ES2242160T3 - Elemento de colada resistente al choque termico y procedimiento de fabricacion del mismo. - Google Patents

Abstract

Un elemento para la colada de metal líquido, que comprende un cuerpo de base hecho de un material refractario, dicho cuerpo forma una superficie externa y una superficie interna que definen un canal de vaciado para la colada de metal líquido, caracterizado porque al menos una parte de la superficie interna del elemento está revestida con un revestimiento aislante que comprende microesferas huecas aislantes, preferiblemente en una cantidad de entre un 5 % y un 40 % del peso y que forma, cuando se pone en contacto con el metal líquido, una capa impermeable al gas.

Description

Elemento de colada resistente al choque térmico y procedimiento de fabricación del mismo.

La presente invención se refiere a un elemento refractario usado para la transferencia de metal fundido. Un caso particular en el que la invención es realmente ventajosa es un tubo refractario para la transferencia de acero desde un cazo de colada a una artesa de colada y particularmente dicho tubo cuando se usa sin precalentar.

Los elementos refractarios usados en la fundición de metales son por naturaleza extremadamente sensibles a los choques térmicos. Cuando se utilizan, los elementos se ponen en contacto con el metal y sufren importantes choques térmicos que generan la formación de fracturas y más aun cuando la temperatura es baja antes de su uso. Consecuentemente, la vida de estos elementos es reducida. Además, las fracturas pueden permitir la entrada de aire que tiende a degradar la calidad del metal fundido.

Para mejorar la resistencia a los choques térmicos de los elementos, una técnica ampliamente extendida consiste en el precalentamiento de los elementos hasta una temperatura tan cercana como sea posible a la temperatura de utilización. sin embargo, esta técnica necesita tener una zona de precalentamiento cerca de la zona de uso de los elementos, consume energía y consecuentemente es caro. Además, existe un tiempo mínimo de precalentamiento antes del cual el elemento no está suficientemente precalentado como para resistir un choque térmico y un tiempo máximo de precalentamiento más allá del cual el elemento empieza a deteriorarse. El proceso también carece de flexibilidad ya que no permite encarar un evento inesperado o una desviación demasiado importante con respecto a la planificación de la fabricación.

Otra técnica bien conocida por los expertos en la materia y que se combina con la anteriormente descrita es el uso de fibras aislantes que bien se pegan, bien se cementan sobre el exterior del elemento refractario. En este caso, el revestimiento externo permite mantener por más tiempo el calor adquirido durante el precalentamiento e incrementar su eficiencia. Sin embargo, las fibras que pueden soportar las altas temperaturas (>1.000º) necesarias en estas aplicaciones son tóxicas y su uso está más o menos desautorizado.

El documento DE 38 05 334 A1 presenta otro procedimiento que permite mejorar la resistencia al choque térmico de dichos elementos. Este procedimiento consiste en introducir en el orificio de vaciado un manguito hecho de un material cerámico fibroso o espumante. Este procedimiento tiene varios inconvenientes. Cuando se usa un material cerámico espumante, para su formación, es necesario utilizar agentes espumantes o tensoactivos que son generalmente incompatibles con los elementos refractarios, particularmente si estos están constituidos por material enlazado con carbono. También puede ser difícil controlar la espuma para que forme una capa de un grosor relativamente constante y que muestre propiedades de aislamiento reproducibles. El aislamiento así obtenido no es homogéneo y puede provocar dentro del elemento gradientes de temperatura perjudiciales. Cuando el elemento tiene una geometría compleja, lo que es más o menos frecuente para mejorar la calidad del metal fundido, la fabricación y el posicionamiento del manguito es especialmente difícil, en particular para asegurar un contacto continuo entre el manguito y el elemento. Ya que el manguito no es integral con el elemento, puede moverse o incluso salirse durante el manejo o utilización del elemento cuando está en contacto con el metal. Las piezas del manguito pueden obstruir el elemento, formar un tapón o, al menos, no facilitan el paso del metal fundido; puesto que el metal no puede fluir normalmente en el vaso metalúrgico inferior, este puede escaparse a través de las juntas que unen los elementos refractarios entre sí.

En el caso particular de un tubo de colada refractario, diseñado para la transferencia de metal fundido desde un cazo de colada a una artesa de colada, estos generalmente son tubos hechos de materiales basados en el grafito y enlazados con carbono (alúmina / grafito, magnesia / grafito...), el procedimiento usado más a menudo es ciertamente el que consiste en preoxidar la superficie interna del tubo de manera que se forme una capa solamente con un reducido o sin ningún porcentaje de carbono. Esta capa oxidada con bajo contenido en carbono es una capa que muestra un bajo coeficiente de conductividad térmica con respecto al cuerpo del tubo. Esta actúa como una barrera en el inicio de la fundición y permite que el tubo refractario resista del choque térmico del primer contacto con el metal fundido.

