MX2012004245A - Enfriamiento de tobera de alto horno. - Google Patents

Abstract

Un sistema de enfriamiento comprende pasajes de fluido de enfriamiento ondulados colados en una pieza de trabajo con radios de giro y perfiles cuidadosamente controlados. Deflectores interdigitales individuales son contorneados en el plano del flujo refrigerante para tener paredes que engruesan y después rodean sus extremos distantes. Los radios externos en estos giros son similarmente redondeados y controlados de manera que el flujo refrigerante no se arremoline en turbulencias.

Description

ENFRIAMIENTO DE TOBERA DE ALTO HORNO ANTECEDENTES 1. Campo de la Invención La presente invención se refiere a enfriamiento de gas y fluido de equipo, y más particularmente a métodos y dispositivos para eliminar corrientes de turbulencia en flujos de refrigerante de alta velocidad a través de los pasajes de refrigerante ondulados de toberas de alto horno. 2. Descripción de la Técnica Previa El enfriamiento efectivo es muy necesario en varios tipos de equipo y maquinaria industrial. Los motores, hornos de fundición, y otros dispositivos pueden generar suficiente calor para destruirse si no se utilizará enfriamiento para mantener las temperaturas operativas dentro de limites aceptables. Son posibles tres modos de enfriamiento de transferencia de calor, radiación térmica, conducción de calor, y convección de calor. Los automóviles y camiones ordinarios utilizan refrigerantes circulados a través de cubiertas de agua y radiadores para mantener el motor operando a temperaturas por abajo de 93.33°C. El calor excedente recolectado mediante convección en el refrigerante se transfiere al aire que soplado a través del radiador.

Los enfriadores de fluido y gas son ampliamente utilizados en hornos metalúrgicos, moldes para solidificación de materiales fundidos, quemadores, lanzas, abrazaderas de electrodo, boquillas de aire forzado de tobera en altos hornos de fundición de hierro', etc. Las clases más comunes de medios de enfriamiento empleados son aire forzado, agua en circulación, aceites comunes, y aceites sintéticos.

Los pasajes de enfriamiento pueden fabricarse dentro de piezas metálicas al taladrar, troquelar, o colar. Las tuberías refrigerantes de un material pueden colarse dentro del volumen de un segundo tipo de material, o los pasajes pueden colarse utilizando técnicas de pared delgada como es convencional en bloques de motor automotriz. Por ejemplo, la tubería de cobre-níquel puede colarse dentro de una pieza de cobre voluminosa.

Cuando son necesarios patrones de enfriamiento complejos, el taladrado puede no utilizarse y así el taladrado ha estado limitado a aplicaciones con pasajes de enfriamiento de línea recta. El método de colado de tuberías permite diseños de pasajes más complejos, pero las formas y los diseños de pasaje que se pueden obtener con tubería están limitados por tamaño de tubería, acoplamiento, doblez, y consideraciones de soldadura. La efectividad de enfriamiento posible al utilizar implementaciones de tubería colada además está limitada por dimensiones de dobleces estándares. Por ejemplo, en una tubería de diámetro Schedule-40 de 2.54 cm con un retorno de radio corto de 180°, la distancia de centro a centro entre las tuberías es dos veces el diámetro nominal, o 5.08 cm. pero el diámetro interior de la tubería es únicamente 2.66 cm. Así, sí la tubería está unida a una colada, entonces el ancho del canal de enfriamiento es menor que 50% del volumen, con base en limitación es de espacio de centro a centro mínimas.

La sección transversal redonda de tuberías además reduce el área de canal de enfriamiento efectiva, y de esa forma el volumen de flujo. Una sección transversal rectangular llenará mejor el área voluminosa disponible.

Las coladas puras pueden hacerse al utilizar patrones con núcleo o maquinados, y pasajes de enfriamiento típicos muy comúnmente utilizan un patrón de serpentina implementado con deflectores de pared delgada. Sin embargo, estos diseños simples pueden producir turbulencias significativas en el flujo refrigerante justo pasando en donde se gira el refrigerante en cada bucle, y los problemas se amplifican cuando se empuja la velocidad refrigérante a niveles altos. La uniformidad de enfriamiento sufre dramáticamente cuando estas turbulencias se vuelven significativas. Así que controlar las corrientes de turbulencia es una forma de que puede extenderse el desempeño de un enfriador sin ningún otro de los cambios.

