MX2008000699A - Artesa para colada continua. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a la colada continua de acero y particularmente al problema de la reoxidacion del acero; en particular, la invencion se refiere a una artesa (50) que comprende un conjunto integrado por una boquilla (1) y un elemento refractario circundante (4) que evita o limita la reoxidacion del acero; de acuerdo a otro de sus aspectos, a la invencion ademas se refiere a este elemento refractario circundante y a un procedimiento para la colada continua de acero.

Description

ARTESA PARA COLADA CONTINUA MEMORIA DESCRIPTIVA La presente invención se refiere a la colada continua de hacer y particularmente al problema de la reoxidación del acero. En particular, la invención se refiere a una artesa que comprende un conjunto con una boquilla y un elemento refractario circundante el cual evita o limita la reoxidación del acero. De acuerdo a otros de sus aspectos, la invención además se refiere a este elemento refractario circundante y a un procedimiento de colada continua de acero. Con mayores demandas de calidad y control de las propiedades, la limpieza del acero es cada vez más importante. Temas como el control de la composición química y la homogeneidad han sido suplantados por asuntos generados por la presencia de inclusiones no metálicas. En especial se considera peligrosa la presencia de inclusiones de óxido de aluminio tanto para el procedimiento de producción propiamente dicho como para las propiedades del acero. Estas inclusiones fundamentalmente se forman durante la desoxidación del acero en la cuchara, lo cual es necesario para la colada continua. La incompleta remoción de las inclusiones no metálicas durante la metalurgia secundaria y reoxidación del acero fundido provoca el taponamiento de la boquilla en el transcurso de la colada continua. La capa de materiales atascados contiene en general grandes agrupaciones de óxido de aluminio. Su espesor se relaciona con la cantidad de acero colado así como con la limpieza del acero. El taponamiento de la boquilla disminuye la productividad, dado que es posible colar menos acero por unidad de tiempo (como resultado del menor diámetro) y debido al reemplazo de las boquillas con las concurrentes interrupciones del procedimiento. Además del taponamiento, la presencia de productos de reoxidación puede dar origen a la erosión de la boquilla y a la formación de defectos de inclusión en el acero. Se han desarrollado varias soluciones en la técnica para evitar la reoxidación del acero. En particular, el caudal de metal fundido en general es amortajado con una mortaja de vaciado durante su transferencia desde un recipiente de colada a un recipiente inferior (o molde) para evitar el contacto directo entre el acero vaciado y la atmósfera circundante. A menudo se inyecta argón directamente en la superficie de una boquilla de vaciar para proteger el caudal de metal fundido. La superficie del acero fundido en un recipiente metalúrgico (por ejemplo una artesa) en general está cubierta por una capa de escoria líquida para evitar el contacto directo entre el acero y la atmósfera circundante. Alternativamente (o además), la atmósfera que está sobre la artesa puede ser transformada en inerte (uso de barredor de oxígeno o de gas inerte como argón). En la técnica se han desarrollado soluciones adicionales tendientes a remover las inclusiones no metálicas y productos de reoxidación cuando están presentes en la artesa. Estas soluciones en general comprenden facilitar la flotación de estas inclusiones y productos de reoxidación de modo que sean capturados por la capa de escoria flotante. Por ejemplo, diques, presas, tabiques y/o almohadillas de impacto pueden ser utilizados para desviar en dirección ascendente el caudal de metal fundido en la artesa. También es posible emplear un dispositivo de burbujeo de gas inerte para hacer flotar las inclusiones y productos de reoxidación. Asimismo existen otras soluciones para volver inocuas las inclusiones y productos de oxidación. Por ejemplo, es posible emplear aleaciones a base de calcio para eliminar algunos de los problemas generados por la presencia