ES2788185T3 - A method of detecting a predetermined wear of a metallurgical refractory lining of a metallurgical vessel and a corresponding refractory lining - Google Patents
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Abstract
Un método para detectar un desgaste predeterminado de un revestimiento refractario de un recipiente metalúrgico en el que se trata un metal fundido, en el que a) el revestimiento refractario se aplica a una o más capas del material cerámico refractario, capa o capas que definen una superficie interior del revestimiento refractario, adyacente al metal fundido, y una superficie exterior del revestimiento refractario, adyacente a una envoltura exterior del recipiente metalúrgico, y b) el revestimiento refractario comprende, en áreas definidas y en cantidades definidas, al menos un trazador, que no es un componente básico del metal fundido o de una correspondiente escoria, c) analizar el metal fundido o la escoria o ambos al menos hasta que se identifique al menos un umbral predeterminado de dicho trazador en dicho metal fundido o dicha escoria, respectivamente, umbral que corresponde a un desgaste predeterminado del revestimiento refractario; d) solamente algunas secciones del revestimiento refractario comprenden dicho al menos un trazador; y e) dichas secciones son espacios huecos comprendidos dentro de dicho revestimiento refractario.A method of detecting a predetermined wear of a refractory lining of a metallurgical vessel in which a molten metal is treated, wherein a) the refractory lining is applied to one or more layers of the refractory ceramic material, layer or layers defining a inner surface of the refractory lining, adjacent to the molten metal, and an outer surface of the refractory lining, adjacent to an outer shell of the metallurgical vessel, and b) the refractory lining comprises, in defined areas and in defined quantities, at least one tracer, which does not is a basic component of the molten metal or of a corresponding slag, c) analyzing the molten metal or the slag or both at least until at least a predetermined threshold of said tracer is identified in said molten metal or said slag, respectively, threshold that corresponds to a predetermined wear of the refractory lining; d) only some sections of the refractory lining comprise said at least one tracer; and e) said sections are hollow spaces comprised within said refractory lining.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Un método para detectar un desgaste predeterminado de un revestimiento refractario metalúrgico de un recipiente metalúrgico y un revestimiento refractario correspondienteA method of detecting a predetermined wear of a metallurgical refractory lining of a metallurgical vessel and a corresponding refractory lining
La invención se refiere a un método para detectar un desgaste predeterminado de un revestimiento refractario en un recipiente metalúrgico, en el que un metal fundido se trata, y un revestimiento refractario correspondiente.The invention relates to a method for detecting a predetermined wear of a refractory lining in a metallurgical vessel, in which a molten metal is treated, and a corresponding refractory lining.
Para soportar las altas temperaturas de un metal fundido (frecuentemente a >1000 °C) se sabe cómo proteger la cubierta exterior de un recipiente de tratamiento metalúrgico, en la mayoría de los casos, una construcción metálica, mediante un revestimiento refractario (resistente a elevada temperatura) en su interior.To withstand the high temperatures of a molten metal (frequently> 1000 ° C) it is known how to protect the outer cover of a metallurgical treatment vessel, in most cases a metal construction, by means of a refractory lining (resistant to high temperature) inside.
Esto es cierto para los recipientes (como un cazo, artesa o similar) en el que se trata un metal ferroso como el acero, así como para aplicaciones de metales no ferrosos como en los convertidores Peirce-Smith, convertidores Teniente, u hornos de refinado de cobre en general, como se divulga en el documento CA2.760.352.This is true for vessels (such as a ladle, tundish or the like) in which a ferrous metal such as steel is treated, as well as for non-ferrous metal applications such as Peirce-Smith converters, Teniente converters, or refining furnaces. copper in general, as disclosed in CA2,760,352.
La corrosión del material revestimiento cerámico refractario en dichas operaciones pirometalúrgicas por el metal fundido y/o una correspondiente escoria no se puede evitar, y es una preocupación fundamental del operador del horno ya que el desgaste del material refractario o el fallo da como resultado, inevitablemente, una reducción en la eficacia de producción.Corrosion of the refractory ceramic lining material in such pyrometallurgical operations by molten metal and / or a corresponding slag cannot be avoided, and is a primary concern of the furnace operator as refractory wear or failure inevitably results in , a reduction in production efficiency.
Se han realizado numerosos intentos para aumentar la vida útil del material refractario, pero incluso vidas útiles más largas dejan el problema de identificar un desgaste crítico del revestimiento refractario y la necesidad de una reparación o sustitución del revestimiento cerámico refractario.Numerous attempts have been made to increase the service life of the refractory material, but even longer service lives leave the problem of identifying critical wear of the refractory lining and the need for repair or replacement of the refractory ceramic lining.
Detectar y predecir la vida útil del material refractario es fundamental tener conocimiento de cualquier progreso de la corrosión durante la producción regular.Detecting and predicting the service life of the refractory material is essential to be aware of any corrosion progress during regular production.