Este procedimiento, aunque generalmente satisfactorio, tiene no obstante algunos inconvenientes. la capa oxidada se obtiene durante la calcinación del tubo refractario bajo una atmósfera oxidante. Es por lo tanto bastante difícil obtener un capa homogénea de un grosor constante a todo lo largo del elemento. El grosor de la capa oxidada puede variar significativamente (entre 2 y 10 mm) de un tubo a otro o de una región a otra del mismo tubo. Esto no permite obtener propiedades aislantes homogéneas. Además, esta capa que perdido su ligante de carbono es eliminada en pocos minutos con el contacto con el metal fundido. Por lo tanto el grosor del tubo se reduce rápidamente en el grosor de la capa; esto reduce significativamente la resistencia mecánica y su tiempo de uso.

El objeto de la presente invención es un elemento de colada que tiene una resistencia incrementada a los choques térmicos y que no presenta los inconvenientes de la mencionada técnica anterior. Por otra parte, sería deseable proponer un elemento refractario que tenga propiedades mejoradas, particularmente una permeabilidad a los gases significativamente reducida con respecto a los elementos de la técnica actual.

El elemento de colada de acuerdo con la invención comprende un cuerpo de base hecho de material refractario. Este cuerpo de base comprende una superficie externa y una superficie interna que definen un canal de colada para la fundición de metal líquido.

La presente invención se basa en la observación de que las propiedades de resistencia a los choques térmicos son básicamente útiles en el inicio del uso del elemento no precalentado. Es ciertamente necesario que dicho elemento pueda resistir un importante choque térmico (el paso de la temperatura ambiente a la temperatura del metal fundido) en un espacio de tiempo muy pequeño (unos pocos segundos). Después, el elemento se sigue usando a este régimen de temperatura, no se expone más a una variación de temperatura tan importante y su resistencia a los choques térmicos se vuelve menos crucial. Debe observarse que una detención temporal de la operación de fundición (por ejemplo cuando se cambia el cazo de colada) no permite el enfriamiento del elemento más allá de un punto crítico y no conduce a un importante choque térmico. Por otra parte, una vez que se alcanza el régimen de temperatura, sería deseable tener en cuenta otros factores de calidad de los elementos de colada tales como la no permeabilidad al gas. En particular, sería altamente deseable asegurar una buena resistencia a los choques térmicos del elemento en el inicio de su uso (inicio en frío) y una buena impermeabilidad al gas durante la continuación de su uso.

El documento FR-A-2 721 241 presenta un tubo de colada que comprende un cuerpo de base de material refractario que consta de óxidos refractarios enlazados con carbono tales como alúmina, circona, sílice o magnesia. El cuerpo de base tiene una superficie interna que define un canal de colada que soporta una capa de revestimiento que tiene un grosor máximo de 10 mm que comprende un máximo del 9% de carbono y al menos un 80% de un material sinterizable seleccionado entre alúmina, sílice y/o arcilla. Cuando se precalienta hasta un temperatura > 1000ºC, la capa de revestimiento forma una capa densa, impermeable al gas, descarburizada sinterizada que tiene un grosor de 3 - 5 mm y una capa no descarburizada.

La capa de revestimiento presentada en el documento FR-A es, sin embargo, menos aislante del calor que la suministrada de acuerdo con la invención.

El elemento de función de acuerdo con la presente invención se caracteriza porque al menos una parte de la superficie interna del elemento esta revestida con un revestimiento aislante que forma, con el contacto con el metal líquido, una capa impermeable al gas. El revestimiento aislante que cubre el elemento en frío comprende microesferas aislantes huecas y permite al elemento resistir el choque térmico en el inicio de su uso, es decir, cuando el metal líquido se pone en contacto con la parte interna del elemento. La capa impermeable formada en el contacto con el metal líquido suministra impermeabilidad al gas al elemento, por lo tanto las entradas de aire se reducirán o incluso se eliminarán y se mejorará la calidad del metal fundido. Generalmente, dicha capa impermeable se genera después de un periodo de tiempo que va desde unos pocos segundos hasta unos pocos minutos.

El revestimiento comprende componentes que proporcionan propiedades aislantes así como componentes que promoverán la formación de una capa impermeable durante el contacto con el metal líquido. Debe observarse que un mismo componente puede efectuar ambos papeles. Los componentes del revestimiento que suministran las propiedades aislantes son por ejemplo microesferas aislantes. Los componentes del revestimiento capaces de formar una capa impermeable a las temperaturas de fundición son por ejemplo la sílice y la alúmina.

