MXPA06013067A

MXPA06013067A - Tubo de colada.

Info

Publication number: MXPA06013067A
Application number: MXPA06013067A
Authority: MX
Inventors: Oliver Zach; Michael Klikovich; Michael Berger; Christian Rahm
Original assignee: Refractory Intellectual Prop
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2005-04-16
Publication date: 2007-02-14
Also published as: AR049903A1; PE20060119A1; ES2287912T3; ZA200609209B; AU2005250081A1; EP1678333A2; CN1950523A; TW200609357A; EG24432A; DE502005000895D1; CA2562334C; US20070164491A1; US7556765B2; KR100861849B1; KR20070020275A; EA200602009A1; NO20064992L; PT1678333E; JP4787244B2; CA2562334A1

Abstract

La presente invencion se relaciona con un tubo de colada para un recipiente de fundicion metalurgico tal como un convertidor o un horno de arco.

Description

TUBO DE COLADA DESCRIPCIÓN La presente invención se relaciona con un tubo de colada (también denominado espita de colada) para un recipiente de fundido metalúrgico. Se entiende como un recipiente de fundido metalúrgico a un agregado en el cual se produce, se trata o se transporta un fundido metalúrgico tal como un convertidor o un horno de arco. En este caso, el metal fundido que se localiza en el recipiente de fundido se transporta a lo largo del tubo de colada a un agregado corriente abajo. Por ejemplo, el acero de un convertidor se suministra por medio de un cucharón a una instalación de fundición continua corriente abajo. En la medida de lo posible, el metal fundido que se debe transportar sin contaminación. Por ejemplo, se debe evitar el contacto con la atmósfera circundante (oxígeno, nitrógeno) dado que generarían escoria. Un dispositivo de colada convertidor se conoce a partir del documento EP 0 057 946 Bl, el cual comprende bloques o discos refractarios múltiples en la dirección axial . El bloque en el lado de entrada va a tener un canal de pasaje en forma de embudo (también denominado orificio pasante) y el canal de pasaje del tubo de colada va a tener el diámetro más pequeño en el extremo del lado de salida. Los tubos de colada diseñados de esta manera han estado en el mercado durante 20 años y han demostrado ser útiles por sí mismos. Los tubos de colada cuya geometría en el extremo del lado de salida corresponde a los requerimientos de DE 42 08 520 C2 también han demostrado su utilidad por sí mismos. En este caso, el cálculo de la sección transversal de salida se basa en un perfil de flujo del metal fundido correspondiente, suponiendo un valor medio para la altura del metal fundido por encima del tubo de colada. Para un tubo de colada convertidor, la altura del metal fundido (altura de baño) durante la colada con frecuencia es casi constante, debido a que el convertidor se inclina (se hace seguir) con un tiempo de colada que aumenta. No obstante, la altura del baño se reduce automáticamente, particularmente hacia el final de la colada. De esta manera, se incrementa simultáneamente el peligro de que la escoria sea guiada con el metal fundido al tubo de colada y pase a través del mismo. Además, se puede formar turbulencia y puede producirse vacío parcial en el tubo de colada. Se incrementa simultáneamente el peligro de reoxidación y un incremento en la captación de nitrógeno. La presente invención se basa en el objetivo de optimizar un tubo de colada del tipo mencionado de modo tal que asegure un flujo de masa deseado ("constante") sobre la totalidad del tiempo de colada y que se evite que la escoria sea transportada a través del mismo. El término "constante" significa que, en la medida de lo posible, el flujo de masa del canal de colada del tubo de colada no se interrumpe hasta el final del tiempo de la colada. También se evita en la medida de lo posible la absorción de oxígeno o nitrógeno. Finalmente, el tubo de colada se va a diseñar de manera tal que se pueda transportar un flujo de masa lo más uniforme posible a lo largo del tubo de colada independientemente de su desgaste (dentro de límites técnicamente aceptables) . De acuerdo con el documento DE 42 08 520 C2 , el perfil de flujo del metal fundido se puede determinar a partir de la siguiente fórmula: A(x) = m/(p*(2gx)1/2) en donde A(x) = sección transversal del flujo requerido a una distancia x desde el nivel del baño m = flujo de masa del metal fundido (el fundido) g = aceleración gravitacional = 9.81 m/s2 x = distancia seleccionada desde el nivel del baño p = densidad del metal fundido (el fundido) En este caso, únicamente el cambio en la sección transversal como una función de la altura de caída causada por la aceleración de la corriente de metal fundido es la que se toma en consideración. Para asegurar la claridad y la comprensión del cálculo, las influencias tales como la viscosidad del metal fundido o la fricción de la pared no se toman en consideración o se ignoran tanto aquí como en el cálculo posterior que se incluye en esta descripción. Para un metal fundido específico, el diámetro requerido del canal de flujo en el extremo de salida de esta manera se puede determinar exactamente para una posición perpendicular del canal de flujo, una cantidad de flujo predefinida y una distancia predefinida entre el nivel de baño y el extremo de salida. Esto se va a ilustrar en base en un ejemplo: m = 700 kg/s x = 2.7 m p = 7200 kg/m3 (para acero) A(x) = 2.7 metros) = 700/7200* (2*9.81*2.7) 1/2=0.01335 m2 A partir de A = d2*p/4, para una espita que tiene una sección transversal circular en la salida como el diámetro de salida se calcula como d = (A*4/p)1/2 d = [ (0.01335*4)p]1 2 = 0.1304 m Para un diámetro predefinido del canal de colada - en el extremo de salida, no obstante, un aspecto decisivo para la cantidad de flujo y el perfil de flujo resultante es la altura de baño particular (altura del metal fundido por encima del extremo de salida del tubo de colada) . El radio requerido de una sección transversal circular del canal de flujo del tubo de colada se gráfica en la figura 1 como un ejemplo para alturas de baños diferentes como una función de la distancia desde el extremo de salida "0" que define el extremo de salida del tubo de colada, 1.35 metros es la longitud total del tubo de colada (novedoso) y una altura de baño máxima de 2.70 metros se supone (calculada desde el extremo de salida) . La altura máxima eficaz del baño de metal fundido por encima del extremo de entrada de espita en consecuencia es de 1.35 metros. Utilizando una cantidad de flujo predefinida como una base, la curva ilustrada muestra el radio mínimo necesario teórico del canal de colada (canal de flujo en el tubo de colada) para una altura de baño máxima (= 2700 mm) a distancias diferentes desde el extremo de salida que comienza en un radio = 65 mm en el extremo de salida. Las curvas remanentes muestran el radio mínimo necesario teórico del canal de colada a diferentes distancias desde el extremo de salida para diferentes alturas de baño bajo la suposición de una sección transversal idéntica (radio 65 mm) en el extremo de salida.

