejor las presiones internas del panel 112 de refrigeración, porque la presión interna máxima para los deflectores soldados puede depender de los espesores de la primera y segunda paredes exteriores y de la anchura entre los deflectores.
Las Figuras 5A-C representan una realización de un panel 212 de refrigeración que incluye una puerta 201 y un armazón 203 para la puerta 201, con al menos una extensión 205 de pared configurada para proporcionar protección al material refractario 274 dispuesto en la puerta 201, el armazón 203, y/o el panel 212 de refrigeración. La puerta 201 y/o el armazón 203 pueden incluir o al menos ser una porción de la primera pared exterior 220 y/o la segunda pared exterior 222 (por ejemplo, una superficie interior plana) que es interna al fundidor 10. Cuando se abre una puerta de refrigeración convencional, y la misma se desprende del armazón circundante, el material refractario de la puerta o del armazón puede agrietarse, astillarse, romperse o dañarse de otro modo debido a la fuerza cortante al abrir la puerta. Para reducir o elim inar estos daños, se pueden formar una o más extensiones 205 de pared como una porción de la puerta 201 y/o del armazón 203. Se apreciará que la puerta 201 y el armazón 203 pueden incluir cualquier otro tipo de abertura para el fundidor 10, incluido un punto de acceso, trampilla o similar.
En la realización mostrada en la Figura 5A, una vista lateral del panel 212 de refrigeración ilustra la puerta 201 alojada o dispuesta dentro del armazón 203, que además está dispuesto en el panel 212 de refrigeración. En algunos casos, la primera pared exterior 220 puede comprender el armazón 203. La puerta 201 y el armazón 203 se pueden fabricar y construir según cualquier aspecto de la descripción, incluyendo mediante soldadura, fijación y/o fabricación aditiva. La puerta 201 y el armazón 203 pueden incluir todas o cualquiera de las partes analizadas en el presente documento en los diversos otros aspectos del panel 12, 112, 212 de refrigeración. De forma adicional, pueden disponerse al menos una entrada 230a, 230b de refrigerante y al menos una salida 232a, 232b de refrigerante como una porción del panel 212 de refrigeración y/o de la puerta 201.
La Figura 5B ilustra una vista en sección transversal del panel 12 de refrigeración a lo largo de la línea 5B en la Figura 5A, que muestra la puerta 201, el armazón 203, el material refractario 274 dispuesto en la puerta 201 y el armazón 203, los salientes 278 y las extensiones 205 de pared que se extienden más allá de una superficie de la segunda pared exterior 222. Las extensiones 205 de pared pueden incluir una pared integralmente formada y/o acoplada con la puerta 201 y/o el armazón 203. Cada extensión 205 de pared puede extenderse perpendicularmente más allá de un plano de la segunda pared exterior 222 y a lo largo de una longitud del material refractario 274 para proteger el material refractario 274 frente a los daños al abrir la puerta 201. La una o más extensiones 225 de pared pueden extenderse a lo largo de al menos una porción de un perímetro de la puerta 201, el armazón 203 y/o al menos una porción del material refractario 274. La extensión 205 de pared puede formarse con el mismo material o un material similar que la primera y/o segunda paredes exteriores 224, 226 (por ejemplo, acero o similar) y puede extenderse más allá de la segunda pared exterior 222 en cualquier longitud deseada (por ejemplo, 0,63-5,08 cm (0,25- 2,0 pulgadas)). Se puede acoplar un material refractario 274 moldeable a la segunda pared exterior222usando, por ejemplo, los salientes 178. La Figura 5C ilustra una vista ampliada del círculo 5C en la Figura 5B.
Cada extensión 205 de pared sirve para proporcionar protección al material refractario 274 cuando se abre la puerta 201. Al proteger el material refractario 274, una o más extensiones 205 de pared reducen el costo y el tiempo de inactividad del fundidor 10 porque se previene y/o minimiza el tiempo de reparación del material refractario dañado.