De acuerdo con una realización de la invención, el revestimiento comprende entre un 20% y un 80% de su peso de una matriz cerámica, entre un 5% y un 40% de su peso de microesferas aislantes, entre un 0,5% y un 15% de su peso de uno o más ligantes y hasta un 5% de agua. El revestimiento también puede comprender entre un 5% y un 20% de su peso de un metal o una aleación metálica de tal manera que mejore la continuidad del revestimiento y, consecuentemente, la textura del revestimiento. De acuerdo con un caso particular, la matriz cerámica comprende sílice o alúmina, por ejemplo granos vítreos tal como sílice atomizada. La sílice atomizada, que es extremadamente fina, tiene la ventaja de penetrar fácilmente dentro de las porosidades del cuerpo del elemento y, por lo tanto, unir el revestimiento y el material del cuerpo. Las microesferas aislantes comprenden también, por ejemplo, sílice y/o alúmina.

Algunos de los componentes del revestimiento que forma la capa impermeable al gas pueden reaccionar con algunos componentes contenidos en el metal líquido así como con algunos componentes contenidos en el material del cuerpo del elemento de colada. El resultado de estas reacciones son fases de bajo punto de fusión, fundidas o vítreas a la temperatura de uso que cubren y hacen impermeable la superficie del elemento. Se ha observado que, de forma ventajosa, estas fases muestran un viscosidad relativamente alta que permite una unión excelente con la superficie interna del elemento. En particular, estas fases no se dañan durante las primeras limpiezas del elemento, por ejemplo con oxígeno. Se ha observado que estas reacciones tienen lugar incluso cuando estos componentes están presenten en una cantidad muy pequeña. los componentes del metal adecuado para participar en estas reacciones son por ejemplo calcio, magnesio o manganeso. Los componentes del material del cuerpo del elemento son por ejemplo magnesia y mu-
llita.

En una realización particular, el elemento de colada es una buza de cazo de colada, por ejemplo en un material refractario ligado con carbono que no se precalienta antes de su uso.

El grosor del revestimiento puede variar desde 1 hasta 10 mm, se han obtenido buenos resultados con un grosor de entre 3 y 5 mm.

El revestimiento aislante se aplica sobre una parte de la superficie interna de del elemento de colada. De acuerdo con una realización de la invención, el revestimiento muestra una estructura y un distribución del tamaño del grano tal que el revestimiento y el material que forma el cuerpo del elemento de colada se unan entre sí, penetrando el revestimiento dentro de la porosidad del material, por ejemplo humedeciéndolo por capilaridad. De esta forma hay una interpenetración del material del cuerpo y del revestimiento que se vuelven integrales.

El revestimiento del elemento se convertirá, durante su uso, en una capa impermeable que permanecerá de forma integral con el material del cuerpo del elemento de colada.

Para mejorar la resistencia al choque térmico, pueden ser necesarias varias capas de revestimiento, por ejemplo para trabajos pesados.

También puede aplicarse una capa de revestimiento aislante similar o diferente de una de acuerdo con la invención sobre una parte de la superficie externa del elemento de colada, por ejemplo sobre una parte de la superficie externa del elemento que presumiblemente se sumergirá dentro del metal líquido. Esta parte efectivamente debe resistir el choque térmico interno durante el primer paso del metal líquido así como el choque térmico en la inmersión en el metal líquido.

La presente invención se refiere también a un proceso para revestir un elemento de colada que se caracteriza porque al menos una parte de la superficie interna del elemento se recubre con un revestimiento aislante que forma, durante el contacto con el metal líquido, una capa impermeable al gas, dicho elemento de colada comprende un cuerpo de base hecho de un material refractario, dicho cuerpo comprende una superficie externa y una superficie interna que definen un canal. Dicho proceso comprende la preparación de un engobe que comprenda microesferas huecas aislantes, el secado del engobe a temperatura ambiente, preferiblemente durante al menos dos horas, y la formación de una capa impermeable al gas a partir del engobe seco poniendo en contacto el engobe seco con el metal líquido,

El revestimiento puede aplicarse sobre la superficie del tubo pulverizándolo, frotándolo o incluso sumergiéndolo en una solución acuosa o en un engobe. También es posible verter simplemente una solución acuosa o engobe a través del canal definido por la superficie interna del elemento. En el ámbito de la presente invención, se entiende por engobe una suspensión en agua u otro líquido de partículas finas (con dimensiones inferiores a 50 \mum) o dicha suspensión comprende además partículas mas gruesas (con granos que tengan unas dimensiones de hasta
2 mm)

La interpenetración del revestimiento y del material del cuerpo del elemento se estimula cuando el revestimiento se prepara como una solución acuosa o un engobe, que se aplica al elemento y luego se seca, por ejemplo al aire libre. Un revestimiento que ha proporcionado excelentes resultados es un revestimiento que comprende entre un 20% y un 80% de sílice atomizada con respecto al peso total del revestimiento. La sílice atomizada se convierte por supuesto fácilmente en un engobe y penetra fácilmente dentro de la porosidad del material del cuerpo del ele-
mento.

