ES2253708T3 - Componente ceramico refractario. - Google Patents
Componente ceramico refractario.Info
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Abstract
Componente de cerámica refractaria que presenta las siguientes características: 1.1 un fondo (10), 1.2 por lo menos dos paredes (12, 14), 1.3 las paredes (12, 14) se extienden desde segmentos enfrentados (10l, 10r) del fondo (10) de tal forma que por lo menos unas partes de sus superficies internas
Description
Componente cerámico refractario.
La presente invención se refiere a un componente
de cerámica refractaria, que puede configurarse por ejemplo en
forma de un cuenco amortiguador o un canal de colada.
Un caldo metálico, que se vierte, por ejemplo, en
un recipiente intermedio (artesa de colada) tras un tratamiento en
cuchara, genera, a causa de la velocidad elevada del flujo (por
ejemplo, 3 m/s), cargas mecánicas considerables en la zona de
revestimiento refractario del recipiente contra la que choca la
colada. Además, se generan turbulencias, al menos en la proximidad
del lugar de impacto. La energía cinética del chorro de masa fundida
es por ejemplo de 2 a 10 Ws/kg.
Un procedimiento conocido para reducir el
desgaste de un revestimiento refractario estándar consiste en
reforzar el lugar de impacto con la colada mediante una placa
denominada de impacto.
Dicha placa de impacto puede ser de materiales
refractarios muy resistentes al desgaste.
Se ha dado a conocer también el uso de unos
componentes denominados cuencos amortiguadores (WO 00/06324, WO
97/37799, EP 0 729 393 B1, EP 0 790 873 B1).
El fondo de dichos cuencos amortiguadores
corresponde esencialmente a una placa de impacto. Dichos cuencos
amortiguadores conocidos se configuran de tal forma que presentan
una reducción de sección en la zona del extremo superior, es decir,
en la zona por donde entra la colada, y también otra reducción de
sección en la zona por donde sale la colada del cuenco
amortiguador, creándose de este modo un perfil
"destalonado".
El objetivo de la presente invención es optimizar
la construcción de un componente de cerámica refractaria de dicho
tipo a fin de alcanzar por lo menos uno de los siguientes objetivos,
preferentemente todos ellos:
- -
- poco desgaste,
- -
- conducción encauzada del caldo metálico,
- -
- minimización de turbulencias en el flujo,
- -
- realización sencilla.
Para alcanzar dicho(s) objetivo(s),
la presente invención parte de la idea de configurar el componente
de tal forma que, por una parte, se produce con él un cambio en la
dirección del caldo metálico entrante y, por otra parte, se
disminuye la energía cinética de la colada.
Además, la desviación del flujo deberá realizarse
mediante una delimitación lateral del componente. Para la reducción
de la energía cinética, la presente invención prevé una
orientación/inclinación especial de las correspondientes
superficies internas de las paredes delimitadoras.
Por ejemplo, si se configura el componente con
una sección vertical con forma de embudo (la expresión "forma de
embudo" se refiere a la sección interna y abierta del componente
a la que va a parar el caldo metálico), puede reducirse la energía
cinética a causa de un efecto de tipo difusor.
El tipo y la magnitud de la disminución de
energía dependen del ángulo de inclinación de las superficies
internas de las paredes.
Estas consideraciones son válidas para
componentes configurados con una forma similar a la de un canal, es
decir, con un fondo y dos paredes de delimitación laterales y
enfrentadas. No obstante, son consideraciones también válidas con
miras a componentes con forma de bote, y esto con independencia de
la geometría de sus secciones transversales (horizontales), es
decir, son también válidas para, por ejemplo, cuencos amortiguadores
con una sección transversal interna más o menos circular, ovalada o
rectangular.
La presente invención se refiere por consiguiente
a un componente de cerámica refractaria que presenta las siguientes
características en su forma de realización más general:
- -
- un fondo,
- -
- por lo menos dos paredes,
- -
- las paredes se extienden desde segmentos enfrentados del fondo de tal forma que por lo menos partes de sus superficies internas presentan inclinaciones opuestas y forman un ángulo >0 y <90º con un plano perpendicular al fondo,
- -
- entre los extremos libres de las paredes se encuentra una abertura,
- -
- entre el fondo y la abertura se encuentra por lo menos un segmento en el que la distancia entre paredes es inferior a la que existe en las zonas adyacentes que se extienden hacia la abertura y el fondo.
En las zonas de los extremos libres de las
paredes y de los extremos de las paredes junto al fondo, la
distancia de las superficies internas de las paredes puede ser
mayor que la que existe en por lo menos una zona de en medio.
Dicha disposición de las superficies internas de
las paredes crea una "estricción" entre el extremo del lado
del fondo (es decir, donde incide el caldo metálico entrante) y del
extremo opuesto abierto (es decir, por donde sale el caldo
metálico). Esta "estricción" crea una división estructural y
funcional del componente.
En la zona entre el fondo y la estricción se
produce una disminución efectiva de la energía cinética de la
colada. Además, se impide una proyección incontrolada (un rebote
incontrolado) del caldo metálico.
La zona entre la estricción y el extremo
(superior) de salida actúa como un difusor. El aumento en la sección
transversal en el extremo del lado de salida permite evitar
interacciones entre el caldo metálico saliente y el chorro entrante
de metal fundido (que se alimenta por la parte central). Por el
contrario: el dimensionado debe ser tal que se apacigüe
hidrodinámicamente el caldo metálico de retroceso.
Estas características funcionales se realizan
constructivamente en función de la cantidad, viscosidad, temperatura
y/o velocidad del caldo metálico, escogiendo, por ejemplo, para el
lado del fondo un espacio disipador de energía lo suficientemente
grande como para conseguir, por una parte, la reducción deseada en
la energía cinética de la colada y, por otra parte, guiar de la
forma deseada el chorro de masa fundida. En lo que se refiere al
extremo superior en el lado de salida del componente, conviene que
el flujo de la colada sea lo más sosegado y laminar posible, por lo
menos en sentido tangencial.
Según una de las formas de realización, el ángulo
de inclinación mencionado anteriormente está comprendido entre 10 y
80 grados, y según otra forma de realización, entre 30 y 60
grados.
Cuando el dispositivo correspondiente (el
componente) ya está lleno de la masa líquida de metal fundido, la
disposición inclinada de las superficies de pared internas descrita
anteriormente es en principio suficiente. En el caso de un canal,
se forma con ella, por lo menos en la zona situada por encima de la
estricción, un "espacio de transporte con sección en V" para
el caldo metálico. En tanto se esté llenando el molde, el caldo
metálico puede, en función del ángulo de incidencia, proyectarse de
forma incontrolada alrededor antes de que sea conducido desde el
fondo de nuevo hacia arriba para hacerlo salir del componente. Estas
proyecciones incontroladas se impiden ahora mediante dicha
reducción en la sección transversal entre las paredes (por encima
del fondo).
Para evitar una desviación incontrolada del
flujo, se prevén en otra forma de realización de la presente
invención distintas paredes o varios segmentos de las superficies
internas de dichas paredes que presentan distintos ángulos de
inclinación. De este modo pueden formarse placas desviadoras, frenos
hidrodinámicos o guías hidrodinámicas en las paredes internas del
componente, así como geometrías asimétricas.
Una forma posible de realización puede comprender
por tanto segmentos junto al extremo libre de la pared que
presentan un ángulo de inclinación mayor que el segmento que se
encuentra junto al fondo del componente. En cualquier caso, la
sección interna del componente debe aumentar hacia el extremo libre
abierto.
Los distintos segmentos inclinados pueden
empalmar sin discontinuidades (también con distintos ángulos, según
lo expuesto anteriormente) o también pueden configurarse las
superficies internas de las paredes de tal forma que presentan -en
sección- un perfil en forma de diente de sierra, formándose por
tanto por el lado de la pared unas "zonas destalonadas" que
actúan como frenos hidrodinámicos sobre el caldo metálico. La
estricción mencionada anteriormente puede estar formada por una
"geometría de diente de sierra" de dicho tipo.
Las superficies internas de las paredes pueden
presentar asimismo segmentos de perfil redondeados y enfrentados o
depresiones de tipo ranura.
Por ejemplo, en el caso de una forma de canal
resulta conveniente configurar las superficies internas de las
paredes opuestas de tal forma que presentan simetría especular y, si
hubiere lugar a ello, dotar el conjunto global de una configuración
simétrica.
Dicha forma de realización se describirá más
detalladamente mediante la siguiente descripción de figuras.
El componente no sólo puede configurarse en la
forma de canal mencionada anteriormente, sino también en forma de
bote.
Utilizando una configuración curvada de las
superficies de las paredes, resulta posible acoplarlas por los
extremos, formando de este modo un componente cerrado con, por
ejemplo, una sección transversal interna (y/o sección transversal
externa) ovalada o redonda. También pueden preverse por lo menos dos
paredes adicionales que unen las paredes descritas anteriormente
formando un componente con forma de bote (rectangular o
poligonal).
Desde el punto de vista hidrodinámico las formas
con simetría rotacional son las más apropiadas.
Las perfilaciones de la pared interna rotativa
pueden discurrir como en un tornillo, rosca o hélice.
La relación altura: anchura (del espacio interior
delimitado por las paredes) puede variar considerablemente. Por
regla general, dicha relación está comprendida entre 2:1 y 1:4,
aunque puede llegar también sin más a la de 1:15. Lo mismo puede
decirse para la relación altura: diámetro máximo de las geometrías
tipo bote descritas anteriormente.
Sobre todo en el caso de las formas de
realización descritas anteriormente, en las que la sección
transversal de la abertura entre las paredes es mayor en la zona
del extremo de salida que en la zona junto al fondo, puede
realizarse generalmente sin ningún problema un componente de una
sola pieza, por ejemplo, por fundición o moldeo de presión. Los
destalonamientos eventuales pueden realizarse utilizando, por
ejemplo, cuerpos llenadores que son eliminables por cocción.
Mediante la selección de distintos ángulos de
inclinación o distintos perfilados de las paredes internas puede
configurarse de forma exacta e individualizada un componente
adaptado perfectamente a las características particulares
(cantidad, velocidad del flujo, diámetro del chorro de metal fundido
entrante). También puede ajustarse de este modo la dirección del
flujo y la disminución de la energía cinética.
Entre las superficies de guiado del flujo, en
particular, entre las que están inclinadas hacia la vertical,
pueden disponerse también superficies de unión horizontales
(paralelas al fondo) o verticales (perpendiculares al fondo), o que
presentan un ángulo de inclinación >90º con respecto a la
vertical o que presentan un perfil curvado.
Otras características de la presente invención se
pondrán más claramente de manifiesto a partir de las características
especificadas en las reivindicaciones adjuntas y documentación de
la presente solicitud.
La presente invención se describe a continuación
más detalladamente haciendo referencia a distintos ejemplos de
formas de realización. En particular, las figuras 1 a 4 ilustran de
forma muy esquematizada y mediante vistas en sección distintas
formas de realización de un componente según la presente
invención.
Los elementos que son idénticos o que producen el
mismo efecto se designan con los mismos números de referencia.
El ejemplo de forma de realización según la
figura 1 ilustra una posible geometría básica de un componente
según la presente invención que comprende un fondo 10. Dos paredes,
12, 14, con unos segmentos de pared, 12u, 14u, se extienden desde
unos segmentos enfrentados, 10l,10r, del fondo 10, y en el mismo
sentido (es decir, hacia arriba) pero con unas inclinaciones
opuestas, de tal forma que se acercan primero entre sí (hasta una
distancia mínima d_{\text{mín}}) y se separan posteriormente
(segmentos de pared 12o, 14o).
La distancia máxima entre los segmentos de pared
inferiores, 12u, 14u, de las paredes 12, 14 está indicada en la
figura con la letra d y la distancia entre los segmentos superiores
de las paredes 12, 14, que se encuentra en la zona de sus extremos
libres, 12r, 14r, con la letra D. En particular, D y d >
d_{\text{mín}} y D > d. Las paredes 12, 14 presentan simetría
especular con respecto a un eje de simetría imaginario
E-E. El ángulo de inclinación a de los segmentos
inferiores de las paredes 12, 14 es de aproximadamente 70º con
respecto a la superficie superior del fondo 10. Los segmentos
superiores de las paredes 12, 14 forman un ángulo b de
aproximadamente 20º con respecto a un plano paralelo al plano
E-E.
El componente global comprende por tanto un
espacio interior R delimitado por las paredes que presenta en
sección una geometría similar a la de una ampolleta.
El caldo metálico, que entra según la dirección
de la flecha Z1, alcanza el fondo 10, se desvía en la dirección de
la flecha Z2 y se dirige finalmente junto a la pared hacia arriba,
en la dirección de la flecha Z3, para salir por los bordes
exteriores 12r, 14r, de las paredes.
Entre el fondo 10 y la estricción 11 mencionada
anteriormente se produce una disminución en la energía cinética de
la colada entrante. El adelgazamiento de la sección transversal
impide además que la colada se proyecte incontroladamente hacia los
lados. En la sección entre la estricción 11 y la abertura superior O
(que se encuentra entre las superficies internas de los segmentos
de borde 12r, 14r) se ha creado una zona difusora en la que la
colada puede desplazarse, formando un flujo laminar y sin
perturbaciones, al lado de las paredes para salir del componente,
mientras el nuevo caldo metálico puede entrar en el componente por
el centro (según la flecha Z1).
El componente según la figura 1 ha sido
configurado en forma de canal.
Lo mismo puede decirse del componente según la
figura 2. Dicho componente presenta asimismo una simetría especular
con respecto a un plano de simetría E, pudiéndose explicar por tanto
la geometría restante considerando únicamente la pared 12 (de la
izquierda), siendo dichas explicaciones válidas por analogía para la
pared 14.
Partiendo del fondo 10, se extiende un primer
segmento de pared interna 12.1 que forma un ángulo a de
aproximadamente 45º con respecto al plano E-E.
Dicho segmento empalma con otro segmento 12.2 que es paralelo al
fondo 10 y se extiende hacia el interior (en dirección hacia la
pared opuesta 14). El segmento 12.2 empalma con otro segmento 12.3
que forma un ángulo \beta de aproximadamente 40º con respecto al
plano E-E y que se extiende hasta el borde superior
12r de la pared 12. La distancia mínima entre paredes,
d_{\text{mín}}, se encuentra por tanto entre los segmentos 12.2 y
12.3.
El espacio interno R resultante presenta
esencialmente entre el fondo 10 y los bordes externos 12r, 14r una
geometría con forma de V, aunque con una zona destalonada 20. Dicha
zona destalonada produce un cambio controlado de la dirección de
flujo del caldo metálico alimentado. Se genera un arremolinamiento
del chorro desviado de metal fundido. La colada pierde la dirección
de flujo. La energía cinética se reduce drásticamente hasta casi
anularse inmediatamente tras la entrada de la colada en el
componente y en el tramo siguiente.
El ejemplo de forma de realización según la
figura 3 se parece al de la figura 2, aunque en este caso se trata
de un componente con simetría rotacional y con forma de bote, o sea,
de un componente tipo cuenco amortiguador. Dicha simetría
rotacional se da en torno a un eje imaginario central
M-M.
A diferencia del ejemplo de forma de realización
según la figura 2, la pared interna 12 entre los segmentos 12.1 y
12.3 está caracterizada porque presenta un segmento oblicuo
adicional 12.4 y un segmento horizontal adicional 12.5, que forman
una zona destalonada 22 adicional. El ángulo de inclinación \gamma
del segmento 12.4 es mayor que el ángulo de inclinación \beta del
segmento 12.3.
