Instalación de colada continua para el flujo de acero líquido a partir de una cesta repartidora (2) en una lingotera (1) a través de una boquilla de chorro hueco denominada boquilla HJN,

que comprende principalmente, si se describe en posición vertical y considerada en el sentido de progresión del acero líquido de arriba hacia abajo, un conducto vertical (5), terminado por una tapa superior (5A) que presenta un orificio de entrada del acero líquido a partir de la cesta repartidora (2) y una base inferior que presenta por lo menos un orificio de salida (8), comprendiendo dicho conducto (5) en su parte superior un órgano repartidor dispuesto sustancialmente a la entrada de dicho conducto vertical (5) y que comprende un deflector o domo (6) que permite desviar el metal entrante hacia las paredes laterales de la boquilla, comprendiendo dicha boquilla asimismo unos medios de inyección (13, 13A, 14) de polvo metálico o de material metálico sólido finamente divido que comprenden un dispositivo de tornillo sin fin (13A) bajo dicho domo (6) en una zona de inyección (15) y unos medios de inyección de gas no oxidante (16, 17) para el establecimiento y el mantenimiento del chorro hueco, caracterizada porque los medios de inyección de polvo son independientes y están físicamente separados de los medios de inyección del gas no oxidante (16, 17), estando el dispositivo de tornillo sin fin (13A) dispuesto entre la parte baja de la cesta repartidora (2) y la tapa superior (5A) de la boquilla HJN

Boquilla de chorro hueco para colada continua de acero.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a una mejora del dispositivo y del procedimiento de colada de un metal en fusión, en particular del acero, en una lingotera de colada continua, utilizando una boquilla de chorro hueco, en la que material metálico finamente dividido es inyectado en el volumen interior del chorro hueco, siendo este último mantenido por circulación de un caudal de gas no oxidante tal como el argón.

Estado de la técnica

Es conocido que, en la técnica de colada continua, el acero en fusión es introducido en la lingotera por medio de por lo menos una boquilla, es decir un elemento generalmente tubular dispuesto entre la cesta repartidora y la lingotera. El extremo inferior de la boquilla está provisto habitualmente de uno o dos orificios de salida dispuestos en el eje de la boquilla o lateralmente, y desemboca bajo el nivel libre de acero líquido presente en la lingotera.

La boquilla de colada de chorro hueco, denominada HJN, por hollow jet nozzle, ha sido desarrollada hace una veintena de años para la colada continua de acero con bajo sobrecalentamiento. El principio, descrito en la patente EP-B-269 180, era enfriar el acero por medio de un intercambiador de calor constituido por un tubo de cobre enfriado con agua combinado con un deflector o domo, justo antes de su entrada en la lingotera y su solidificación. La idea principal de la patente era crear un chorro hueco en el interior de la boquilla con chorreado sobre la pared interior del intercambiador de calor, permitiendo el enfriado del acero con vistas a:

Una inyección de un gas protector tal como el argón bajo el domo de repartición del acero asegura la formación y el mantenimiento del chorro hueco en el interior de la boquilla. Además, la introducción del gas protector a presión en el conducto provoca una sobrepresión que impide cualquier arrastre de aire por el acero líquido, que conduciría a la oxidación de éste o a la formación de alúmina con taponado de la boquilla.

Una segunda patente esencial, EP-B-605 379, presentada en 1993, tiene por objeto la inyección de polvo metálico en el interior del chorro hueco creado en la boquilla HJN. Según el caso, se puede inyectar, siempre en el caso de la colada de acero:

Siempre según esta última patente, la inyección del polvo se realiza mediante transporte neumático bajo argón a través del domo refractario que crea el chorro hueco.

El documento WO-A-2006/096942, describe una instalación y un procedimiento para la inyección de nanopartículas de cerámica técnica en el interior del chorro hueco creado en una boquilla HJN. Según un modo de realización particular de la invención, la inyección de las nanopartículas se puede efectuar por medio de un dispositivo mecánico de transporte tal como un tornillo sin fin. Este documento no tiene en cuenta sin embargo, para este modo de realización, el posicionamiento y las características que debe poseer el dispositivo de tornillo sin fin para ser operativo, ni cómo el gas no oxidante necesario para el establecimiento del chorro hueco y para la protección del metal de colada es conducido a la boquilla, en relación con la inyección de nanopartículas.

Planteamiento del problema

Los numerosos ensayos industriales realizados con este equipo han puesto de manifiesto una obligación práctica principal de utilización del procedimiento en la colada continua. La cantidad de argón utilizada debe absolutamente estar limitada al nivel de la lingotera a 15 a 20 Nl/min, dependiendo este valor de la característica de la máquina en formato y velocidad de colada, con el fin:

En la práctica, el caudal del gas transportador aumenta en función de la cantidad de polvo a inyectar por el sistema existente. La figura 1 muestra un ejemplo de relación entre el caudal de polvo y el caudal de argón para un polvo de hierro de granulometría comprendida entre 100 y 200 µm inyectado en un tubo de 10 mm de diámetro. Esto limita por tanto la cantidad de polvo inyectable en el producto, sobre todo en el caso de la colada continua de lingotes en la que los caudales de polvo deben ser más importantes que para la colada de palanquillas. En el caso particular de la figura 1, si la cantidad máxima permitida de gas es de 15 Nl/min, el caudal de polvo inyectado está limitado a 13 kg/min aproximadamente.

Objetivos de la invención

La presente invención prevé proporcionar una solución que permite evitar los inconvenientes del estado de la técnica.