De acuerdo con la técnica anterior, la corrosión del material refractario se analiza por métodos visuales con la ayuda de orificios de inspección, mediante el cálculo de las transferencias de calor dentro del revestimiento remanente, así como por métodos ultrasónicos o electromagnéticos. Ninguno de estos métodos conocidos consigue resultados fiables sobre el desgaste del material de revestimiento refractario.According to the prior art, the corrosion of the refractory material is analyzed by visual methods with the help of inspection holes, by calculating the heat transfers within the remaining lining, as well as by ultrasonic or electromagnetic methods. Neither of these known methods achieves reliable results on the wear of the refractory lining material.
Por tanto, es un objetivo de la invención para proporcionar una alternativa para identificar un desgaste predeterminado de un revestimiento refractario en un recipiente metalúrgico, en particular, para identificar un revestimiento refractario para permitir un trabajo de reparación y/o sustitución adecuado del revestimiento refractario en un buen momento antes de que se pueda producir cualquier problema de funcionamiento grave.It is therefore an object of the invention to provide an alternative to identify a predetermined wear of a refractory lining in a metallurgical vessel, in particular, to identify a refractory lining to allow suitable repair and / or replacement work of the refractory lining in a good time before any serious malfunction can occur.
Cada uno de los documentos CA 2.307.090 A1 y JP H11 217612 A divulgan un revestimiento refractario, que comprende ladrillos de detección, que contienen una sustancia de detección distribuida sobre el volumen de los ladrillos.Each of CA 2,307,090 A1 and JP H11 217612 A disclose a refractory lining, comprising detection bricks, containing a detection substance distributed over the volume of the bricks.
La invención se basa en las siguientes consideraciones:The invention is based on the following considerations:
La calidad (incluida el comportamiento de desgaste/resistencia al desgaste/resistencia a la corrosión) de los materiales cerámicos refractarios usados para revestir un recipiente metalúrgico se ha mejorado a lo largo de las últimas décadas. Incluso se puede mejorar adicionalmente, pero la vida útil (tiempo en servicio) de los elementos refractarios seguirá siendo finita.The quality (including wear behavior / wear resistance / corrosion resistance) of refractory ceramic materials used to line a metallurgical vessel has improved over the past decades. It can even be improved further, but the service life (time in service) of the refractory elements will remain finite.
En la medida que la invención no trata de las mejoras en la resistencia al desgaste de los materiales cerámicos refractarios, sino de hecho se centra en un nuevo concepto para diagnosticar su desgaste de forma fiable y está basado en los siguientes conocimientos:To the extent that the invention does not deal with improvements in the wear resistance of refractory ceramic materials, but in fact it focuses on a new concept to diagnose their wear reliably and is based on the following knowledge:
- El desgaste se inicia en el denominado lado caliente de un revestimiento refractario, es decir, el lado interno del revestimiento, que se encuentra en contacto con el metal caliente y la correspondiente escoria.- Wear starts on the so-called hot side of a refractory lining, that is, the inner side of the lining, which is in contact with the hot metal and the corresponding slag.
- El desgaste se desarrolla desde el lado caliente hasta el lado frío del revestimiento, es decir, el lado externo del revestimiento, adyacente a la envoltura exterior del recipiente; en otras palabras: dependiendo del tiempo, el revestimiento se vuelve más fino. Dependiendo del material refractario y de la aplicación metalúrgica, el desgaste se puede desarrollar durante horas, días, meses o años hasta que alcanza un valor crítico. Se alcanza un desgaste crítico si el material refractario ya no puede cumplir con sus tareas de una forma fiable; en otras palabras: cuando el material de revestimiento haya alcanzado un espesor crítico remanente (profundidades). - La invención permite identificar este espesor crítico integrando un indicador de desgaste (marcador) en el material cerámico refractario en ubicaciones predeterminadas, que se liberará desde el material cerámico y se descargará en un metal fundido y/o su escoria, cuando el revestimiento refractario se ha desgastado hasta una profundidad correspondiente. - The wear develops from the hot side to the cold side of the liner, that is, the outer side of the liner, adjacent to the outer shell of the container; in other words: depending on the time, the coating becomes thinner. Depending on the refractory material and the metallurgical application, wear can develop over hours, days, months or years until it reaches a critical value. Critical wear is reached if the refractory material can no longer perform its tasks reliably; in other words: when the investment material has reached a remaining critical thickness (depths). - The invention makes it possible to identify this critical thickness by integrating a wear indicator (marker) in the refractory ceramic material at predetermined locations, which will be released from the ceramic material and discharged into a molten metal and / or its slag, when the refractory lining is has worn down to a corresponding depth.
- Los trazadores se definen como sustancias que normalmente no forman parte (como componente básico/normalizado) de la masa fundida y/o cualquier escoria correspondiente o que forman parte de la masa fundida/escoria en cantidades poco importantes (impurezas). Por tanto, estos trazadores pasan a formar parte del material cerámico del material de revestimiento refractario pero solamente en áreas del revestimiento, que están dispuestos a cierta distancia del lado caliente de un revestimiento nuevo, pero aún no utilizado.- Tracers are defined as substances which are not normally part (as basic / standard component) of the melt and / or any corresponding slag or which are part of the melt / slag in minor amounts (impurities). Thus, these tracers become part of the ceramic material of the refractory lining material but only in areas of the lining, which are arranged some distance from the hot side of a new, but not yet used lining.
