Una introducción a los tundishes
La producción de metal moderno simplemente no funcionaría sin tiras, donde la producción sería ineficiente y más costosa. Mediante el uso de desbaños refractarios, el proceso de fundición de metal se mejora en gran medida. Los componentes principales de revestimientos de tirano como la cromo y la antracita están disponibles en pegmatita africana , el proveedor industrial preferido para una gran cantidad de refractarios y minerales para la industria de la fundición.
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 grandes cubos forrados refractarios son operativamente muy similares a los tiranos y, por lo tanto, los principios para el diseño del forro de los tiranos y los materiales también se aplican en gran medida a los cucharones.
La fundición continua representa un cambio radical en la producción de metales, asegurando una mayor eficiencia basada en mayores tasas de utilización del equipo y poca o ninguna degradación en proceso de los materiales fundido. Las modernas técnicas de fundición continua utilizando barrigas altamente optimizadas pueden proceder a más de 1.000 vertidos de cucharón antes de que el forro del cucharón necesite ser reemplazado(4). Los tundishes son sólo una parte de un sistema altamente intrincado que colectivamente trae mineral de metal hasta llegar a un bloque de metal refinado. Sin barrigas y su impacto en el método de fundición continua, las fundiciones modernas y las fábricas de acero serían menos eficientes, lo que resultaría en mayores costos para el comprador del metal.
Por diseño, los barrigas tienden a ser de formas geométricas simples , como valles alargados. Esto es para facilitar la fabricación, pero también la facilidad de aplicar y quitar revestimientos de tirantes cuando sea necesario. El diseño debe tener en cuenta para garantizar el mantenimiento de la fluidez, aunque se pueden aplicar gradientes simples para lograrlo.
Diseño de forros tundish
Los revestimientos de tundish son, en muchos casos, asuntos estratificados. La estratificación de diferentes materiales refractarios a diferentes espesores se asocia con la longevidad de la planta en cuestión(5). 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, existe un «forro de seguridad» entre la alúmina y la carcasa exterior de acero del esmoquin para garantizar que no alcance una temperatura crítica para la seguridad(6).
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 se enfríe y se solidifique en el molde, por lo tanto, las barrigas están aisladas con varias capas de refractarios como se mencionó anteriormente(7).
En general, se puede decir que un forro de tundish ideal tendrá las siguientes cualidades:
- Capacidad para soportar temperaturas superiores a 1.500 °C
- Mantenimiento de su forma a altas temperaturas
- Resistencia al ataque por escoria
- No tener interacción química o física con el metal fundido
Materiales utilizados para forros de tirantes
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. El material deskulled a menudo se puede reintroducir en la fase anterior de fundición o alto horno - la escoria presente no planteará un problema aquí.
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 tundishes forrados con capas de ladrillos refractarios tienden a tener que ser reemplazados antes que los forros hechos de refractarios monolíticos o vertidos(8), 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 tirantes es que es capaz de oxidar ciertos materiales dentro del acero fundido, por ejemplo manganeso en acero Hadfield(9). 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.
Vidrio
En el tundish, sílice y/o vidrio molido se puede utilizar para eliminar el óxido de hierro del hierro fundido o el acero. 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 sílice es capaz de eliminar el óxido de hierro del acero, del esmoquin y del propio acero derretido(10) - esta es una característica magníficamente útil. El vidrio molido comparte este comportamiento. En la producción de acero muerto de aluminio, el uso de vidrio molido niega la necesidad de utilizar silicuro de calcio que se incluiría para convertir partículas errantes de alúmina en el derretimiento. Las cantidades en el orden de 122 g de vidrio molido por tonelada de metal fundido son suficientes. El silicuro de calcio es altamente inflamable y es conocido por la combustión espontánea en el aire. 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 barriga, el cullet de vidrio molido se puede utilizar y se comporta como un flujo, ayudando a purificar el metal fundido(11), ofreciendo beneficios térmicos y ofrece beneficios aguas abajo, incluyendo la mejora de la ductilidad y la maquinabilidad.