En particular, la invención tiene por objetivo permitir la inyección de una cantidad de polvo metálico en una boquilla HJN según un caudal elevado conservando al mismo tiempo un caudal del gas protector del chorro hueco aceptable en intensidad para un funcionamiento estable de la colada en continuo.

Principales elementos característicos de la invención

Un primer objeto de la presente invención se refiere a una instalación de colada continua para el flujo de acero líquido a partir de una cesta repartidora en una lingotera a través de una boquilla de chorro hueco, denominada boquilla HJN, que comprende principalmente, si se describe en posición vertical y considerada en el sentido de progresión del acero líquido de arriba hacia abajo, un conducto vertical, terminado por una tapa superior que presenta un orificio de entrada del acero líquido a partir de la cesta repartidora y una base inferior que presenta por lo menos un orificio de salida, comprendiendo dicho conducto en su parte superior un órgano repartidor dispuesto sustancialmente a la entrada de dicho conducto vertical y que comprende un deflector o domo que permite desviar el metal que entra hacia las paredes laterales de la boquilla, comprendiendo dicha boquilla asimismo unos medios de inyección de polvo metálico o de material metálico sólido finamente dividido bajo dicho domo en una zona de inyección y unos medios de inyección de gas no oxidante para el establecimiento y el mantenimiento del chorro hueco, caracterizada porque los medios de inyección de polvo son independientes y están físicamente separados de los medios de inyección del gas no oxidante, de manera que, en funcionamiento, el gas no oxidante no se utiliza como vector para la inyección de polvo.

Según la invención, dicha instalación comprende por una parte un conducto para el flujo entrante de gas no oxidante en la boquilla a nivel de un primer orificio, eventualmente terminado por un inyector dispuesto en este primer orificio y su dispositivo de medición de flujo y de presión y por otra parte, separadamente, un conducto para la alimentación de la boquilla con polvo, a nivel de un segundo orificio, eventualmente terminado por un inyector dispuesto en este segundo orificio, un depósito de polvo o partículas finamente divididas y su dispositivo de medición de peso.

Ventajosamente, los medios de inyección de polvo comprenden unos medios mecánicos tales como un dispositivo de tornillo sin fin.

Según un modo de realización preferido de la invención, el dispositivo de tornillo sin fin está dispuesto entre la parte baja de la cesta repartidora y la tapa superior de la boquilla HJN.

Preferentemente,...

1. Instalación de colada continua para el flujo de acero líquido a partir de una cesta repartidora (2) en una lingotera (1) a través de una boquilla de chorro hueco denominada boquilla HJN, que comprende principalmente, si se describe en posición vertical y considerada en el sentido de progresión del acero líquido de arriba hacia abajo, un conducto vertical (5), terminado por una tapa superior (5A) que presenta un orificio de entrada del acero líquido a partir de la cesta repartidora (2) y una base inferior que presenta por lo menos un orificio de salida (8), comprendiendo dicho conducto (5) en su parte superior un órgano repartidor dispuesto sustancialmente a la entrada de dicho conducto vertical (5) y que comprende un deflector o domo (6) que permite desviar el metal entrante hacia las paredes laterales de la boquilla, comprendiendo dicha boquilla asimismo unos medios de inyección (13, 13A, 14) de polvo metálico o de material metálico sólido finamente divido que comprenden un dispositivo de tornillo sin fin (13A) bajo dicho domo (6) en una zona de inyección (15) y unos medios de inyección de gas no oxidante (16, 17) para el establecimiento y el mantenimiento del chorro hueco, caracterizada porque los medios de inyección de polvo son independientes y están físicamente separados de los medios de inyección del gas no oxidante (16, 17), estando el dispositivo de tornillo sin fin (13A) dispuesto entre la parte baja de la cesta repartidora (2) y la tapa superior (5A) de la boquilla HJN.

2. Instalación según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende un conducto (16) para el flujo entrante de gas no oxidante (17) en la boquilla, a nivel de un primer orificio (17), y su dispositivo de medición de flujo (9) y de presión (10).

3. Instalación según la reivindicación 2, caracterizada porque dicho conducto (16) para el flujo entrante de gas no oxidante está terminado por un inyector dispuesto en el primer orificio (17).

4. Instalación según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizada porque comprende, separadamente, un conducto (13) para la alimentación de la boquilla con polvo, a nivel de un segundo orificio (14), un depósito de polvo o partículas finamente divididas (11) y su dispositivo de medición de peso (12).

5. Instalación según la reivindicación 4, caracterizada porque dicho conducto (13) para la alimentación de la boquilla con polvo está terminado por un inyector dispuesto en el segundo orificio (14).

6. Instalación según la reivindicación 4, caracterizada porque el conducto para la alimentación de la boquilla con polvo (13) desemboca bajo el domo repartidor (6), estando por lo menos una parte de este conducto dispuesta en el domo repartidor (6) con una pendiente no nula.

7. Instalación según la reivindicación 1, caracterizada porque está provista de medios para asegurar la regulación del caudal de polvo.

8. Instalación según la reivindicación 7, caracterizada porque dichos medios comprenden un condicionado de la rotación del tornillo sin fin (13A) a una medición en continuo del peso del depósito de polvo (11).

9. Instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los medios de inyección de polvo (13, 13A, 14) son mantenidos bajo atmósfera inherente.

10. Instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el gas no oxidante comprende argón.

11. Instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicho polvo metálico es un polvo de hierro o de ferroaleación.

12. Procedimiento para la colada continua de acero en chorro hueco, preferentemente en forma de productos planos o largos, por medio de la instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende las etapas siguientes: