ES2237647T3 - Cabezal de pulverizacion para un aparato de granulacion. - Google Patents
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Abstract
Cabezal de pulverización para un aparato de granulación que comprende: una tobera ranurada (22), en la cual un canal de tobera (26) con sección de paso alargada, hacia abajo por una superficie de fondo (28), está limitado hacia arriba por una superficie superior (30) y lateralmente en cada caso por una superficie lateral (32, 34), en el que se extiende un cuerpo de regulación de paso (36) alargado en el canal de tobera (26) axialmente entre las dos superficies laterales (32, 34) para limitar una ranura de tobera en cuanto a la altura, y el cuerpo de regulación (36) se puede girar alrededor de un eje longitudinal para ajustar la altura de esta ranura de tobera; caracterizado porque el cuerpo de regulación (36) es un cuerpo cilíndrico con una sección transversal ovalada y un eje central, el cual está dispuesto aproximadamente en posición central entre la superficie de fondo (28) y la superficie superior (30) y que puede girar alrededor de su eje central (38), de tal manera que tanto por debajo como también por encima del cuerpo de regulación (36) está formada una ranura de tobera (42, 44), cuya altura se puede ajustar mediante el giro del cuerpo de regulación (36) alrededor de su eje central (38).
Description
Cabezal de pulverización para un aparato de
granulación.
La presente invención se refiere a un cabezal de
pulverización para un aparato de granulación.
Durante la granulación de escoria de alto horno
se proyecta agua de refrigeración mediante un cabezal de
pulverización sobre una corriente de escoria líquida, mientras que
esta corriente de escoria cae desde un canal de escoria al interior
de una pila de granulación. Con ello la escoria líquida es enfriada
bruscamente de tal manera que se solidifica formando un
granulado.
Para la granulación de una tonelada de escoria de
alto horno se necesitan entre 4 y 12 m^{3} de agua de
granulación. El caudal de agua de granulación en un cabezal de
pulverización es por consiguiente de entre 1000 m^{3}/h y 4000
m^{3}/h en altos hornos grandes. Son determinantes para la calidad
del granulado, además de la cantidad de agua de granulación, entre
otros, también el impulso y la forma de los chorros de agua que
chocan contra la corriente de escoria líquida. Estos parámetros son
determinados ampliamente por el cabezal de pulverización.
La caudal de escoria no es uniforme. Con el fin
de garantizar una granulación rentable y una calidad del granulado
constante, debe adaptarse la cantidad de agua de granulación, a
presión constante, al caudal de escoria.
Con el fin de alcanzar este objetivo el documento
DE 4032518 C1 propone un cabezal de pulverización con un conjunto
de orificios de pulverización y una tobera ranurada regulable. Esta
última comprende dos alas de válvula, que se pueden girar en
sentidos contrarios, las cuales forman una ranura de tobera que se
puede ajustar en altura. Un canto longitudinal del ala de válvula
está formado en cada caso ondulada y está ajustado girable en una
concavidad de apoyo cilíndrica, la cual se extiende,
transversalmente respecto de la dirección de circulación del agua,
en la superficie de fondo o la superficie superior de un canal de
tobera rectangular. El otro canto longitudinal del ala de válvula
forma en este canal de tobera en cada caso el labio inferior o
superior de la ranura de tobera. Mediante el giro en sentidos
contrarios de las dos alas de válvula apoyadas excéntricamente se
puede variar la distancia entre los dos labios, es decir, la altura
de la ranura de tobera es reducida o aumentada. Las dos alas de
válvula están conectadas, fuera del canal de tobera, con un
engranaje de antirrotación, el cual es accionado mediante motor
eléctrico.