Los enfriadores con pasajes de agua con núcleo pueden fabricarse en una sola pieza. Pero, con una complicación seria. Los núcleos de área de alguna forma pueden colocarse en el molde para definir los pasajes de agua durante el vaciado de colada. Esto generalmente significa que deben incluirse vástagos de soporte en la arena. Estos vástagos crean orificios en las coladas subsecuéntes que deben conectarse o soldarse posteriormente.

El denominado "hermetismo de filtración" es un problema en coladas refrigerantes. Puede utilizarse una medida de micro-flujo de gas dinámica para detectar la existencia de trayectorias de flujo de filtración o micro-canales. Busca y detecta agujeros en el material. El hermetismo de filtración en un gas metálico o pieza enfriada del fluido puede mejorar al trabajar en caliente o forjar la cara caliente para refinar el tamaño de grano de cristal de metal. Por ejemplo el tamaño de grano promedio para cobre colado puede reducirse desde aproximadamente 10 mm hasta menos donde 1 mm utilizando rodamiento caliente, prensado caliente, etc. Los pasajes de agua expuestos entonces se trituran en la cara de la parte trabajada. Una placa de cubierta a una segunda pieza se requiere para completar el pasaje de agua y terminar la pieza triturada.

Los pasajes refrigerantes de sección transversal rectangulares con esquinas redondeadas ocupan un mayor porcentaje de altura y ancho disponibles dentro de la pieza. Estos son completamente posibles y prácticos de hacer en colados con canales de enfriamiento con núcleo o troquelados. Los enfriadores construidos de esta forma necesitan menos material, y sus eficiencias de enfriamiento aumentan proporcionalmente.

Areas de superficie mayores dentro de los pasajes de enfriamiento pueden aumentar significativamente la cantidad de transferencia de calor posible. Sin embargo, el régimen dé flujo dentro del refrigerante de fluido en coladas convencionales típicamente es muy pobre. Las turbulencias tienden a formarse en los flujos refrigerantes en popa donde se giran mediante los extremos de deflector. Entonces pueden desarrollarse puntos calientes debido a que el refrigerante está girando ineficazmente en pequeños círculos y no puede alejar ningún calor absorbido. El calor de estos puntos puede acumularse lo suficientemente alto para hervir el refrigerante, y así puede llevar a la falla de la parte y la tubería de conexión.

Lo que se necesita es un mejor deflector y diseño de pasaje que elimine las turbulencias ineficientes y sus consecuencias desastrosas en enfriadores de flujo rápido.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Brevemente, una modalidad de sistema de enfriamiento en la presente invención comprende radios de giro cuidadosamente controlados y perfiles dentro de los pasajes de fluido de enfriamiento ondulados colados o triturados en una pieza de trabajo. Los deflectores interdigitales, individuales están contorneados en el plano de flujo o refrigerante para tener paredes que se engruesan progresivamente y entonces rodean sus extremos distales. Los radios exteriores de estos giros están similarmente redondeados y controlados para que los flujos refrigerantes no se arremolinen en turbulencias.

Estos y otros objetos y ventajas de la presente invención no durarán en volverse obvios para aquellos expertos en la técnica después de haber leído la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas que se ilustran en las varias figuras.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La Figura 1A es un diagrama en sección transversal dé una modalidad del sistema de enfriamiento de la presente invención tomado a lo largo del plano general de un pasaje refrigerante ondulado colado dentro; La Figura 1B es un diagrama en sección transversal del sistema de enfriamiento de la Figura 1A tomado a lo largo de la línea 1B-1B, y a través del plano general de un pasaje refrigerante ondulado colado dentro; La Figura 1C es un diagrama en sección transversal del sistema de enfriamiento de la Figura 1A tomado a lo largo de la línea 1C-1C, y a través del plano general de un pasaje refrigerante ondulado colado dentro en donde los extremos de los varios deflectores son más gruesos; Las Figura 2A-2B son diagramas de cuadro de flujo de modalidades de métodos similares de la presente invención par.a fabricar los sistemas de enfriamiento, e nfriadores, y toberas de las Figuras 1A, 1B, 1C, 3, 4B, y 4C, 5A-5E, y 6; La Figura 3 es un diagrama recortado de una modalidad. de un alto horno de la presente invención que puede incluir las toberas de las Figuras 4A, 4B, y 4C; La Figura 4A es una vista trasera de una modalidad de la tobera de la presente invención útil en el alto horno de la Figura 3; La Figura 4B es un diagrama en sección transversal longitudinal de la tobera de la Figura 4A; La Figura 4C es un diagrama en sección transversal lateral de una porción del cuerpo cónico de la tobera de las Figuras 4A y 4B y que yace plano para esta ilustración; Las Figuras 5A-5E son, respectivamente, diagramas de vista en perspectiva, de extremo amplio, superior, y de extremo estrecho, y laterales de una modalidad de placa de enfriador de la presente invención; y La Figura 6 es un diagrama en sección transversal a lo largo del plano del giro de bucle ondulado en un pasaje refrigerante dispuesto en un enfriador colado o troquelado en una modalidad de la presente invención.