Polvo de carbón/antracita en polvo
El carbono magnesia es un material refractario hecho de magnesia y una
fuente de carbono, como polvo de carbón,
antracita o grafito(12). 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 corte 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(13). También se dice que el módulo del material del Young se incrementa con carbono adicional(14). En la producción de hierro y acero, la degradación del revestimiento de tundish de carbono de magnesia se puede acelerar mediante la oxidación del carbono por óxido de hierro(15), cuyo impacto puede reducirse mediante la adición de pequeñas cantidades de aluminio. La antracita se puede incluir en cantidades de hasta 15.
Arena cromada
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 cromo siendo responsable de las propiedades de conductividad térmica mejoradas en relación con la magnesia pura. Los forros tundish a menudo están hechos de cromo que contiene materiales refractarios - estos son de hecho la opción más utilizada de forros debido a la tolerancia al calor superior del material cromado, estabilidad y también - crucialmente - resistencia al ataque químico(16). Comúnmente utilizado como parte de ladrillos refractarios cromados de magnesia, el cromo presente añade más calor, tolerancia química y de choque al ya bien rendimiento ladrillo manganeso. Otros usos comunes y relacionados en el ajuste refractario y tundish incluyen yeso refractario (muy similar al cemento refractario mencionado anteriormente), que se aplica para llenar los huecos entre ladrillos y los huecos entre monolitos más pequeños si no se va a utilizar un monolito grande. El yeso refractario es típicamente un yeso pesado en manganeso y en muchos casos es suficiente por sí solo. La adición de cromo aumenta la tolerancia al calor del yeso y reduce la capacidad del yeso para ser penetrado por sílice u otros componentes dañinos que pueden surgir de la escoria..
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 como la capa superior (en contacto con metal fundido) encima de 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 cromo disminuye la brecha de basicidad, evitando así la penetración del yeso refractario con escoria(17). El rendimiento refractario general se incrementa mediante el uso de cromo, al igual que la vida útil del revestimiento de tundish en sí.
Seguridad con respecto a los refractarios basados en Chrome
El cromo hexavalente es tóxico para los seres humanos. Mientras que la fabricación de refractarios de tipo cromo normalmente utiliza sólo cromo (que contiene sólo cromo trivalente, Cr(III)), se ha observado la transformación a través de la oxidación(18) en refractarios de magnesia-cromo y revestimientos de tiranos. 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 particularmente preocupante en la fundición de cobre, donde los refractarios de magnesita-cromo son más comunes(19).
Impacto de los refractarios como tundishes 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 en y de revestimientos de tundish: 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 se han tocado previamente, y las interacciones refractaria-escoria se consideran como una de las partes más perjudiciales de la fundición(23). Los informes sugieren que la forma óptima de garantizar que no se acumule escoria de tundish, escoria de fundición y del cucharón debe eliminarse antes de llegar al esmoquin por medios físicos o químicos(24). Además, el uso de un refractario de temperatura convenientemente alto, como el cromo en contacto con el metal fundido, puede disminuir los efectos potenciales de la escoria de tundish impregnando el refractario haciéndolo ineficiente en condiciones de funcionamiento(25). Se dice que los refractarios de alto contenido de alúmina son menos propensos a la penetración de escoria(26).
Además del perjuicio antes mencionado al proceso causado por la escoria, es cierto que el tiranoso tiene un impacto en el resultado del metal - principalmente basado en su interacción con la escoria. Se ha informado de que el esmoquin debe actuar como un "refinador continuo y no como un contaminador continuo"(27). Esto da lugar al fenómeno del "flujo de tundish", que a su vez es una escoria que se añade sobre el metal fundido en el esmoquin. Tiene un punto de fusión más bajo que el metal fundido, pero actúa como una "tapa" para el tirano para evitar la pérdida de calor a la atmósfera, o oxidación directamente de ella. Los fundentes tundish cumplen con la aplicación de "refinador" requerida de un tirano al ser capaz de eliminar las incursiones no metálicas de metales fundidos. Los fundentes de tundish comprenden una capa de escoria líquida, una capa sinterizado y una superior en polvo(28). Además, la investigación ha demostrado que a través de una cuidadosa selección de materiales de flujo de esmoquin, se puede aumentar la transferencia de oxígeno entre el metal fundido y el flujo de tundish/tundish(29). Esto es ventajoso ya que el oxígeno residual en el metal fundido puede permitir la oxidación (la producción de óxidos puede causar problemas aguas abajo si se permite en el metal vertido). Escorias altamente básicas - como aquellos con un pH mayor o más de 11 y hechos principalmente de óxido de calcio y sílice son más eficaces. Los aceros fundidos de la más alta calidad pueden no contener más que trazas de oxígeno.
Consultoría de óxido de manganeso
- 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
- Otro tipo de escoria se puede añadir para ayudar al tirano en etapas posteriores, con aplicaciones en la eliminación de gas
Como partes integrales de la fundición continua moderna de metales, las barrigas son componentes esenciales. El esmoquin se compone de capas de materiales, incluyendo refractarios incluyendo arena cromada, vidrio en polvo y antracita - todos los cuales están disponibles en calidad superior de Pegmatite africano, a prácticamente cualquier especificación imaginable.
Referencias
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2 T. Emi, J. Kor. Ceram. Soc., 2003, 40, 1141
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8 Y. V. Materikin y V. A. Molochkov, Refractories, 1983, 24, 108
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10 E. T. Turkdogan, Ironmaking and Steelmaking, 2004, 31, 131
11 Patentes de los Estados Unidos US5366535A, 1992, expiró y US617437B1, 1996, expiró
12 E.M. W. Ewais, J. Ceram. Soc. Japón, 2004, 112, 517
13 D. Campana, choque térmico de refractarios de magnesia-grafito,en UNITECR '91 - Int. Tecnología. Conf. Refractarios, Achen, 1991
14 K. Ichikawa et al., Efecto de adición de tono en ladrillos MgO-C,en UNITECR '95 - Int. Tecnología. Conf. Refractarios, Kioto, 1995
15 S. Zhang y W. E. Lee, Int. Mater. Rev., 2000, 45, 41
16 R. Cromarty et al., J. S. Afr. Inst. Min. Metall., 2014, 114, 4
17 M. Kalantar et al., J. Mater. Eng. Perf., 2010, 19, 237
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19 l. Pérez et al., Ceram. Int., 2019, 45, 9788
20 J. Poirier, Metall. Res. Technol., 2015, 112, 410
21 S. Aminorroya et al., Evaluación básica de polvo de tundish para fundición continua de acero limpio,en AIS Tech - The Iron & Steel Technology Conference and Exposition, Cleveland, 2006
22 O.B. Isaev, Metalúrgico, 2009, 53, 672
23 B. Bul'ko et al., Acta Metallurg. Slovaca, 2014, 20, 318
24 B. Bul'koet al., Acta Metallurg. Slovaca, 2011, 17, 51
25 V. Rusňáková et al., Acta Metallurg. Slovaca, 2007, 13, 345
26 K. K. Kappmeyer et al., JOM, 1974, 26, 29
27 Y. D. Yang y A. McLean, Algunas consideraciones metalúrgicas relativas al desarrollo de la calidad del acero,en: S. Seetharaman (ed.) Tratado sobre metalurgia de proceso,2014, Elsevier, Amsterdam
28 H.-H. Wang et al., J. Iron Steel Res. Int., 2011, 18, 16
29 S. Hiwasa et al., Transferencia de oxígeno entre fundente y acero en esmoquin de fundición continua,en: 4ª Conferencia Internacional sobre escorias fundidas y fundentes,Sendai, Japón, 1992
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