Se puede ver que una altura de baño entre 2700 mm y 2400 mm en la región de entrada del tubo de colada, es suficiente un radio de 80 mm para la sección transversal del canal de flujo con el fin de llenar una sección transversal circular del tubo de colada en el extremo de salida que tiene un radio de 65 mm completamente dentro de la corriente de metal fundido. No obstante, si el nivel de baño desciende aún más, a una altura de baño mínima de 1600 mm, por ejemplo, lo cual también se muestra (altura eficaz del baño de metal fundido por encima de la entrada de espita ahora: 250 mm) , un valor de aproximadamente 110 mm resulta para el radio necesario de la sección transversal del canal de flujo en la región de entrada del tubo de colada para la misma sección transversal del tubo de colada en el extremo de salida. Únicamente un intervalo de nivel de baño de 30% a 70% se considera en DE 42 08 520 C2 para el diseño de la geometría de colada. Un diámetro de entrada de 75 mm resulta de DE 42 08 520 C2 para el ejemplo anterior considerando un nivel de baño mínimo de 30% y una longitud de espita desgastada (dispositivo de colada) de 750 mm. Se puede concluir de esto que la enseñanza de DE 42 08 520 C2 resulta en tubos de colada cuyo canal de pasaje es demasiado pequeño en el extremo de entrada. En contraste, la presente invención resulta en geometrías completamente diferentes del canal de pasaje de un tubo de colada . Al considerar alturas de baño bajas (altura eficaz del metal fundido por encima de la región de entrada del tubo de colada: < 30% del valor máximo), la sección transversal requerida en el extremo de entrada se vuelve más grande y se desvía significativamente de la sección transversal lo cual puede resultar, de acuerdo a DE 42 08 520 C2. En la figura 2, la curva (1) una vez más muestra el perfil requerido del canal de salida en la sección longitudinal (radio mínimo necesario teórico) a una altura de baño de 1600 mm y un radio de la sección transversal de salida de 65 mm. La curva (2) muestra las condiciones de flujo en un tubo de colada de acuerdo con la técnica relacionada (radio de la sección transversal de entrada: 80 mm) . Una restricción más fuerte de la corriente en el tubo de colada resulta en la técnica relacionada debido a la sección transversal de entrada, la cual es demasiado pequeña en comparación con la sección transversal de entrada que se requiere de acuerdo con la presente invención (radio = 110 mm) . Si la corriente se forma libremente, esto corresponde únicamente a un radio de área en sección transversal de 50 mm en el extremo de salida. Por lo tanto, no es posible en la región debajo de la sección transversal de entrada llenar la sección transversal entera del canal de colada y utilizarla para que corra el fundido. Los resultados son las turbulencias mencionadas y los vacíos parciales en el tubo de colada, mientras que se elimina el peligro de que escoria flote sobre el metal fundido. Simultáneamente, las turbulencias que surgen a lo largo de la trayectoria del tubo resultan en una reducción (adicional) de la cantidad de flujo de volumen y por lo tanto el tiempo de colada se vuelve más prolongado de lo necesario. Esto genera una reducción en la temperatura del metal fundido. Esto vuelve necesario calentar el metal fundido a un nivel de temperatura deseado nuevamente en las etapas de tratamiento siguientes, lo que genera costos adicionales de energía. El evitar turbulencia y mantener una corriente compacta en el canal de colada se obtiene de acuerdo con la presente invención por un diseño de un canal de colada en el cual la totalidad del canal de colada se rellena completamente con metal fundido durante la totalidad del tiempo de colada, es decir, incluso a alturas de baño bajas (altura eficaz del nivel del baño por encima del extremo de entrada del tubo de colada: menos de 30% de la altura máxima) .

En su modalidad más general, la presente invención comprende un tubo de colada para un recipiente de fundición metalúrgico cuyo canal de pasaje que corre axialmente tiene una sección transversal de canal A (y) entre el extremo de salida y el extremo de entrada que tiene la siguiente dependencia: A/ (y) - H* J(h. + hk )/ih. + hk - y)) en donde A = área en sección transversal del extremo de salida [m2] hi = altura eficaz del baño de metal fundido por encima del extremo [m] de entrada - en extensión axial del canal de colada hk = longitud del tubo de colada entre el extremo de entrada y el extremo [m] de salida y = distancia axial [m] entre el extremo de salida y un punto a lo largo del tubo de colada en donde El término "hi" puede ser menor que o igual a 0.3 veces la altura máxima (hmax) de un metal fundido en el recipiente de fusión en la extensión axial del tubo de colada. El factor variable (hl/hmax) considera los diferentes comportamientos de flujo, particularmente a una altura de baño baja. Esto resulta del factor "<0.3" que en este caso, un estado se registra en el cual la altura eficaz del nivel de metal fundido por encima del extremo de entrada del tubo de colada es por lo menos 70% menor que la altura eficaz del nivel de metal fundido a una altura de baño máxima . El término "hk" indica la longitud particular del tubo de colada entre el extremo de entrada y el extremo de salida. Aunque el extremo de salida del tubo de colada automáticamente es su extremo libre inferior y permanece sin cambio con el tiempo, la posición del extremo de entrada cambia con la duración de uso del tubo de colada. El desgaste del material refractario en el extremo de entrada es responsable de esto. Como se define, el extremo de entrada corresponde al nivel del material refractario vecino de un revestimiento refractario del recipiente de fusión metalúrgico. La longitud del tubo de colada en consecuencia se acorta al aumentar la erosión. Finalmente, el término "y" identifica la distancia axial entre el extremo de salida y un punto a lo largo del tubo de colada. Para el extremo de salida, y = 0, de manera que se obtiene lo siguiente de la fórmula precedente : A(y=0) = A La siguiente dependencia resulta para el diámetro d(y) de la sección transversal de colada entre el extremo de salida y el extremo de entrada como un caso especial de una sección transversal de colada circular. d(y) = d*4 /((A1+A,)/(A1+A?-.y)) en donde d = diámetro en el extremo de salida h = 0.3 hmax o menos de la altura máxima (hmax) del metal fundido en el recipiente de fusión por encima de la entrada de colada en la extensión axial del tubo de colada, hk = longitud del tubo de colada entre el extremo de entrada y el extremo de salida, y = distancia axial entre el extremo de salida y el punto a lo largo del tubo de colada. En este caso, "d" describe el diámetro del extremo de salida con una cantidad de flujo de cero predefinido, definida de antemano. Cuanto mayor sea la cantidad de flujo de volumen deseado, más grande será el diámetro "d" . En lo siguiente, se explicará la enseñanza de acuerdo con la presente invención en base en modalidades ejemplares diferentes. Se supone que la longitud del tubo (hk) de colada es de 1.35 metros, la altura del nivel del baño (hi) - desde el extremo de entrada del tubo - se supone que es de 0.25 metros (=18.5% de la altura máxima del baño de metal fundido de 1.35 metros por encima de la entrada de colada) . El diámetro "d" en el extremo de salida se fija en 0.13 metros con el fin de asegurar una cantidad de flujo de volumen deseado "X" . Utilizando la fórmula mencionada antes, el diámetro interno del canal de pasaje en la entrada se puede calcular como sigue: Hy) = 0.13*' V((0.25 +1.35)/(0.25+1.35 - 1.35)) = 0.21 m A una distancia de 1 metro del extremo de salida, el siguiente valor de diámetro resulta del canal de pasaje: d(y) = 0.13*4 ^((O-25 +1-35)/(O-25 +1.35-1.0)) = 0.17 m mientras que en la salida - como se ha indicado - d<y) = d, es decir, 0.13 m. Utilizando una longitud de tubo de 2.0 metros como base (con datos de infraestructura que de otra manera no han cambiado tal como la sección transversal de salida, el diámetro de salida, la altura eficaz del nivel del baño por encima del extremo de entrada) , el diámetro requerido en el extremo de entrada resulta en 0.23 metros, que a una distancia de 1 metro a la salida como 0.15 metros, mientras que el extremo de salida permanece sin cambio en 0.13 metros.

Se puede deducir de esto que al incrementar la longitud del tubo de colada, la anchura de abertura requerida del extremo de entrada se vuelve mayor. De manera alternativa, si los cálculos anteriores se realizan para una longitud de tubo de 1.35 metros y un diámetro en el extremo de salida de 0.13 metros con una altura eficaz del nivel de metal fundido por encima del extremo de entrada de 0.4 metros (que corresponde a aproximadamente 30% de la altura máxima del baño) , el diámetro del canal de flujo en la región de entrada se calcula en 0.19 metros y a una altura de 1 metro al extremo de salida se calcula en 0.16 metros. De acuerdo con una modalidad, se supone que el factor (hi/hmax) es >0.05 y/o <0.3 (hmax es la altura máxima del metal fundido en el recipiente de fusión por encima de la región de entrada del tubo de colada en extensión axial del tubo de colada) . De acuerdo con una modalidad adicional, el valor está entre >0.1 y/o <0.2. Como se hace notar, el establecimiento del tamaño del tubo de colada en la parte del lado de entrada es importante sobre cualquier cosa. En este caso, sobre todo, las proporciones de las alturas eficaces bajas del nivel del baño (<30% de la altura eficaz máxima del nivel del baño por encima del extremo de entrada) son decisivas. La geometría en sección transversal del extremo del lado de salida está determinado predominantemente por el valor predeterminado de la cantidad de flujo de volumen (flujo de masa a una altura de baño máxima) . De acuerdo con una modalidad, el cálculo en sección transversal para el canal de flujo por lo tanto se relaciona con valores "y" > 50% de la longitud total del tubo de colada. De acuerdo con una modalidad adicional, estos valores se incrementan a intervalos > 70%. Esto significa que esencialmente 50% a un tercio de la longitud total del tubo se va a diseñar de acuerdo con la presente invención (a partir del extremo de entrada) . Esta sección se puede implementar de manera cónica con ahusamiento continuo; el ahusamiento necesario en la dirección del extremo del lado de salida también se puede producir en etapas si es necesario. La adaptación de la geometría óptima del canal de flujo en forma de una deriva de polígono (véanse las figuras 3 a 5) o secciones arqueadas, también es posible (vistas en sección longitudinal) . Además de las geometrías ideales calculadas de acuerdo con la presente invención, los cursos de pared escalonada técnicamente adaptadas a la presente también se muestran en las figuras 3-5 en donde se vuelven evidentes los efectos deseados y también cuales son más fáciles de fabricar. Particularmente, la mitad del lado de salida inferior del tubo de colada puede seguir la conicidad de la parte del lado de entrada (superior) ,- no obstante, también es posible implementar esta parte con menos conicidad (pendiente) hasta una forma cilindrica del canal de flujo. Esto se aplica particularmente para por lo menos 10 a 20% de la longitud del tubo de ahusamiento en el lado de salida. Respecto a la pendiente del canal de flujo, la presente invención proporciona la enseñanza, de acuerdo con una modalidad (sección transversal de canal circular e implementación simétrica del contorno interno al eje del canal) , del diseño de la región de pared de manera tal que la pendiente (S) del contorno interno del canal de flujo (en la sección longitudinal) sigue la siguiente dependencia : S = r/4*4 ^(h + hk)/(hl + hk - y)s) en donde r = radio de la sección transversal del canal en el extremo de salida. En este caso, la pendiente S recibe el cambio del radio r<y) de una sección transversal circular del canal de colada como una función de la distancia y respecto al extremo de salida de la espita. Por ejemplo, los valores que se incluyen en la siguiente tabla por lo tanto resultan para diferentes alturas de baño eficaces para una pendiente S requerida mínima a distancias diferentes desde el extremo de salida del tubo de colada en donde hk = 1.35 m r = 0.065 en donde hk = 2.0 m hmax = 1.35 m r = 0.065 m en donde h = 0.75 m (es decir, longitud de colada reducida con revestimiento convertidor desgastado) hmax = 1.95 m r = 0.065 m Los ejemplos muestran que en la región del lado de entrada (primer tercio de la longitud del canal) , los valores van a ser de > 0.02 para la pendiente S. A alturas de baño eficaces muy bajas y longitudes más cortas del vertido de colada, la región en la cual S va a ser >0.02 se extiende a la mitad del lado de entrada del canal de colada. Este valor S se puede incrementar a >0.025, >0.05, o >0.25. Esto es válido por lo menos para la mitad superior (aledaña al extremo de entrada) y/o al tercio superior (aledaño al extremo de entrada) del canal de colada, pero también se puede extender sobre toda la longitud del canal de colada. Directamente en el extremo de entrada (sobre una longitud de 0.05 de la longitud total del tubo de colada) el valor puede ser >>0.25, por ejemplo 1, 5, 10, 30, 50, 70 ó 100. Si el diseño de pared del canal de colada presenta peldaños de manera completa o parcial o si el diseño se adapta a las instalaciones de producción, el término "pendiente" indica la pendiente de una línea recta de unión la cual se puede dibujar entre los bordes de las etapas secuenciales en la sección longitudinal . El establecimiento del tamaño del tubo de colada de acuerdo con la presente invención también considera el cambio de longitud del tubo de colada como una función del desgaste del revestimiento adyacente y en donde los valores particulares para la longitud de vertido de colada y la altura del fundido anterior se incluyen en el cálculo.

