ES2233854T3 - Horno de solera giratoria destinado a la industria siderurgica. - Google Patents

Abstract

Horno de solera giratoria destinado a la industria siderúrgica, que comprende un horno (12, 112) con planta en forma de un anillo, cerrado en su parte inferior por una solera giratoria (14, 114) recubierta de material refractario en su parte superior (15, 115) y una base (28, 128; 30, 130) del horno (12, 112), en el que dicha solera (14, 114) comprende una pluralidad de sectores de un anillo (17, 117; 17¿, 117¿) iguales todos ellos y conectados para formar un anillo, complementario al de la planta interior del horno (12, 112) que giran alrededor del eje central de dicho anillo; por medio de dos conjuntos de ruedas concéntricos (26, 126) dispuestos en dos circunferencias, a iguales distancias, con unos soportes (25, 125), fijados a la base (28) o debajo de la solera (114), complementarios a dos raíles circulares (20, 120), fijados respectivamente debajo de la solera (14) o la base (128), caracterizado porque ambos conjuntos de ruedas (26, 126) y dichos dos raíles (20, 120) están situados demanera que tengan una distribución igual de la carga.

Description

Horno de solera giratoria destinado a la industria siderúrgica.

La presente invención se refiere a un horno de solera giratoria destinado a la industria siderúrgica.

Los hornos de solera giratoria se han utilizado durante mucho tiempo, especialmente en el sector siderúrgico.

Sus usos son muy variados. Por ejemplo, se utilizan para calentar metales en lingotes, planchas o bloques, antes del laminado; o para el tratamiento térmico de materiales, como por ejemplo partes metálicas, vidrio o grafito; o incluso para el procesado de materia prima suelta o aglomerada como carbón o aluminio, o mezclas de materia prima como mineral de hierro con materiales de carbón, o material de desecho rico en hierro con materiales de carbón.

Los hornos de solera giratoria se construyen en distintas formas y con un diámetro que puede variar desde unos pocos metros hasta más de 50 m y con una anchura mayor de 6 m.

Las velocidades de giro de la solera también son variables. Los hornos de solera grande giran incluso a menos de una revolución por hora, mientras que los hornos de solera pequeña, para el calcinado o el procesado de materias primas, alcanzan por ejemplo quince revoluciones por hora.

La solera generalmente presenta forma de anillo y gira por medio de dos conjuntos de ruedas en círculo. Dichos conjuntos de ruedas se encuentran situados en circunferencias próximas a los extremos del anillo.

Las ruedas se desplazan sobre raíles, y existen dos soluciones de construcción posibles diferentes.

Una primera solución es prever unas ruedas integradas con el marco de la solera giratoria y unos raíles fijados al suelo, montados sobre estructuras muy rígidas, a menudo realizadas en hormigón reforzado.

La segunda solución consiste en realizar raíles integrados con el marco de la solera giratoria y ruedas fijadas al suelo, montadas sobre estructuras muy rígidas, a menudo realizadas en hormigón reforzado.

En el último caso, la solera giratoria se debe planear y construir considerando una tensión de fatiga en la estructura metálica, y, como consecuencia, en su recubrimiento refractario, debido al cambio continuo de los puntos de contacto entre las ruedas y los raíles durante el giro de la solera.

Dicha tensión de fatiga puede resultar muy crítica para la vida del refractario y, por tal motivo, se planean los hornos con ruedas situadas en los dos diámetros, interior y exterior, en los mismos radios, de manera que se divida la estructura metálica superior en sectores que dispongan del mismo espacio angular que las ruedas. Al hacer esto, la deflexión de la estructura de la solera debida al cambio de la posición del punto de contacto de las ruedas con los raíles montados sobre la estructura genera tensiones limitadas y elimina o minimiza los movimientos críticos del refractario.

Recientemente se han desarrollado nuevos procedimientos en el campo del tratamiento del metal de hierro que precisan hornos de solera giratoria con zonas de solera de un tamaño considerable, y en algunos casos con velocidades de giro muy elevadas, incluso a más de 15 revoluciones por hora.

Estos hornos de solera giratoria necesitan superficies de solera mayores que las de los hornos que se construían hasta ahora, con diámetros incluso mayores de 50 m y con anchuras de solera mayores de 6 m, incluso superiores a 10 m.

En dichos hornos, ciertos problemas, que no presentan mayor importancia en las aplicaciones tradicionales, se convierten en críticos cuando las dimensiones y las velocidades de giro se incrementan de forma tan considerable. Los problemas principales a los que hay que hacer frente son el desgaste del acoplamiento entre ruedas y raíles, y el curvado de los paneles de la solera debido a la diferencia de temperatura en el panel que soporta la estructura.