Con referencia general a las Figuras 3A-5C, el panel 12 de refrigeración, 112, 212 se puede fabricar de modo que las filas 64, 164 tengan una geometría particular que proporcione presiones y/o caudales óptimos del refrigerante. Cada fila 64, 164 puede tener una anchura W entre un primer deflector 24, 124 y un deflector 24, 124 adyacente. Además, cada deflector 24, 124 se puede colocar de manera que la superficie transversal 58 abierta pueda estar separada de una pared lateral 34, 36, 38, 40 adyacente por una distancia D. Los deflectores 24, 124 se pueden alternar de manera que la respectiva distancia D de un deflector 24, 124 esté espaciada de una primera pared lateral 34, 38, 134, 138 y la respectiva distancia D de un deflector 24, 124 adyacente esté espaciada de una segunda pared lateral 34, 38, 134, 138 (por ejemplo, distal con respecto a la primera pared lateral). La distancia D entre las paredes laterales 34, 38, 134, 138 se puede fabricar de manera que sea sustancialmente la misma entre cada deflector 24, 124 y cada respectiva pared lateral 34, 38, 134, 138, de modo que sea aproximadamente del 70 % al 80 % de la anchura W de cada fila 64, 164, incluyendo todos los intervalos, subintervalos, valores entre los mismos y puntos finales. El intervalo del 70 % al 80 % puede ser un intervalo deseable para la relación entre la anchura W y la distancia D con el fin de proporcionar presiones deseables, una aceleración deseable del refrigerante desde una fila 64, 164 a una fila 64, 164 adyacente y/o caudales deseables del refrigerante dentro del panel 12, 112, 212 de refrigeración. Por el contrario, los paneles de refrigeración convencionales pueden formarse con una distancia D del 55 % al 65 % de la anchura W, incluyendo todos los intervalos, subintervalos, valores entre los mismos y puntos finales.
Las Figuras 6A-B representan una sección transversal de una configuración específica para un panel 312a, 312b de refrigeración, derivada de una simulación por ordenador usando dinámica de fluidos computacional (CFD), que compara una configuración de panel de refrigeración anterior con los paneles 12 , 112, 212 de refrigeración de la presente descripción. Por ejemplo, la Figura 6A representa la geometría de un panel 312a de refrigeración cuya distancia D está en el intervalo del 45 % al 65 % (mostrándose un valor del 55 %). El panel 312a de refrigeración puede incluir unas paredes laterales 334a, 336a, 338a, 340a, una entrada 330a de refrigerante, una salida 332a de refrigerante, al menos un deflector 324a y al menos un paso 366a de fluido. El paso 360a de flujo de fluido se representa mediante flechas. La Figura 6B representa la geometría de un panel de refrigeración 312b cuya distancia D supone un 75 % de la anchura W (aunque se puede usar el intervalo del 70 % al 80 %, incluyendo todos los intervalos, subintervalos, valores entre los mismos y puntos finales. El panel 312b de refrigeración puede incluir unas paredes laterales 334b, 336b, 338b, 340b, una entrada 330b de refrigerante, una salida 332b de refrigerante, al menos un deflector 324b y al menos un paso 366b de fluido. El paso 360b de flujo de fluido se representa mediante flechas.
Además de las características de todos o de cualquiera de los paneles 312b de refrigeración mostrados, la Figura 6B también representa cómo al menos algunos deflectores 324b pueden tener una porción escalonada 307. La porción escalonada 307 puede incluirse para acomodar partes del panel 312b de refrigeración en las cuales el refrigerante no fluiría o no fluiría fácilmente. Cada deflector 324b puede contener la misma longitud de la porción escalonada 307 de modo que la anchura W sea uniforme dentro del panel 312b de refrigeración. Alternativamente, la longitud de la porción escalonada 307 puede variar de manera que la anchura W no sea uniforme y varíe dentro del panel 312b de refrigeración. Al usar la geometría del panel 312b de refrigeración analizada anteriormente, se pueden prevenir y/o minimizar los puntos calientes dentro del panel 312b de refrigeración creados por flujo estancado (por ejemplo, próximos a una curva y/o una esquina).
En las Figuras 7A a 7C se muestran componentes de un panel 412 de refrigeración que puede incluir una primera pared exterior 420, una segunda pared exterior 422, al menos un deflector 424 y al menos una ranura formada en la primera pared exterior 420 y la segunda pared exterior 422, donde al menos una ranura está configurada para soportar al menos un deflector 424.