- En consecuencia, cualquier desgaste del material de revestimiento refractario recientemente desarrollado no producirá ningún cambio en el comportamiento de desgaste en comparación con sistemas de la técnica anterior salvo que el desgaste haya reducido el espesor de este revestimiento hasta un grado predeterminado y los indicadores/trazadores mencionados se configurarán de forma libre y se moverán hacia el metal fundido y/o la correspondiente escoria, donde estos trazadores pueden identificarse mediante un análisis correspondiente (en particular, químico).Consequently, any wear of the newly developed refractory lining material will not produce any change in wear behavior compared to prior art systems unless the wear has reduced the thickness of this lining to a predetermined degree and the indicators / tracers The above mentioned will be freely configured and will move towards the molten metal and / or the corresponding slag, where these tracers can be identified by a corresponding analysis (in particular, chemical).
Esta enseñanza general es independiente de si el material refractario es un revestimiento monolítico, un revestimiento hecho de elementos conformados como ladrillos o una combinación de ambos. Siempre que el material refractario regular (normalizado) en el lado caliente del revestimiento se pierde/desgasta por corrosión o cualquier otro mecanismo de desgaste tal como un ataque metalúrgico, térmico, mecánico o químico, el efecto iguala las construcciones de la técnica anterior.This general teaching is independent of whether the refractory material is a monolithic lining, a lining made of elements shaped like bricks, or a combination of both. As long as the regular (normalized) refractory material on the hot side of the liner is lost / worn down by corrosion or any other wear mechanism such as metallurgical, thermal, mechanical or chemical attack, the effect matches prior art constructions.
El efecto que se consigue mediante la invención solamente se inicia, cuando el material refractario se ha desgastado hasta una profundidad, donde el material de revestimiento refractario incluye estos ingredientes adicionales (trazadores). En ese caso, el desgaste adicional del material refractario produce el efecto de que estas sustancias extrañas se separen (liberen) del material cerámico refractario y transferirse al metal fundido y/o su escoria, cambiando de esta forma la composición química y/o las propiedades físicas de la masa fundida/escoria, que se puede detectar mediante las correspondientes pruebas (análisis) del metal fundido o escoria respectivamente. Por tanto, la invención incluye un revestimiento refractario con materiales trazadores integrados, así como un método para determinar un desgaste crítico de este revestimiento.The effect that is achieved by the invention only starts, when the refractory material has worn to a depth, where the refractory lining material includes these additional ingredients (tracers). In that case, the additional wear of the refractory material produces the effect that these foreign substances separate (release) from the refractory ceramic material and transfer to the molten metal and / or its slag, thus changing the chemical composition and / or properties. melt / slag physics, which can be detected by corresponding tests (analysis) of the molten metal or slag respectively. Thus, the invention includes a refractory lining with integrated tracer materials, as well as a method for determining a critical wear of this lining.
En su realización más general, la invención se refiere a un método para detectar un desgaste predeterminado de un revestimiento refractario en un recipiente metalúrgico, en el que un metal fundido se trata, en el queIn its most general embodiment, the invention relates to a method for detecting a predetermined wear of a refractory lining in a metallurgical vessel, in which a molten metal is treated, in which
- el revestimiento refractario se aplica a una o más capas del material cerámico refractario, dicha(s) capa(s) define(n) una superficie interior del revestimiento refractario, adyacente al metal fundido, y una superficie exterior del revestimiento refractario, adyacente a una envoltura exterior del recipiente metalúrgico, y- the refractory lining is applied to one or more layers of the refractory ceramic material, said layer (s) defining (s) an inner surface of the refractory lining, adjacent to the molten metal, and an outer surface of the refractory lining, adjacent to an outer shell of the metallurgical vessel, and
- el revestimiento refractario comprende, en áreas definidas y en cantidades definidas, al menos un trazador, que no es un componente básico del metal fundido o de una correspondiente escoria,- the refractory lining comprises, in defined areas and in defined quantities, at least one tracer, which is not a basic component of the molten metal or of a corresponding slag,
- analizar el metal fundido o la escoria o ambos al menos hasta que se identifique al menos un umbral predeterminado de dicho trazador en dicho metal fundido o dicha escoria, respectivamente, dicho umbral corresponde a un desgaste predeterminado del revestimiento refractario,- analyze the molten metal or the slag or both at least until at least a predetermined threshold of said tracer is identified in said molten metal or said slag, respectively, said threshold corresponds to a predetermined wear of the refractory lining,
- solamente algunas secciones del revestimiento refractario comprende dicho al menos un trazador; y- only some sections of the refractory lining comprise said at least one tracer; Y
- dichas secciones son espacios huecos comprendidos dentro de dicho revestimiento refractario.- said sections are hollow spaces comprised within said refractory lining.