Aunque la invención es tratable para varias modificaciones y formas alternativas, se han mostrado especificaciones de la misma a manera de ejemplo en los varios dibujos y se describirán en detalle. Sin embargo, se debe entender que la intención no es limitar la invención a las modalidades particulares descritas. Por el contrario, la intención es cubrir todas las modificaciones, equivalentes, y alternativas que caen dentro del espíritu y alcance de la invención como se define por las reivindicaciones anexas.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA Las Figuras 1A-1C representan una modalidad del sistema de enfriamiento de la presente invención, y se denomina aquí por el número de referencia general 100. El sistema de enfriamiento 100 comprende una pieza de trabajo metálica colada 102 con una entrada 104 dentro de un pasaje ondulado 106 para un refrigerante de fluido en circulación. Un primer giro en el pasaje ondulado 106 tiene un radio de giro interior 108 y un radio de giro exterior 110 con respecto al plano general del pasaje ondulado 106. Los radios de giro interiores y exteriores 108 y 110 están configurados y formados para eliminar o reducir substancialmente turbulencias 112 que de otra forma aparecerían en el flujo refrigerante. Tales turbulencias 112 frecuentemente aparecen en estos puntos y sólo descendientés en diseños convencionales. Las turbulencias 112 giran el refrigerante en círculos inútiles que no pueden desprenderse del calor que recogen o retienen.

En general, hacer los radios de giro en giros más amplios y más anchos, en algún punto, eliminar turbulencias 112 en el flujo refrigerante. Pero estos aumentos deben balancearse con los efectos negativos causados al engrosar las paredes de material de colado. El desempeño de transferencia de calor puede sufrir con demasiada redondez. Una forma de encontrar un balance óptimo de reducción de corriente de turbulencia y mejorar las deficiencias de transferencia i de calor para aumentar los grosores de pared y disminuir las eficiencias de transferencia de calor es emplear software de modelado de dinámica de fluido computacional en simulaciones. : Haciendo referencia de nuevo a las Figuras 1A-1C, un primer bucle ondulado 114 gira alrededor de un primer reflector 116 dentro de un segundo bucle ondulado 118. El deflector 116 está progresivamente engrosado hacia un extremo de radio 119 orientado hacia dos esquinas de radio exteriores 120 y 121. Tal extremo de radio 119, y esquinas de radio 120 y 121, son proporcionales para eliminar o reducir substancialmente cualquier turbulencia 124 que de otra forma se formaría en el flujo, refrigerante si los giros fueran demasiado agudos y abruptos.

En una alternativa de ahorros de costo de fabricación, el deflector 116 y los otros similares a su vez pueden engrosar uniformemente paredes que se ensanchan en un perfil de gota justo cuando se alcanza el extremo de radio 119. Las dos esquinas de radio exteriores 120 y 121 coinciden con el perfil de gota! para reducir turbulencias a medida que gira el flujo refrigerante.

Se dispone una serie continua de deflectores 126-131 en el pasaje ondulado 106 para proporcionar giro adicional de refrigerante de fluido en circulación en cada una de las siguientes series de bucles ondulados 132-137. Cada giro invita la formación de más turbulencias 138-143 en el flujo refrigerante. Tales turbulencias se muestran aquí como arremolinándose en el mismo plano que el pasaje ondulado 106.

Cada uno de los deflectores 126-131 se engrosa también progresivamente hacia sus extremos distales 144-149 y también en un extremo de radio. Las esquinas exteriores correspondientes que cada una se orientan son similares a las esquinas de radio 120 y 121. El refrigerante eventualmente sale a un congelador a través de una salida 150.

