Una tobera (10) de inmersión para colada continua, que incluye:

un cuerpo (11) tubular con una parte (15) inferior, donde el cuerpo (11) tubular tiene un orificio (13) de entrada para la entrada de acero fundido dispuesto en un extremo superior y un conducto (12) que se extiende en el interior del cuerpo (11) tubular hacia abajo desde el orificio de entrada; y

un par de orificios (14) de salida opuestos dispuestos en una pared lateral en una sección inferior del cuerpo (11) tubular a fin de comunicarse con el conducto,

la tobera (10) de inmersión caracterizada por un par de rebordes (16) opuestos que se extienden de manera

horizontal en una pared (18) interna y se proyectan hacia adentro del conducto (12) desde la pared (18) interna entre el par de orificios (14) de salida, donde la pared interna define el conducto.

Tobera de inmersión para colada continua.

Campo tecnico

La presente invención se refiere a una tobera de inmersión para colada continua para verter acero fundido desde una artesa a un molde.

Antecedentes de la tecnica

En un proceso de colada continua para la producción de fundición de acero de una forma predeterminada por enfriamiento y solidificación continua de acero fundido, el acero fundido se vierte en un molde a traves de una tobera de inmersión de colada continua (de ahora en adelante referida tambien como ntobera de inmersiónn) colocada en el fondo de una artesa. En general, la tobera de inmersión incluye un cuerpo tubular con una parte inferior, y un par de orificios de salida dispuestos en la pared lateral en una sección inferior del cuerpo tubular. El cuerpo tubular tiene un orificio de entrada para la entrada de acero fundido dispuesto en un extremo superior y un conducto que se extiende en el interior del cuerpo tubular hacia abajo desde el orificio de entrada. El par de orificios de salida se comunican con el conducto. La tobera de inmersión se utiliza con su sección inferior sumergida en acero fundido en el molde para evitar que el acero fundido vertido salte hacia el aire y se oxide por el contacto con el aire. Mas aun, el uso de la tobera de inmersión permite regular el flujo de acero fundido en el molde y por ello evita que las impurezas que flotan en la superficie del acero fundido, tales como escorias e inclusiones no metalicas, sean atrapadas en el acero fundido.

En los ultimos aios, ha existido una demanda para la mejora de la calidad y la productividad del acero en el proceso de colada continua. El aumento de la productividad del acero con instalaciones de producción existentes requiere un aumento de la tasa de vertido (caudal) . Por lo tanto, con el fin de aumentar la cantidad de acero fundido que pasa a traves de la tobera de inmersión, se han llevado a cabo intentos para aumentar el diametro del conducto de la tobera y las dimensiones de los orificios de salida en el seno de un espacio limitado en el molde.

El aumento de las dimensiones de los orificios de salida produce desequilibrios en la distribución de la velocidad de flujo entre las corrientes de salida descargadas hacia afuera de las porciones inferiores y las porciones superiores de los orificios de salida, y entre las corrientes de salida descargadas hacia afuera del orificio de salida derecho y el orificio de salida izquierdo. Los flujos desequilibrados (derivas) inciden en las paredes laterales estrechas del molde e inducen a continuación patrones inestables de flujo de acero fundido en el molde. Como resultado de ello, la fluctuación del nivel en la superficie del acero fundido esta causada por flujos inversos excesivos, y la calidad del acero se reduce debido a la inclusión de polvo de molde, y tambien ocurren problemas tales como la ruptura de la costra de colada.

El Documento de Patente 1, por ejemplo, describe una tobera de inmersión que incluye un cuerpo tubular, donde el cuerpo tiene un par de orificios de salida opuestos en la pared lateral de una sección inferior del mismo. Los orificios de salida opuestos estan divididos cada uno de ellos por proyecciones que sobresalen hacia adentro hacia dos o tres porciones dispuestas verticalmente para hacer un total de cuatro o seis orificios de salida (ver Figuras 18 (A) y (8) ) . El Documento de Patente 1 especifica que la tobera de inmersión inhibe la obstrucción y genera corrientes de salida mas estables y controladas, lo que permite una velocidad mas uniforme y una rotación y una turbulencia significativamente reducidas.