"Áreas definidas" son áreas dentro del revestimiento refractario (a una determinada distancia hasta la superficie caliente del nuevo revestimiento), que representan un desgaste del material de revestimiento hasta una cierto extensión (profundidad), donde el desgaste se va a detectar. "Cantidades definidas" son cantidades suficientes para detectarse (analizarse en forma de una masa fundida o componente de escoria una vez que el trazador se ha transferido a la masa fundida/escoria."Defined areas" are areas within the refractory lining (at a certain distance to the hot surface of the new lining), representing wear of the lining material to a certain extent (depth), where the wear is to be detected. "Defined amounts" are amounts sufficient to be detected (analyzed as a melt or slag component once the tracer has transferred to the melt / slag.
La invención comprende además un revestimiento refractario de un recipiente metalúrgico para el tratamiento de un metal fundido, en el que el revestimiento refractarioThe invention further comprises a refractory lining of a metallurgical vessel for treating a molten metal, wherein the refractory lining
- está hecho de una o más capas de material cerámico refractario, dicha(s) capa(s) define(n) una superficie interior del revestimiento refractario, adyacente al metal fundido, y una superficie exterior del revestimiento refractario, adyacente a una envoltura exterior del recipiente metalúrgico, y comprende un indicador de desgaste, definido por al menos un trazador que está integrado en al menos una parte del material cerámico refractario a una distancia hasta la superficie interior de un revestimiento refractario, en la que dicha distancia corresponde a un desgaste predeterminado del revestimiento refractario a detectar;- is made of one or more layers of refractory ceramic material, said layer (s) define (s) an inner surface of the refractory lining, adjacent to the molten metal, and an outer surface of the refractory lining, adjacent to an outer shell of the metallurgical vessel, and comprises a wear indicator, defined by at least one tracer that is integrated into at least a part of the refractory ceramic material at a distance to the inner surface of a refractory lining, in which said distance corresponds to a wear predetermined refractory lining to be detected;
- solamente algunas secciones del revestimiento refractario comprende dicho al menos un trazador; y- only some sections of the refractory lining comprise said at least one tracer; Y
- dichas secciones son espacios huecos comprendidos dentro de dicho revestimiento refractario.- said sections are hollow spaces comprised within said refractory lining.
El término "trazador" (=material trazador/sustancia trazadora/indicador) incluye metales detectores que reflejan un tipo importante de una sustancia, que se puede usar como "indicador de desgaste", ya que los metales trazadores se detectan con facilidad dentro del metal fundido, tratado dentro del recipiente metalúrgico, aunque se pueden usar otras sustancias también con este fin con la salvedad, que dichas sustancias deben ser detectables dentro del metal fundido y/o la correspondiente escoria, dentro del recipiente o una vez que la masa fundida/escoria se ha descargado o vertido. Por tanto, se prefiere usar trazadores (sustancias) como metales u óxidos metálicos de detección, que no están presentes en el metal fundido o la escoria (o en cantidades poco importantes) y, por tanto, detectables incluso en muy pequeñas cantidades.The term "tracer" (= tracer material / tracer substance / indicator) includes detector metals that reflect an important type of a substance, which can be used as a "wear indicator", since tracer metals are easily detected within the metal. treated within the metallurgical vessel, although other substances may also be used for this purpose with the exception that said substances must be detectable within the molten metal and / or the corresponding slag, within the vessel or once the melt / scum has discharged or dumped. Therefore, it is preferred to use tracers (substances) such as detection metals or metal oxides, which are not present in the molten metal or slag (or in minor amounts) and therefore detectable even in very small amounts.
El beneficio de la invención es, que el desgaste del revestimiento refractario se puede detectar sin ningún orificio de inspección, sin ninguna medición de la transferencia de calor u otro equipo experimental. Por tanto, la invención también es aplicable a "construcciones de hornos cerrados" tales como un EAF (horno de arco eléctrico) sin ninguna abertura para inspecciones visuales.The benefit of the invention is that refractory lining wear can be detected without any inspection holes, without any heat transfer measurement or other experimental equipment. Therefore, the invention is also applicable to "closed furnace constructions" such as an EAF (electric arc furnace) without any openings for visual inspections.
Durante la producción industrial, siempre se realiza un análisis de los productos finales (en particular: el metal fundido tratado o la escoria (vertida) y por tanto la invención no requiere ningún gasto ni esfuerzo adicional salvo analizar un componente adicional (el trazador o trazadores en el metal fundido (aleación) o escoria.During industrial production, an analysis of the end products is always carried out (in particular: the treated molten metal or the slag (poured) and therefore the invention does not require any additional expense or effort except to analyze an additional component (the tracer or tracers in molten metal (alloy) or slag.
El método también se puede usar como un indicador de emergencia, cuando se ha alcanzado un espesor mínimo del revestimiento refractario e impedir un lote fuera de normas.The method can also be used as an emergency indicator, when a minimum thickness of the refractory lining has been reached and prevent an out-of-standard batch.
