organo de cierre y/o regulacion para la colada de fundicion de

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OFICINA ESPAÑOLA DE
PATENTES Y MARCAS
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ES 2 035 411
kInt. Cl. : B22D 41/14
11 N.◦ de publicación:
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51
ESPAÑA
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TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA
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kNúmero de solicitud europea: 89107511.1
kFecha de presentación : 26.04.89
kNúmero de publicación de la solicitud: 0 356 618
kFecha de publicación de la solicitud: 07.03.90
T3
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54 Tı́tulo: Organo de cierre y/o regulación para la sangrı́a de colada lı́quida de metal de un recipiente
metalúrgico.
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73 Titular/es: Didier-Werke AG
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72 Inventor/es: Brückner, Raimund y
30 Prioridad: 02.08.88 DE 38 26 245
Lessingstrasse 16-18
W-6200 Wiesbaden, DE
45 Fecha de la publicación de la mención BOPI:
16.04.93
k
45 Fecha de la publicación del folleto de patente:
16.04.93
Aviso:
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k
Gimpera, José
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74 Agente: Plaza Fernández-Villa, Luis
En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletı́n europeo de patentes,
de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina
Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar
motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de
oposición (art. 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas).
Venta de fascı́culos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid
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DESCRIPCION
La invención se refiere a un órgano de cierre y/o regulador para la sangria de una colada
lı́quida de metal de un recipiente metalúrgico con
una pieza refractaria inmovil y relativamente a
esta otra pieza refractaria móvil que obtura y se
puede girar y/o desplazar, estando dotados las
dos piezas refractarias de sendas superficies cilı́ndrico - circulares de obturación y ajustandose las
dos superficies de juntas la una en la otra produciendo estanqueidad. Las piezas refractarias
estan hechas normalmente de material cerámico.
Pero puede estar hechos también de otros materiales, por ej. metálicos, tal vez también combinados entre si. Lo único desivo es en este caso
solamente que estas piezas sean refractarias, es
decir que en servicio no sólo resistan al esfuerzo
mecánico y quı́mico sino también el esfuerzo debido a la temperatura por la colada metálica.
Tales órganos de cierre y/o regulación como
se conocen por ej. por la patente alemana 35 48
202, destacan por el hecho de que en ellos puede
suprimirse la instalación opresora necesaria normalmente en los tradicionales cierres lineales y de
distribución giratorio, para comprimir los elementos del cierre de forma estanca para aire y para
la colada. De esta forma es posible de un lado
accionar el órgano de cierre y/o regulación con
fuerzas de accionamiento relativamente bajas y
por otra parte disponer sus piezas refractarias en
el interior del recipiente metalúrgico de manera
que durante el trabajo estan sumergidas en la colada de metal. De esta manera se evita que el
aire exterior pueda atacar las piezas refractarias
del órgano de cierre y/o de regulación o bien que
dicho aire pueda penetrar a través de las piezas
refractarias hasta la mismas colada de metal.
En semejante órgano de cierre y/o regulador
tiene una importancia decisiva el dimensionado
de la hendidura anular entre las dos superficies
cilı́ndrico - circulares de junta de las piezas refractarias para el perfecto funcionamiento del órgano
de cierre y/o regulación en el trabajo. El espacio o hendidura anular ha de estar dimensionado
de manera que durante el trabajo por una parte
permita el libre movimiento de las dos piezas refractarias relativamente entre si y por otra parte
esté lo suficientemente estrecho para impedir que
la colada pueda penetrar en la zona de la hendidura anular. Aquı́ naturalmente juegan también
un papel los diferentes parametros metalúrgicos
como naturaleza de la colada, humectabilidad de
las piezas refractarias, temperatura del lı́quido de
la colada, etc.
Por el impreso LU A 67368 se sabe utilizar
para las piezas refractarias de un órgano de cierre
y/o regulador del mismo tipo nitruro de silicio o
cristal de cuarzso; ambos son materiales con un
coeficiente muy bajo de dilatación. De esta forma
debe posibilitarse un ajuste de precisión entre ambas piezas refractarias establecido mediante mecanizado a máquina. El ajuste está dimensionado
en este caso de tal manera que durante el trabajo
no debe penetrar colada alguna en la hendidura
anular entre piezas refractarias del órgano de cierre y/o regulador. Se recomienda una holgura
total de 0,0508 hasta 0,0762 mm, lo que equivale
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a una hendidura anular de 0,0254 hasta 0,0382
mm.
