BOQUILLA SURTIDORA
DESCRIPCION DE LA INVENCION La invención se relaciona con una boquilla surtidora. Dicha boquilla surtidora se puede útxlizar paira la transferencia de metal fundido desde un recipiente metalúrgico (superior) a un segundo recipiente metalúrgicó (inferior) , por ejemplo para la transferencia de un fundido de acero desde una cuchara de colada a una artesa. Dichas boquillas surtidoras se elaboran de por lo menos un material refractario (para resistir las temperaturas elevadas de fundido) y están constituidas de una región tubular, que define una primera parte de un canal surtidor y' una región similar a placa con un orificio que define una segunda parte del canal surtidor (común) . Dicha región similar a placa la cual habitualmente es integral a la región tubular está distribuida en un extremo del miembro tubular. Esto genera un diseño similar a T de la boquilla surtidora completa. Típicamente, dos de dichas boquillas surtidoras se distribuyen en el área de salida de un recipiente metalúrgico de fundido. Una de las dos boquillas está distribuida principalmente dentro del revestimiento refractario del recipiente, por ejemplo dentro de. un bloque de pozo. Estas denominadas boquillas internas se montan con
su región tubular en su extremo superior y una región similar a placa en su extremo inferior. Mediante esta instalación, la región similar a placa se puede utilizar como una parte de una válvula de compuerta deslizable. Para este propósito, la región similar a placa tiene una superficie plana en su extremo libre (inferior) superior plana la cual, corre perpendicular a un eje longitudinal del canal surtidor, es decir, más o menos horizontal en la posición montada de la boquilla surtidora. De manera correspondiente, se puede instalar una segunda boquilla (denominada con frecuencia boquilla de salida o boquilla de intercambio) debajo de la boquilla interna, por ejemplo montada en viceversa con su parte similar a placa y su extremo superior y su parte tubular en su extremo inferior. Esta boquilla con frecuencia se puede mover después de la instalación. Nuevamente, la superficie libre de la región similar a placa debe ser plana de manera que se pueda utilizar como una superficie deslizable dentro de un mecanismo de deslizamiento de dos o tres placas. Se sabe además que se encapsula por o menos parte de la boquilla por una envoltura metálica (cubierta de metal) . Esta cubierta estabiliza la boquilla y facilita el intercambio de la boquilla. La parte metálica puede proporcionar además la precisión geométrica necesaria para
un ajuste eficaz con un mecanismo operacional o de recambio correspondiente y soporte mecánico a los componentes de boquilla cerámica refractarios relativamente quebradizos. Debido a una combinación de fuerzas termomecánicas establecidas durante el precalentamiento de la boquilla, se generan tensiones por movimiento de intercambio- y/u operación de colada dentro de la boquilla los cuales pueden resultar en fracturas a, través de su pared, especialmente en el área de transición en donde coincide la placa y las porciones tubulares . Los inventores han analizado ,por estudio de simulación en computadora los orígenes de dicha formación de fracturas . Se ha observado que para el elemento inferior (móvil) , las tensiones más elevadas se producen sobre el mecanismo de soporte para la boquilla y son más grandes en el eje transversal central sobre el mecanismo de cargado. En la forma clásica el "T" de una boquilla surtidora, estas fuerzas de soporte generan una zona altamente tensionada entre la superficie de soporte y el canal surtidor a lo largo de las cuales se pueden propagar las fracturas desde el exterior a la perforación (canal surtidor) de la sección de tubo bajo un reborde de soporte (el miembro similar a placa) . Se observa además que bajo condiciones de operación- la expansión diferencial provoca deflexión de
superficie. Aunque la superficie del par de placas alrededor del canal surtidor permanecen en contacto íntimo entre sí, las placas de superficie en las áreas externas se separan, como se ilustra en la figura 1. Un objetivo de la invención ' es proporcionar una boquilla surtidora la cual se puede utilizar como una boquilla interna o externa y la cual proporcione la precisión necesaria para un ajuste eficaz dentro del mecanismo de retención o empuje correspondiente y que al mismo tiempo proporcione la estabilidad necesaria sobre el intervalo de temperaturas encontradas en el montaje, precalentamiento y operación. Se ha encontrado por los inventores que las desventajas de los dispositivos de la técnica anterior se pueden resolver por la distribución de por lo menos un elemento de refuerzo dentro del material refractario del miembro similar a placa o entre el miembro similar a placa y la envoltura metálica. Una alternativa adicional, la cual genera resultados similares es elaborar la parte del elemento de refuerzo de la envoltura metálica de manera que el elemento de refuerzo después sobresalga en el material refractario del miembro similar a placa. En su modalidad más general, la invención se relaciona con una boquilla surtidora elaborada de por lo menos un material refractario y "que comprende un miembro