Las turbulencias, en general, reducen el desempeño de enfriamiento en la cercanía inmediata de la pieza de trabajo de ¡metal colado 102. En las varias aplicaciones de alto horno contempladas para modalidades de tobera de la presente invención, tal pérdida de desempeño de enfriamiento en cualquier punto puede provocar una falla catastrófica incitada por los calores ambientales altos que lo rodean.

La dinámica de fluido computacional (CFD) es una rama de mecánica de fluido que utiliza métodos numéricos y algoritmos para resolver y analizar problemas que involucran flujos de fluido,. Las computadoras se utilizan para realizar los muchos cálculos requeridos para simular interacciones de fluidos con superficies definidas por condiciones de límite. El software especializado está comercialmente disponible y puede reportar a un usuario el desempeño de transferencia de calor y las velocidades de fluido en puntos seleccionados o celdas de modelado en un sistema de enfriamiento. Por ejemplo, el producto de software ANSYS: CFX comercializado por ANSYS, Inc. (Canonsburg, PA) proporciona servicios de software e ingeniería CFD de modelado de flujo de fluido de pasaje. Ver, www.ansys.com/products/fluid-dynamics/cfx/.

Cuando se utiliza para construir modalidades de la presente I invención, el prospecto de cualquiera de las turbulencias 112, 1'24, y 138-143 en el refrigerante se revelan por las celdas de modelado que se calculan para tener velocidad cero o flujos de arremolinado.

En las Figuras 1B y 1C, cada bucle 114, 118, y 132-147, de pasaje ondulado 106 puede observarse para tener una sección transversal generalmente rectangular. El área transversal del pasaje ondulado 106 se mantiene constante tanto como sea posible dada a i la aplicación. Si el pasaje ondulado 106 debe estrecharse o ensancharse en cualquier punto, las transiciones deben ser graduales para no tentar el desarrollo de turbulencias.

La Figura 2A representa una modalidad de un método de fabricación de la presente invención que puede utilizarse para fabricar el sistema de enfriamiento 100 de la Figura 1, y se denomina aquí por el número de referencia general 200. El método 200 comienza con requerimientos de aplicación 202 que definen el desempeño necesario y el ambiente en el que tiene que operar un sistema de enfriamiento. Estos requerimientos pueden incluir, por ejemplo, cargas de calor externas, presiones de entrada, etc. Las limitaciones de diseño 204 además restringen los materiales y las dimensiones disponibles en el diseño de sistema de enfriamiento. Un diseño inicial 206 presenta un prototipo o arquetipo, e incluirá los extremos de deflector redondeados y el relieve de esquina interior como se representa en las Figuras 1A-1C, 4A-4C, 5A-5E, y 6.

Un software de modelado dinámico de fluido com putácional 208, tal como ANSYS CFX, que corre en una plataforma de sistema de computadora adecuada produce transferencia térmica y simulaciones de velocidad para el diseño particular que se repite. Un paso 210 presenta información para que un operador entrenado pueda evaluar si el diseño necesita modificación adicional, especialmente en los radios de extremo de deflector y los radios de esquina inferiores orientados de los pasajes ondulados dentro del sistema de enfriamiento. Si es así, se vuelve a enviar un diseño realizado 212 al software de modelado dinámico de fluido computacional 208. Las repeticiones de diseño pueden detenerse cuando se han optimizado y balanceado aparentemente la reducción en turbulencias con otras consideraciones prácticas, por ejemplo, colando grosores de pared.

Cuando se termina el diseño, se construyen los núcleos de colado de arena en un paso 214. Las coladas se vierten en cobre líquido, por ejemplo, en un paso 216, y se troquelan en un paso 218. Los núcleos de colado de arena usualmente tienen vástagos para soportarlos en posición, así que después que se completa la colada y el troquelado los orificios residuales en las coladas se conectan en un paso 220. Los tapones pueden soldarse o atornillarse. Un; paso-222 incluye inspeccionar, probar, y enviar los sistemas de enfriamiento finales. Estas piezas de trabajo se instalan en sus aplicaciones particulares en un paso 224.

Una ventaja principal de la presente invención es que las modalidades de pieza de trabajo tendrán una vida de servicio extendida que puede presupuestarse y mantenerse en un paso 226.