En una realización de la invención, se prepara como engobe un revestimiento que comprende entre un 20% y un 80% de su peso de una matriz cerámica, entre un 5% y un 40% de su peso de microesferas aislantes, entre un 0,5% y un 15% de su peso de uno o mas aglutinantes y hasta un 5% de agua, dicho engobe se pone en contacto con la superficie del elemento a recubrir y luego se seca durante al menos dos ho-
ras.

Ejemplo

Buza de colada enlazada con carbono constituida a partir de alúmina grafito, cuya superficie interior se usa como no oxidada. Se prepara un revestimiento en forma de engobe que comprende:

agua 12,1%

dextrina 2,9%

sílice coloidal 7,8%

dotapix CE 64 1,7%

(dotapix CE 64 es un agente desfloculante de la compañía alemana ZCHIMMER & SCHWARZ AG.)

filita 8,6%

arcilla 4,1%

sílice atomizada 42,9%

alúmina 10,7%

aluminio (metálico) 9,1%

tripolifosfato de sodio 0,1%

Se obtura el final del tubo con una tableta de caucho. El interior del tubo se llena con el engobe. Transcurridos entre 20 y 30 segundos, se abre el extremo del tubo y se desaloja el exceso de engobe. La superficie interna del tubo se recubre de esta forma con una capa de revestimiento que tiene un grosor básicamente constante. El revestimiento y el material del tubo se interconectan. Entonces el elemento se seca al aire libre durante aproximadamente dos horas.

Un elemento preparado de acuerdo con el ejemplo se ha comparado con un elemento conocido que comprende 5 mm de capa oxidada sobre su superficie interna. Después de su uso, el elemento de acuerdo con la invención no mostró fracturas y su vida útil fue mucho más larga que la del elemento de la técnica anterior.

La superficie interna del elemento de acuerdo con la invención se cubrió con una capa que tenía una apariencia vítrea e impermeable al gas. Esta capa fundida comprendía, entre otras cosas, aluminatos de calcio, silito-aluminatos de calcio y silicato de magnesio.

Para ciertas aplicaciones críticas en las que todavía se requiriese precalentamiento, el revestimiento de acuerdo con la invención es capaz de resistir dicho precalentamiento.

Claims (9)

1. Un elemento para la colada de metal líquido, que comprende un cuerpo de base hecho de un material refractario, dicho cuerpo forma una superficie externa y una superficie interna que definen un canal de vaciado para la colada de metal líquido, caracterizado porque al menos una parte de la superficie interna del elemento está revestida con un revestimiento aislante que comprende microesferas huecas aislantes, preferiblemente en una cantidad de entre un 5% y un 40% del peso y que forma, cuando se pone en contacto con el metal líquido, una capa impermeable al gas.

2. Un elemento de colada de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el revestimiento comprende entre un 20% y un 80% de su peso de una matriz cerámica, que preferiblemente comprende sílice o alúmina.

3. Un elemento de colada de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la matriz cerámica comprende granos vítreos, tales como una sílice atomizada.

4. Un elemento de colada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el grosor del revestimiento es de entre 1 y
10 mm.

5. Un elemento de colada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la capa impermeable y el material refractario se interpenetran.

6. Un elemento de colada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el cuerpo de base es un material ligado con carbono.

7. Un elemento de colada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el elemento de colada es una buza de vaciado.

8. Un elemento de colada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque al menos una parte de la superficie externa se recubre con un revestimiento aislante que comprende microesferas aislantes, preferiblemente en una cantidad de entre un 5% y un 40% de su peso.

9. Un proceso para revestir un elemento de colada que comprende un cuerpo de base hecho de un material refractario, dicho cuerpo comprende una superficie externa y una superficie interna que definen un canal de vaciado para la colada de metal líquido, que comprende los pasos de:

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preparar un engobe que comprenda microesferas aislantes,

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secar el engobe a temperatura ambiente, preferiblemente durante al menos dos horas,

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formar una capa impermeable al gas a partir del engobe seco poniendo en contacto el engobe seco con metal líquido.