tubular que define una primera parte de un canal surtidor y un miembro similar a placa integral con el miembro tubular y que se proyecta desde el miembro tubular a lo largo de su periferia en un extremo, el miembro similar a placa tiene un orificio que define una segunda parte del canal surtidor y una superficie plana en su extremo libre, superficie plana la cual corre perpendicular al eje longitudinal del canal surtidor, por lo menos parte del miembro similar a placa y/o del miembro tubular está encapsulado por una envoltura metálica, en donde por lo menos un elemento de refuerzo está distribuido dentro del material refractario del miembro similar a placa, entre el miembro similar a placa y la envoltura metálica o que sobresale de la envoltura metálica en el miembro similar a placa. La configuración de diseño de la encapsulación externa facilita la introducción de un refuerzo integral dentro la lata de soporte. La rigidez adicional proporcionada por dichos elementos de refuerzo internos integrales introduce el potencial de absorber las fuerzas de carga puntual de un mecanismo de soporte correspondiente y distribuye cualquiera de dichas fuerzas uniformemente a través de una amplia del material cerámico refractario encapsulado y de esta manera sobre las regiones de cabeza y tubular de la boquilla. Varias configuraciones de diseño de los elementos-
de refuerzo integrales son posibles para proporcionar resistencia máxima con un peso mínimo y compatibilidad máxima con el mecanismo de soporte del dispositivo del cambio de boquilla. De acuerdo con una modalidad, la boquilla surtidora comprende dos elementos de refuerzo distribuidos en extremos opuestos del miembro similar a placa. Típicamente, el miembro similar a placa está conformado como un paralelepípedo, especialmente cuando se utiliza dentro de una distribución de compuerta deslizable. Después comprende dos (o cuatro) rebordes de soporte opuestos contra los cuales actúa el mecanismo de soporte. Los elementos de refuerzo pueden tener diversas formas. Se pueden conformar como una varilla, como un resorte helicoidal, como una barra o similar. Junto con las boquillas surtidoras que comprenden un miembro similar a placa con un área de superficie libre circular, el miembro similar a placa puede tener la forma de un anillo. El elemento de refuerzo (elemento reforzante) puede estar rodeado completamente por material cerámico refractario (primera alternativa) . También puede estar distribuido entre el material cerámico refractario y la envoltura metálica (segunda alternativa) . En la tercera alternativa, el miembro de refuerzo es parte de la
envoltura metálica y está distribuido como un reborde a lo largo de la pared interna de la envoltura. La totalidad de estas tres modalidades se describirán adicionalme te con los ejemplos siguientes. El elemento de refuerzo se puede distribuir de manera que una de sus superficies forme parte de la superficie plana del miembro similar a placa. Después preferiblemente se distribuye en la periferia externa de la superficie plana del miembro similar a placa. Esto minimiza el riesgo de cualquier deflexión en la región periférica externa del miembro similar a placa de acuerdo con la figura 1. Como se describe principalmente en el documento EP 1 133 373 Bl, se puede distribuir una zona interpuesta que absorba choques entre el material refractario básico (interno) y uno o varios de los elementos de refuerzo y/o la envoltura metálica (externa) . La zona intermedia que absorbe choques se puede elaborar de un segundo material refractario el cual se vuelve deformable a temperaturas experimentadas durante el uso de la boquilla surtidora en el fundido de metal . Para detalles adicionales se hace referencia al documento EP 1 133 373 Bl . El concepto de la invención se puede aplicar a boquillas surtidoras de una forma en T fuerte, es decir, boquillas que comprenden una región similar a placa cuyas