El cabezal de pulverización descrito en la
publicación DE 4032518 C1 adolece, sin embargo, de algunas
desventajas. Así, p. ej., el engranaje de antirrotación y el
accionamiento eléctrico deben ser relativamente fuertes, debido a
que la corriente de agua ejerce momentos notables sobre las dos
alas de válvula. Además, la resistencia al desgaste de la tobera
ranurada presentada deja mucho que desear. En muchos aparatos de
granulación el agua de granulación transporta de hecho grandes
cantidades de arena de escoria, debido a que se conduce en un
circuito cerrado. La fuerza de abrasión de una mezcla de
agua-arena de este tipo es bien conocida por el
especialista en la materia. En la tobera ranurada del documento DE
4032518 C1 los dos labios de la tobera ranurada están sometidos, en
especial, a una abrasión reforzada y se desgastan relativamente
rápido. Este desgaste conduce a una característica de regulación
relativamente imprecisa de la tobera ranurada. Además puede entrar
arena de escoria en los concavidades de apoyo de las alas de
válvula, con lo cual las alas de válvula pueden bloquearse en
determinadas circunstancias.
La presenta invención se plantea, por
consiguiente, el problema de crear un cabezal de pulverización para
un aparato de granulación con una tobera ranurada regulable, que se
pueda accionar con facilidad, que requiera poco mantenimiento y que
se distinga además por una característica de regulación estable.
Este problema se resuelve según la invención mediante un cabezal de
pulverización según la reivindicación 1.
Un cabezal de pulverización según la invención
comprende por lo menos una tobera ranurada regulable, en la cual el
cuerpo de regulación es un cuerpo cilíndrico con una sección
transversal ovalada y un eje central. Este cuerpo de regulación
está dispuesto aproximadamente en posición central entre una
superficie de fondo y superior del canal de tobera y puede girar
aquí de tal manera alrededor de su eje central, que tanto por
debajo como por encima del cuerpo de regulación está formada una
ranura de tobera, cuya altura se puede ajustar mediante simple giro
del cuerpo de regulación alrededor de su eje central. Una tobera
ranurada regulable de este tipo requiere, incluso sometida a las
condiciones más difíciles (como p. ej. arena abrasiva en el agua de
granulación), poco mantenimiento y garantiza a pesar de ello, a lo
largo de un intervalo de tiempo muy prolongado, una característica
de regulación excelente. En este contexto cabe destacar
particularmente que el cuerpo de regulación
ovalado-cilíndrico no presenta puntos débiles, en
los cuales la arena contenida en el agua de granulación provoque
una erosión especialmente rápida. La circulación alrededor del
cuerpo de regulación ovalado-cilíndrico está además
relativamente libre de torbellinos de manera que la fuerza de
abrasión de la arena de escoria no es reforzada por torbellinos
locales. Por consiguiente el cuerpo de regulación
ovalado-cilíndrico se puede utilizar también durante
mucho tiempo en caso de fuerza carga de arena del agua de
granulación, sin que la característica de regulación de la tobera
ranurada empeore esencialmente. Condicionado por la disposición
central del cuerpo de regulación en el canal de tobera, no se puede
depositar además arena fina en ranuras o rendijas y menoscabar la
capacidad de funcionamiento de la tobera ranurada. Además, debe
tenerse en cuenta que la corriente de agua sobre el cuerpo de
regulación, que puede girar alrededor de su eje central, ejerce
únicamente un momento pequeño. Para la fijación de una posición
angular del cuerpo de regulación son necesarios por lo tanto
únicamente momentos de fuerza pequeños y por consiguiente
accionamientos débiles.
Para garantizar una buena característica de
regulación y un desgaste pequeño, la relación del eje pequeño
respecto del grande de la sección transversal ovalada del cuerpo de
regulación debe estar comprendida, preferentemente, entre 0,50 y
0,95.
La altura de la sección transversal rectangular
del canal de tobera debe ser, preferentemente, unos pocos
milímetros mayor que el eje mayor de la sección ovalada. Con ello
está garantizado, p. ej., que en caso de deformaciones del canal de
tobera y/o del cuerpo de regulación, el cuerpo de regulación no se
bloquee en posición cerrada.