A tenor de la presente invención, la superficie
de la pared opuesta ilustrada en la figura 3 puede designarse como
superficie de pared 14. No obstante, desde el punto de vista
técnico, se trata de la misma superficie de pared 12, que se
ilustra también en la parte izquierda de la figura por ser dicha
pared circular en virtud de la geometría de cuenco mencionada
anteriormente.
El fondo 10 presenta una superficie 10o con forma
de calota, que podría estar también curvada en sentido inverso.
La figura 4 ilustra otra forma de realización de
un cuenco amortiguador, en el que un segmento de pared inferior e
inclinado 12.1 empalma con un segmento de pared 12.6 que es
perpendicular al fondo 10 y al que le sigue una superficie de pared
interna 12.7 abombada, que se ensancha hacia fuera, hacia el extremo
externo libre 12r del cuenco amortiguador, por lo que dicho cuenco
amortiguador presenta en el extremo superior abierto un diámetro
interno Q claramente superior al de la zona de la superficie de
impacto 24 del fondo 10 (diámetro q). La zona del espacio interno R
que presenta el diámetro más pequeño (q_{\text{mín}}) se encuentra
de nuevo entre la zona del fondo 10 y la abertura O.
La geometría descrita de la figura 4 comprende
también una zona destalonada circular (tipo ranura) 20 que sirve
tanto para cambiar la dirección del flujo del caldo metálico como
para reducir la energía cinética de la colada.
El cuerpo puede realizarse de una sola pieza
partiendo de una masa de fundición (base de Al_{2}O_{3}, por
ejemplo).
La figura 4 ilustra también (con trazo
discontinuo) una variante posible de esta forma de realización. En
este caso, los segmentos de pared más o menos rectilíneos, 12.1,
12.6 y 12.7, empalman entre sí sin cambios bruscos de pendiente,
habiéndose configurado el segmento de superficie 12.7, que se dirige
hacia la abertura O de entrada, con una curvatura cóncava
adicional. Según la presente invención, dicha curvatura puede ser
también la opuesta (convexa).
En general: una o varias superficie(s) de
pared y de fondo del cuerpo de impacto (componente) descrito
anteriormente pueden ser rectilíneas o curvadas, tanto convexas
como cóncavas, pueden empalmar entre sí sin cambios bruscos de
pendiente, y pueden presentar ángulos de inclinación/radios de
curvatura iguales o distintos. Esto permite adaptar las
características del flujo de la colada a cada caso concreto de
aplicación.
Si se sustituyen los segmentos de pared planos,
que se han ilustrado en la figura 4 y que forman con el plano
E-E un ángulo >0 y <90º, por segmentos de
pared curvos, el segmento de pared no presentará en su globalidad
un único ángulo de inclinación con respecto al plano
E-E. El ángulo \beta con el que está inclinado la
parte correspondiente del segmento de pared con respecto al plano
E-E está entonces definido, para cada punto del
contorno interno del segmento de pared, por el ángulo que forma en
dicho punto la tangente al segmento con dicho plano.
Por razón de sus curvaturas, los segmentos de
pared curvados 12.1, 12.6 y 12.7 presentan respectivamente a lo
largo de sus curvas distintos ángulos con respecto al plano
E-E.
En la figura 4 se ha trazado a título de ejemplo,
en el punto P del segmento de pared 12.7 orientado hacia la
abertura de salida O, la tangente T a dicho segmento de pared. En
dicho punto P, el segmento de pared 12.7 forma un ángulo \beta de
aproximadamente 80º con el plano E-E.