superficies de soporte corren más o menos paralelas a la superficie plana en su extremo libre. El concepto también se puede aplicar a boquillas de acuerdo con la figura 3 del documento EP 1 133 373 Bl (idéntico a las boquillas de acuerdo al documento EP 1 590 114 Bl) que comprenden superficies de apoyo (opuestas a la superficie plana libre) , superficies de apoyo las cuales forman un ángulo diferente a 90° con el eje longitudinal del canal surtidor. En este último caso, una o varias partes de uno o varios elementos de refuerzo forman parte de las secciones de superficie biselada (superficies de apoyo) . Uno o varios de los elementos de refuerzo se pueden elaborar de cualquier material que mejore la fabricación, uso o intercambio de una boquilla surtidora para fundido de metal . Uno de los materiales favoritos es metal, aunque también es favorito material cerámico o con un módulo elevado de ruptura. Los rasgos adicionales de la invención se describen en las reivindicaciones secundarias y en otros documentos de solicitud. La invención ahora se describirá con mayor detalle en relación al dibujo anexo, el cual muestra esquemáticamente : En la figura 1, una vista en sección transversal de una boquilla surtidora de acuerdo con la técnica
anterior, después de uso. En la figura 2, una vista en sección transversal de una boquilla surtidora de acuerdo con la invención (segunda modalidad) . En la figura 3, una vista en sección transversal 1 de una boquilla surtidora de acuerdo con la invención (tercera modalidad) . En la figura 4, una vista en sección transversal de una boquilla surtidora de acuerdo con la invención (primera modalidad) . La figura 1 muestra una boquilla 10 interna y una boquilla 12 externa de un diseño generalmente en forma de T con rebordes de diseño geométrico similar pero ambas boquillas 10, 12 pueden estar bien caracterizadas por diseños idénticos . Durante el uso, las condiciones de operación a temperaturas elevadas, la diferencial de expansión provoca deflexión de superficie dentro de la boquilla conocida. Un contacto entre las secciones de superficie planas respectivas 10s/12s se mantiene únicamente alrededor de un canal 14 surtidor central mientras que las áreas 12so de superficie externa se separan y crean regiones sin restricción libres para doblarse bajo la presión de las fuerzas de cierre (flechas C) creando tensión de doblado/desgarre concentrada en el punto de unión de la -
parte similar a placa y el elemento tubular el cual provoca una fractura "CS" desde el exterior hacia la perforación 14. La boquilla 12 de la figura 2 comprende una región 12t tubular que define una primera parte del canal 14 surtidor. La parte 12t tubular se elabora de un material cerámico refractario común y es integral con una región 12p similar a placa que sigue hacia arriba. La región 12p similar a placa es de un área en sección transversal más grande que la parte 12t y comprende una parte 12p interna elaborada del mismo material refractario que el miembro 12t tubular y dos partes metálicas 12pm que corren a lo largo de los dos lados opuestos de la parte 12p interna. Aunque las superficies internas de las partes 12pm metálicas hacen contacto con las áreas de superficie externa correspondientes de la parte 12p refractaria, las superficies externas de la parte 12m están en contacto con una envoltura 16, como se describe posteriormente. El miembro 12p similar a placa proporciona una superficie 12s superior plana en su extremo libre (parte 12t tubular opuesta) , superficie 12s la cual se define por una combinación de superficies correspondientes de la parte 12p refractaria y los dos insertos 12pm de refuerzo metálicos que representan alimentos de refuerzo. Siguiendo el diseño externo (periférico) , los elementos de refuerzo
(partes 12pm metálicas) se caracterizan por una superficie 12pmo externa vertical superior, seguida por una porción 12pmi de superficie inclinada mientras que las paredes internas respectivas corren verticales desde la superficie 12s superior a los extremos inferiores respectivos. Una lata 16 metálica encapsula al miembro 12p similar a placa y el área anexada del miembro 12t tubular. El eje longitudinal de esta boquilla 12 se marca como "L" . Cuando la boquilla 12 de la figura 1 se sustituye por una que incorpora el diseño que se muestra en la figura 2 con los miembros de refuerzo integrales, las condiciones de temperatura que surgen del servicio nuevamente generan una deflexión térmica diferencial a través de la superficie 12s de placa. No obstante, los elementos 12pm de refuerzo soportan las presiones del mecanismo de cierre y evitan que establezcan cualquier momento de tensión de doblado a través del material refractario de la boquilla 12. Además, este efecto de boquilla 12 importante de acuerdo con la figura 2 proporciona la ventaja adicional de que sus superficies de soporte biseladas, con la condición de que las secciones de lata opuestas a las secciones 12pmi de superficie presentan estabilidad mecánica aumentada debido a que los elementos 12pm de refuerzo están distribuidos directamente detrás de estas superficies de apoyo.
