Una introducción a las artesas

Un tundish es un dispositivo utilizado en la fundición de metales. Es cualquier recipiente abierto con agujeros en la parte inferior para entregar metal fundido a una velocidad controlada en moldes de fundición. A menudo se utiliza entre la fundición y la fundición para garantizar un flujo consistente y regulado, al tiempo que permite el cambio de moldes de fundición si es necesario. Los desbaños a menudo están hechos de acero y están forrados con algún tipo de revestimiento, que siempre es un material refractario, a menudo en forma de ladrillo. Tales materiales refractarios empleados como revestimientos de color adentro, o de componentes en revestimientos de color adentro, incluyen antracita, cromita y
polvos
de vidrio entre otros. Unos 7 de todos los materiales refractarios en Europa se utilizan para los desaliñados y en la fundición continua(1,2), con un respetable 5 de ellos que van al vertedero después de su uso(3). Los desmotados están estrechamente relacionados con los cucharón, que se utilizan para transportar metal fundido desde el horno hasta el tundish antes de la fundición. Estos cucharones grandes, refractarios, son operacionalmente muy similares a los delos tundishey por lo tanto los principios para el diseño de revestimiento de tundish y los materiales se aplican en gran medida a los cucharones también.

diagrama de flujo que muestra cómo el tundish utiliza

Diseño de revestimientos de artesa

Los revestimientos de tundish son, en muchos casos, asuntos estratificados. La superposición de diferentes materiales refractarios a diferentes espesores se asocia con la longevidad de la planta en cuestión(4). Un material refractario que está en contacto con el metal fundido es a menudo a base de magnesia y puede ser de yeso (pulverizado) o forma de ladrillo. A continuación se encuentra el "revestimiento de respaldo", que es el revestimiento más grande por espesor y masa y proporciona la mayoría de las propiedades de aislamiento térmico. A menudo se basa en alúmina. Por último, hay un "revestimiento de seguridad" entre la alúmina y la carcasa exterior de acero del tundish para garantizar que no alcance una temperatura crítica de seguridad(5).

Los principales componentes de los revestimientos de tundish a menudo se componen de ladrillos refractarios en lugar de monolitos. Esto se debe a que un ladrillo es más fácil/más barato de producir que un monolito, y estos ladrillos se pueden reemplazar cuando es necesario, pero en general un monolito es más duradero que un ladrillo. Los desaliñados con frecuencia no son muy largos, por lo que la necesidad de utilizar un dispositivo como un monolito para dar la vuelta a una esquina es una ocurrencia muy rara. Los revestimientos tundish deben ser capaces de soportar los golpes térmicos, ser resistentes a la pérdida térmica y resistir la corrosión/oxidación, todo durante períodos prolongados de tiempo. Es imperativo que el metal fundido enfríe y solidifique en el molde, por lo tanto, los desbaños están aislados con varias capas de refractarios como se mencionó anteriormente(6).

En general, se puede decir que un forro de tundish ideal tendrá las siguientes cualidades:

  • Capacidad para soportar temperaturas superiores a 1.500 oC
  • Mantenimiento de su forma a altas temperaturas
  • Resistencia al ataque por escoria
  • No tener interacción química o física con el metal fundido
proceso usando tundishes
shutterstock_382214896 cuadrado

Materiales utilizados para revestimientos de artesa

Después de un período de tiempo, un tundish tendrá que ser 'desencalado'. Es decir, el residuo de acero endurecido/escoria que se forma después de largos períodos de procesamiento en la parte inferior del tundish.

Es fundamental tener en cuenta no sólo las propiedades del material en sí al seleccionar refractarios para revestimientos de tundish, sino las propiedades que surgen de la forma física que toma. Los deslípedos con capas de ladrillos refractarios tienden a ser reemplazados antes que los revestimientos hechos de refractarios monolíticos o vertidos(7), con datos que muestran que los ladrillos pueden durar menos de cinco calores antes de necesitar ser reemplazados o reacondicionados, en comparación con más de 30 para un monolito. Los primeros revestimientos de color aderezo estaban hechos de silicato de sodio, formado a partir de la reacción de sílice e hidróxido de sodio.

Los materiales de revestimiento de tundish comunes para fundición de acero incluyen sílice, magnesia y alúmina. Una preocupación con el uso de refractarios de sílice pura para revestimientos de tundish es que es capaz de oxidar ciertos materiales dentro del acero fundido, por ejemplo manganeso en acero Hadfield(8). Los informes sugieren que, en determinadas condiciones, podría formarse una capa de óxido de manganeso en la interfaz de acero-tundish fundido, devaluando así el acero y reduciendo la eficiencia del propio tundish.

