Tapón refractario cerámico.

Tapón refractario cerámico, que comprende:

a) un cuerpo de tapón en forma de barra (12) que define un eje de tapón longitudinal central (A),

que incluye

b) por lo menos un elemento de conexión (16) para conectar un conducto de suministro de gas (30), y

c) por lo menos un canal de gas (14) de una longitud total (L) en dicho cuerpo de tapón (12), que se extiende entre una sección de entrada en un primer extremo (12u) del cuerpo de tapón (12) y una sección de salida en un área de superficie exterior libre (12o) en un segundo extremo del cuerpo de tapón, cuyo segundo extremo define una cabeza de tapón (12h), en el que

d) un material en partículas y resistente a una temperatura elevada (20) está dispuesto en el canal de gas (14) según las condiciones siguientes:

e) el material resistente a una temperatura elevada se extiende a lo largo de una distancia (D) del canal de gas (14), siendo ≥ 25% de la longitud total (L) del canal de gas (14) y

f) las partes sólidas del material resistente a una temperatura elevada (20) llenan entre el 10% y el 90% en volumen del canal de gas (14) a lo largo de dicha respectiva distancia (R).

Tapón refractario cerámico.

Descripción La presente invención se refiere a un tapón refractario cerámico (un dispositivo de tapón) para controlar un flujo de metal fundido en una abertura de salida de un recipiente metalúrgico, como una artesa.

El tipo genérico de tapones refractarios cerámicos comprende un cuerpo de tapón en forma de barra, un extremo del cual está concebido para su fijación a un mecanismo de elevación correspondiente, mientras que el otro extremo del mismo se define mediante una denominada cabeza de tapón. El cuerpo de tapón en forma de barra típicamente presenta un eje longitudinal central.

En la fundición de acero es bien conocida la disposición de una barra de tapón que, en muchos casos es una barra de tapón de una pieza, en una posición vertical, con el fin de variar el área en sección transversal de una abertura de salida asociada de un recipiente metalúrgico correspondiente mediante dicha acción de elevación. Por lo que respecta a cualquier dirección que se indique a continuación, como “arriba”, “abajo”, “extremos superior e inferior”, siempre se refiere a la posición de uso vertical tal como se muestra en las figuras de los dibujos adjuntos.

Las barras de tapón de este tipo también se han utilizado para introducir un gas de tratamiento, como un gas inerte, por ejemplo argón, en la colada caliente (en particular en la colada de acero) , para mejorar la calidad de la colada, por ejemplo para retirar inclusiones no metálicas de la colada.

Asimismo, se hace referencia al documento WO 2006/007672. La barra de tapón conocida comprende:

- un cuerpo de tapón en forma de barra que define un eje de tapón longitudinal central, que incluye

- por lo menos un elemento de conexión para la conexión de la barra de tapón a un conducto de suministro de gas, y

- por lo menos un canal de gas, que discurre en dicho cuerpo de tapón, desde un extremo superior del cuerpo de tapón hacia un extremo opuesto del cuerpo de tapón y se extiende en un área de superficie exterior libre de una cabeza de tapón.

De acuerdo con el documento WO 2006/007672, se ha observado que el gas se puede contaminar durante su paso por el canal de gas de la barra de tapón.

Para superar esta desventaja, el documento WO 2006/007672 da a conocer una barra de tapón en la que la pared del canal de gas está provista de una capa de un material que no produce monóxido de carbono en la temperatura de funcionamiento.

Se observó que la contaminación del gas de tratamiento no se puede evitar de forma fiable mediante dicho recubrimiento interior. Los motivos no se comprenden por completo aún, pero incluyen:

- el gas (por ejemplo argón, nitrógeno) puede seguir contaminado por partículas pequeñas del material de recubrimiento, por ejemplo por abrasión y/o reacción química entre el gas (por ejemplo en caso de nitrógeno) y el material de recubrimiento.

- Sin dicho recubrimiento, surgen los mismos problemas con respecto al material refractario de la barra de tapón.

- Las diferencias de temperatura en la barra de tapón y/o el canal de gas respectivamente pueden provocar:

- efectos de condensación del gas de tratamiento que cambia la calidad del gas arbitrariamente y

- deposiciones en la pared del canal de gas.

Esto es especialmente cierto en casos en los que la barra de tapón presenta partes sumergidas en una colada caliente y otras partes de la barra de tapón se proyectan sobre la colada en un entorno mucho más frío.