En cada uno de sus dos extremos el cuerpo de
regulación presenta preferentemente en cada caso una espiga de
apoyo, que está conducida lateralmente fuera del canal de tobera y
está apoyada con posibilidad de giro fuera del canal de tobera. Un
engranaje de manivela sencillo posibilita en este caso convertir la
elevación de un accionamiento de elevación en un movimiento de giro
del cuerpo de regulación alrededor de su eje central. Dado que se
necesitan únicamente momentos de regulación muy pequeños, el
accionamiento de elevación puede ser de manera ventajosa un
accionamiento lineal eléctrico relativamente débil, con el cual se
puede fijar de forma especialmente sencilla la posición angular del
cuerpo de regulación.
En una estructuración ventajosa el cuerpo de
regulación presenta, por lo menos en un extremo, una brida de
obturación cilíndrica circular la cual está introducida en una
perforación circular en una pared lateral de la tobera ranurada y
está obturada dentro de la misma mediante un anillo en forma de O.
Esta perforación circular debe ser al mismo tiempo suficientemente
grande como para introducir y extraer el cuerpo de regulación en el
canal de tobera axialmente a través de esta perforación, de manera
que el cuerpo de regulación se pueda cambiar de forma relativamente
sencilla.
La superficie del cuerpo de regulación, así como
la superficie de fondo y la superficie superior del canal de tobera
están revestidas preferentemente con plasma, con lo cual se
continua mejorando aún más su resistencia al desgaste. Gracias a la
superficie convexa sencilla del cuerpo de regulación, un
revestimiento superficial de este tipo del cuerpo de regulación es
especialmente duradero.
Un cabezal de pulverización según la invención
puede comprender además una caja de suministro de agua, en cuyo
lado frontal está dispuesta la tobera ranurada donde en el lado
frontal puede estar dispuesto, adicionalmente, un conjunto de
orificios de pulverización, por encima y/o por debajo de la tobera
ranurada.
Si el cabezal de pulverización es alimentado con
agua de granulación por un aparato de bombas, entonces comprende
ventajosamente un dispositivo de regulación de la presión del agua
de granulación, en el cual la tobera ranurada está integrada como
componente de regulación. Sin embargo, si el cabezal de
pulverización es alimentado con agua de granulación por un depósito
elevado, entonces comprende ventajosamente un dispositivo de
regulación del caudal de agua de granulación, en el cual la tobera
ranurada está integrada como componente de regulación.
Cabe destacar que un cabezal de pulverización
según la invención se puede utilizar de forma especialmente
ventajosa en aparatos de granulación con grandes caudales de agua
como, p. ej., aparatos de granulación para escoria de alto
horno.
A continuación se explica con mayor detalle una
estructuración preferida de la invención, como ejemplo de
realización de la invención, haciendo referencia a los dibujos
adjuntos, en los que:
la Fig. 1 muestra una vista tridimensional de un
cabezal de pulverización según la invención;
la Fig. 2 muestra una sección transversal a
través del cabezal de pulverización de la Fig. 1, en la que la
posición de los planos de corte en la Fig. 3 está indicada mediante
la línea 2-2;
la Fig. 3 muestra una sección a través del
cabezal de pulverización de la Fig. 1, en la que la posición de los
planos de corte en la Fig. 2 está indicada mediante la línea
3-3; y
la Fig. 4 muestra un diagrama que ilustra el
comportamiento de regulación de una tobera ranurada en un cabezal
de pulverización según la invención.
El cabezal de pulverización 10 representado en
las Figuras está destinado a un aparato de granulación de escoria
de alto horno. Su tarea es proyectar agua de refrigeración sobre
una corriente de escoria líquida, mientras que esta corriente cae,
p. ej., desde un canal de escoria al interior de una pila de
granulación.
El cabezal de pulverización 10 mostrado comprende
una caja de suministro de agua 12 con una conexión de agua de
granulación 14 lateral y una tubuladura portadora 16 lateral. En la
Fig. 2 la flecha 18 indica el lado frontal de la caja de suministro
de agua 12, de la cual sale al agua de granulación. Esto sucede, por
un lado, a través de un conjunto de orificios de pulverización 20
en la mitad superior del lado frontal 18 y, por el otro, a través
de una tobera ranurada 22 en la mitad inferior del lado
frontal.