La Figura 2B representa otra modalidad del método de fabricación de la presente invención que puede utilizarse para construir un enfriador triturado, y se denomina aquí por el número de referencia general 228. El método 228 es muy similar al método 200, y comienza con los requerimientos de aplicación 202 que definen el desempeño necesario y el ambiente en el que va a operar un sistema de enfriamiento. Estos requerimientos pueden incluir, por ejemplo, cargas de calor externas, presiones de entrada, etc. Las limitaciones de diseño 204 además restringen los materiales y las dimensiones disponibles en el diseño de sistema enfriamiento.

Un diseño inicial 206 representa un prototipo o arquetipo, e incluirá los extremos de deflector redondeados y el relieve de esquina interior como se representa en las Figuras 1A-1C, 4A-4C, 5A-5E, y 6. Un software de modelado dinámico de fluido computacional 208 que corre en una plataforma de sistema de computadora adecuada produce transferencia térmica y simulaciones de velocidad para el diseño particular. Un paso 210 presenta información para que un operador entrenado pueda evaluar si el diseño necesita modificación adicional, especialmente en los radios de extremo de deflector y los radios de esquina interior orientados de los pasajes ondulados dentro del sistema de enfriamiento. Si es así, se vuelve a enviar un diseño revisado 212 al software de modelado dinámico del fluido computacional 208 por tantas repeticiones como sean necesarias. Las repeticiones de diseño pueden detenerse cuando ya no se pueden obtener mejoras adicionales en la reducción de turbulencia.

En este punto el método 228 difiere, si el diseño se finaliza, entonces la pieza se trabaja para tamaños de grano más finos en un paso 230. El trabajo puede detenerse cuando las pruebas de filtración indican niveles aceptables. Los pasajes se trituran en un paso 232, y se troquelan en una cubierta de pasaje en un paso 234.

La cubierta se suelda en un paso 236. Como en el método 200, se utiliza un paso 222 para inspeccionar, probar, y enviar el sistema de enfriamiento final. Estas piezas de trabajo se instalan en sus aplicaciones particulares en un paso 224. Las modalidades tendrán una vida de servicio extendida que se presupuestan para > y se mantiene por personal de servicio en un paso 226.

La Figura 3 representa una modalidad de alto horno 300 de la presente invención en donde se utiliza un número de toberas 302 para introducir aire muy caliente en el proceso de fundición. Las toberas parecen boquillas y su proximidad cercana a la fundición de hierro usualmente requiere que se enfríe con líquido y se construyan de cobre. 1 Los altos hornos reducen químicamente y convierten físicamente óxidos de hierro en hierro líquido a altas temperaturas. Los altos hornos son pilas de acero muy grandes revestidas con ladrillo refractario que se alimentan con una mezcla de óxido de hierro, coque y caliza desde la parte superior. Se sopla aire precalentado dentro del fondo a través de las toberas. Pecjueñas gotas de hierro líquido descienden a la parte inferior del horno en donde se recolectan como escoria y hierro líquido. Estos se drenan periódicamente del horno a medida que se llena la parte inferior.

El aire caliente soplado dentro del horno en la parte inferior se involucra en muchas reacciones químicas a medida que se percola (filtra) en la parte superior. Los altos hornos corren continuamente durante años únicamente con interrupciones cortas para mantenimiento. Una razón común para interrumpir la operación de otra forma continua de un alto horno de fundición de hierro es cambiar sus toberas gastadas o dañadas 302. Las toberas que duran más y que sufren de menos lesiones por lo tanto son altamente deseables debido a que pueden reducir tiempo de inactividad y costos operativos.

Los óxidos crudos removidos de la tierra incluyen her atita (Fe203) o magnetita (Fe303) con un contenido de hierro de 5,0% a 70%, y tiene un tamaño en piezas pequeñas de aproximadamente 2.54 cm de diámetro. Un polvo rico en hierro puede enrollarse en bolas y extenderse en un honor para producir pellas de tamaño de canica con 60% a 65% de hierro. La concreción también puede utilizarse y se produce de óxido crudo fino, coque, caliza de tamaño de arena y materiales de desperdicio con hierro. Las partículas finas se mezclan juntas para una química de producto deseada. La mezcla de material crudo entonces se coloca en una corriente de concreción y se enciende por un horno encendido con gas para fusionar las partículas finas de coque en piezas de tamaño más grande. ELóxido de hierro, las pellas y la concreción se funden en el hierro líquido producido por el alto horno. Cualquiera de las impurezas restantes cae en una escoria líquida. Las piezas duras de coque con altos valores de energía proporcionan la permeabilidad, calor, y cjases necesarios para reducir y fundir adicionalmente el óxido de hierro, pellas, y concrecionar.