Normalmente, las ruedas y los raíles por regla general se encuentran situados sobre dos circunferencias muy próximas a las de los extremos de la solera. Debido a la geometría del sistema, las ruedas de la superficie exterior están más cargadas que las ruedas de la circunferencia interior. Con el incremento en la anchura de la solera, se incrementa dicha diferencia de carga y, como consecuencia, pueden darse grandes diferencias en el desgaste de las ruedas y de los raíles que se encuentran en las dos circunferencias, interior y exterior. El comportamiento descrito anteriormente se puede compensar, por ejemplo, cambiando el tamaño de las ruedas y de los raíles.

En dichos hornos, también es de una importancia primordial el nivelado de la solera. Como es sabido, las vigas de soporte de la solera refractaria se ven sometidas al calor debido a la conducción de calor a través de la solera al mismo tiempo que se enfrían por medio de la irradiación y la conducción con el ambiente inferior. Este hecho normalmente genera, en dichas vigas de soporte, una diferencia de temperatura entre la parte superior y la parte inferior de la solera, dando lugar a un fenómeno de curvado de dicha solera cuando alcanza la temperatura de trabajo.

Cuando se incrementa la anchura de la solera, la construcción tradicional con marcos provistos de paneles tan anchos como la propia solera resulta crítica a causa de las deformaciones debidas a dichos efectos térmicos y las tensiones o deformaciones posteriores que se podrían generar en la estructura refractaria.

Además, dado que algunos hornos de solera giratoria nuevos requieren que su instalación se realice a una altura considerable sobre el nivel del suelo, incluso de más de 20 metros, los soportes elevados del horno, que tienen que soportar las ruedas o los raíles de la solera, incrementan la flexibilidad de la estructura. En particular, si dicha estructura, sometida a la carga de la solera, genera desviaciones diferentes de un punto a otro, y especialmente de un modo asimétrico, las tensiones inducidas pueden resultar muy críticas, provocando complicaciones funcionales y el fenómeno de fatiga durante el funcionamiento de los hornos.

El objetivo general de la presente invención es mejorar, en un horno de solera giratoria el rendimiento de las ruedas y de los raíles, y reducir las tensiones sobre las estructuras de la solera giratoria y de su recubrimiento refractario.

Otro objetivo es superar los inconvenientes existentes de la técnica de construcción convencional mencionadas anteriormente de un modo extremadamente sencillo, económico y especialmente funcional.

A la vista de los objetivos mencionados, según la presente invención, se ha intentado realizar un horno de solera giratoria destinado a la industria siderúgica, que presente las características previstas en las reivindicaciones adjuntas.

Las características funcionales y estructurales de la presente invención, así como sus ventajas con respecto a la técnica anterior, se pondrán claramente de manifiesto a partir de la descripción siguiente, con referencia a los dibujos adjuntos, que muestran un horno de solera giratoria destinado a la industria siderúrgica, realizado según los principios innovadores de la invención.

En los dibujos:

- la figura 1 muestra una vista inferior de una distribución de sólo una estructura de soporte metálica de una solera giratoria para un horno, según una primera forma de realización de un horno según la presente invención;

- la figura 2 es una vista en sección tomada por el plano II-II de la figura 1, es decir, según un plano radial, de una primera forma de realización de un horno de solera giratoria destinado a la industria siderúrgica, cuya solera giratoria se muestra en la figura 1;

- la figura 3 es una sección lateral ampliada en sección y desarrollada sobre el plano, que muestra parcialmente medios para girar la solera según la realización en la figura 2, con ruedas situadas en una estructura fija;

- la figura 4 es una sección lateral en alzado, realizada según un plano radial de la mitad del horno, de una segunda realización de un horno de solera giratoria destinado a la industria siderúrgica;

- la figura 5 es una vista en sección lateral ampliada en alzado y desarrollada sobre el plano, que muestra parcialmente medios para girar la solera según la realización en la figura 4, con ruedas situadas en la estructura móvil del horno.

Haciendo referencia a las figuras 1, 2 y 3, se indica en general un horno de solera giratoria destinado a la industria siderúrgica según la invención, en un primer ejemplo posible de una forma de realización, como un horno 12, situado sobre una estructura de soporte 16 y equipado con una solera giratoria 14.

El horno 12 presenta una planta en forma de un anillo recubierto con material refractario y se encuentra cerrado en su parte lateral y en su parte superior por medio de paredes 13 recubiertas en su parte interior con material refractario. Por otra parte, el horno 12 está cerrado en su parte inferior por la solera 14, que también presenta la forma de un anillo, pero giratorio alrededor de un eje vertical central de dicho anillo. Dicha solera 14 está recubierta en su parte superior con material refractario 15, por ejemplo con paneles refractarios.

