ES2203908T3 - Dispositivo de proteccion del extremo de inyeccion de un quemador y dispositivo de calentamiento que lo comprende. - Google Patents
Dispositivo de proteccion del extremo de inyeccion de un quemador y dispositivo de calentamiento que lo comprende.Info
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Abstract
EL DISPOSITIVO DE PROTECCION DE UNA SALIDA DE EYECCION DE UN QUEMADOR (24) MONTADO A TRAVES DE UNA PARED DE UN HORNO TIENE UNA PANTALLA TERMICA PERIFERICA (54) Y MEDIOS (56) DE MONTAJE DE DICHA PANTALLA TERMICA (54) ALREDEDOR DE LA SALIDA DE EYECCION DEL QUEMADOR (24). LA PANTALLA TERMICA (54) COMPRENDE UNA ESTRUCTURA CONSUMIBLE DE MATERIAL REFRACTARIO Y LOS MEDIOS DE MONTAJE (56) TIENEN MEDIOS DE DESPLAZAMIENTO DE LA PANTALLA TERMICA (54) RESPECTO A LA PARED DEL HORNO ENTRE AL MENOS DOS POSICIONES SEPARADAS SEGUN EL EJE DEL QUEMADOR. APLICACION EN LOS QUEMADORES DE HORNOS GIRATORIOS DE FUSION DE FUNDICION.
Description
Dispositivo de protección del extremo de
inyección de un quemador y dispositivo de calentamiento que lo
comprende.
La presente invención se refiere a un dispositivo
de protección de una salida de eyección de un quemador montado a
través de una pared de un horno, del tipo que comprende una
pantalla térmica periférica y medios de montaje de dicha pantalla
térmica alrededor de la salida de eyección del quemador.
La invención se refiere igualmente a un
dispositivo de calentamiento que comprende un quemador y un
dispositivo de protección del tipo anteriormente citado. La
invención se refiere más particularmente a un quemador según el
preámbulo de la reivindicación 1.
En ciertas aplicaciones, como por ejemplo en los
hornos rotativos de fusión de arrabio, los quemadores utilizados
experimentan fuertes agresiones debidas por una parte a la
radiación térmica y por otra parte a los ataques químicos
provocados por los cuerpos resultantes de la fusión de arrabio. En
este tipo de hornos, es conocido prever medios de refrigeración con
agua del extremo de eyección del quemador. Estos medios de
refrigeración comprenden un órgano tubular de protección por el cual
circula agua de refrigeración. Este órgano tubular está montado
axialmente respecto al extremo del quemador y sobresale en el
interior del horno.
Una disposición de este tipo es poco práctica ya
que necesita la colocación de un equipo costoso y voluminoso
adaptado para asegurar la circulación del agua en el órgano de
protección. Además, la presencia de un circuito de agua presenta un
riesgo de ruptura del circuito en caso de parada del horno cuando la
temperatura es inferior a 0ºC.
Por el documento
EP-A-582.521 es conocido un quemador
provisto de una pantalla térmica de material refractario.
La invención tiene por objeto proponer un
quemador que comprenda un dispositivo de protección de la salida de
eyección del quemador y un dispositivo de calentamiento que incluya
dicho quemador, que no presente los inconvenientes mencionados
anteriormente, y que permita librarse de la existencia de un
circuito de agua voluminoso y fuente de disfuncionamientos.
A este respecto, la invención tiene por objeto un
quemador según el preámbulo de la reivindicación 1, caracterizado
porque la pantalla térmica comprende una estructura consumible en
material refractario con la forma de un manguito cuya posición
puede ajustarse y que sobrepasa siempre el extremo de eyección del
quemador una misma distancia.
Según modos particulares de realización, el
quemador comprende una o varias de las características
siguientes:
- -
- los medios de montaje están dispuestos entre el quemador y la pantalla térmica, de forma que la pantalla térmica esté soportada por el quemador;
- -
- el quemador comprende una cubierta que incluye conductos de envío del combustible y del comburente, cuya cubierta es tubular sobre al menos una parte de su extensión, y los medios de desplazamiento comprenden un órgano de guiado introducido en la parte tubular de la cubierta, con el fin de asegurar el deslizamiento de la pantalla térmica sobre la cubierta;
- -
- el órgano de guiado está provisto de dos bridas acopladas, incluyendo una junta tórica de ajuste aplicada contra la superficie exterior de la parte tubular de la cubierta, así como medios de apriete de las dos bridas una sobre la otra, con el fin de comprimir la junta tórica asegurando así un mantenimiento en posición de la pantalla térmica con relación a la cubierta del quemador;
- -
- el material refractario que constituye la indicada estructura es un aluminosilicato que comprende en masa x % de SiO_{2} e y % de Al_{2}O_{3} con una relación x/y comprendida entre un tercio y dos tercios y particularmente próxima a un medio;
- -
- la suma de x + y de los porcentajes en masa de SiO_{2} y de Al_{2}O_{3} es superior al 90%; y
- -
- la indicada estructura es un adobe que ha experimentado, antes del montaje, una etapa de cocción a una temperatura superior a 1000ºC.