Un material crudo importante utilizado en el proceso de fabricación de hierro es la caliza. La caliza extraída de la tierra al explotar el óxido con explosivos. Entonces se comprime y filtra un tamaño que varía de 1.27 cm a 3.81 cm para volverse flujo dé alto horno. Este flujo puede ser caliza de calcio alta pura, caliza dolomítica que contiene magnesio, una mezcla de los dos tipos de caliza.

Ya que la caliza se funde y se vuelve la escoria que remueve azufre y otras impurezas, el operador de alto horno puede ajustar la mezcla de acuerdo con la química de escoria deseada. Un objetivo de la mezcla sería crear un punto de baja fusión, una alta fluidez, y otras propiedades óptimas.

Todos los materiales crudos se almacenan usualmente en un campo de óxido y se transfieren a un alojamiento de existencia cercano antes de carga. Los materiales después de eso se cargan en i la parte superior del horno, y se someten a numerosas reacciones químicas y físicas a medida que descienden a la parte inferior del horno.

Los óxidos de hierro caen a través de una serie de reacciones de purificación para suavizar, fundir, y finalmente gotear a través del coque, como pequeñas gotas de hierro líquido que caen a la parte inferior del horno. El mismo coque cae al fondo del horno en donde aire caliente y chorros calientes desde las toberas ingresan al alto horno. El coque se enciende por el chorro caliente e inmediatamente reacciona para generar más calor.

La reacción se lleva a cabo en la presencia de carbón excedente a una alta temperatura, así el dióxido de carbono se reduce a monóxido de carbono. El monóxido de carbono reduce el óxido de hierro en reacciones de óxido de hierro. La caliza también desciende en el alto horno, pero permanece un sólido mientras pasa a través de una primera reacción, CaC03 = CaO + C02. Tal reacción requiere energía e inicia aproximadamente 875°C. El CaO formado de la reacción se utiliza para remover azufre del hierro, ' y es necesario antes de que el metal caliente pueda volverse acero. La reacción de remoción de azufre es, FeS + CaO + C = CaS + FeO + CO. El CaS se vuelve parte de la escoria. La escoria también se forma de cualquier sílice restante (Si02), alúmina (Al203), magnesio de (MgO) o calcio (CaO) que ingresa con el óxido de hierro, pequeñas pellas, concreción o coque. La escoria líquida entonces gotea a través de la base de copias del fondo del horno en donde flotará en la parte suprior del hierro líquido más denso.

Gases de suciedad calientes que salen de la parte superior del alto horno proceden a través de equipo de limpieza de gas para que el material en partículas pueda removerse y el gas enfriarse. Este gas tiene un valor de energía considerable, así que se quema como un combustible en altas estufas calientes que se utilizan para precalentar el aire que ingresa al alto horno a través de las toberas. Por lo tanto las toberas se someten a temperaturas de aire que pueden exceder también 900°C. El punto de fusión de cobre está muy cerca de estas temperaturas a 1083°C. Cualquier gas que no se queme en las estufas se envía a un alojamiento de caldera para generar vapor para turbo-sopladores que generan aire comprimido de "chorro frío" para las estufas.

Las Figuras 4A-4C representan una modalidad de tobera de la presente invención, y se denomina aquí por el número de referencia general 400. Tales son útiles en el alto horno 300 de la Figura 3. La tobera 400 incluye un cuerpo de metal de cobre colado 402 que tiene la forma general de una boquilla, e incluye una brida trasera 404 que se conecta a través de una garganta 406 a una saliente 408 de su extremo frontal. Una entrada refrigerante 410 y una salida refrigerante 412 están localizadas en la brida trasera 404. Estas se conectan a un pasaje refrigerante ondulado interno 414 similar al descrito en las Figuras 1A-1C. El refrigerante que circula puede ser agua, aceite, o una mezcla líquida especial.

Varios deflectores giran el flujo refrigerante dentro del patrón ondulado. El deflector 416, por ejemplo, es similar a deflectores 116, y 126-131 y extremos de radio 119, y 144-149 (Figuras 1A-1C). Los radios de giro interiores y exteriores del pasaje refrigerante ondulado interno 414 tienen dimensiones y están formados para eliminar turbulencias en el flujo refrigerante.