de inclusiones de óxido de aluminio. Todas estas soluciones de la técnica anterior han contribuido a mejorar la limpieza general del acero pero aún no han permitido colar acero libre de inclusiones o productos de oxidación. Por otra parte, algunas de las soluciones de la técnica anterior pueden, a su vez, generar nuevos defectos en el acero (como burbujeo de gas, aleación a base de calcio), resultar costosas (uso de atmósfera inerte) o ambientalmente inaceptables. Por estas razones, sería conveniente proponer una solución alternativa que resuelva el problema precedente, que resulte económica y no provoque inconvenientes ambientales. La presente invención se basa en la hipótesis que, aun cuando el acero pueda ser fabricado relativamente limpio, es imposible mantenerlo limpio hasta el molde en condiciones normales. En particular, la reoxidación del acero por la reacción química entre los elementos refractarios (en general óxido metálico) usados en la colada continua (recubrimiento del recipiente, escoria, boquillas, tapones, etc.) también pueden generar productos de reoxidación. Otra fuente potencial de reoxidación es el ingreso de oxígeno a través de estos elementos refractarios o por una junta permeable entre el recubrimiento de la pared inferior y la entrada de la boquilla o aún el oxígeno desorbido del elemento refractario. Constituye un objeto de la presente ¡nvención en consecuencia resolver los problemas precedentes evitando que los productos de reoxidación alcancen la boquilla de colada y/o se formen muy cerca o en la boquilla de colada. De acuerdo a la ¡nvención, este objeto se logra mediante el uso de una artesa de acuerdo a la reivindicación 1. Ya se conoce en la técnica la provisión de un elemento circundante alrededor de un orificio de vaciado de una artesa. FR-A-2394348 por ejemplo revela un anillo destinado a retener el acero en la artesa hasta un nivel suficiente y lográndose en consecuencia una masa térmica suficiente para evitar la entrada de acero "frío" al orificio de vaciado. La técnica anterior sin embargo no revela que el nivel inferior de la superficie principal del elemento circundante o anillo debe ser inferior al borde externo superior de la boquilla. JP-A1 -2003-205360 revela una artesa para la colada continua del acero. El ladrillo refractario de alojamiento de esta artesa está compuesto de dos elementos. La boquilla está dispuesta dentro de la porción inferior del ladrillo. Se dispone un elemento refractario adicional que está sobre la porción superior de la boquilla para cubrir y proteger la junta de cemento entre la boquilla y el ladrillo de alojamiento. Sin embargo este documento no revela que la periferia extema del elemento refractario debe ser más alta que la superficie de la pared base de la artesa. Gracias a la disposición específica de acuerdo a la presente invención, los productos de reoxidación y/o inclusiones presentes en el recipiente metalúrgico y que tienden a acumularse en la superficie inferior del mismo y son transportados en dirección descendente por el caudal de acero fundido no pueden alcanzar la entrada de la boquilla. Debe entenderse que el elemento que rodea la boquilla puede adoptar cualquier forma apropiada. Considerando que el diseño del recipiente metalúrgico puede ser circular, oval o poligonal, su orificio principal puede ser central o excéntrico. El elemento que rodea la boquilla también puede ser recortado para adaptarse a aquellos casos en los cuales una o más paredes de la artesa están cerca del orificio de vaciado. La superficie principal del elemento puede ser plana o no (puede ser troncocónica, ondulada, inclinada). La boquilla puede ser una boquilla interna (por ejemplo cuando el flujo de acero fundido es controlado con una válvula de compuerta o si la instalación está equipada con un tubo o cambiador de boquilla calibrado) o una mortaja de entrada sumergida o SES (por ejemplo en el caso de control por tapón). El recipiente metalúrgico o artesa puede estar equipado con uno o más de estos conjuntos. El conjunto puede ser suministrado como una pieza pre-armada (por ejemplo, co-prensada o moldeada alrededor) o como artículos separados.

De acuerdo a la presente invención, el elemento refractario comprende una superficie principal y una periferia que rodea la superficie principal; la cara superior de la periferia es más alta que la superficie principal del elemento refractario. En consecuencia, se crea una suerte de trampa de desviación en el área que rodea la boquilla. Debe entenderse que la cara superior de la periferia no necesita ser plana. Puede ser ondeada o tener distintas alturas a lo largo de la periferia (por ejemplo, ser más alta en el área de la periferia cercana a una pared lateral del recipiente y más baja sobre el otro lado). El nivel de la periferia externa de por lo menos uno de los elementos refractarios es superior al de la superficie de la pared base de la artesa. En consecuencia, se crea un segundo obstáculo alrededor de la boquilla de la artesa evitando que las inclusiones o productos de reoxidación alcancen su entrada. Este tipo de disposición es particularmente beneficioso. Convenientemente, el elemento refractario circundante está hecho de un material impermeable a los gases, preferentemente un material moldeable. Para ser considerado impermeable a los gases, este material posee una porosidad abierta (a la temperatura de uso) que es inferior al 20% (resultando inferior a la porosidad abierta del material de recubrimiento convencional que típicamente supera el 30%). Para los materiales refractarios y en particular los materiales moldeables, la permeabilidad en general está directamente relacionada con la porosidad. Por lo tanto, un moldeable con baja porosidad posee una baja permeabilidad a los gases. Esta baja porosidad puede obtenerse a través de la inclusión de materiales de barrido de oxígeno (por ejemplo, antioxidantes) en el material que constituye el elemento circundante. Los materiales adecuados son carburo de boro o silicio, o metales (o aleaciones de los mismos) como silicio o aluminio. Preferentemente, son empleados en una cantidad que no supere el 5% en peso. Alternativamente (o además), también es posible incluir productos que generen la fase de fusión (por ejemplo B203) en el material que constituye el elemento circundante. Preferentemente, son empleados en una cantidad que no supere el 5% en peso. Alternativamente o (además), también es posible incluir materiales que formen fases nuevas más voluminosas (ya sea ante la reacción o por efecto de la temperatura) y cierren la porosidad existente en el material que constituye el elemento preformado. Los materiales adecuados incluyen composiciones de alúmina y magnesia. En consecuencia, se evita la reoxidación del acero en el área que rodea la boquilla. De acuerdo a una modalidad particularmente preferida de la ¡nvención, la boquilla o una capa de la misma está hecha de un material impermeable a los gases. En general, esta boquilla está hecha de óxidos refractarios (alúmina, magnesia, calda) y se prensa isostáticamente. Para ser considerada impermeable a los gases en el sentido de la presente ¡nvención, una muestra de 100g del material candidato es colocado en un horno bajo atmósfera de argón (un caudal suave de argón se sopla continuamente al horno (aproximadamente 1 l/m) y la temperatura es elevada a 1000°C. La temperatura luego es progresivamente elevada a 1500°C (en una hora) y posteriormente mantenida a 1500°C por espacio de 2 horas. A continuación se mide la pérdida de peso de la muestra entre los 1000 y 1500°C. Esta pérdida de peso debe ser inferior al 2% para calificar al material como impermeable a los gases. En consecuencia, no sólo las inclusiones o productos de oxidación no pueden alcanzar la boquilla, sino que, además, no pueden formarse en la boquilla propiamente dicha. Esta combinación específica provee así un efecto sinergístico de acuerdo al cual es posible colar un acero perfectamente libre de inclusiones y productos de oxidación. El material que constituye la boquilla puede ser seleccionado entre tres categorías distintas de materiales: a) materiales que no contienen carbono; b) materiales constituidos esencialmente por óxidos refractarios no reducibles en combinación con carbono; o c) materiales que comprenden elementos que reaccionarán con el monóxido de carbono generado. Preferentemente el material seleccionado entrará en dos o tres de las categorías precedentes. Los ejemplos de materiales adecuados de la primer categoría son alúmina, mulita, circonia, o un material a base de magnesia (espinela). Los materiales adecuados de la segunda categoría son por ejemplo composiciones de carbono alúmina puras. En particular, estas composiciones deben contener una cantidad muy baja de sílice o de impurezas convencionales que se encuentran usualmente en el sílice (óxido de sodio o potasio). En particular, el sílice y sus impurezas convencionales deben mantenerse por debajo del 1 % en peso, preferentemente por debajo del 0.5% en peso.

Los materiales adecuados de la tercera categoría comprenden por ejemplo metal libre capaz de combinarse con el monóxido de carbono para formar un óxido metálico y carbono libre. El silicio y aluminio resultan adecuados para esta aplicación. Estos materiales pueden además o alternativamente comprender carburos o nitruros para reaccionar con un compuesto de oxígeno (por ejemplo carburos de silicio o boro). Preferentemente el material seleccionado pertenecerá a la segunda o tercer categoría, más aún, a la segunda y tercer categoría. Un material adecuado que constituye la capa que no producirá monóxido de carbono a la temperatura de uso puede comprender entre 60 y 88% en peso de alúmina, entre 10 y 20% en peso de grafito y entre 2 y 10% en peso de carburo de silicio. Este material está esencialmente constituido por especies no óxidos u óxidos no reducibles y comprende carburo de silicio capaz de reaccionar con el oxígeno, de estar presente, en condiciones de trabajo. En una variante, sólo un recubrimiento presente en la superficie de contacto con el acero (dentro y fuera de la boquilla) está hecho de este material. En otra variante, la boquilla y el elemento circundante son integrales (una pieza). En caso que la junta entre el elemento circundante y la boquilla no sea perfectamente estanca, podría ser conveniente proveer una junta de mortero hecha de un mortero impermeable a los gases. Los morteros convencionales poseen una porosidad abierta de 40 a 50%. De acuerdo a esta ventajosa modalidad, el mortero debería tener una porosidad abierta inferior al 20%. Esta baja porosidad del mortero puede ser obtenida adoptando las mismas medidas que para el elemento circundante. De acuerdo a otro aspecto, la invención se refiere a un elemento refractario circundante específico que es utilizado en el conjunto de acuerdo a la presente. Este elemento circundante comprenden un orificio principal adaptado para encastrar con al menos una porción de la superficie externa de la boquilla, una superficie principal que rodea el orificio principal y una periferia externa que rodea a la superficie principal, siendo el nivel de la cara externa de la periferia más alto que el de la superficie principal. Convenientemente, el elemento refractario circundante está hecho de un material impermeable a los gases. En consecuencia, se evita la reoxidación del acero en el área circundante a la boquilla. Por ejemplo, una composición particularmente adecuada para este fin está esencialmente compuesta de una material de alta alúmina que contiene al menos 75% en peso de Al203, menos de 1 % en peso de S¡02, menos de 5% en peso de C, estando el resto constituido por óxidos refractarios o compuestos de óxidos que no pueden ser reducidos por el aluminio (en especial el aluminio disuelto en el hierro fundido) a la temperatura de uso (por ejemplo calcia y/o espinela). Un material particularmente adecuado es el moldeable CRITERION 92SR comercializado por VESUVIUS UK Ltd. Este material es un compuesto moldeable de bajo contenido de cemento y alta alúmina reforzado con espinela de alúmina-magnesia fusionada. Un análisis típico de este producto es el siguiente: AI2O392.7% en peso; MgO5.0% en peso; CaOI .8% en peso; S¡O20.1% en peso; Otros0.4% en peso De acuerdo a otro de sus aspectos, la invención se refiere a un procedimiento para la colada continua de acero que comprende vaciar el acero fundido desde una artesa conforme se ha descrito. La invención será descrita a continuación con referencia a los dibujos que se acompañan. La figura 1 ¡lustra una sección transversal de la pared inferior de un recipiente metalúrgico provisto de. un conjunto de acuerdo a la invención; Las figuras 2 y 3 ilustran respectivamente una vista superior y en perspectiva de un elemento circundante de acuerdo a la invención; Las figuras 4 y 5 ilustran los lobos obtenidos al final de las operaciones de colada en la parte superior de la boquilla; Las figuras 6 y 6a ilustran respectivamente una vista superior y lateral de un elemento circundante de acuerdo a una modalidad de la ¡nvención; La figura 7 ilustra una vista superior de una artesa de acuerdo a la invención. La artesa 50 (que posee una pared inferior 3) comprende un elemento refractario 4 que posee un corte al efecto de adaptarse a la pared de la misma. La boquilla 1 no está detallada para hacerlo más claro. La pared inferior 3 de un recipiente metalúrgico (en este caso una artesa) en general está constituida por un recubrimiento permanente 33 hecho de ladrillos refractarios o material moldeable. Una capa de trabajo 32 de material moldeable en general se encuentra presente que está sobre el recubrimiento permanente 33. La superficie 31 de la capa de trabajo entrará en contacto con el acero fundido durante las operaciones de colada. Una capa de material aislante 34 normalmente está presente por debajo del recubrimiento permanente 33 para proteger el recubrimiento metálico 35 del recipiente metalúrgico. Una boquilla 1 atraviesa la base de la artesa y sirve para transferir el acero fundido de la artesa al molde de colada continua. La boquilla está provista de una entrada 11 que se abre a un alma definiendo así un conducto 2 para el metal fundido. El borde superior de la entrada es ilustrado con la referencia 12. La figura 1 ilustra una mortaja de entrada sumergida o SES aunque, según se ha expuesto otras clases de boquillas (como las boquillas internas) también caen dentro del alcance de la presente invención. En el caso de una SES, la operación de colada continua en general está provista de una guillotina 37 para cortar la boquilla 1 y permitir la continuación de las operaciones de colada en caso de atascamiento. En general, la SES se mantiene en posición a través de una masa de impacto 36. El elemento refractario circundante 4 rodea la porción de entrada 11 de la boquilla 1. El elemento circundante 4 está compuesto de una superficie principal 41 que circunda un orificio principal 40. La superficie principal ha sido representada como troncocónica en la figura 1 y plana en las figuras 2 y 3, aunque según se ha expuesto, otras disposiciones son posibles. Una periferia externa elevada rodea la superficie principal 41. La cara superior 42 de la periferia es más alta que el nivel de la superficie principal 41. Tal como puede observarse en la figura 1 , es conveniente tener la cara superior 42 de la periferia por encima de la superficie 31 de la artesa. Una junta de mortero o cemento en la unión 5 entre el elemento refractario 4 y la boquilla 1 puede proveerse para mejorar aún más la estanqueidad. Se ha ejecutado un ensayo para ilustrar el efecto de la invención. El lobo de acero sólido que permanece en la boquilla de entrada al final de las operaciones de colada ha sido recolectado y cortado verticalmente por el medio. La figura 4 (provista con fines comparativos) ¡lustra el lobo obtenido en una instalación convencional (sin el elemento refractario circundante) en tanto la figura 5 ilustra el lobo obtenido en una instalación de acuerdo a la invención. El lobo 20 de la figura 4 muestra una alteración significativa en la región 21 , 21' lo cual indica la presencia de un depósito de alúmina en la pared interna de la boquilla. Este depósito de alúmina es responsable del taponamiento de la boquilla con todas las consecuencias negativas antes explicadas. El lobo 20 de la figura 4 ¡lustra además una porción ampliada en la región 22,22' indicando una erosión severa de la entrada a la boquilla. El lobo 20 que se ilustra en la figura 5 corresponde a la forma interna de la boquilla indicando en consecuencia que ésta no ha sido sometida a erosión ni ha sido taponada por alúmina. Una modalidad específica de la ¡nvención que ilustra el elemento circundante 4 provisto de un corte es ilustrada en las figuras 6, 6a, y 7.

Claims (8)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un ensamble de una artesa para la colada continua de acero fundido y una boquilla refractaria (1 ) que forma un pasaje (2) para transferir un metal fundido a través de la pared inferior (3) de la artesa, la artesa comprende un elemento (4) que rodea una porción de entrada (11 ) de la boquilla (1 ), el elemento (4) está hecho de un material refractario y comprende un orificio principal (40) que está adaptado para la unión coincidente con por lo menos una porción de la superficie exterior de la boquilla (1 ), una superficie principal (41 ) rodea al orificio principal (40) y tiene un nivel más bajo, el nivel más bajo de la superficie principal (41 ) del elemento (4) está más abajo que el borde exterior superior (12) de la porción de entrada (11 ) de la boquilla (1 ), una periferia que tiene una cara superior (42) rodea a la superficie principal (41 ) del elemento (4), la cara superior (42) de la periferia está más alta que la superficie principal (41 ) del elemento (4), en donde la superficie superior (42) de la periferia del elemento (4) está más alta que la superficie (31) de la pared inferior (13) de la artesa, y en donde la superficie principal (41 ) del elemento (4) está dispuesta de tal manera que hace contacto con el acero fundido cuando se está utilizando la artesa.

2.- El ensamble de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el elemento (4) está hecho con un material que tiene una porosidad abierta de menos del 20%.

3.- El ensamble de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque la boquilla (1 ) está constituida con un material que pierde menos del 2% en peso entre 1000 y 1500°C cuando se somete a una prueba, en donde se coloca una muestra de 100 g en un horno bajo una atmósfera de argón, la temperatura se eleva a 1000°C, después se eleva a 1500°C en 1 hora y se deja a 1500°C durante 2 horas.

4.- El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado además porque está presenta una junta de mortero (5) entre la boquilla (1 ) y el elemento (4), y la junta de mortero (5) tiene una porosidad abierta de menos del 20%.

5.- El elemento (4) para usarlo en un ensamble como el que se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, el elemento (4) está hecho con un material refractario y comprende un orificio principal (40) que está adaptado para el acoplamiento coincidente con por lo menos una porción de la superficie exterior de la boquilla (1 ), la superficie principal (41 ) rodea el orificio principal (40) y una periferia rodea a la superficie principal (41 ), el nivel de la cara superior (42) de la periferia es más alto que el de la superficie principal (41 ), en donde el elemento (4) está comprendido de un material que tiene una porosidad abierta de menos del 20%.

6.- El elemento (4) de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque comprende un material de alúmina superior que comprende por lo menos 75% en peso de AI2O3, menos de 1.0% en peso de Si02, menos de 5% en peso de C, el resto está constituido por óxidos refractarios o compuestos de óxido que no pueden ser reducidos por el aluminio a la temperatura de uso.

7.- El elemento (4) de conformidad con la reivindicación 5 ó 6, caracterizado además porque el elemento (4) está cortado.

8.- El uso de un ensamble como el que se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, para la colada continua de acero.