La solera 14 está compuesta de una serie de sectores anulares 17. Al igual que esta división circular de los sectores 17, puede darse, tal como se muestra en la figura 1, una división radial del anillo de la solera 14, que parta los sectores 17 en dos semisectores 17' a lo largo de arcos 18 de una circunferencia intermedia entre las dos circunferencias extremas, interior y exterior, de dicho anillo.

La circunferencia intermedia que comprende los arcos 18 es tal, que divide el sector 17 en dos semisectores 17' con el mismo peso. Por lo tanto, debido a consideraciones geométricas en las zonas contenidas por semisectores de un anillo, presenta un tamaño mayor que la circunferencia media del anillo de la solera 14.

La división en semisectores 17' de la solera permite un descenso considerable de las variaciones del nivel de la solera debidas al curvado térmico de una estructura de soporte de los sectores 17 cuando la solera alcanza las temperaturas de trabajo normales.

Los semisectores 17' se muestran sobre una estructura reticular que comprende elementos transversales 22, montantes 23 y 23', y posiblemente barras de sujeción o puntales de refuerzo 24.

Como se puede apreciar en las figuras 2 y 3, la estructura reticular está provista de dos barras anulares 19 en su parte inferior, concéntricas con el anillo de la solera 14. Dichas barras 19 están situadas en circunferencias que coinciden con el centro de gravedad de los sectores 17 y 17', de manera que se descarga el peso de dichos sectores directamente sobre el sistema inferior.

Debajo de dichas barras 19 se disponen dos raíles 20 en la misma sección.

En el ejemplo de la figura 2, dichas barras 19 están situadas en una posición, de modo que el peso de la solera 14 que se soporta en las dos barras 19 resulta casi idéntico.

La estructura de soporte 16 comprende una base 28, situada en conjuntos de columnas en círculo 30. En esta base 28 se fijan dos conjuntos de soportes 25 para ruedas 26, situados a lo largo de una circunferencia, de manera que dichas ruedas 26 son complementarias y están alineadas de forma operativa a los dos raíles 20 de la solera 14.

Los dos conjuntos de ruedas 26 se encuentran emplazados de tal manera que los pares de ruedas 26 se sitúan en los mismos radios de dos circunferencias concéntricas, interior y exterior, estando dichos radios separados a iguales distancias en las mismas circunferencias. El número de dichos pares de ruedas 26 es igual al número de los sectores 17. De este modo, se minimizan las tensiones debidas al cambio de posición, durante el giro de la propia solera 14, de las fuerzas aplicadas por las ruedas 26 sobre las barras 19 y, por lo tanto, sobre los sectores 17 y sobre el material refractario 15. De hecho, los semisectores 17 y 17' se soportan principalmente por los montantes 23 que se unen a los mismos verticalmente hasta una de las dos barras anulares 19. Dichos montantes 23, tal como se pueden apreciar en la figura 2, se encuentran situados en una zona próxima al centro de gravedad de los semisectores 17'.

Así, cada uno de los sectores 17 está provisto de dos montantes 23, uno para cada semisector 17', conectado a las dos barras 19. Dichas dos barras 19 están conectadas a los elementos transversales 22 situados en una posición radial.

Los elementos transversales 22 pueden estar situados en correspondencia con los dos montantes 23 de cada sector 17. Se añade un montante 23' a los dos montantes 23, en la zona del arco de separación 18 entre los dos semisectores 17', con el objetivo de absorber cualquier fuerza vertical que se pudiese generar si la posición de los montantes 23 no estuviese exactamente en el centro de gravedad de dichos semisectores 17, 17' y además, para impartir estabilidad a los propios semisectores 17, 17'.

Se deberá observar que la mejor condición es aquella en la que los montantes 23 están en el centro de gravedad de los semisectores 17'. En este caso, se anulan las tensiones verticales en el arco 18 que divide los dos semisectores 17' y se puede utilizar la división como junta de dilatación térmica. Además, el hecho de que el elemento transversal 22 no sea tensado por parte de las cargas transmitidas a la solera que corresponden al montante 23', permite evitar el posible fenómeno de deflexión de la viga, optimizando así el trabajo de las ruedas 26 sobre los raíles 20.

En la figura 2 se muestran unos conjuntos de columnas 30 en círculo (cuatro en este caso) de manera que dichas columnas 30 estén alineadas en grupos sobre los mismos radios de circunferencias concéntricas, en las que dichos radios se encuentran separados a distancias iguales en las mismas circunferencias. El número de estos grupos de columnas 30 es igual al número de sectores 17.

Más particularmente, haciendo referencia a las figuras 2 y 3, dos de las cuatro circunferencias, sobre las que se encuentran situadas las columnas 30, pueden ser iguales a las circunferencias sobre las que se encuentran situados los soportes 25 para las ruedas 26, y dichos soportes 25 se encuentran situados sobre la base 28 que corresponde a cada columna 30.

Dado que las columnas 30 están diseñadas de manera que todas ellas presenten la misma deflexión vertical bajo la carga de la solera 14, se minimizan de este modo las tensiones sobre dicha solera 14, debido al cambio de los puntos de aplicación de la carga de las barras 19 sobre las ruedas 26 durante el giro.

Por otra parte, si las columnas 30 no se pueden situar tal como se ha descrito, se debe diseñar la estructura de soporte 16 de tal manera que la deflexión vertical de las ruedas 26 sea tan idéntica como sea posible.

Las figuras 4 y 5 ilustran otra forma de realización práctica posible de la invención, en la que los componentes son iguales y/o equivalentes a los que se ilustran en las figuras 1, 2 y 3 se indican con los mismos números de referencia incrementados en 100.

Esta segunda forma de realización difiere de la anterior únicamente en el hecho que se invierte la posición recíproca entre los soportes 25 y las ruedas 26 y los raíles 20 indicada en la primera forma de realización.

Tal como se puede apreciar en las figuras 4 y 5, en esta forma de realización los raíles 120 están fijados a la base 128.

Por otra parte, los soportes 125 se encuentran fijados debajo de las barras anulares 119. De forma más precisa, los soportes 125 se encuentran emparejados y situados en los mismos radios de las dos circunferencias concéntricas de las barras 119, separados a distancias iguales en las propias circunferencias. El número de estos pares de soporte 125 es igual al número de sectores 117. Además, los soportes 125 están fijados de forma que se correspondan con los montantes 123 de la estructura reticular que sostiene la solera 114.

Por lo que respecta a la estructura de soporte 116, siempre se debe tener en cuenta que se ha de situar el conjunto de columnas en círculo 130 de modo que éstas queden alineadas, en grupos, en los mismos radios que las circunferencias concéntricas, donde dichos radios están separados a distancias iguales en las propias circunferencias. El número de dicho conjunto de columnas 130 es igual al número de sectores 117.

De esta manera, las ruedas 126 de la solera 114, separadas a iguales distancias del mismo modo que las columnas 130, no ejercen ningún tipo de tensión diferente sobre la solera 114 cuando ésta se hace girar. De hecho, la solera está sujeta a un movimiento de elevación y de descenso uniforme debido a la deflexión de los raíles 120 y de la estructura de soporte inferior 116. No produce tensiones sobre la estructura de la solera 114 y no induce movimientos en el material refractario 115 situado en su parte superior.

Finalmente, un horno de solera giratoria destinado a la industria siderúrgica según la invención, en el que la estructura que soporta la solera presenta un radio medio igual al radio por medio del cual se divide la solera en dos anillos concéntricos con el mismo peso, tensa las ruedas de las dos circunferencias interior y exterior de un modo idéntico o muy similar.

De esta manera, el comportamiento de las ruedas es el mismo y la construcción se puede simplificar utilizando ruedas y raíles que presenten el mismo tamaño.

Además de simplificar la construcción, y por lo tanto también el mantenimiento, existen otras ventajas como una mejora de la accesibilidad a los sellos del horno.

Igualmente, obteniendo el máximo beneficio cuando la anchura del horno es considerable, resulta posible dividir la estructura de la solera, no sólo radialmente en sectores, sino también partiéndola a lo largo de la circunferencia en semisectores; esta división se ve facilitada situando las ruedas casi en el centro de gravedad con respecto a los dos semisectores y minimizando así las tensiones en el área en la que se dividen dichos sectores en semisectores y las tensiones de torsión en las barras anulares.

Dichos semisectores generan varios beneficios. El más importante es que se elimina o se minimiza el efecto de torsión sobre las estructuras de soporte de los raíles o las ruedas montados sobre la solera. Además, se da una reducción de la expansión de calor radial máxima sobre los sectores de la estructura, debido a que ésta se encuentra ahora dividida en dos semisectores, fijados en el centro. Finalmente, dividiendo los sectores en semisectores, el valor total de curvado de los sectores de la solera, debido a las diferencias de temperatura entre las partes superior e inferior de las estructuras metálicas que forman dichos sectores, se reduce con respecto a la solución sin semisectores.

A partir de la descripción anterior con referencia a las figuras, se pone de manifiesto que un horno de solera giratoria con grandes dimensiones destinado a la industria siderúrgica según la invención resulta particularmente útil y ventajoso. Así, se alcanzan los objetivos mencionados en la introducción previa a la descripción.

Obviamente, las formas del horno giratorio con solera destinado a la industria siderúrgica según la invención pueden ser diferentes de las formas ilustradas únicamente a título de ejemplo no limitativo en los dibujos, así como también pueden diferir los materiales.

Por lo tanto, el alcance de protección de la invención se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (10)

1. Horno de solera giratoria destinado a la industria siderúrgica, que comprende un horno (12, 112) con planta en forma de un anillo, cerrado en su parte inferior por una solera giratoria (14, 114) recubierta de material refractario en su parte superior (15, 115) y una base (28, 128; 30, 130) del horno (12, 112), en el que dicha solera (14, 114) comprende una pluralidad de sectores de un anillo (17, 117; 17', 117') iguales todos ellos y conectados para formar un anillo, complementario al de la planta interior del horno (12, 112) que giran alrededor del eje central de dicho anillo; por medio de dos conjuntos de ruedas concéntricos (26, 126) dispuestos en dos circunferencias, a iguales distancias, con unos soportes (25, 125), fijados a la base (28) o debajo de la solera (114), complementarios a dos raíles circulares (20, 120), fijados respectivamente debajo de la solera (14) o la base (128), caracterizado porque ambos conjuntos de ruedas (26, 126) y dichos dos raíles (20, 120) están situados de manera que tengan una distribución igual de la carga.

2. Horno de solera giratoria según la reivindicación 1, caracterizado porque tanto dichos conjuntos de ruedas (26, 126) como dichos dos raíles (20, 120) están situados de forma simétrica con respecto a una circunferencia que divide el anillo de la solera (14, 114) en dos anillos concéntricos con la misma carga, siendo dicha circunferencia mayor que la circunferencia media de dicho anillo de la solera (14, 114).

3. Horno de solera giratoria según la reivindicación 1, caracterizado porque las dos ruedas (26, 126) referidas de los dos conjuntos son iguales, y porque dichos raíles (20, 120) presentan la misma sección.

4. Horno de solera giratoria según la reivindicación 1, caracterizado porque ambas ruedas (26, 126) están alineadas, a pares, en los mismos radios que las dos circunferencias concéntricas de los dos conjuntos de ruedas (26, 126), y su número es igual al número de sectores (17, 117).

5. Horno de solera giratoria según las reivindicaciones 1 ó 4, caracterizado porque dichos sectores (17, 117) están divididos en dos semisectores (17', 117') a lo largo de arcos (18) de una circunferencia intermedia entre las dos circunferencias, interior y exterior, del anillo de la solera (14, 114), dividiendo dichos arcos (18) los sectores (17, 117) en dos semisectores (17', 117') con la misma carga.

6. Horno de solera giratoria según la reivindicación 5, caracterizado porque dichos semisectores (17', 117') están conectados a los raíles (20), o, respectivamente, a los soportes (125) de las ruedas (126) por medio de unos montantes (23, 123) situados en correspondencia o próximos a su centro de gravedad.

7. Horno de solera giratoria según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha base (28, 128) se soporta sobre una estructura de soporte (16, 116), que comprende conjuntos concéntricos de columnas (30, 130) en círculo, alineadas en grupos sobre los mismos radios que dichas circunferencias, estando dichos radios separados a iguales distancias entre sí, y disponiendo del mismo número de sectores (17, 17').

8. Horno de solera giratoria según la reivindicación 7, caracterizado porque dicho grupo de columnas (30, 130) se encuentra en un número igual al número de sectores (17, 117) de la solera (14, 114), presentando dichas columnas (30, 130) la misma deflexión bajo la carga de la solera (14, 114).

9. Horno de solera giratoria según la reivindicación 8, caracterizado porque dichos sectores (17, 117) están divididos en dos semisectores (17', 117') a lo largo de arcos (18) de una circunferencia intermedia entre las dos circunferencias extremas, interior y exterior, del anillo de la solera (14, 114), dividiendo dichos arcos (18) los sectores (17, 117) en dos semisectores (17', 117') con la misma carga, estando dichos semisectores (17', 117') conectados a unos raíles (20) o, respectivamente, a los soportes (125) de las ruedas (126) por medio de unos montantes (23, 123) situados en correspondencia o en la proximidad de su centro de gravedad.

10. Horno de solera giratoria según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho horno (12, 112) presenta una planta en forma de un anillo de grandes dimensiones.