Los pasajes ondulados 414 generalmente proceden en un plano curveado dentro del cuerpo cónico 402. Un número de orificios de acceso 420 en una cara exterior del cuerpo metálico colado 402 permite soportar vástagos para los núcleos de colado durante colado de metal. Los orificios en las coladas que resultan están sellados con tapones 422. Los tapones 422 pueden e star convencionalmente roscados a tubería, soldados, soldados fuertes, unidos con soldadura, presionados, etc.

Las Figuras 5A-5E representan una modalidad más fría de la presente invención, y se denomina aquí por el número de referencia general 500. Un cuerpo de placa 502 tiene una entrada de tubería refrigerante 504 y una salida 506 en un extremo. Esto proporciona conexiones externas a un pasaje refrigerante ondulado 508 hacia adentro. Tres deflectores 520-522 giran el flujo refrigerante alrededor de sus extremos engrosados y redondeados 523-525 y sus esquinas orientadas correspondientes interiores 526-531. La geometría y la redondez de estos extremos y esquinas están diseñadas y verificadas por simulaciones, modelado y prototipos para eliminar puntos calientes cuando el enfriador 500 está muy cargado con calor. Los métodos de fabricación 200 y 228 (Figuras 2A y 2B) pueden utilizarse para hacer el-diseño y la fabricación, por ejemplo.

La Figura 6 representa un giro de bucle ondulado 600 en un pasaje refrigerante dispuesto en un enfriador colado o troquelado 601 en una modalidad de la presente invención. Un deflector 602 se engrosa y entonces rodea un extremo de radio 604, por ejemplo, en un radio 606. Un par de- esquinas redondeadas interiores 608 y 610 se orientan al extremo de radio 604. El flujo refrigerante en un pude de pasaje 612 gira en un siguiente bucle de pasaje 614 alrededor del extremo de radio 604 del deflector 602. Los anchos 613-615 todos se mantienen constantes siempre y cuando sea práctico cuando se cuelan piezas de metal. El objetivo de mantener los anchos constantes no es suficiente ni sostiene turbulencias en donde el refrigerante fluye alrededor de las esquinas en un deflector.

En una modalidad, cada uno de los ángulos "A" y "B" es menor que 90°, y A + B es menor que 180°. En otras palabras, las líneas ? centrales de bucles de pasaje 612 y 614 no son paralelas entre sí.

Tal disposición permitiría el empaquetado de los bucles de pasaje 612 y 614 más justo, especialmente en donde cada giro es similar al de la Figuras 6, y el diseño general de un pasaje ondulado es simétrico.

Las toberas y otros enfriadores pueden incluir revestimientos de superficie externos de refractario o material, incluso pueden revestirse con metal. Lo revestimientos pueden aplicarse en muchas formas, por ejemplo por deposición de vapor, aplicado manual o a mano tal como pintado o secado, rociado por flama, sumergido, y galvanizado. Las cubiertas son revestimientos de metal aplicados al i utilizar fuentes de alta energía tal como soldadura, láser, flama, o unión por explosión.

La necesidad, tipo, ubicación, y grosor de tales revestimientos y cubiertas generalmente se derivan empíricamente. Los enfriadores también pueden fabricarse con ranuras o cavidades llenas con refractario. Las modalidades de tobera se fabrican de cualquiera de una colada o troquelado de una parte de metal de grano fino. Con una colada, los pasajes refrigerantes se cuelan utilizando moldes. Con una parte troquelada, una tobera, por ejemplo, debe estar en dos partes. Un ejemplo convencional puede observarse en la Patente I de los Estados Unidos 3,840,219, Figura 17.

En una tobera de dos piezas, la parte exterior o interior se I troquela, y una pieza de cierre se utiliza para cerrar los pasajes de agua y completar el enfriador. Tales toberas pueden ser inyectadas con fluido o gas.

En general, las modalidades de enfriador de la presente invención incluyen perfilar los pasajes refrigerantes durante diseño para la eliminación de turbulencias en donde el enfriador se expondrá a varias cargas de calor externas.