Si uno observa el cambio de la sección transversal del canal de pasaje a lo largo del eje desde el extremo de salida al extremo de entrada bajo condiciones de flujo idealizadas y estandarizadas este cambio en la sección transversal, se obtiene la siguiente ecuación: SA(y)/A = 1/2 ^((h? + ht )/(hl + hk - y)3) en donde SA(y) = cambio en la sección transversal en m2/m en el punto y A = área en sección transversal del canal de pasaje en el extremo de salida del tubo de colada hi = 0.3 hmax o menos de la altura máxima (hmax) de un metal fundido en el recipiente de fundición por encima de la entrada de colada en la extensión axial del tubo de colada, hk = longitud del tubo de colada entre el extremo de entrada y el extremo de salida, y = distancia axial entre el extremo de salida y el punto a lo largo del tubo de colada. Con la siguiente suposición: un nivel de metal fundido como máximo 30% de la altura de baño eficaz máxima por encima del extremo de entrada del canal de colada, el siguiente valor resulta para la mitad del lado de entrada - - del canal de colada: SA(y)/A > l/2. /(2,4)/(2.4-l)3 en donde h = 2 m hi = 0.4 m y = 1 m Esto significa que en la mitad del lado de entrada del canal de colada, el área en sección transversal debe incrementarse por al menos 47% por metro de longitud de canal con el fin de proporcionar condiciones de flujo favorables . El diseño del tubo de colada de acuerdo con la presente invención permite que el procedimiento de colada se lleve a cabo incluso a alturas de baño bajas con turbulencia reducida y una corriente de metal fundido constante y por lo tanto reduce de manera significativa el acarreo de escoria. Además, debido a la reducción de las pérdidas de temperatura y el desgaste reducido, se obtienen como resultados ventajas económicas adicionales, tales como ahorros de energía y una vida de servicio extendida de la espita .