Además, la tecnología conocida no tiene en cuenta componentes dañinos del gas de tratamiento, por ejemplo SiO, otros subóxidos volátiles, componentes alcalinos o similares que puedan contribuir a un bloqueo del/de los canal/es de gas en la cabeza del tapón.

El documento WO 2006/136285 A2 da a conocer un tapón con una abertura longitudinal central llenada de un medio de relleno y un canal de gas que se extienden por dicho medio de relleno o entre el medio de relleno y el medio de tapón.

El objetivo de la invención es proporcionar una barra de tapón del tipo mencionado anteriormente que supere las desventajas mencionadas. La invención se basa en los conocimientos siguientes:

Los efectos mencionados son completamente diferentes. Mientras que el problema de la abrasión (1er problema) es un problema del material del que está fabricado dicho tope de tapón, el 2º problema (gradiente de temperatura) está provocado por la aplicación de dicha barra de tapón. De hecho, cualquier cambio en el material de la barra de tapón puede solucionar el 1er problema, pero no el 2º problema, y viceversa, cualquier calentamiento exterior del área del tapón puede reducir la gradiente de temperatura, pero no el problema de abrasión.

La invención hace un acercamiento completamente diferente: acepta los 2 problemas mencionados, pero compensa dichos problemas llenando un material en partículas y sólido (en adelante también denominado material de relleno) en el canal de gas, al mismo tiempo que deja el espacio suficiente para que pase el gas, de modo que dicho material proporciona los efectos siguientes:

a) es resistente a la alta temperatura (>1000ºC, >1300ºC, a menudo >1500ºC o >1600ºC) y, por lo tanto, permanece en el canal de gas por ejemplo durante el uso de la barra de tapón en un baño de acero fundido de una temperatura similar,

b) característicamente, amplía el área de superficie a lo largo de la que fluye el gas en su paso por el canal de gas y, al mismo tiempo, hace que la superficie quede como un laberinto (meandro) ,

c) cualquier abrasivo del material del cuerpo de tapón o del propio material de relleno se puede recoger en la zona de rellenado correspondiente del canal de gas.

El criterio a) resulta importante para permitir que el material de relleno cumpla con su función durante el uso de la barra de tapón.

El criterio b) resulta importante debido a que las nuevas superficies fuerzan el gas hacia flujos transversales (hasta turbulencias pequeñas) . El material de relleno también consigue (alcanza) una temperatura similar a la temperatura del cuerpo de tapón, cuando la barra de tapón se encuentra en uso, dando lugar así a unas superficies de calentamiento adicionales para el gas, un incremento de la temperatura del gas y una estabilización de la temperatura del gas sobre las partes respectivas del canal de gas y también aguas abajo hacia la sección de salida del canal de gas. La transferencia de calor se efectúa principalmente mediante radiación térmica.

Cualquier diferencia de temperatura entre el material del cuerpo de tapón y el gas se reduce de forma favorable. Esto es así aunque la velocidad del gas se incremente debido a la sección transversal reducida disponible para que fluya el gas (asumiendo que resulta necesario un determinado volumen de gas para el tratamiento de la fundición) .

Este criterio (b) se une a la demanda de asegurar que el gas pasa dicha distancia (parte) del canal de gas llenado con este material en un volumen apropiado e incluye implícitamente una selección correspondiente de materiales de relleno adecuados y de formas adecuadas.

Un material en polvo provocaría un bloqueo del canal de gas y evitaría el paso del volumen de gas necesario. Un material en partículas produce huecos y/o vacíos y/o ranuras y/o espacios como poros entre partículas adyacentes a través de las que puede fluir el gas, es decir, dichos materiales presentan una “porosidad abierta” o “permeabilidad al gas” considerable, que se puede ajustar de acuerdo con un rango necesario para permitir que pase el volumen de gas requerido.

El criterio se mejora si el material de relleno presenta una conductividad térmica elevada. En ese caso, el material de relleno recibe y transporta el calor incluso de forma más eficiente. El material de relleno recibe su temperatura elevada mediante conducción de calor directa de la colada correspondiente, en la que se sumerge el tapón, por el cuerpo de tapón, así como mediante radiación de calor del cuerpo de tapón.

El material de relleno se debe extender sobre una distancia considerable (longitud) del canal de gas, con el fin de proporcionar las áreas de superficie grandes nuevas deseadas y de conseguir los efectos deseados.

Como resultado, la temperatura del gas no solo es más elevada, sino también mucho más uniforme en una barra de tapón según la invención, en comparación con los dispositivos de la técnica anterior.