La tobera ranurada 22 comprende un empalme de
tubo 24, en el cual un canal de tobera 26 es limitado con una
sección de paso rectangular, hacia abajo por una superficie de
fondo 28, hacia arriba por una superficie superior 30 y
lateralmente por dos superficies laterales 32, 34. Todas estas
superficies 28, 30, 32, 34 están revestidas con plasma para estar
mejor protegidas contra la acción abrasiva de la arena de escoria.
Cabe apreciar en este contexto asimismo que el empalme de tubo 24
está formado como pieza intercambiable y que está embridado sobre
la caja de suministro de agua 12.
La tobera ranurada 22 comprende además un cuerpo
de regulación de paso 36 cilíndrico, el cual se extiende en el
canal de tobera 26 en posición central, entre la superficie de
fondo 28 y la superficie superior 30, a lo largo de la totalidad de
la anchura del canal de tobera 26. En la Fig. 2 se ve que el cuerpo
de regulación 36 presenta una sección transversal elíptica. El
cuerpo de regulación 36 elíptico-cilíndrico puede
girar alrededor de su eje central 38.
En la Fig. 1 el plano que contiene el eje central
38 y el eje de elipse pequeño es perpendicular a la dirección de
afluencia 40 del agua. En esta posición del cuerpo de regulación
36, la sección de paso del canal de tobera 26 está estrechada al
menos por el cuerpo de regulación 36. Está formada una ranura de
tobera inferior 42 entre el cuerpo de regulación 36 y la superficie
de fondo 28 y una ranura de tobera 44 superior entre el cuerpo de
regulación 36 y la superficie superior 30. A través de estas dos
ranuras de tobera 42, 44 el agua sale del empalme de tubo 24,
formando dos chorros planos.
Si se gira el cuerpo de regulación 36, fuera de
la posición mostrada en la Fig. 1, alrededor de su eje central 38,
entonces se reduce tanto la altura de la ranura de tobera inferior
como también la de la superior 42, 44 (ver Fig. 2). En otras
palabras, la sección de paso del canal de tobera 26 es reducida en
la zona del cuerpo de regulación 36. La sección de paso es mínima
cuando el plano que contiene el eje central 38 y el eje de elipse
grande, es perpendicular a la dirección de afluencia 40 del agua,
es decir, cuando el cuerpo de regulación 36 es girado 90º alrededor
de su eje central 38, partiendo de la posición mostrada en la Fig.
1. Dado que el eje de elipse grande es unos pocos milímetros menor
que la altura H del canal de tobera 26, en esta posición del cuerpo
de regulación 36 están también las dos ranuras de tobera 42, 44
todavía ligeramente abiertas. Gracias a ello la tobera de
pulverización 22 se hace relativamente insensible frente a
deformaciones del empalme de tubo 24 las cuales pueden estar
originadas, p. ej., por influencias de la temperatura y/o acciones
mecánicas. Queda por determinar que la superficie del cuerpo de
regulación 36 está también revestida con plasma.
En la Fig. 3 se ve que el cuerpo de regulación 36
presenta en cada uno de sus dos extremos una espiga de apoyo 50 ó
52, la cual está conducida lateralmente fuera del canal de tobera
26 y está apoyada en este caso con posibilidad de giro en un apoyo
54 ó 56. Los dos apoyos 54, 56 están dispuestos, ventajosamente, en
unas bridas de sujeción 58, 60 las cuales están atornilladas, desde
fuera, sobre las paredes laterales del empalme de tubo 24.
En cada uno de sus dos extremos el cuerpo de
regulación 36 presenta además una brida de obturación 62, 64
cilíndrica circular, la cual está introducida en una perforación
circular en una pared lateral del tubo de empalme 26 y está obturada
dentro de la misma mediante un anillo en forma de O. Debe tenerse
en cuenta que el diámetro de estos dos perforaciones circulares en
la pared lateral del tubo de empalme 24 es mayor que el eje de
elipse grande del cuerpo de regulación 36, de manera que, tras
soltar las dos bridas de sujeción 58, 60, el cuerpo de regulación
36 se puede extraer del canal de tobera 26 y se puede volver a
montar de nuevo a través de estas perforaciones.