Las zonas del revestimiento refractario "dopado" con dichos trazadores se puede extender a la totalidad del revestimiento o partes del mismo. A diferentes profundidades (distancias) hacia el lado interno caliente del revestimiento aún sin desgastar, se puede disponer diferentes trazadores o trazadores en diferentes concentraciones (cantidades) para permitir una detección escalonada del desgaste.The areas of the refractory lining "doped" with such tracers can extend to the entire lining or parts thereof. At different depths (distances) to the hot inner side of the still undressed liner, different tracers or tracers can be arranged in different concentrations (amounts) to allow stepped detection of wear.
Como se ha mencionado, el tipo del revestimiento no es fundamental. El revestimiento refractario puede presentar - una capa interior, que está hecha de ladrillos,As mentioned, the type of coating is not critical. The refractory lining may have - an inner layer, which is made of bricks,
- una capa exterior de ladrillos,- an outer layer of bricks,
- una capa exterior monolítica,- a monolithic outer layer,
- una capa interior monolítica,- a monolithic inner layer,
o combinaciones de los mismos.or combinations thereof.
Normalmente, el indicador del desgaste (zona caracterizada por la presencia de uno o más trazadores) dentro del revestimiento refractario está dispuesto más cerca de su superficie exterior (el lado frío) que de su superficie interior (el lado caliente). En la totalidad de la memoria descriptiva y en las reivindicaciones, la posición de los espacios huecos y de los trazadores se denomina como el "revestimiento nuevo", es decir, revestimiento aún no desgastado. De acuerdo con una realización, el indicador del desgaste dentro del revestimiento refractario está organizada en una capa exterior del revestimiento refractario multicapa.Normally, the wear indicator (area characterized by the presence of one or more tracers) within the refractory lining is arranged closer to its outer surface (the cold side) than to its inner surface (the hot side). Throughout the specification and claims, the position of the voids and tracers is referred to as the "new coating", that is, coating not yet worn. According to one embodiment, the wear indicator within the refractory lining is organized in an outer layer of the multilayer refractory lining.
Los trazadores están distribuidos seccionalmente dentro del material cerámico refractario, lo que significa que solo determinadas secciones del revestimiento están dopadas con dichas sustancias trazadoras. Estas secciones son espacios huecos comprendidos dentro del material de revestimiento refractario, que se rellena, al menos parcialmente, con la una o más sustancias trazadoras. Estas secciones pueden ser secciones de mayor desgaste, por ejemplo, adyacentes a elementos de purga de gases, boquillas, etc. El trazador se puede preparar en forma de polvo, gránulos, aglomerados o similares.The tracers are sectionally distributed within the refractory ceramic material, which means that only certain sections of the lining are doped with these tracers. These sections are hollow spaces comprised within the refractory lining material, which is filled, at least partially, with the one or more tracer substances. These sections can be higher wear sections, for example adjacent to gas purge elements, nozzles, etc. The tracer can be prepared in the form of a powder, granules, agglomerates, or the like.
Para evitar la sinterización del material trazador antes de su liberación en el metal fundido, se selecciona un material trazador con el correspondiente punto de fusión, por ejemplo, una sustancia trazadora basada en wolframio o circonio, con un punto de fusión de al menos cien grados por encima de la temperatura típica de un metal fundido. En una aplicación en la que los trazadores están distribuidos seccionalmente dentro del material cerámico refractario, concretamente, a diferentes distancias en perpendicular a la superficie interior del (nuevo) revestimiento refractario y/o con una separación entre sí, la invención proporciona la posibilidad de proporcionar diferentes alertas para diferentes grados de desgaste, en particular, si se disponen diferentes indicadores (materiales trazadores) en diferentes posiciones (en particular, a diferentes profundidades) dentro del revestimiento refractario.To avoid sintering of the tracer material before its release into the molten metal, a tracer material with the corresponding melting point is selected, for example a tungsten or zirconium based tracer substance, with a melting point of at least one hundred degrees above the typical temperature of a molten metal. In an application where the tracers are sectionally distributed within the refractory ceramic material, namely, at different distances perpendicular to the inner surface of the (new) refractory lining and / or with a spacing from each other, the invention provides the possibility of providing different alerts for different degrees of wear, in particular if different indicators (tracer materials) are arranged at different positions (in particular, at different depths) within the refractory lining.
El tipo, cantidad y colocación de un trazador dentro del revestimiento cerámico refractario material se selecciona dependiendo de la indicación de desgaste deseada y dependiendo de la exactitud del método y del análisis para identificar el trazador en la masa fundida o escoria.The type, quantity and placement of a tracer within the material refractory ceramic lining is selected depending on the desired wear indication and depending on the accuracy of the method and analysis to identify the tracer in the melt or slag.
De acuerdo con una realización, el al menos un trazador comprende al menos un metal de detección y/o al menos una combinación/compuesto de metal de detección tal como un óxido de metal que no esté incluido en el metal fundido o escoria antes de que el al menos un trazador entra en contacto con el metal fundido y/o la escoria a detectar.According to one embodiment, the at least one tracer comprises at least one detection metal and / or at least one detection metal combination / compound such as a metal oxide that is not included in the molten metal or slag before it the at least one tracer comes into contact with the molten metal and / or the slag to be detected.
El uno o más trazadores del indicador de desgaste puede comprender al menos una sustancia del grupo: Aluminio (Al), Magnesio (Mg), Silicio (Si), Bario (Ba), Molibdeno (Mo) y Titanio (Ti), como metales, como óxidos o ambos. The one or more tracers of the wear indicator can comprise at least one substance from the group: Aluminum (Al), Magnesium (Mg), Silicon (Si), Barium (Ba), Molybdenum (Mo) and Titanium (Ti), as metals , as oxides or both.
Otros metales como Hf, V, Ni así como otros óxidos basados en -por ejemplo- La, Eu, Co, In etc. también son de utilidad.Other metals such as Hf, V, Ni as well as other oxides based on -for example- La, Eu, Co, In etc. they are also useful.
El metal fundido puede ser un metal no ferroso fundido, tal como una masa fundida de cobre, o una masa fundida de acero.The molten metal can be a molten non-ferrous metal, such as a copper melt, or a steel melt.
La invención se describirá ahora con más detalle mediante un ejemplo y con referencia a la Figura adjunta que muestra de una forma esquemática:The invention will now be described in more detail by way of example and with reference to the attached Figure which shows in a schematic way:
una vista en sección de un revestimiento refractario de un convertidor Pierce-Smitha sectional view of a refractory lining from a Pierce-Smith converter
El convertidor Peirce-Smith que se muestra se utiliza para tratar un metal no ferroso fundido. Tiene un diámetro interno de 4 m y una longitud de 12 m, una capacidad de aproximadamente 300.000 kg de mata de cobre (alemán: Kupferstein) y un revestimiento refractario interior hecho de una capa interior 10 de ladrillo y una capa exterior 12 monolítica.The Peirce-Smith converter shown is used to treat molten non-ferrous metal. It has an internal diameter of 4 m and a length of 12 m, a capacity of approximately 300,000 kg of copper matte (German: Kupferstein) and an inner refractory lining made of an inner layer 10 of brick and an outer layer 12 monolithic.
La capa 10 de ladrillo está hecha de ladrillos 10B de MgO-Cr2O3. Lo ladrillos 10B son ladrillos ahusados convencionales de 150 mm de longitud, anchura de 78/65 mm (en ambos extremos) y 375 mm de altura, conformando así un volumen global de 4020 cm3 por ladrillo.Brick layer 10 is made of MgO-Cr 2 O 3 bricks 10B. The 10B bricks are conventional tapered bricks 150 mm long, 78/65 mm wide (at both ends) and 375 mm high, thus forming an overall volume of 4020 cm 3 per brick.
La capa interior 10 de ladrillo va seguida por la capa exterior 12 refractaria monolítica adyacente a una cubierta exterior 14 metálica de dicho convertidor, en la que dicha capa 12 tiene un espesor de 20 mm (perpendicular a dicha envoltura 14).The inner brick layer 10 is followed by the monolithic refractory outer layer 12 adjacent to a metallic outer covering 14 of said converter, wherein said layer 12 has a thickness of 20 mm (perpendicular to said envelope 14).
La masa fundida de cobre y la correspondiente escoria (identificadas comúnmente como MS) están en contacto permanente con un lado caliente/superficie caliente 10H del revestimiento refractario, produciendo el desgaste del material de revestimiento. En la Fig. 1, diferentes grados de desgaste se identifican mediante las líneas W1 y W2, que se explicarán con mayor detalle a partir de ahora en el presente documento mediante ejemplos.The copper melt and the corresponding slag (commonly identified as MS) are in permanent contact with a hot side / hot surface 10H of the refractory lining, causing wear of the lining material. In Fig. 1, different degrees of wear are identified by lines W1 and W2, which will be explained in greater detail hereinafter by means of examples.
Se preparan espacios huecos H de un primer tipo dentro de algunos de los ladrillos 10B a una distancia "d" de la superficie caliente 10H de los ladrillos 10B aún no utilizados (nuevos) que se rellenan con un trazador T, concretamente, un polvo de BaO que tiene un tamaño del grano d50<100 pm. La citada distancia "d" corresponde a un primer grado de desgaste, simbolizado por la línea W1. Como se muestra, esta "línea de desgaste" nunca es idealmente lineal, sino irregular, de acuerdo con el diferente desgaste en diferentes secciones. Por tanto, la disposición de los materiales trazadores siempre representa un comportamiento de desgaste promedio.Hollow spaces H of a first type are prepared inside some of the bricks 10B at a distance "d" from the hot surface 10H of the not yet used (new) bricks 10B which are filled with a tracer T, namely a powder of BaO having a grain size d 50 <100 pm. The aforementioned distance "d" corresponds to a first degree of wear, symbolized by the line W1. As shown, this "wear line" is never ideally linear, but irregular, according to the different wear in different sections. Therefore, the layout of the tracer materials always represents average wear behavior.
Si el desgaste ha llegado a uno o más de dichos espacios huecos H, el material trazador puede salir de dicho uno o más espacios huecos y fluir hacia el metal fundido y la escoria asociada, cambiando de esta forma la composición química de la escoria, correspondientemente.If wear has reached one or more of said hollow spaces H, the tracer material can exit said one or more hollow spaces and flow towards the molten metal and associated slag, thus changing the chemical composition of the slag, correspondingly .
Están dispuestos espacios huecos H* adicionales en el extremo exterior (frío) de dichos ladrillos 10B, adyacentes a la capa exterior 12 monolítica, es decir, a una distancia "D*" que es mayor que "d".Additional hollow spaces H * are arranged at the outer (cold) end of said bricks 10B, adjacent to the monolithic outer layer 12, that is, at a distance "D *" that is greater than "d".
En el ejemplo mostrado, dichos espacios huecos 10H están distribuidos en las proximidades (no se muestra) de una zona de toberas (zona de purga de gas) del convertidor Peirce-Smith, es decir, en una parte del convertidor, que experimenta un elevado desgaste. Dichos espacios huecos H* bien están distribuidos detrás de dichos espacios huecos H (como se muestra) en la zona de purga de gas y/o en otras partes del convertidor, que se caracterizan por un comportamiento de desgaste más moderado en comparación con las zonas de toberas.In the example shown, said hollow spaces 10H are distributed in the vicinity (not shown) of a nozzle zone (gas purge zone) of the Peirce-Smith converter, that is, in a part of the converter, which experiences a high wear. Said hollow spaces H * are well distributed behind said hollow spaces H (as shown) in the gas purge zone and / or in other parts of the converter, which are characterized by a more moderate wear behavior compared to the zones of nozzles.
Dichos espacios huecos H* están rellenos con otro trazador, concretamente MoO3 , preparado como gránulos de MoO3 , 90 % de los cuales tienen un diámetro comprendido entre 0,1 y 1 mm.Said hollow spaces H * are filled with another tracer, specifically MoO 3 , prepared as granules of MoO 3 , 90% of which have a diameter between 0.1 and 1 mm.
En cuanto el desgaste llega a los espacios huecos H* (véase la línea de desgaste W2, que corresponde aproximadamente a la distancia D) dicho trazador de MoO3 se liberará más o menos espontáneamente y después se puede analizar como parte de la escoria.As soon as wear reaches the hollow spaces H * (see wear line W2, which roughly corresponds to distance D) said MoO 3 tracer will be released more or less spontaneously and can then be analyzed as part of the slag.
Las líneas de desgaste W1 y W2 -y, por tanto, la distribución de los espacios huecos H y H*- se han establecido por el trabajador responsable para permitir identificar el correspondiente grado de desgaste que requiere reparación o sustitución del revestimiento refractario 10. En la práctica, los espacios huecos H y H* se dispondrán en zonas diferentes, en una o más secciones y/o a una o más distancias hasta el lado caliente de un revestimiento refractario 10 nuevo. Cuanto más rápido sea el desgaste esperado, menor será la distancia "d/D" escogida para distribuir los espacios huecos, para poder realizar la correspondiente indicación del desgaste a su debido tiempo. Por tanto, la disposición presentada en la Figura solamente sirve para ilustrar el principio de la invención a modo de ejemplo. Se asume ahora que una cantidad del trazado dentro de los huecos H se debe liberar (más o menos espontáneamente) desde el material refractario hasta la escoria de cobre. Los métodos de análisis y aparatos convencionales para escorias metálicas permiten un límite de detección para el bario de aproximadamente 50 ppm. The lines of wear W1 and W2 - and, therefore, the distribution of the hollow spaces H and H * - have been established by the responsible worker to allow to identify the corresponding degree of wear that requires repair or replacement of the refractory lining 10. In In practice, the hollow spaces H and H * will be arranged in different areas, in one or more sections and / or at one or more distances to the hot side of a new refractory lining 10. The faster the expected wear, the smaller the distance "d / D" chosen to distribute the hollow spaces, so that the corresponding indication of wear can be made in due time. Therefore, the arrangement presented in the Figure only serves to illustrate the principle of the invention by way of example. It is now assumed that a quantity of the trace within the holes H must be released (more or less spontaneously) from the refractory material to the copper slag. Conventional methods of analysis and apparatus for metal slags allow a detection limit for barium of approximately 50 ppm.
En correspondencia, una identificación fiable del desgaste requiere más que un límite de detección (umbral) de 50 ppm, por ejemplo 6 kg de BaO (liberado) en 100.000 kg de escoria, es decir, 60 ppm de BaO dentro de dicha escoria.Correspondingly, a reliable identification of wear requires more than a detection limit (threshold) of 50 ppm, for example 6 kg of BaO (released) in 100,000 kg of slag, i.e. 60 ppm of BaO within said slag.