Una ventaja adicional es que los efectos de condensación del gas se reducen o incluso se suprimen.

Con respecto al criterio... [Seguir leyendo]

1. Tapón refractario cerámico, que comprende:

a) un cuerpo de tapón en forma de barra (12) que define un eje de tapón longitudinal central (A) , que incluye b) por lo menos un elemento de conexión (16) para conectar un conducto de suministro de gas (30) , y

c) por lo menos un canal de gas (14) de una longitud total (L) en dicho cuerpo de tapón (12) , que se extiende entre una sección de entrada en un primer extremo (12u) del cuerpo de tapón (12) y una sección de salida en un área de superficie exterior libre (12º) en un segundo extremo del cuerpo de tapón, cuyo segundo extremo define una cabeza de tapón (12h) , en el que d) un material en partículas y resistente a una temperatura elevada (20) está dispuesto en el canal de gas (14) según las condiciones siguientes:

e) el material resistente a una temperatura elevada se extiende a lo largo de una distancia (D) del canal de gas (14) , siendo º 25% de la longitud total (L) del canal de gas (14) y

f) las partes sólidas del material resistente a una temperatura elevada (20) llenan entre el 10% y el 90% en volumen del canal de gas (14) a lo largo de dicha respectiva distancia (R) .

2. Tapón refractario cerámico según la reivindicación 1, en el que el canal de gas (14) se extiende a lo largo de más del 50% de su longitud total (L) , en paralelo al eje de tapón longitudinal central (A) .

3. Tapón refractario cerámico según la reivindicación 1, en el que el canal de gas (14) presenta una sección transversal más pequeña en su parte (14I) en la cabeza de tapón (12h) y el material resistente a una temperatura elevada (20) solo se encuentra presente en la parte restante (14u, 14m) del canal de gas (14) de la sección transversal más grande.

4. Tapón refractario cerámico según la reivindicación 1, en el que el canal de gas (14) presenta una forma cilíndrica.

5. Tapón refractario cerámico según la reivindicación 1, en el que dicha parte del canal de gas (14u, 14m) , llena del material resistente a una temperatura elevada (20) , presenta una sección transversal de > 500 mm2.

6. Tapón refractario cerámico según la reivindicación 1, en el que el material resistente a una temperatura elevada

(20) se selecciona de entre el grupo que cumple por lo menos una de las propiedades siguientes:

a) capacidad térmica, establecida de acuerdo con E.

99. 14, 15 de más de 0, 4 J/gK b) conductividad térmica, establecida de acuerdo con E.

99. 14, 15 de más de 0, 04 W/mK c) resistencia a la temperatura de más de 1000 ºC.

7. Tapón refractario cerámico según la reivindicación 1, en el que el material resistente a una temperatura elevada (20) se selecciona de entre el grupo que comprende: carbón vegetal, materiales refractarios oxídicos y materiales refractarios no oxídicos.

8. Tapón refractario cerámico según la reivindicación 1, en el que el material resistente a una temperatura elevada (20) es proporcionado a modo de una preparación que comprende: formas tridimensionales, gránulos, pellets, fibras, pirámides, conos y esferas.

9. Tapón refractario cerámico según la reivindicación 1, en el que el material resistente a una temperatura elevada (20) está formado por unas partículas con un tamaño de grano d90 comprendido entre 1 y 10 mm.

10. Tapón refractario cerámico según la reivindicación 1, en el que el material resistente a una temperatura elevada (20) está dispuesto a modo de un relleno continuo.

11. Tapón refractario cerámico según la reivindicación 1, en el que el material resistente a una temperatura elevada (20) está dispuesto a modo de dos o más rellenos continuos (20.1, 20.2) con una holgura (14i) entre los respectivos rellenos (20.1, 20.2) .

12. Tapón refractario cerámico según la reivindicación 1, en el que el material resistente a una temperatura elevada (20) está cubierto, por lo menos en uno de sus extremos libres, por un filtro permeable al gas y resistente a una temperatura elevada (22u, 22º, 22.1u, 22.2u) .

13. Tapón refractario cerámico según la reivindicación 1, en el que las partes sólidas del material resistente a una temperatura elevada (20) llenan entre el 20% y el 60% en volumen del canal de gas (14) a lo largo de dicha

respectiva distancia (D) .

14. Tapón refractario cerámico según la reivindicación 1, en el que el material resistente a una temperatura elevada (20) se extiende a lo largo de una distancia (D) del canal de gas (14) , que es 50% de la longitud total (L) del canal de gas (14) .