La invención tiene además por objeto un
dispositivo de calentamiento que comprende un quemador asociado con
un dispositivo de protección tal como se ha definido
anteriormente.
La invención se comprenderá mejor con la lectura
de la descripción que sigue, dada únicamente a título de ejemplo y
realizada haciendo referencia a los dibujos en los cuales:
- -
- la figura 1 es una vista esquemática en sección longitudinal de un horno rotativo de fusión de arrabio provisto de un quemador según la invención;
- -
- la figura 2 es una vista en sección longitudinal de un quemador asociado con un dispositivo nuevo de protección según la invención; y
- -
- la figura 3 es una vista en sección longitudinal del quemador de la figura 1 asociado con un dispositivo de protección según la invención que ha experimentado ya un largo periodo de funcionamiento.
En la figura 1 se ha representado un horno
rotativo 10 de fusión de arrabio provisto de un quemador según la
invención. El horno comprende un recinto 12 con eje de revolución
horizontal, indicado por X-X. El recinto 12 está
delimitado en su parte corriente por una pared cilíndrica 14 que
comprende, en cada extremo 16, unas paredes de obturación
troncocónicas. En un extremo 18, el horno comprende axialmente unos
medios 20 de introducción de los metales de fundición. Comprende, en
su otro extremo, una salida 22 para la fundición en fusión.
Según el eje X-X está dispuesto,
en la parte opuesta al extremo 18 de llegada de los materiales a
fundir, un quemador 24 adaptado para producir una llama 26 según
el eje del horno. El quemador 24 está soportado por una puerta 28
de obturación del horno articulada alrededor de un eje
Y-Y vertical. El horno está soportado en su parte
corriente por dos coronas de rodillos 30, comprende además medios
de arrastre en rotación no representados.
La pared inferior del horno está tapizada con un
revestimiento refractario de silíceo 32 incluyendo aproximadamente
un 95% en peso de SiO_{2} y un 4% en peso de Al_{2}O_{3},
estando el resto constituido por impurezas.
El quemador montado sobre la puerta está
representado a mayor escala en las figuras 2 y 3.
La puerta comprende una pared metálica exterior
34 revestida interiormente por un material refractario 36 análogo al
revestimiento 32 utilizado para la pared interior del horno.
El quemador comprende, de forma clásica, una
cubierta o cuerpo 38, generalmente de revolución. Esta cubierta está
separada por una pared transversal 40 que delimita en esta una
cámara de llegada del gas combustible 42 dispuesta en la parte
posterior y una cámara de llegada del gas comburente 44. Esta última
desemboca en el extremo delantero del cuerpo, directamente en el
interior del horno por una abertura 46. Cada cámara 42, 44 está
conectada con una fuente de alimentación de gas correspondiente, por
una conexión lateral, indicada 42A y 44A respectivamente.
La cámara 42 de entrada del gas combustible se
comunica con tres tubos 48 de inyección del gas combustible. Estos
tubos atraviesan la pared 40 y están soportados por esta. Los mismos
se extienden por la cubierta 38 según el eje el quemador y
sobresalen más allá de la abertura 46.
La cubierta 38 del quemador está conectada
fijamente a la placa 34 de la puerta por un bastidor de soporte 50
representado esquemáticamente en las figuras.
Además, según la invención, el quemador está
asociado con un dispositivo 52 de protección de la salida de
inyección del quemador. Este dispositivo 52 comprende
esencialmente una pantalla térmica 54 soportada por unos medios 56
de montaje de esta sobre la parte corriente cilíndrica indicada por
38A de la cubierta.
La pantalla térmica 54 está formada por un órgano
tubular o manguito. Así, presenta una superficie cilíndrica externa
indicada 54A y un paso cilíndrico interno 54B. El diámetro de este
último es constante y es muy ligeramente superior al diámetro
externo de la parte corriente 38A del cuerpo del quemador. La salida
de eyección del quemador donde desembocan los extremos de las cañas
48 y de la cámara 44 es recibida en el paso 54B, estando el
manguito parcialmente acoplado en la parte corriente 38A del
cuerpo.
Así, el manguito atraviesa el guarnecido 36 de la
puerta por una abertura cilíndrica 36A. Un faldón 57 de protección
de la pantalla térmica, formado por una pared tubular, prolonga la
abertura cilíndrica 36A y sobresale fuera del horno. El faldón 57
es solidario de la pared 34.
El manguito 54 sobresale en el interior del horno
en un extremo delantero según una distancia de 7 cm. Su extremo
posterior sobresale fuera del horno más allá de la placa 34 de la
puerta. Este extremo posterior es solidario de los medios de
montaje 56.
El manguito 54 está formado por un adobe que ha
experimentado, antes del ensamblaje con los medios de montaje 56,
una etapa de cocción previa a una temperatura superior a 1000ºC,
El material refractario que constituye el
manguito 54 es un aluminosilicato que comprende ventajosamente en
masa x % de SiO_{2} e y % de Al_{2}O_{3}, estando la relación
x/y comprendida entre un tercio y dos tercios y ventajosamente
próxima a un medio.
Además, la suma de x + y de los porcentajes en
masa de SiO_{2} y de Al_{2}O_{3} es superior al 90%.
La tabla que sigue describe, a título de ejemplo,
la composición del manguito 54 analizada por un método de
fluorescencia X. El manguito fue analizado después de un uso en un
horno. La composición se determinó en tres puntos distintos del
manguito localizados como sigue:
Extrados: parte del manguito que sobresale
en el horno, fuera de la superficie del extremo delantero;
Intrados: parte corriente del manguito,
particularmente en la zona posterior de este;
Suciedad: superficie de extremo delantero
del manguito, es decir la parte anular en curso de degradación en
la parte delantera del manguito.
\newpage
Con el fin de asegurar un buen comportamiento del
manguito 54 a la llama, así como una buena resistencia al choque
térmico, particularmente durante las fases de parada y de puesta en
marcha del horno, el manguito se realiza de la forma siguiente.
Los materiales en forma de granulados que
constituyen la estructura del manguito están dispuestos en un molde
cilíndrico que define la forma del manguito con el fin de realizar
un adobe.
Para asegurar un sinterizado correcto, el
apisonado o apriete del adobe en el molde se realiza con cuidado,
particularmente mediante aporte de capas sucesivas de 2 o 3 cm de
espesor cada una apisonada con un pisador neumático.
La cocción del adobe se realiza seguidamente
según un perfil convencional de subida de temperatura adecuada para
los adobes hasta una temperatura de 1350ºC.
Después de la cocción y desmoldeo, el adobe
presenta las características siguientes:
| Constituyente de base | Chamota |
| Dilatación media entre 0 y 1000°C | 3.10^{6} |
| Características físicas | |
| Densidad después del calentamiento a 1000°C | 2,3 T/m^{3} |
| Coeficiente de conductibilidad | |
| En Kcal m^{2}hºC a 600ºC | 0,7 |
| \hskip2.5cm 800ºC | 0,7 |
| \hskip2.5cm 1200ºC | 1 |
| Resistencia a la compresión en frío después del | 350 Kg/cm^{2} |
| calentamiento a 1100ºC | |
| Cono piroscópico | 36 |
| Temperatura límite de empleo | 1500°C |
| Hundimiento bajo carga de 2 bares | 0,5% a 1200ºC y 5% a 1340ºC |
Los medios de montaje 56 están adaptados para
asegurar un desplazamiento de la pantalla térmica 54 con relación a
la pared del horno entre al menos dos posiciones espaciadas según
el eje del quemador. Comprenden a este respecto un tubo de guiado 58
de diámetro interior ligeramente superior al diámetro externo de la
parte corriente 38A de la cubierta. El tubo 58 comprende, en su
extremo delantero, una placa anular transversal 60 provista de
perforaciones de fijación de la pantalla 54. A este respecto, este
comprende anclajes 62 de los cuales los extremos roscados son
recibidos a través de las perforaciones y mantenidos en su sitio
por unas tuercas 64.
En su extremo posterior, el tubo 58 comprende una
brida anular 66 perforada por un conjunto de orificios aterrajados.
Contra esta brida se aplica una brida complementaria 68 sujeta en
la primera brida 66 por unos tornillos 70 que forman medios de
apriete de las dos bridas una contra la otra según el eje del
quemador.
La brida 68 comprende a nivel de su diámetro
interior, sobre su superficie de contacto con la primera brida 66,
un refrentado 72 en el cual es recibida una junta tórica de apriete
74 cuyo diámetro corresponden sensiblemente al diámetro exterior de
la parte corriente 38A de la cubierta. Así, la junta tórica 74 se
encuentra en contacto con la superficie lateral de la cubierta.
Se comprende que, cuando los medios de apriete 70
están desaflojados, la junta tórica 74 no está comprimida, el tubo
58 queda libre para deslizarse axialmente a lo largo de la parte
corriente 38A de la cubierta desde una posición retrasada
representada en la figura 2 hasta una posición avanzada representada
en la figura 3. Arrastra con él la pantalla térmica 54.