El BaO se escogió como un trazador adecuado porque, de forma típica, no hay bario en una escoria de cobre convencional, y el límite de detección del bario es bastante bajo. Un criterio adicional ea que el BaO permanecerá durante mucho tiempo en la escoria.BaO was chosen as a suitable tracer because, typically, there is no barium in a conventional copper slag, and the detection limit for barium is quite low. An additional criterion is that BaO will remain in the slag for a long time.
El tamaño, número y distribución de los espacios huecos H o H* respectivamente se selecciona dependiendo del desgaste esperado y la cantidad necesaria del trazador respectivo.The size, number and distribution of the hollow spaces H or H * respectively is selected depending on the expected wear and the necessary amount of the respective tracer.
Durante el tratamiento de fusión dentro de dicho convertidor, la escoria se analiza químicamente después de determinados periodos.During the melt treatment inside said converter, the slag is chemically analyzed after certain periods.
Cuando el desgaste de la capa 10 de ladrillo ha alcanzado los espacios huecos H y el trazador BaO se libera desde dichos espacios huecos H en una cantidad que supera el límite de detección, solo se tardará un corto periodo de tiempo hasta que el trazador se pueda analizar como parte de la correspondiente escoria.When the wear of the brick layer 10 has reached the voids H and the tracer BaO is released from said voids H in an amount that exceeds the detection limit, it will only take a short period of time until the tracer can be analyze as part of the corresponding slag.
Debido a las características no nobles del trazador BaO (análogamente, por ejemplo al TO 2 ), en comparación con el hierro, dicho trazador se puede encontrar más o menos completamente en la fase de escoria siempre que no haya grandes cantidades de óxidos de hierro en dicha fase de escoria, y siempre que dichos óxidos de hierro no se reduzcan a hierro metálico. Disuelto en la fase de escoria, el trazador se puede detectar fácilmente con métodos de análisis convencionales.Due to the non-noble characteristics of the tracer BaO (analogously, for example to TO 2 ), in comparison with iron, said tracer can be found more or less completely in the slag phase provided that there are not large amounts of iron oxides in said slag phase, and provided that said iron oxides are not reduced to metallic iron. Dissolved in the slag phase, the tracer can be easily detected with conventional analytical methods.
Aunque TiO2 tiene un punto de fusión de 1855 °C, se disuelve en la escoria líquida en un contenido (porcentajes) moderado, y no forma ningún sólido (TiO2 , FeTiO3 , CaTiOa). Esto es comparable a los compuestos de escoria convencionales, que como sustancias puras muestras temperaturas de fusión significativamente más elevadas que las escorias convencionales (SO 2 : 1713 °C, CaO: 2580 °C, MgO: 2852 °C).Although TiO 2 has a melting point of 1855 ° C, it dissolves in liquid slag at a moderate content (percentages), and does not form any solid (TiO 2 , FeTiO 3 , CaTiOa). This is comparable to conventional slag compounds, which as pure substances show significantly higher melting temperatures than conventional slags (SO 2 : 1713 ° C, CaO: 2580 ° C, MgO: 2852 ° C).
Esto es cierto, análogamente, en el caso de una escoria, aún no dopada por el trazador, que ya incluye BaO pero en una cantidad inferior al límite de detección de 50 ppm.This is true, analogously, in the case of a slag, not yet doped by the tracer, which already includes BaO but in an amount lower than the detection limit of 50 ppm.
La detección del material trazador en la escoria como parte del método indica que el desgaste del ladrillo desgaste ha alcanzado los "espacios huecos H" o H* y, por tanto, una profundidad "d" o "D" respectivamente. Cuando dicho desgaste "abre" esto(s) espacio(s), el trazador se libera en el metal fundido adyacente y desde allí a la correspondiente escoria. El correspondiente análisis químico proporciona al trabajador una indicación clara sobre el desgaste del ladrillo y de la vida útil residual del revestimiento refractario.The detection of the tracer material in the slag as part of the method indicates that the wear brick wear has reached the "hollow spaces H" or H * and therefore a depth "d" or "D" respectively. When such wear "opens" this gap (s), the tracer is released into the adjacent molten metal and from there to the corresponding slag. The corresponding chemical analysis provides the worker with a clear indication of the wear of the brick and the residual service life of the refractory lining.
Un 3er grupo de espacios huecos H** se distribuye por la capa exterior 12 en su superficie adyacente a los ladrillos 10B, y se rellena con un tercer tipo de trazador T** Resulta evidente que el desgaste del revestimiento hasta la correspondiente línea de desgaste W3 (=espacios H**) representa una situación de emergencia, ya que los ladrillos 10B del revestimiento desgastado ya han desaparecido por completo y la seguridad del recipiente y del proceso metalúrgico ya solo depende del revestimiento permanente 12. A 3rd group of hollow spaces H ** is distributed by the outer layer 12 on its surface adjacent to the bricks 10B, and is filled with a third type of tracer T ** It is evident that the wear of the coating up to the corresponding wear line W3 (= spaces H **) represents an emergency situation, as the bricks 10B of the worn liner have already completely disappeared and the safety of the vessel and the metallurgical process now only depends on the permanent liner 12.
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