Claims (19)
1. Componente de cerámica refractaria que
presenta las siguientes características:
- 1.1
- un fondo (10),
- 1.2
- por lo menos dos paredes (12, 14),
- 1.3
- las paredes (12, 14) se extienden desde segmentos enfrentados (10l, 10r) del fondo (10) de tal forma que por lo menos unas partes de sus superficies internas (12.1, 12.3, 12.4) presentan inclinaciones opuestas y forman un ángulo >0 y <90º con un plano E-E perpendicular al fondo (10), y con inclinaciones opuestas
- 1.4
- entre los extremos libres (12r, 14r) de las paredes (12, 14) se encuentra una abertura (O),
- 1.5
- entre el fondo (10) y la abertura (O) se encuentra por lo menos un segmento (11) en el que la distancia (d_{\text{mín}}, q_{\text{mín}}) entre las paredes (12, 14) es inferior a la que existe en las zonas adyacentes (12u, 14u, 12o, 14o) que se extienden hacia la abertura (O) y el fondo (10).
2. Componente según la reivindicación 1,
en el que cada superficie interna comprende varios segmentos (12.1,
12.3, 12.4, 12.7) con distintos ángulos de inclinación.
3. Componente según la reivindicación 1,
en el que cada superficie interna comprende varios segmentos (12.1,
12.3, 12.4, 12.7) con distintos ángulos de inclinación y en el que
el segmento (12.3, 12.7) junto al extremo libre (12r, 14r) de las
paredes (12, 14) presenta un ángulo de inclinación mayor que el
segmento (12.1) junto al fondo (10).
4. Componente según la reivindicación 1,
en el que las superficies internas de las paredes (12, 14)
presentan -en una vista en sección- un perfil en forma de diente de
sierra.
5. Componente según la reivindicación 1,
en el que las superficies internas de las paredes (12, 14)
presentan unos segmentos de perfil redondeados y contrapuestos
(12.7).
6. Componente según la reivindicación 1,
en el que las superficies internas de las paredes (12, 14)
presentan por lo menos una depresión de tipo ranura (20, 22).
7. Componente según la reivindicación 6,
en el que la depresión de tipo ranura (20, 22) está inclinada a lo
largo de toda su extensión longitudinal.
8. Componente según la reivindicación 1,
en el que las superficies internas enfrentadas de las paredes (12,
14) están dispuestas de tal forma que presentan simetría
especular.
9. Componente según la reivindicación 1,
en forma de canal abierto por arriba.
10. Componente según la reivindicación 1, con
por lo menos dos paredes adicionales que unen las dos paredes (12,
14) formando un componente que presenta la forma de un bote.
11. Componente según la reivindicación 1, en
el que el componente, en una vista en planta superior, presenta la
forma de un bote de geometría ovalada, rectangular o circular.
12. Componente según la reivindicación 1, en
el que la relación altura: anchura o altura: diámetro máximo del
espacio (R) delimitado por las paredes (12, 14) está comprendida
entre 2:1 y 1:4.
13. Componente según la reivindicación 1, en
el que la relación altura: anchura o altura: diámetro máximo del
espacio (R) delimitado por las paredes (12, 14) puede ser de hasta
1:15.
14. Componente según la reivindicación 1, en
el que el ángulo de inclinación de las superficies internas de las
paredes (12, 14) está comprendido entre 10 y 80 grados.
15. Componente según la reivindicación 1, en
el que el ángulo de inclinación de las superficies internas de las
paredes (12, 14) está comprendido entre 30 y 60 grados.
16. Componente según la reivindicación 1, en
el que el componente es de una sola pieza.
17. Componente según la reivindicación 1, en
el que el componente presenta un fondo (10) con forma de
calota.
18. Componente según la reivindicación 1, en
el que la distancia entre las superficies internas de las paredes
(12, 14) aumenta hacia los extremos libres (12r, 14r) de las
mismas.
19. Componente según la reivindicación 1, en
el que la distancia entre las superficies internas de las paredes
(12, 14) en la zona de los extremos libres (12r, 14r) de las paredes
(12, 14) y en la zona de sus extremos (12b, 14b) junto al fondo es
mayor que la de por lo menos una zona (11) situada entre las dos
zonas mencionadas anteriormente.
Applications Claiming Priority (2)
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| DE10235867A DE10235867B3 (de) | 2002-08-05 | 2002-08-05 | Feuerfestes keramisches Bauteil |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2253708T3 true ES2253708T3 (es) | 2006-06-01 |
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