Por el contrario, cuando los medios de apriete 70
mantienen la brida 68 contra la brida 66, la junta 74 se comprime y
ejerce una fuerza de roce sobre la parte corriente 38A de la
cubierta, asegurando una sujeción en posición de la pantalla
térmica 54. Así, en función de la longitud del manguito 54, la
posición de la pantalla térmica puede ajustarse, de forma que el
manguito 54 sobresalga con relación al guarnecido 36 en una
extensión predeterminada. Ventajosamente, esta extensión es del
orden de 7 cm.
Cuando el manguito 54 es nuevo, como se ha
representado en la figura 2, este presenta una gran longitud, por
ejemplo igual a 40 cm. Así, los medios de montaje 56 se mantienen
atrás y lo esencial de la longitud del manguito 54 se extiende
hacia atrás del forro 36.
Durante le funcionamiento del quemador, la
superficie anular de extremo del manguito contenido en el interior
del horno se degrada progresivamente, particularmente bajo la acción
química de las moléculas de óxidos de hierro y de manganeso
producidas por la escoria resultante de la fundición en fusión.
Con la composición y la estructura retenidas para
el material refractario que constituye el manguito 54, se observa
que la erosión del extremo delantero del manguito se realiza según
un plano que se extiende perpendicularmente al eje de este. Así,
con el fin de mantener constante la longitud de la parte del
manguito que sobresale con relación al forro 36, el usuario del
horno avanza periódicamente el manguito para compensar la cantidad
de materia desgastada en su extremo.
Como se ha representado en la figura 3, después
de un cierto tiempo de funcionamiento, los medios de montaje 56 son
prácticamente totalmente recibidos en el interior del faldón 57 y
la longitud que queda del manguito se reduce al espesor del
guarnecido 36 y a la longitud que sobresale con relación a este en
el interior del horno.
Se concibe que con un dispositivo de este tipo,
el extremo del quemador está permanentemente correctamente
protegido, sobrepasando la pantalla térmica siempre el extremo de
eyección del quemador por una misma distancia.
Aunque el material que constituye el manguito 54
experimente una erosión, esta es lo suficientemente lenta para
permitir que un ajuste periódico de la posición de la pantalla
térmica baste para evitar una degradación del extremo del
quemador.
Por último, el bajo coste del manguito permite
que sea sustituido varias veces en el transcurso de vida del horno
sin que grave considerablemente el coste de explotación de
este.
Claims (9)
1. Quemador que comprende una cubierta (38) que
incluye conductos (38) de encauzamiento del combustible y del
comburente y provista en su salida de eyección de un dispositivo de
protección del tipo de pantalla térmica, caracterizado porque
la pantalla térmica (54) comprende una estructura consumible de
material refractario, que tiene la forma de un manguito (54) cuya
posición puede ser ajustada con el fin de sobrepasar siempre el
extremo de eyección del quemador por una misma distancia.
2. Quemador según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende unos medios de desplazamiento
de la pantalla térmica (54).
3. Quemador según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque comprende unos medios de montaje (56)
dispuestos entre el cuerpo del quemador (24) y la pantalla térmica
(34), de forma que la pantalla térmica esté soportada por el
quemador (24).
4. Quemador según una de las reivindicaciones 2 ó
3, caracterizado porque la cubierta (38) es tubular en al
menos una parte de su longitud, y porque los medios de
desplazamiento comprenden un órgano de guiado (58) introducido en la
parte tubular (38A) de la cubierta, con el fin de asegurar el
deslizamiento de la pantalla térmica (54) sobre la cubierta
(38).
5. Quemador según la reivindicación 4,
caracterizado porque el órgano de guiado (58) está provisto
de dos bridas (66, 68) acopladas, incluyendo una junta tórica (74)
de ajuste aplicada contra la superficie exterior de la parte tubular
(38A) de la cubierta (38), así como de medios (70) de apriete de las
dos bridas una sobre la otra, con el fin de comprimir la junta
tórica (74) que asegura así un mantenimiento en posición de la
pantalla térmica (54) con relación a la cubierta (38) del
quemador.
6. Quemador según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material
refractario que constituye la indicada estructura es un
alumino-silicato que comprende en masa x % de
SiO_{2} e y % de Al_{2}O_{3} con una relación x/y comprendida
entre un tercio y dos tercios y particularmente próxima a un
medio.
7. Quemador según la reivindicación 6,
caracterizado porque la suma de x + y de los porcentajes en
masa de SiO_{2} y de Al_{2}O_{3} es superior al 90%.
8. Quemador según la reivindicación 6 ó 7,
caracterizado porque la indicada estructura es un adobe que
ha experimentado, antes del montaje, una etapa de cocción a una
temperatura superior a 1000ºC.
9. Dispositivo de calentamiento que comprende un
quemador (24) según una de las reivindicaciones anteriores, adaptado
para ser montado a través de la pared (28) de un horno.
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