Por la patente impresa alemana 1558 285 se
sabe además dimensionar la hendidura entre las
piezas refractarias del órgano de cierre y/o regulación de tal manera que permita todavı́a un perfecto deslizamiento pero evite no obstante que el
metal lı́quido de la colada penetre en la hendidura
conduciendo ası́ a un atasco del elemento de cierre
dentro del orificio del ladrillo perforado. En este
caso las dos piezas refractarias deben consistir en
material altamente refractario de cerámica como
por ej. silicato de circonio.
En la patente no se expresa nada sobre el
tamaño de la hendidura anular.
En los dispositivos que se conocian de antes,
se parte por lo tanto de que para la capacidad funcional del órgano de cierre y/o regulador es imprescindible mantener o hacer la hendidura anular entre las piezas refractarias del órgano tan estrecha que no pueda penetrar colada metálica en
dicha hendidura.
Tal dimensionado de la hendidura anular tiene
repercusiones inconvenientes.
Por una parte
ofrece dificultades el ajuste de presión a confeccionar a máquina, entre las piezas refractarias del
órgano. Por otra parte, ya la más pequeña deformación de las piezas refractarias puede conducir
al atasco de estas piezas y la consecuencia es/que
el órgano de cierre y/o regulación no puede funcionar. Pero tal deformación resulta inevitable
en la practica, maxime al aplicar o emplear semejante órgano para fundir acero o similares coladas metálicas, puesto que en el órgano de cierre
y/o regulador, durante el trabajo se presente un
gradiente de temperatura cuya consecuencia es la
diferente dilatación de las piezas refractarias a lo
largo de las superficies de juntas de estas piezas.
En un órgano de cierre y/o regulación del tipo
similar al inicialmente descrito, según patente US
3 651 991 el órgano regulador si bien lleva una
mayor hendidura anular, pero ésta es esforzada
(impulsada) con gas inerte para evitar que la colada pueda penetrar en la hendidura anular.
La invención tiene el proposito de optimar de
un órgano de cierre y/o regulación del tipo inicialmente descrito el ancho de la hendidura anular
entre superficies de junta de las piezas refractarias en el sentido de las exigencias antes citadas
acerca de libre movilidad de las piezas refractarias
relativamente entre si, por una parte y referentes
a un cierre a prueba de colada del órgano de cierre
y/o regulador por el otro lado.
Para resolver esta tarea se propone de acuerdo
con la invención que los coeficientes de dilatación
de ambas piezas refractarias estén sincronizados
entre si de tal manera que en estado de trabajo,
entre las superficies cilı́ndrico - circulares de junta
de las dos piezas refractarias se presente una hendidura anular que forma todavı́a un ajuste de holgura estanco para la colada que en estado frı́o se
situa entre 0,05 y 0,7 mm.
Por la propuesta según la invención de dimensionar la hendidura anular entre las superficies de
junta de las piezas refractarias en relación con
los coeficientes de di - latación sincronizados entre sı́, de estas piezas como se ha indicado anteriormente, es posible dimensionar la hendidura
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anular tan ancha que durante todo el trabajo, es
decir desde que comience el servicio hasta que
acabo permita el libre movimiento de las dos piezas refractarias entre sı́ garantizando no obstante
la perfecta estanqueidad del órgano de cierre y/o
regulador, porque la colada metálica que oportunamente entrara en la hendidura anular, permanecerá allı́ encerrada apoyando incluso con su
efecto engrasador el libre movimiento de las piezas refractarias del órgano.
El órgano de cierre y/o regulador según la invención queda además caracterizado según una
forma preferente de realización por el hecho de
que los coeficientes de delatación de ambas piezas
refractarias son iguales. De esta forma es posible emplear piezas refractarias de igual naturaleza
lo que hace más facil al dimensionado constructivo de las piezas refractarias asi como la determinación de la hendidura anular entre sus superficies
de junta cilı́ndrico - circulares. Además se simplifica de esta manera la fabricación del órgano de
cierre y/o regulador.
También en el sentido de una manera más simple de fabricación se propone además de acuerdo
con la invención que la hendidura anular que en
estado de trabajo forma todavı́a un ajuste de holgura estanco a la colada, por todo el largo de las
dos superficies de junta cilı́ndrico - circulares cooperantes de las piezas refractarias esté dimensionado igual.