Aunque la presente invención se ha descrito en términos de las modalidades actualmente preferidas, se debe entender que la descripción no se va a interpretar como limitante. Varias alteraciones y modificaciones no dudarán volverse evidentes para aquellos expertos en la técnica después de haber leído la descripción anterior. Por consiguiente, se pretende que las reivindicaciones anexas se interpreten como cubriendo todas las alteraciones y modificaciones como caen dentro del espíritu "verdadero" y alcance de la invención.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1.- Un sistema de enfriamiento, que comprende: una pieza de trabajo metálica colada o molida; un pasaje ondulado que proporciona un refrigerante de fluido en circulación dispuesto en la pieza de trabajo, y que generalmente procede en un plano individual, doblado, o plano curveado; y una serie de deflectores dispuestos dentro del pasaje ondulado y que proporcionan el giro del refrigerante de fluido en circulación en cada uno de una serie de bucles ondulados; caracterizado por. un engrosamiento progresivo de cada uno de la serie de deflectores hacia sus extremos distales respectivos y que termina en un extremo de radio y proporciona un giro alrededor de dicho refrigerante de fluido en circulación en uno siguiente de dicha serie de bucles ondulados; un radio del interior del pasaje ondulado con relación a dicho plano individual o plano curveado y radial a cada engrosamiento progresivo de cada uno de la serie de deflectores en donde se proporciona un giro a dicho refrigerante de fluido en circulación dentro de uno siguiente de dicha serie de bucles ondulados; en donde, dichos giros son tales que las turbulencias en dicho refrigerante de fluido en circulación se eliminan o reducen en lo que existiría de otra forma.

2.- El sistema de enfriamiento de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende: un patrón transversal generalmente rectangular del pasaje ondulado. i

3. - El sistema de enfriamiento de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende: una tobera de alto horno en la cual se dispone una pieza de trabajo metálica colada o molida.

4. - El sistema de enfriamiento de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende: un número de orificios de acceso sobre una cara exterior de la pieza de trabajo metálica colada para permitir soportar núcleos colados durante el colado de metal, y que están sellados con tapones.

5 - Una tobera, que comprende: un cuerpo metálico colado o molido que tiene la forma general de una boquilla y que tiene un extremo frontal y una superficie exterior para exposición al calor durante operación y conexiones para un refrigerante de fluido en circulación; un pasaje ondulado para dicho refrigerante de fluido en circulación dispuesto en el cuerpo metálico colado o molido, y que generalmente procede en un plano individual o un plano curveado; y una serie de deflectores dispuestos dentro del pasaje ondulado y que proporciona el giro de dicho refrigerante de fluido en circulación en cada uno de una serie de bucles ondulados; caracterizado por: un engrosamiento progresivo de cada uno de las series de deflectores hacia sus extremos distales respectivos y que termina en I un extremo de radio alrededor del cual se gira dicho refrigerante de fluido en circulación dentro de uno siguiente de dicha serie de bucles ondulados; y un radio del interior del pasaje ondulado con relación a dicho plano individual o plano curveado y radial a cada engrosamiento de cada uno de la serie de deflectores en donde dicho refrigerante de fluido en circulación gira en uno siguiente de dicha serie de bucles ondulados; ' en donde, las turbulencias en dicho refrigerante de fluido en circulación se reducen.

6.- Un alto horno, caracterizado por al menos una tobera que incluye: un cuerpo metálico colado o molido que tiene la forma general de una boquilla y que tiene un extremo frontal para exposición al calor durante la operación y un extremo trasero con conexiones para un refrigerante de fluido; un pasaje ondulado para dicho refrigerante de fluido en circulación dispuesto en el cuerpo metálico colado o molido, y que generalmente procede en un plano individual o plano curveado; una serie de deflectores dispuestos dentro del pasaje ondulado y que proporciona el giro de dicho refrigerante de fluido en circulación en cada uno de una serie de bucles ondulados; un engrosamiento de cada uno de la serie de deflectores hacia sus extremos distales respectivos y que termina en un extremo de radio alrededor del cual se gira dicho refrigerante de fluido en circulación dentro de uno siguiente de dicha serie de bucles de dichos bucles ondulados; y un radio del interior del pasaje ondulado con relación a d icho plano individual o plano curvado y radial a cada engrosamiento de cada uno de la serie de deflectores en donde dicho refrigerante de fluido en circulación se gira en uno siguiente de dicha serie de bucles ondulados; en donde, las turbulencias en dicho refrigerante de fluido en circulación se reducen.