[Documento de Patente 1] Publicación Internacional N° WO 2005/049249

Los presentes inventores llevaron a cabo ensayos con modelo de agua en relación a la tobera de inmersión del Documento de Patente 1, a una tobera de inmersión de tipo convencional, y a una modificación de la tobera de inmersión de tipo convencional (ver Figura 19) , con el fin de estudiar las variaciones en el patrón del flujo de acero fundido con cada tobera de inmersión. La tobera de inmersión de tipo convencional incluye un cuerpo tubular que tiene un par de orificios de salida opuestos en la pared lateral en una sección inferior. La tobera de inmersión de tipo convencional modificada incluye rebordes opuestos que sobresalen hacia el interior del conducto, donde los rebordes estan dispuestos en el centro del conducto entre los orificios de salida opuestos.

Las Figuras 20 (A) y (8) muestran los resultados de los ensayos con modelo de agua en relación a las toberas de inmersión. En las Figuras 20 (A) y (8) , las abscisas representan los valores medios 0av de las desviaciones típicas de las velocidades de los flujos inversos en los lados derecho e izquierdo de las toberas de inmersión tal como se ven a lo largo de la pared lateral estrecha del molde. En la Figura 20 (A) , la ordenada representa la diferencia f0 entre las desviaciones típicas de las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo. En la Figura 20 (8) , la ordenada representa el valor medio Vav de las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo. Adicionalmente, la muestra A corresponde a la tobera de inmersión del Documento de Patente 1 (tobera de tipo cuatro orificios de salida) , la muestra 8 corresponde a la tobera de inmersión de tipo convencional, y la muestra C corresponde a la tobera de inmersión de tipo modificado que incluye los rebordes en el centro del conducto (en la pared interna de la tobera y en el centro de la anchura del conducto) . La Figura 20 (A) indica que la tobera de inmersión de tipo convencional mostró la mayor diferencia f0 entre las desviaciones típicas de las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo, a saber, la mayor diferencia entre las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo, mientras que la tobera de inmersión del Documento de Patente 1 y la tobera de inmersión de tipo modificado con el reborde en el centro del conducto mostró unas diferencias mas pequeias entre las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo. Por otro lado, la Figura 20 (8) indica que la tobera de inmersión de tipo convencional y la tobera de inmersión del Documento de Patente 1 mostraron unos valores medios Vav de las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo mayores, y que la tobera de inmersión de tipo modificado con el reborde en el centro del conducto mostró un valor medio Vav menor.

La diferencia f0 entre las desviaciones típicas de las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo y el valor medio Vav de las velocidades de los flujos inversos derecho e izquierdo aumenta cuando se incrementa el caudal. Desde el punto de vista de la mejora de la calidad del acero, es deseable que f0 tenga un valor de 2 cm/seg

o menos, y que Vav tenga un valor comprendido entre 10 cm/seg y 30 cm/seg. Nótese que el valor de f0 en todas las muestras fue de 2 cm/seg o menos, mientras que el valor de Vav en todas las muestras estuvo fuera del intervalo entre 10 cm/seg y 30 cm/seg.

En el caso de la tobera de inmersión del Documento de Patente 1 (tobera de tipo cuatro orificios de salida) , como indican los resultados del analisis de fluidos que se presentan en las Figuras 21 (A) y (8) , se encontraron valores mayores en las corrientes de salida emitidas desde las porciones inferiores de los orificios de salida, mientras que se encontraron valores menores en el caso de las porciones superiores, con el resultado de que las velocidades de los flujos inversos alcanzaron valores tan elevados como 35 cm/seg. Para el analisis de fluidos, las dimensiones del molde se fijaron en 1500 mm por 235 mm y el caudal fue ajustado a 3, 0 toneladas por minuto. Mas aun, la tobera de inmersión del Documento de Patente 1, que tiene cuatro o mas orificios de salida, no sólo requiere un proceso de fabricación demasiado complejo, sino que tambien presenta el problema de inducir un desequilibrio entre las corrientes de salida en el caso de que se produzca una obstrucción o un desgaste termico de los orificios de salida.