Alternativamente, según clase del órgano de
cierre y/o regulador puede ser ventajoso limitar la
hendidura anular que en estado de trabajo forma
todavı́a un ajuste de holgura estanco para colada
a la zona de superficie de las dos superficies de
junta cooperantes cilı́ndrico - circulares de las piezas refractarias en la que se encuentran las zonas
de apertura y de cierre de las dos piezas refractarias. En esta realización práctica es por ejemplo
posible dimensionar la hendidura anular entre las
piezas refractarias relativamente ancha estrechandola tan solo en la zona de superficie arriba citada
de las superficies de junta, por ejemplo aplicando
un recubrimiento de superficie a una de las piezas
refractarias o alternativamente a ambas piezas.
Con el fin de una dilatabilidad lo más uniforme posible de las piezas refractarias y también
con miras a la mas sencilla fabricación posible de
estas piezas será además de ventaja si al menos en
la zona de sus superficies de junta cilı́ndrico - circulares cooperantes estén realizadas como tubos
cilı́ndricos.
La invención se explica a continuación a base
de un ejemplo práctico haciendo referencia al dibujo. Muestran:
Fig. 1 un órgano de cierre y/o regulador según
la invención en disposición vertical, montado en
un recipiente intermedio (tundish), y
Fig. 2 el detalle I de fig. 1 en aumento.
El órgano de cierre y/o regulador 1 según la
invención consiste en un estator 2 tubular y un
rotor 3 también tubular, ambos de material refractario de ceramica.
El estator 2 esta recibido con pasta, a prueba
de aire y de colada en el revestimiento refractario
4 del recipiente intermedio 5 y desemboca en una
tobera de paso libre 6 a través de la cual, con
el órgano de cierra y/o regulación 1 abierto, la
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colada de metal emana del interior del recipiente
intermedio 5.
El rotor 3 va unido a una sujeción 8 mediante
perno 7 sin poder girar y la sujeción a su vez
esta unida a través de una dirección (articulación)
cardan 9 con un brazo de accionamiento 10. Este
último se apoya en un caballete 11 del recipiente
intermedio 5 y muestra en su extremo exterior un
brazo de palanca 12 con cuya ayuda, a través del
brazo impulsor 10 y la guı́a o dirección cardanica
9 se puede ejercer un par de giro sobre la sujeción
8 y por consiguiente sobre el rotor 3 del órgano
de cierre y/o regulador 1.
De esta manera el rotor 3 puede girar frente al
estator 2 en ambos sentidos por el eje longitudinal
comun 13.
Tanto el estator 2 como también el rotor 3
están dotados cada uno de los taladros pasantes
14 y 15 resp. diametralmente dispuestos que en
la posición abierta del órgano de cierre y/o de regulación expuesta se alinean en sentido axial. El
estator 3 y el rotor 2 estan dotados además en
un sector axial 16 cada uno de una superficie de
junta cilı́ndrica - circular 17, 18 estando ajustadas ambas superficies de junta 17, 18 hermeticamente una en la otra. Los diámetros de las dos
superficies de junta 17, 18 están dimensionadas
de manera que entre ambas se forme una ranura
anular 19.
En el presente caso practico el diámetro exterior del estator 2 fuera de la zona axial 16 era
de unos 73 mm, el del rotor 3 aprox. de 93 mm.
Los diámetros interiores del estator 2 y del rotor
3 eran de aprox. 33 mm y unos 40 mm resp. En
la zona axial 16 el diámetro medio en la región de
la hendidura anular 19 era de aprox. 63 mm.
El estator 2 y el rotor 3 se fabricaron de un
material refractario cocido con alto contenido alumina de la siguiente composición:
Al2 O3
mullita de circonio
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proporción de carbono
aprox. 70%
partes de peso
aprox. 20%
partes de peso
aprox. 10%
partes de peso
El estator 2 y el rotor 3 se confeccionaron
del mismo material de manera que ambas piezas
refrectarias tenian el mismo coeficiente de dilatación.
Los diámetros de las superficies de junta 17
y 18 se fijaron de tal manera que en estado frio
los dos diámetros diferı́an aprox. en 0,4 mm. La
hendidura anular 19 entre ambas superficies de
junta era por lo tanto de unos 0,2 mm.