Se puede obtener un efecto similar por una boquilla 12 surtidora de acuerdo con la figura 4 , la cual difiere de la figura 2 en la distribución de lo dos elementos 12pm de refuerzo. Ambos elementos 12pm de refuerzo están diseñados como varillas (barras) y están separados dentro del material cerámico refractario o del miembro 12p similar a placa, es decir, están rodeados por completo del material refractario . El área en sección transversal respectiva está adaptada al diseño externo del miembro 12p similar a placa. Especialmente, dicho elemento 12pm de refuerzo proporciona secciones 12pmi de superficie inferior inclinada que corren paralelas a las superficies 16b de apoyo inclinadas correspondientes de la lata 16 metálica. La figura 3 representa una boquilla 10 surtidora utilizada como una boquilla interna de acuerdo con la boquilla 10 interna de la figura 1. La boquilla 10 nuevamente comprende una parte lOt tubular seguida (aqui: en si extremo inferior) por una parte lOp similar a placa. El área de transición entre la parte lOt tubular y la parte lOp similar a placa está marcada como "T" . La figura 3 muestra una parte 101 tubular que está rodeada - en su extremo inferior - por un manguito 18,
elaborado de un material refractario diferente al de la parte lOt. Este manguito 18 continua alrededor del miembro lOp similar a placa y a su vez está encapsulado por una envoltura 16 metálica externa la cual termina antes del área 10s de superficie libre y plana en el extremo inferior de la boquilla 10. Una capa "S" intermedia que absorbe choques, elaborada de un material el cual se vuelve deformable a las temperaturas experimentadas durante el uso de la boquilla surtidora, se puede introducir entre el elemento lOp de boquilla surtidora refractaria y 1 el segundo manguito 18 refractario circundante . Siguiendo la forma del manguito 18 la lata 16 se caracteriza por una parte cilindrica en su extremo superior seguida por una porción 16b inclinada (que se extiende hacia fuera) y una parte 16h horizontal que se extiende hacia fuera seguida por una porción 16v que corre verticalmente, final. Esa parte de la envoltura 16 proporcionada por la parte 16h horizontal y la porción 16v vertical está reforzada mecánicamente por dos elementos 10pm de refuerzo que sobresalen desde la pared interna opuesta de la envoltura 16. Ambos elementos de refuerzo están diseñados como varillas con una sección cuadrada rectangular. Son una parte de sustitución del material de encapsulamiento del
manguito 18. El material refractario de la parte 101 tubular se extiende dentro del área del miembro ,10p similar a placa y se caracteriza por una porción 10p ahusada hacia fuera que proporciona la parte interna de la sección 10s de superficie alrededor del canal 14 surtidor. Las dos barras 10pm metálicas nuevamente actúan como elementos de refuerzo similares a los elementos de refuerzo en las figuras 2 y 4. De acuerdo con la modalidad de la figura 3, estos elementos lOpm de refuerzo son parte integral de la envoltura 16 metálica externa. La forma de la lata y cualquier medio de refuerzo adyacente similar a 12pm o 10pm en cualquiera de las modalidades mostradas puede tener un perfil adecuado para una configuración de mecanismo específica.