CUERPO DE TAPÓN.

Cuerpo de tapón de material refractario y forma sustancialmente cilíndrica que presenta un primer extremo (10),

un segundo extremo (14) y una zona intermedia (12) entre los mismos, con un orificio (16) de sección transversal sustancialmente circular, que se extiende desde dicho primer extremo (10) en una dirección axial del cuerpo de tapón al interior de dicha zona intermedia (12) hacia el segundo extremo (14), en el que dicho orificio está provisto de una sección transversal ampliada (en 16s) a lo largo de por lo menos parte de dicha zona intermedia (12)

Esta invención se refiere a un cuerpo de tapón fabricado a partir de un material cerámico refractario. Dicho tapón se utiliza como parte de un mecanismo de válvula para controlar el flujo de metal fundido guiado a través de una boquilla dispuesta en el fondo de un reactor metalúrgico que contiene masa fundida de metal. Dicho reactor puede ser un caldero, una artesa de colada o similar.

El cuerpo de tapón se fabrica normalmente de una sola pieza, que entonces se denomina tapón monobloque. Con frecuencia, se fabrica en una prensa isostática para lograr un tiempo de servicio y resistencia mecánica alta suficientes.

El cuerpo de tapón, también denominado tapón a continuación en la presente memoria, presenta normalmente una forma sustancialmente cilíndrica, que comprende un primer extremo, que está en la posición montada del tapón en el extremo superior. Desde este primer extremo, se extiende un orificio en una dirección axial de dicho tapón hacia un segundo extremo, que corresponde en la posición montada del tapón al extremo inferior. Dicho extremo inferior se designa normalmente como la denominada parte de nariz y se caracteriza por un perfil redondeado o cónico. Una zona intermedia está dispuesta entre el primer y el segundo extremo del tapón.

A lo largo de la parte de orificio que se extiende a través del primer extremo, están dispuestos unos medios dispuestos para el acoplamiento del tapón al mecanismo de elevación, mediante los cuales puede elevarse el tapón verticalmente hacia arriba y hacia abajo desde una posición sentada (cierre) sobre la boquilla hasta una posición a una distancia de dicha boquilla para proporcionar la trayectoria para una corriente de masas fundidas de metal parcial o totalmente libre.

En el documento EP 1401599B1, se da a conocer un vástago de tapón del tipo mencionado anteriormente, caracterizado porque presenta una zona intermedia de diámetro exterior reducido en comparación con el primer y el segundo extremo de tapón para ahorrar material refractario.

Un objetivo de la invención es proporcionar una alternativa a dicho último tapón mencionado y en particular mejorar la resistencia mecánica de dicho tapón ya que se constató que el tapón conocido proporciona una resistencia mecánica insuficiente a lo largo de la zona intermedia de diámetro exterior reducido.

En diversas series de ensayos, se encontró que la resistencia mecánica de un

tapón puede mantenerse más o menos inalterada en comparación con un tapón convencional de forma cilíndrica con un espesor de pared constante entre el primer y el segundo extremo, aunque se use menos material refractario, cuando la sección de orificio que transcurre a través de la zona intermedia se diseña con una sección transversal de orificio ampliada en comparación con la sección de orificio dentro del primer extremo.

En otras palabras: el diámetro exterior del tapón según la invención sigue siendo sustancialmente constante y cilíndrico a lo largo de dicho primer extremo y dicha zona intermedia mientras que el segundo extremo se diseña convencionalmente, por ejemplo como una parte de nariz cónica.

Las expresiones “sustancialmente cilíndrico” y “más o menos constante” significan respectivamente que la forma corresponde a unos vástagos de tapón según la técnica anterior simplemente con tolerancias de fabricación del diámetro de tapón exterior e interior sólo en el intervalo comprendido entre el 1 y el 5%.

El orificio interior es la característica inventiva decisiva ya que comprende dos partes de orificio de sección transversal diferente.

Aunque la parte de orificio en el primer extremo, incluyendo los medios de fijación para el acoplamiento con el aparato de elevación, permanece más o menos inalterada con respecto a los tapones de la técnica anterior, la sección de orificio tras la primera sección de orificio en la dirección del segundo extremo de tapón (la parte de nariz) está provista ahora de una sección transversal mayor, es decir el diámetro interior del tapón a lo largo de por lo menos parte de la zona intermedia está aumentado en comparación con la sección anterior (a lo largo del primer extremo) y, por tanto, el espesor de pared a lo largo de dicha zona intermedia es menor (más delgado) que con tapones convencionales.

Esto ahorra material refractario, de manera similar al diseño según el documento EP 1401599B1 pero con la ventaja de que la resistencia mecánica del tapón inventivo en la región modificada (zona intermedia) y, en total, es característicamente superior a la del dispositivo de la técnica anterior. La resistencia mecánica incluye la resistencia transversal al eje longitudinal del tapón.

La resistencia mecánica mejora, ya que el diámetro exterior (sección transversal exterior) del tapón es más o menos constante a lo largo de dicha zona intermedia y más o menos idéntico al del primer extremo. No hay ninguna región cónica entre el primer extremo y la zona intermedia que debilite el tapón. La influencia del espesor de pared reducido de la zona intermedia tiene una importancia mucho menor para el comportamiento mecánico del tapón en total y sólo en el intervalo de un pequeño porcentaje tal como se mostrará a continuación en la presente memoria. El nuevo diseño de tapón resiste tensiones desarrolladas en dicha zona intermedia más altas que un tapón de la técnica anterior de la construcción mencionada. Dichas tensiones pueden derivarse, entre otras cosas, de un mecanismo de elevación debido a mala alineación axial que surge durante operaciones en servicio.

En su forma de realización más general, la invención se refiere a un cuerpo de tapón de material refractario y forma sustancialmente cilíndrica que presenta un primer extremo, un segundo extremo y una zona intermedia entre el primer y el segundo extremo, con un orificio de sección transversal sustancialmente circular, que se extiende desde dicho primer extremo en una dirección axial del cuerpo de tapón al interior de dicha zona intermedia hacia el segundo extremo, en la que dicho orificio está provisto de una sección transversal ampliada a lo largo de por lo menos parte de dicha zona intermedia.

La sección transversal ampliada del orificio puede ser por lo menos dos veces la sección transversal del orificio dentro de la primera parte. En caso de que la sección transversal del orificio dentro del primer extremo varíe, se hace referencia a la sección transversal del orificio dentro del primer extremo, en el que están dispuestos los medios de acoplamiento.

Según una forma de realización adicional de la invención, la sección transversal de la parte de orificio ampliada puede ser más de tres veces, más de cuatro veces o incluso más de cinco veces mayor que la sección transversal promedio del orificio dentro del primer extremo del tapón.

Tal como se mencionó, el orificio a lo largo de la zona intermedia es normalmente de sección transversal circular pero también puede ser ligeramente ovalado o puede presentar otro diseño. Lo mismo es cierto con respecto a la parte de orificio que se extiende a través de la primera parte.

La parte de orificio ampliada puede extenderse a lo largo del 10 al 90% de la longitud total del cuerpo de tapón, en el que la longitud total se define como la distancia entre los puntos más opuestos del tapón en su dirección longitudinal (axial).

Dado que el primer y el segundo extremo se extienden cada uno normalmente a lo largo de aproximadamente el 10 al 25% de la longitud total del tapón la parte de orificio ampliada estará con frecuencia en el intervalo comprendido entre el 30 y el 80% de la longitud total del tapón. Resulta obvio que cuanto más larga sea la parte de orificio ampliada menos material refractario será necesario y más se reducirán los costes. Lo mismo ocurre si se aumenta la sección transversal de la parte de orificio ampliada, es decir si se reduce adicionalmente el espesor de pared a lo largo de esta zona intermedia.

El canal de orificio ampliado termina normalmente en la parte frontal del segundo extremo inferior del tapón pero también puede extenderse ligeramente al interior de dicho segundo extremo (parte de nariz).

La región de transición entre las partes de orificio de sección transversal diferente debe diseñarse de manera suave para evitar cantos vivos, que reduzcan la resistencia mecánica del tapón.

El orificio puede continuar...

Reivindicaciones

1. Cuerpo de tapón de material refractario y forma sustancialmente cilíndrica que presenta un primer extremo (10), un segundo extremo (14) y una zona intermedia (12) entre los mismos, con un orificio (16) de sección transversal sustancialmente circular, que se extiende desde dicho primer extremo (10) en una dirección axial del cuerpo de tapón al interior de dicha zona intermedia (12) hacia el segundo extremo (14), en el que dicho orificio está provisto de una sección transversal ampliada (en 16s) a lo largo de por lo menos parte de dicha zona intermedia (12).

2. Cuerpo de tapón según la reivindicación 1, en el que la parte de orificio ampliada (16s) presenta una sección transversal que es por lo menos 2 veces la sección transversal de la primera parte de orificio (10).

3. Cuerpo de tapón según la reivindicación 1, en el que la parte de orificio ampliada (16s) presenta una sección transversal que es por lo menos 4 veces la sección transversal de la primera parte de orificio (10).

4. Cuerpo de tapón según la reivindicación 1, en el que la parte de orificio ampliada (16s) se extiende a lo largo del 10 al 90% de la longitud total del cuerpo de tapón.

5. Cuerpo de tapón según la reivindicación 1, en el que la parte de orificio ampliada (16s) se extiende a lo largo del 30 al 80% de la longitud total del cuerpo de tapón.

6. Cuerpo de tapón según la reivindicación 1, en el que la parte de orificio ampliada (16s) termina enfrente del segundo extremo (14) del cuerpo de tapón.

7. Cuerpo de tapón según la reivindicación 1, en el que se diseña de manera suave una región de transición del orificio (16) entre el primer extremo (10) y la zona intermedia (12).

8. Cuerpo de tapón según la reivindicación 1, en el que se diseña de manera suave una región de transición del orificio (16) entre el segundo extremo (14) y la zona intermedia (12).

5 9. Cuerpo de tapón según la reivindicación 1, en el que la parte de orificio ampliada (16s) continúa por lo menos en un canal (18) que sale a una superficie exterior (14d) del cuerpo de tapón en su segundo extremo (14).

10. Cuerpo de tapón según la reivindicación 1, en el que están dispuestos unos medios de fijación (20) a lo largo de la primera parte de orificio (16) para fijar de manera separable el cuerpo de tapón a un mecanismo de elevación.

11. Cuerpo de tapón según la reivindicación 1, en el que por lo menos parte de la

parte de orificio ampliada (16s) se llena con un material de propiedades termomecánicas 15 diferentes en comparación con el material del cuerpo de tapón, dejando libre un orificio

(16) que transcurre axialmente con una sección transversal por lo menos correspondiente a la sección transversal del orificio (16) dentro del primer extremo (10).