Claims

REIVINDICACIONES

1. Tubo de colada para un recipiente de fundición metalúrgico, cuyo canal de pasaje que corre axialmente tiene una sección transversal entre un extremo de entrada y un extremo de salida el cual sigue la siguiente dependencia: A(y) = A* (hi + hk)/[(hi + hk) - y] en donde A = área en sección transversal del canal de pasaje en el extremo de salida, en m2 (con una cantidad de flujo de volumen deseado predefinido) , hi = altura eficaz de un metal fundido en el recipiente de fundición por encima del extremo de entrada del tubo de colada (en extensión axial del canal de colada) [m] hk = longitud del tubo de colada entre el extremo de entrada y el extremo de salida [m] y = distancia axial [m] entre el extremo de salida y un punto a lo largo del tubo de colada (en donde

2. Tubo de colada como se describe en la reivindicación 1, en donde hi > 0.05 hmax y < 0.3 hmax, en donde hmax = altura máxima del baño de metal fundido en el - - recipiente de fundición (en extensión axial del tubo de colada) .

3. Tubo de colada como se describe en la reivindicación 2, en donde hx > 0.1 hmax y < 0.2 hmax.

4. Tubo de colada como se describe en la reivindicación 1, en donde y > 0.5 hk.

5. Tubo de colada como se describe en la reivindicación 1, en donde y > 0.7 hk.

6. Tubo de colada como se describe en la reivindicación 1, con una sección transversal circular del canal de flujo.

7. Tubo de colada como se describe en la reivindicación 1, en donde una sección del canal de flujo aledaña al extremo de salida está conformada de manera cilindrica.