La Figura 7A ilustra la primera pared exterior 420, que puede incluir además una entrada 430 de refrigerante y una salida 432 de refrigerante. Una pluralidad de paredes laterales 434, 436, 438, 440 pueden configurarse para acoplarse (p. ej., soldarse) a la primera pared exterior 420 alrededor y/o cerca del perímetro 426. Asimismo, la primera pared exterior 420 puede incluir al menos una primera ranura 498. En la realización mostrada en la Figura 7A, se pueden formar múltiples primeras ranuras 498 orientadas hacia dentro en la primera pared exterior 420, donde las primeras ranuras 498 pueden alinearse a lo largo del eje longitudinal A y pueden ser paralelas entre sí y/o al menos algunas de las paredes laterales (por ejemplo, las paredes laterales 436, 440). Algunas de las primeras ranuras 498 pueden extenderse a lo largo de la primera pared exterior 420, y algunas de las primeras ranuras 498 pueden extenderse sólo parcialmente a lo largo de la primera pared exterior 420. En la Figura 7A, las primeras ranuras 498 se muestran alternadas entre las primeras ranuras 498a que se extienden a lo largo de toda la primera pared exterior 420 y las primeras ranuras 498b que se extienden solo parcialmente a lo largo de la primera pared exterior 420. Se apreciará que las primeras ranuras 498 pueden incluir otras configuraciones. La Figura 7B ilustra la segunda pared exterior 422 que tiene un perímetro 442 y una pluralidad de segundas ranuras 499 orientadas hacia dentro, que pueden corresponderse con las primeras ranuras 498 de una respectiva primera pared exterior 420. Un conjunto de paredes laterales (por ejemplo, paredes laterales 434, 436, 438, 440) también pueden configurarse para acoplarse (por ejemplo, soldarse o fijarse de otro modo) a la segunda pared exterior 422 alrededor y/o cerca del perímetro 442.
Las segundas ranuras 499 pueden formarse en la segunda pared exterior 422 y pueden alinearse a lo largo del eje longitudinal A y paralelas entre sí y/o a algunas de las paredes laterales (por ejemplo, las paredes laterales 436, 440). Algunas de las segundas ranuras 499 pueden extenderse a lo largo de la segunda pared exterior 422, y algunas de las segundas ranuras 499 pueden extenderse solo parcialmente a lo largo de la segunda pared exterior 420. En la Figura 7B, las segundas ranuras 499 se muestran alternadas entre las segundas ranuras 499a que se extienden a lo largo de toda la segunda pared exterior 422 y las segundas ranuras 499b que se extienden solo parcialmente a lo largo de la segunda pared exterior 422. Se apreciará que las segundas ranuras 499 pueden incluir otras configuraciones.
Como se ilustra en la Figura 7C, cada panel 412 de refrigeración puede incluir al menos un deflector 424. Cada deflector 424 puede tener una primera cara 446 y un segunda cara 450 opuesta. Además, el al menos un deflector 424 puede comprender un par de superficies longitudinales que incluyen una primera superficie longitudinal 454 y una segunda superficie longitudinal 456 opuesta. El al menos un deflector 424b también puede incluir una superficie transversal 458 abierta, configurada para no estar acoplada a nada más (por ejemplo, expuesta al refrigerante). Aunque la superficie transversal abierta 458 en la Figura 7C se muestra en la parte inferior del deflector 424, se apreciará que la superficie transversal abierta 458 también podría estar ubicada en la parte superior del deflector 424. El al menos un deflector 424 puede configurarse para que sea soportado por las primeras ranuras 498 y las segundas ranuras 499.
Las Figuras 8A-8D ilustran una realización de un panel 412 de refrigeración que muestra una primera pared exterior 420 y unas paredes laterales 434, 436, 438, 440 acopladas a la primera pared exterior 420, alrededor de un perímetro 426 de la primera pared exterior 420. La pluralidad de paredes laterales 434, 436, 438, 440, junto con la primera pared exterior 420 y la segunda pared exterior 422, pueden definir un espacio interior 462 con conductos 466 de fluido a través de los cuales puede fluir un refrigerante por un paso 460 de flujo de fluido generalmente serpenteante. Los conductos 466 de fluido pueden estar alineados y/o corresponderse con una respectiva fila 464. Los deflectores 424 pueden funcionar para dividir el espacio interior 462 en una pluralidad de filas (p. ej., filas 464), donde cada fila puede estar alineada y paralela con el eje longitudinal A y puede tener una anchura W. La anchura W puede estar entre los deflectores 424 o entre un deflector 424 y una pared lateral 436, 440 adyacente. Para proporcionar una anchura W uniforme para cada fila 464, la anchura W entre los deflectores 424 puede ser igual a la anchura W entre un deflector 424 y la pared lateral 436, 440 adyacente.
La Figura 8A ilustra una realización con la primera pared exterior 420 que incluye unas primeras ranuras 498 y unas paredes laterales 434, 436, 440 acopladas a la primera pared exterior 420. La segunda pared exterior 22 y los deflectores 24 se muestran retirados en la Figura 8A. Los deflectores 424 pueden colocarse de manera que sean soportados de forma segura por las primeras ranuras 498, lo que, en algunos casos, puede incluir el uso de soldadura o un ajuste de interferencia. La Figura 8B ilustra una pluralidad de deflectores 424 acoplados a la primera pared exterior 420 y soportados de forma segura por las primeras ranuras 498. La primera pared exterior 420 se muestra retirada en la Figura 8B. Las segundas ranuras 499 mostradas en la segunda pared exterior 422 se corresponden con y están configuradas para soportar los respectivos deflectores 424 de modo que las conexiones entre la primera pared exterior 420, la segunda pared exterior 422 y las paredes laterales 434, 436, 438, 440 sean al menos sustancialmente herméticas al agua. Se apreciará que la pared exterior mostrada en las Figuras 3A a 3D puede ser la primera pared exterior 420 y/o la segunda pared exterior 422. Al fabricar y/o construir el panel 412 de refrigeración, el panel 412 de refrigeración se puede formar de manera que las primeras ranuras 498 y las segundas ranuras 499 estén configuradas para corresponderse con y soportar los deflectores 424, respectivamente, con el fin de asegurar la primera y segunda paredes exteriores 20, 22 a los deflectores 24. En algunas implementaciones, los deflectores 424 pueden colocarse antes de acoplar la segunda pared exterior 422 a las paredes laterales 434, 436, 438, 440. En otras implementaciones, la primera pared exterior 420 y la segunda pared exterior 422 pueden acoplarse a las paredes laterales (por ejemplo, las paredes laterales 434, 436, 440) y una pared lateral (por ejemplo, la pared lateral 438) puede no acoplarse aún a la primera pared exterior 420 y la segunda pared exterior 422. En esta implementación, los deflectores 424 pueden colocarse entre la primera pared exterior 420 y la segunda pared exterior 422 insertando cada deflector 424 en la cara del panel 412 de refrigeración donde la pared lateral 438 aún no está acoplada. Los deflectores 424 se pueden insertar o deslizar en una respectiva primera ranura 498 y una correspondiente segunda ranura 499 hasta que el deflector 424 alcance el final de las respectivas primera ranura 498 y segunda ranura 499 y/o pared lateral 434. La pared lateral (por ejemplo, la pared lateral 438) puede acoplarse después a la primera pared exterior 420, la segunda pared exterior 422 y las paredes laterales 436, 440, y los deflectores 424 pueden formar el paso 460 de flujo de fluido serpenteante.
Se apreciará que se pueden implementar otras disposiciones y pasos de flujo de fluido distintos a una configuración de tipo serpentina. El panel 412 de refrigeración también puede incluir la entrada 430 de refrigerante y la salida 432 de refrigerante para hacer pasar un refrigerante dentro del panel 412 de refrigeración y desde el mismo.
La Figura 8C ilustra una vista en sección transversal a lo largo de la línea 8C en la Figura 8B que muestra la primera pared exterior 420 y la segunda pared exterior 422 acopladas a las paredes laterales 434, 436, 438, 440, y que muestra un material refractario 474 configurado para contactar inicialmente con el material fundido 16 en el fundidor 10, tras lo cual una porción del material fundido 16 puede volverse sólida y/o al menos muy viscosa y puede formar una capa 18 de material congelado sobre el material refractario 474. De forma adicional y como se muestra en la Figura 3C, el panel 412 de refrigeración puede incluir uno o más salientes 478, un primer borde exterior 480 y/o un segundo borde exterior 482 que incluye una pestaña con una pluralidad de aberturas internas 484 (por ejemplo, espaciadas equidistantemente). Según se analizó anteriormente, las características de una de la primera y segunda paredes exteriores 420, 422 se pueden cambiar o añadir adicionalmente a la otra de la primera y segunda paredes exteriores 420, 422.
La Figura 8D ilustra una vista en sección transversal a lo largo de la línea 8D en la Figura 8B, que muestra una realización del panel 412 de refrigeración con una pluralidad de deflectores 424 acoplados a la primera pared exterior 420 y la segunda pared exterior 422, y dispuestos en y soportados por las primeras ranuras 498 y las segundas ranuras 499. El material refractario 474 y el uno o más salientes 478 se han omitido del panel 412 de refrigeración mostrado en la Figura 8D.
La Figura 9 ilustra un ejemplo de un método 500 para producir y/o fabricar un panel 12 de refrigeración. Con fines de ilustración y claridad, el método 500 se describirá en el contexto del fundidor 10 y los paneles 12, 112, 212, 312, 412 de refrigeración descritos anteriormente e ilustrados generalmente en las Figuras 1<a>a 8D. Se apreciará, sin embargo, que la aplicación de la presente metodología no pretende limitarse únicamente a dicha disposición, sino que el método 500 puede encontrar aplicación con cualquier número de disposiciones.
El método 500 puede incluir una etapa 502 de recibir una pluralidad de paredes laterales 34, 36, 38, 40, una primera y segunda paredes exteriores 20, 22 cada una de las cuales tiene una pluralidad de primeras y segundas aberturas 28, 44, respectivamente, y una pluralidad de deflectores 24 cada uno de los cuales tiene una pluralidad de proyecciones 48, 52. En segundo lugar, el método 400 puede incluir una etapa 504 de conectar entre sí las primeras y segundas aberturas 28, 44 y las proyecciones 48, 52, respectivamente, desde el exterior del panel 12 de refrigeración de modo que los deflectores 24 queden dispuestos entre la primera y segunda paredes exteriores 20, 22. Posteriormente, el método 500 puede incluir una etapa 506 de conectar las paredes laterales 34, 36, 38, 40 a la primera y segunda paredes exteriores 20, 22 de modo que el panel 12 de refrigeración sea hermético a los fluidos. Este método puede no incluir la formación de soldaduras interiores dentro del panel 12 de refrigeración, y especialmente no antes de la etapa de conectar entre sí las primeras y segundas aberturas 28, 44 y las proyecciones 48, 52.
Más específicamente, el método 500 puede incluir las primeras y segundas aberturas 28, 44 que incluyen ranuras, y las proyecciones 48, 52 que incluyen pestañas, de modo que una pluralidad de primeras proyecciones 48 se extiendan desde la primera cara 46 de cada deflector 24 para encajar en las aberturas 28 de la primera pared exterior 20, y de modo que una pluralidad de proyecciones 52 se extiendan desde la segunda cara 50 de cada deflector 24 para encajar en las aberturas 44 de la segunda pared exterior 22. Posteriormente, las primeras y segundas aberturas 28, 44 y las respectivas proyecciones 48, 52 se pueden soldar a tapón entre sí, respectivamente, desde el exterior del panel 12 de refrigeración. Además, las paredes laterales 34, 36, 38, 40 se pueden soldar en ángulo a la primera y segunda paredes exteriores 20, 22, también desde el exterior del panel 12 de refrigeración.
A continuación, el método 500 puede incluir una etapa 508 de fijar la entrada y la salida 30, 32 de refrigerante a una de la primera y/o segunda paredes exteriores 20, 22 de modo que la entrada 30 de refrigerante quede fijada a la porción inferior 68 del panel 12 de refrigeración, y de modo que la salida 32 de refrigerante quede fijada a la porción superior 70 del panel 12 de refrigeración. Al fijar la entrada 30 de refrigerante a la porción inferior 68 (por ejemplo, una esquina inferior), el refrigerante puede alimentarse a la porción inferior 68 y forzarse o bombearse hacia arriba por dentro del panel 12 de refrigeración, y a través del paso 60 de flujo de fluido, para que salga por la porción superior 70 (por ejemplo, una esquina superior). Este patrón de flujo puede reducir el riesgo de que se desarrolle una bolsa de aire en la porción superior 70, lo que de otro modo podría suceder si el refrigerante comenzara en la porción superior 70 y fluyera hacia abajo por gravedad y/o bombeo. Tal bolsa de aire puede expandirse a lo largo del tiempo y puntualmente causar que el panel 12 de refrigeración funcione de manera ineficiente, desarrolle grietas o roturas y/o requiera reparación o reemplazo de cualquier otra manera. Reducir el riesgo de que se desarrolle una bolsa de aire también puede reducir la caída de presión del refrigerante dentro del panel 12 de refrigeración y ayudar a lograr un caudal de refrigerante más uniforme y continuo.
El método 500 puede incluir una etapa 510 de formar uno o más salientes 78 en una de la primera y segunda paredes exteriores 20, 22 (por ejemplo, la segunda pared exterior 22). El método 500 también puede incluir una etapa 512 de disponer y/o moldear el material refractario 74 sobre uno o más salientes 78 de modo que el uno o más salientes 78 queden incrustados en el material refractario 74. Según se analizó anteriormente, el uno o más salientes 78 pueden ayudar a sujetar el material refractario 74 a la una de la primera y segunda paredes exteriores 20, 22 y/o a proteger el material refractario 74 contra el agrietamiento, astillado, rotura o cualquier otro tipo de daños durante el uso del fundidor 10.
Opcionalmente, el método 500 puede incluir la etapa 514 de fijar una o más formas 96 a al menos una pared lateral 28, 30, 32, 34 del panel 12 de refrigeración para ayudar a disponer el material refractario 74 en una de la primera y segunda paredes exteriores 20, 22. Una vez que la una o más formas 96 se han fijado a las respectivas paredes laterales, el método 500 puede incluir la etapa 512 de disponer y/o colar el material refractario 74 sobre el uno o más salientes 78 de modo que el uno o más salientes 78 queden incrustados en el material refractario 74. Una vez que el material refractario 74 se haya solidificado o fraguado de otro modo, el método 500 puede incluir además la etapa 516 de retirar la una o más formas 96 de la al menos una pared lateral 28, 30, 32, 34 del panel 12 de refrigeración. De esta manera, las formas 96 no son una parte permanente del panel 12 de refrigeración, sino más bien parte de una estructura intermedia del panel 12 de refrigeración para ayudar en su construcción. El primer y segundo bordes exteriores 80, 82 opcionales también puede fijarse como parte de la construcción, teniendo todas o cualquiera de las características analizadas en el presente documento.
Como se muestra en la Figura 10, otro método 600 de fabricación y construcción del panel 112 de refrigeración puede incluir la fabricación aditiva o un proceso similar. La fabricación aditiva puede incluir un proceso mediante el cual se crean estructuras tridimensionales, normalmente capa sobre capa, para construir un material con una geometría deseada. Por ejemplo, una etapa 602 puede incluir formar el panel 112 de refrigeración usando fabricación aditiva, impresión tridimensional, creación rápida de prototipos o una combinación de las mismas.
Debido a que la geometría deseada se crea a través de este proceso de construcción, es posible crear estructuras tridimensionales que tengan geometrías que no son factibles y/o posibles de otro modo mediante otros tipos de fabricación, incluyendo la soldadura de varias piezas entre sí, por ejemplo el panel 112 de refrigeración ilustrado en las Figuras 4A a 4C. La geometría final creada puede ser una estructura monolítica única que no incluya soldaduras, costuras u otras áreas de unión entre las piezas. Algunos ejemplos de fabricación aditiva incluyen impresión tridimensional (3D), creación rápida de prototipos, fusión de lechos de polvo, laminación de láminas, deposición de energía dirigida o una combinación de las mismas. Se apreciará que la geometría final puede incluir varias piezas que no se fabriquen de forma aditiva y/o no formen parte de la estructura monolítica única. Estas piezas se pueden formar utilizando técnicas de fabricación tradicionales, tales como corte y/o soldadura, mientras que otras piezas se fabrican de forma aditiva mediante el proceso de acumulación de material.
Se apreciará que el panel 12, 112, 212, 312, 412 de refrigeración puede incluirse en cualquier parte del fundidor 10, y que puede haber tantos paneles 12, 112, 212, 312, 412 de refrigeración como se desee. En un aspecto, el fundidor 10 incluye diez paneles 12, 112, 212, 312, 412 de refrigeración que son idénticos. Tener múltiples paneles 12, 112, 212, 312, 412 de refrigeración idénticos permite ventajosamente una fabricación más fácil de al menos una porción de los paneles 12, 112, 212, 312, 412 de refrigeración dentro del fundidor 10. Se apreciará que todos los paneles 12, 112, 212, 312, 412 de refrigeración en el fundidor 10 podrían ser idénticos entre sí. De forma adicional, el fundidor 10 también puede incluir más paneles 12, 112, 212, 312, 412 de refrigeración que sean similares, pero no idénticos, entre sí. En un aspecto, el fundidor 10 incluye catorce paneles 12, 112, 212, 312, 412 de refrigeración además de los diez paneles 12, 112, 212, 312, 412 de refrigeración idénticos que son conformes con diversos aspectos de esta descripción; sin embargo, cada uno de los catorce paneles 12, 112, 212, 312, 412 de refrigeración es exclusivo de cualquier otro panel 12, 112, 212, 312, 412 de refrigeración dentro del fundidor 10 de alguna manera. Se apreciará que todos los paneles 12, 112, 212, 312, 412 de refrigeración en el fundidor 10 podrían ser similares, pero no idénticos, entre sí.
La descripción se ha presentado junto con varias realizaciones ilustrativas, y se han expuesto modificaciones y variaciones adicionales. Otras modificaciones y variaciones se les ocurrirán fácilmente a los expertos en la técnica en vista de la exposición anterior.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un panel (12, 212, 312, 412) de refrigeración para un fundidor (10), que comprende:
una primera (20, 120, 220, 420) y segunda (22, 122, 222, 422) paredes exteriores y una pluralidad de paredes laterales (34, 36, 38, 40, 134, 136, 138, 140, 334, 336, 338, 340, 434, 436, 438, 440) acopladas a la primera (20, 120, 220, 420) y segunda (22, 122, 222, 422) paredes exteriores, definiendo un espacio interior (62, 462), donde cada una de la primera (20, 120, 220, 420) y segunda (22, 122, 222, 422) paredes exteriores tiene una pluralidad de aberturas (28, 44); y una pluralidad de deflectores (24, 424) dispuestos en el espacio interior (62, 462), donde los deflectores (24, 424) incluyen una pluralidad de proyecciones (48, 52);
en donde las respectivas aberturas (28, 44) y proyecciones (48, 52) encajan entre sí y se conectan desde el exterior del panel (12, 212, 312, 412) de refrigeración de modo que las paredes exteriores (20, 22, 120, 122, 220, 222, 420, 422) y los deflectores (24, 424) estén fijos entre sí, y las paredes laterales (34, 36, 38, 40, 134, 136, 138, 140, 334, 336, 338, 340, 434, 436, 438, 440) se fijan a las paredes exteriores (20, 22, 120, 122, 220, 222, 420, 422) de modo que el panel (12, 212, 312, 412) de refrigeración sea hermético a los fluidos.
2. El panel de refrigeración de la reivindicación 1, en donde el panel de refrigeración no incluye soldaduras interiores dentro del panel de refrigeración.
3. El panel de refrigeración de la reivindicación 1, en donde al menos uno de los deflectores tiene una primera cara (46, 446) y una segunda cara (50, 450), y las respectivas proyecciones para cada deflector se extienden desde ambas primera cara (46, 446) y segunda cara (50, 450) de modo que una pluralidad de primeras proyecciones (48) se extienden desde la primera cara (46, 446) para encajar en las respectivas primeras aberturas (28) de la pluralidad de aberturas de la primera pared exterior, y una pluralidad de segundas proyecciones (52) se extienden desde la segunda cara (50, 450) para encajar en las respectivas segundas aberturas (44) de la pluralidad de aberturas de la segunda pared exterior.
4. El panel de refrigeración de la reivindicación 1, en donde las paredes laterales, las paredes exteriores y los deflectores forman un paso (60) de flujo serpenteante para hacer pasar un refrigerante por dentro del espacio interior.
5. El panel de refrigeración de la reivindicación 1, que comprende además un material refractario (74, 174, 274, 474) y uno o más salientes (78, 178, 278, 478) que se extienden desde una de la primera y segunda paredes exteriores de modo que el uno o más salientes (78, 178, 278, 478) estén incrustados en el material refractario (74, 174, 274, 474).