A continuación se analizan algunos otros componentes ampliamente utilizados de los revestimientos de los tundish y los aditivos para el tundish.

proceso usando tundish

Vaso

En el tundish, sílice y/o vidrio molido se puede utilizar para eliminar el óxido de hierro del hierro fundido o el acero(9). Al eliminar este óxido de hierro, puede prevenir incursiones aguas abajo y contribuciones al exceso de producción de escoria que pueden ser perjudiciales para los refractarios de tundish posteriores. La producción de acero molido utiliza vidrio molido extensamente, ya que es capaz de reemplazar el silicida de calcio para la conversión de aluminio sobrante y óxido de aluminio en el acero fundido. Como parte del revestimiento de la tundish, el cullet de vidrio molido se puede utilizar y se comporta como un flujo, ayudando a purificar el metal fundido(10), proporcionando beneficios térmicos y ofrece beneficios aguas abajo, incluyendo la mejora de la ductilidad y la maquinabilidad.

Polvo de carbón / antracita en polvo

El carbono de magnesia es un material refractario que está hecho de magnesia y una
fuente de carbono, como polvo
de carbón, antracita o grafito(11). Una de las principales ventajas de la magnesia-carbono es que el carbono presente modula la expansión de la magnesia a altas temperaturas, lo que la convierte en un material más estable a largo plazo. También se ha informado de que el desaguado térmico (agrietamiento de la superficie refractaria a temperatura, con la posibilidad de que las piezas se rompan) se reduce con el aumento del contenido de grafito/antracita(12). El módulo del material del Joven también se dice que se incrementa con carbono adicional(13). En la producción de hierro y acero, la degradación del revestimiento de carbono de magnesia puede acelerarse por la oxidación del carbono por óxido de hierro(14), cuyo impacto puede reducirse mediante la adición de pequeñas cantidades de aluminio. La antracita se puede incluir en cantidades de hasta 15.

shutterstock_1020003745 ancho

Arena de cromo

El cromo de magnesia es una opción popular de refractario para revestimientos de tundish para metales ferrosos y no ferrosos. Se compone de magnesia y
arena cromada
que se han curado en un ladrillo refractario poroso, con la adición de cromita siendo responsable de las propiedades de conductividad térmica mejoradas en relación con la magnesia pura(15).

Además de los ladrillos y revestimientos refractarios convencionales, el cromo encuentra uso en el espacio de fundición continua como parte de la mejora del yeso de magnesia. Este yeso se aplica a menudo ya que la capa superior (en contacto con el metal fundido) es un refractario "convencional", o para cubrir sobre las articulaciones entre ladrillos refractarios. Tradicionalmente se compone principalmente de magnesia porosa, que tiene una tendencia a ser destruida por la presencia de óxido de calcio o sílice en la escoria a fuego alto. En el yeso moderno y mejorado, grandes cantidades de magnesia se sustituyen por cromita y olivino, en menor medida. La presencia de cromita disminuye la brecha de basicidad, evitando así la penetración del yeso refractario con escoria(16).

Seguridad con respecto a los refractarios a base de cromo

El cromo hexavalente es tóxico para los seres humanos. Mientras que la fabricación de refractarios de tipo cromo normalmente utilizan sólo cromita (que contiene sólo cromo trivalente, Cr(III)), se ha observado transformación a través de oxidación(17) en refractarios de magnesia-cromo y revestimientos de color torádico. La probabilidad de más Cr(VI) es mayor con más cromita que se utiliza en el refractario, pero la adición de dióxido de titanio puede prevenir transformaciones a gran escala a Cr(VI). Estos tratamientos se han informado como la reducción del contenido de Cr(VI) a muy por debajo de los estándares de EE.UU. - pero por encima de Europa - . Este fenómeno es de particular preocupación en la fundición de cobre, donde los refractarios de magnesita-cromo son más comunes(18).

shutterstock_1459648589 cuadrado
shutterstock_1479913295 cuadrado

Impacto de los refractarios como artesanos en la calidad del metal fundido

Con respecto al acero, la identidad y el estado del refractario tundish desempeñan un papel en la calidad del producto de acero final, como parte de las interacciones globales de metal, escoria, refractario y atmósfera(19). Por lo tanto, se puede decir que el tundish puede afectar a los defectos físicos del acero acabado, la cantidad y la naturaleza de las incursiones no metálicas en el acero, y mantener el acero dentro del espacio químico predefinido. Los propios desbaños se utilizan cada vez más para ayudar en la purificación del acero fundido para prevenir la oxidación y absorber las impurezas no metálicas a través de sus estructuras típicamente porosas(20). Además, las incursiones pueden ser eliminadas por procesos físicos tales como la filtración integrada dentro del tundish, o el tratamiento del metal fundido con gas soplado a través del cuerpo del tundish(21).

Degradación de los revestimientos de artesa: la influencia de la escoria

La escoria es una parte en gran medida inevitable del proceso de fundición de metales ferrosos y tiene interacciones complejas con revestimientos de tundish refractarios, que generalmente no benefician al régimen general de fundición. Algunos de los impactos de la escoria han sido previamente tocados, y las interacciones refractario-escoria se consideran como una de las partes más perjudiciales de la fundición(22). Los informes sugieren que la forma óptima de garantizar que no se acumule escoria de sabor, escoria de la fundición y del cucharón debe eliminarse antes de llegar al tundish por medios físicos o químicos(23). Además, el uso de un refractario de temperatura adecuadamente alta como la cromita en contacto con el metal fundido puede disminuir los efectos potenciales de la escoria de la rallada que impregna el refractario, lo que la hace ineficiente en condiciones de funcionamiento(24). Según los informes, los refractarios de alto contenido de alúmina son menos propensos a la penetración de escoria(25).

diagrama de proceso que utiliza tundishes

Resumen

  • Los tundishes son una parte esencial e importante de la industria moderna de fundición de metales
  • Los revestimientos de tundish están formados por capas de materiales refractarios, a menudo a base de alúmina y magnesia, con frecuencia teniendo otros refractarios incluidos en su fabricación como la cromita, el vidrio molido y la antracita
  • Los refractarios en el tundish no sólo proporcionan beneficios de control de temperatura, sino que también pueden aumentar la calidad del metal fundido acabado al influir en las incursiones errantes
  • La escoria es una preocupación constante en las fundiciones de metales ferrosos, ya que puede interferir con los refractarios en el revestimiento haciéndolos menos eficaces, pero este efecto puede ser mitigado a través de una composición refractaria óptima y la intervención física
Arena cromada
glass_powder
coal_dust
Harina de cromomita en una olla

Referencias

1 J. Madias, AISTech 2018 Proceedings, 2018, 3271

2 T. Emi, J. Kor. Ceram. Soc., 2003, 40, 1141

3 A. Eschner, gestión ECO de refractarios en Europa, en UNITECR '03 - Int. Tecnología. Conf. Refractarios, Osaka, 2003

4 J.P. Birat et al., The Making, Shaping and Treating of Steel (11th ed.), The AISI Steel Foundation, Warrendale, PA, Estados Unidos, 2003

5 J.W. Stendera, Refractan. Appl. Noticias, 2002, 6, 26

6 Patente de los Estados Unidos US3963815A, 1974, expiró

7 Y. V. Materikin y V. A. Molochkov, Refractarios, 1983, 24, 108

8 F. Cirilli et al., Ladle-tundish refractario lining chemical interaction with carbon steels, en METEC InSteelCon, Dusseldorf, 2011

9 E. T. Turkdogan, Ironmaking and Steelmaking, 2004, 31, 131

10 Patentes de los Estados Unidos US5366535A, 1992, expiró y US617437B1, 1996, expiró

11 E. M. W. Ewais, J. Ceram. Soc. Japón, 2004, 112, 517

12 D. Campana, Choque térmico de refractarios magnesia-grafito,en UNITECR '91 - Int. Tecnología. Conf. Refractarios, Achen, 1991

13 K. Ichikawa et al., Efecto de la adición de tono en los ladrillos MgO-C,en UNITECR '95 - Int. Tecnología. Conf. Refractarios, Kioto, 1995

14 S. Zhang y W. E. Lee, Int. Mater. Rev., 2000, 45, 41

15 R. Cromarty et al., J. S. Afr. Inst. Min. Metall., 2014, 114, 4

16 M. Kalantar et al., J. Mater. Eng. Perf., 2010, 19, 237

17 T. Xu et al., J. Alloys and Compounds, 2019, 786, 306

18 l. Pérez et al., Ceram. Int., 2019, 45, 9788

19 J. Poirier, Metall. Res. Technol., 2015, 112, 410

20 S. Aminorroya et al., Basic Tundish Powder Evaluation for Continuous Casting of Clean Steel, en AIS Tech - The Iron & Steel Technology Conference and Exposition, Cleveland, 2006

21 O. B. Isaev, Metalúrgico, 2009, 53, 672

22 B. Bul'ko et al., Acta Metallurg. Slovaca, 2014, 20, 318

23 B. Bul'koet al., Acta Metallurg. Slovaca, 2011, 17, 51

24 V. Rusáková et al., Acta Metallurg. Slovaca, 2007, 13, 345

25 K. K. Kappmeyer et al., JOM, 1974, 26, 29