La presente invención se ha llevado a cabo en vista de las circunstancias anteriormente referidas, y es un propósito de la presente invención crear una tobera de inmersión para colada continua que reduce la deriva de acero fundido que fluye desde los orificios de salida de la tobera y reduce la fluctuación del nivel en la superficie del acero fundido y que es facil de fabricar.

El propósito anteriormente descrito puede conseguirse mediante las caracterfsticas específicas establecidas en las reivindicaciones.... [Seguir leyendo]

1. Una tobera (10) de inmersión para colada continua, que incluye:

un cuerpo (11) tubular con una parte (15) inferior, donde el cuerpo (11) tubular tiene un orificio (13) de entrada para la entrada de acero fundido dispuesto en un extremo superior y un conducto (12) que se extiende en el interior del cuerpo (11) tubular hacia abajo desde el orificio de entrada; y

un par de orificios (14) de salida opuestos dispuestos en una pared lateral en una sección inferior del cuerpo (11) tubular a fin de comunicarse con el conducto,

la tobera (10) de inmersión caracterizada por un par de rebordes (16) opuestos que se extienden de manera horizontal en una pared (18) interna y se proyectan hacia adentro del conducto (12) desde la pared (18) interna entre el par de orificios (14) de salida, donde la pared interna define el conducto.

2. La tobera de inmersión de la reivindicación 1, caracterizada porque el valor del ratio a/a' esta comprendido en el intervalo entre 0, 05 y 0, 38 y el valor del ratio b/b' esta comprendido en el intervalo entre 0, 05 y 0, 5, donde a' y b' representan una anchura horizontal y una longitud vertical, respectivamente, de los orificios (14) de salida en una vista frontal; a es una altura de proyección de los rebordes (16) en las caras terminales, y b es una anchura vertical de los rebordes (16) .

3. La tobera de inmersión de la reivindicación 2, caracterizada porque el valor del ratio c/b' esta comprendido en el intervalo entre 0, 15 y 0, 7, donde c es una distancia vertical entre los bordes superiores de los orificios (14) de salida en una vista frontal y los centros verticales de los rebordes (16) .

4. La tobera de inmersión de la reivindicación 1, caracterizada porque los rebordes (16) tienen cada uno de ellos porciones inclinadas en extremos opuestos, donde las porciones (16a) inclinadas estan inclinadas hacia abajo, apuntando hacia una parte exterior del cuerpo (11) tubular.

5. La tobera de inmersión de la reivindicación 4, caracterizada porque cada orificio (14) de salida tiene una cara (14a) terminal superior y una cara (14b) terminal inferior que se inclinan hacia abajo apuntando hacia el exterior del cuerpo (11) tubular con el mismo angulo de inclinación que las porciones (16a) inclinadas.

6. La tobera de inmersión de la reivindicación 5, caracterizada porque el valor del ratio L2/L1 esta comprendido en el intervalo entre 0 y 1, donde L1 representa una anchura del conducto (12) , a lo largo de una dirección longitudinal de los rebordes (16) , justamente encima de los orificios (14) de salida; y L2 representa una longitud de los rebordes (16b) , descontando las porciones inclinadas (16a) .

7. La tobera de inmersión de la reivindicación 6, caracterizada porque las caras (14a) terminales superiores y las caras (14b) terminales inferiores de los orificios (14) de salida y las porciones (16a) inclinadas de los rebordes (16) se inclinan con un angulo de inclinación comprendido en el intervalo entre 0° y 45°.

8. La tobera de inmersión de la reivindicación 1, caracterizada porque los rebordes (16) tienen cada uno de ellos caras terminales en los extremos opuestos en una dirección longitudinal de los rebordes (16) , donde las caras terminales son caras verticales perpendiculares a la dirección longitudinal de los rebordes (16) .

9. La tobera de inmersión de la reivindicación 1, caracterizada porque el cuerpo (11) tubular en la parte inferior tiene un depósito (17) empotrado para acero fundido.