6. Un método para formar un panel (12, 212, 312, 412) de refrigeración para un fundidor (10), comprendiendo el método:
recibir una pluralidad de paredes laterales (34, 36, 38, 40, 134, 136, 138, 140, 334, 336, 338, 340, 434, 436, 438, 440), una primera (20, 120, 220, 420) y segunda (22, 122, 222, 422) paredes exteriores, cada una de las cuales tiene una pluralidad de aberturas (28, 44) y una pluralidad de deflectores (24, 424), cada uno de los cuales tiene una pluralidad de proyecciones (48, 52); conectar la primera (20, 120, 220, 420) y segunda (22, 122, 222, 422) paredes exteriores con la pluralidad de deflectores (24, 424) dispuestos entre las paredes exteriores (20, 22, 120, 122, 220, 222, 420, 422), donde las proyecciones (48, 52) se insertan a través de las respectivas aberturas (28, 44);
conectar las paredes laterales (34, 36, 38, 40, 134, 136, 138, 140, 334, 336, 338, 340, 434, 436, 438, 440) a la primera (20, 120, 220, 420) y segunda (22, 122, 222, 422) paredes exteriores para fijar las paredes laterales (34, 36, 38, 40, 134, 136, 138, 140, 334, 336, 338, 340, 434, 436, 438, 440) a las paredes exteriores (20, 22, 120, 122, 220, 222, 420, 422) y de modo que el panel (12, 212, 312, 412) de refrigeración sea hermético a los fluidos.
7. El método de la reivindicación 6, en donde el método no incluye formar soldaduras interiores dentro del panel de refrigeración.
8. El método de la reivindicación 6, en donde cada deflector de la pluralidad de deflectores tiene una primera cara (46, 446) y una segunda cara (50, 450), y las respectivas proyecciones para cada deflector se extienden desde ambas primera cara (46, 446) y segunda cara (50, 450) de modo que una pluralidad de primeras proyecciones (48) se extienden desde la primera cara (46, 446) para encajar en las respectivas primeras aberturas (28) de la pluralidad de aberturas de la primera pared exterior, y una pluralidad de segundas proyecciones (52) se extienden desde la segunda cara (50, 450) para encajar en las respectivas segundas aberturas (44) de la pluralidad de aberturas de la segunda pared exterior.
9. El método de la reivindicación 6, que comprende además fijar una entrada (30) de refrigerante y una salida (32) de refrigerante a una de la primera y segunda paredes exteriores para hacer pasar un refrigerante de modo que la entrada (30) de refrigerante quede fijada a una porción inferior (68) de la una de la primera y segunda paredes exteriores, y de modo que la salida (32) de refrigerante quede fijada a una porción superior (70) de la una de la primera y segunda paredes exteriores.
10. Un panel (12, 212, 312, 412) de refrigeración para un fundidor (10), que comprende:
una primera (20, 120, 220, 420) y segunda (22, 122, 222, 422) paredes exteriores y una pluralidad de paredes laterales (34, 36, 38, 40, 134, 136, 138, 140, 334, 336, 338, 340, 434, 436, 438, 440) acopladas a la primera (20, 120, 220, 420) y segunda (22, 122, 222, 422) paredes exteriores, definiendo un espacio interior (62, 462), donde la primera pared exterior (20, 120, 220, 420) incluye una pluralidad de primeras ranuras (498) orientadas hacia el interior y la segunda pared exterior (22, 122, 222, 422) incluye una pluralidad de segundas ranuras (499) orientadas hacia el interior, paralelas a las primeras ranuras (498); y
una pluralidad de deflectores (24, 424) dispuestos en el espacio interior (62, 462) y soportados por las primeras ranuras (498) y las segundas ranuras (499);
en donde un primer conjunto de las primeras ranuras (498) y las segundas ranuras (499) se extiende a lo largo del panel (12, 212, 312, 412) de refrigeración, y un segundo conjunto de las primeras ranuras (498) y las segundas ranuras (499) se extiende parcialmente a lo largo del panel (12, 212, 312, 412) de refrigeración, y
en donde el primer conjunto y el segundo conjunto se alternan para crear un paso (60) de flujo de fluido serpenteante en el espacio interior (62, 462).
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