Antes de poner el órgano de cierre y/o regulación 1 en marcha se aplicó a las superficies
de junta 17 y 18 en lubricante que contenı́a grafito de manera que después de esta operación los
diámetros de las superficies de junta 17 y 18 diferian tan solo ya en unos 0,25 mm. La hendidura
anular 19 por consiguiente solo media unos 0,125
mm.
Bajo estas condiciones, con recipiente intermedio 5 vacio y en estado frio el rotor 3 puede girar perfectamente respecto al estator 2 con ayuda
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del brazo de impulsión 10.
A continuación se calentó el estator 2 con el rotor 3 uniformemente a una temperatura de aprox.
950◦C. Después se llenó el espacio interior del recipiente intermedio 5 con colada de acero hasta
un nivel 20.
A continuación se fundió la colada de un acero
usual ligero - lı́quido a una temperatura de aprox.
1560◦C. Entre medias siempre se volvı́a a girar el
rotor 3 frente al estator 2 para hacer coincidir mas
o menos los taladros pasantes 14, 15 de ambas
piezas regulando ası́ la corriente de colada que
emanaba del recipiente intermedio 5. Al rotor 3
se le dieron también varias vueltas más hasta que
los taladros pasantes 14 y 15 ya no coincidian. Asi
el paso de colada quedó totalmente interrumpido
por el órgano de cierre y/o regulador 1.
En total se fundieron cuatro lotes de crisol a
través del órgano de cierre y/o de regulación 1
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lo que ocupaba un periodo de trabajo de aprox.
4 horas. Con cada carga o lote se dejó bajar el
nivel de la colada 20 solo hasta tal punto que la
zona axial 16 del órgano de cierre y/o regulador
quedaba aún sumergida en la colada metálica.
Con ello estaba garantizado que el aire exterior
no podı́a penetrar por los taladros pasantes 14,
15 ni por la hendidura anular 19 del órgano de
cierre y/o de regulación 1.
Durante todo el trabajo se pudo girar el rotor 3 perfectamente y empleando poca fuerza, a
mano, frente al estator 2.
Después del periodo de trabajo antes citado
de aprox. 4 horas se retiraron los componentes
del órgano de cierre y/o de regulación 1 buscando
posibles infiltraciones de metal. Se comprobó que
durante el trabajo en la región de la hendidura
anular 19 no se habı́an producido infiltraciones
de metal dignas de mención.
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REIVINDICACIONES
1. Organo de cierre y/o regulación para la
sangria de colada lı́quida de metal de un recipiente metalúrgico con una pieza refractaria inmovil y otra pieza refractaria móvil que respecto
a la anterior puede girar y/o desplazarse, estando
dotadas ambas piezas refractarias de sendas superficies cilı́ndrico - circulares de junta y estando
ajustadas ambas superficies de junta la una en la
otra de manera que resultan estancas, caracterizado porque los coeficientes de dilatación de las
dos piezas refractarias estan sincronizados entre
si de tal manera que en estado de trabajo entre
las superficies cilı́ndrico - circulares de junta de
ambas piezas refractarias se presenta una hendidura anular que forma un ajuste de holgura aun
estanco para la colada que en estado frı́o importa
entre 0,05 mm y 0,7 mm.
2. Organo de cierre y/o regulación según reivindicación 1 caracterizado porque los coeficientes de dilatación de las dos piezas refractarias
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son iguales.
3. Organo de cierre y/o regulación según reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque la hendidura anular que en estado de trabajo forma un
ajuste con holgura todavı́a estanco para la colada
esta dimensionada igual por todo el largo de las
dos superficies de junta cilı́ndrico - circulares cooperantes de las piezas refractarias.
4. Organo de cierre y/o regulación según reivindicación 1 o 2 caracterizado porque la hendidura anular que en estado de trabajo forma un
ajuste con holgura aun estanco para la colada esta
limitada a la zona de superficie de las dos superficies cilı́ndricos - circulares cooperantes de las piezas refractarias en la que se situan los sectores de
apertura y de cierre de las dos piezas refractarias.
5. Organo de cierre y/o de regulación según
una o varias de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las piezas refractarias al menos en la zona de sus superficies de junta cilı́ndrico - circulares cooperantes estan realizadas como
tubos cilı́ndricos.
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