El número de referencia 70 de la Fig. 3 designa
un árbol de prolongación, el cual está encajado sobre la espiga de
apoyo 52 y está conectado con resistencia a la torsión con ésta.
Este árbol de prolongación 70 está apoyado girable en una brida 72
en el lado exterior de la caja de suministro de agua 12 y presenta,
al otro lado de esta brida, una manivela 74. Esta última está
conectada de tal manera con un accionamiento lineal 76 eléctrico
que una elevación de este accionamiento de elevación es convertida,
mediante la manivela 74, en un movimiento de giro del cuerpo de
regulación alrededor de su eje de giro. La amplitud angular debe
ser en este caso de por lo menos 90º, para que el potencial de
regulación del cuerpo de regulación 36 se pueda aprovechar
completamente. Hay que tener en cuenta que el accionamiento 76 puede
ser relativamente débil, dado que gracias a la forma y apoyo del
cuerpo de regulación 36 se necesitan únicamente momentos de
regulación muy pequeños para superar la fuerza del agua. En lugar
de un accionamiento lineal 76 eléctrico se podría utilizar también
evidentemente un cilindro neumático. Además es asimismo posible
girar el cuerpo de regulación 36 mediante un accionamiento de giro.
Como accionamiento de giro se puede considerar, p. ej. también un
motor paso a paso eléctrico, con el cual se puede ajustar de forma
precisa, como en el caso del accionamiento lineal 76, una posición
angular determinada del cuerpo de regulación.
Cabe destacar además que el cuerpo de regulación
36 con la sección transversal elíptica genera únicamente pocas
turbulencias en el agua. Esto no sólo tiene un efecto positivo
sobre la pérdida de presión general del agua de granulación en el
cabezal de pulverización sino que reduce asimismo de forma esencial
la acción abrasiva de la arena de escoria sobre las superficies
alrededor de las cuales circula el agua.
El diagrama de la Fig. 4 muestra el caudal de la
tobera ranurada 22 en función del ángulo de regulación del cuerpo
de regulación 36. Un ángulo de regulación de 0º significa que el
plano que contiene el eje central 38 y el eje de elipse grande es
perpendicular a la dirección de afluencia 40 del agua. Un ángulo de
regulación de 90º significa que el plano que contiene el eje central
38 y el eje de elipse pequeño es perpendicular a la dirección de
afluencia 40 del agua. El cuerpo de regulación 36 para el cual se
trazó el diagrama, presenta una sección transversal elíptica para
la cual la relación del eje pequeño respecto del grande es
aproximadamente de 0.76. Esta relación entre los ejes determina la
característica de regulación de la tobera ranurada 22. Debería estar
comprendida preferentemente entre 0,50 y 0,95. Del diagrama de la
Fig. 4 se desprende además que entre 20º y 70º el caudal aumenta
aproximadamente de forma proporcional al ángulo de regulación.
Si el cabezal de pulverización 10 es alimentado
con agua de granulación directamente por un aparato de bombas
comprende, preferentemente, un dispositivo de regulación el cual
regula la posición angular del cuerpo de regulación 36 en función
de una medición de la presión en la caja de suministro de agua 12.
Con una regulación de este tipo se puede mantener p. ej. constante
la presión en la caja de suministro de agua 12. El caudal de agua
en el cabezal de pulverización 10 es fijado entonces por una
regulación del caudal más lenta del aparato de bombas.
Si el cabezal de pulverización 10 es alimentado
con presión de agua constante, p. ej. desde un depósito elevado,
comprende de forma ventajosa un dispositivo de regulación del
caudal de agua de granulación en el cual la tobera ranurada está
integrada como componente de regulación.
Claims (10)
1. Cabezal de pulverización para un aparato de
granulación que comprende:
una tobera ranurada (22), en la cual un canal de
tobera (26) con sección de paso alargada, hacia abajo por una
superficie de fondo (28), está limitado hacia arriba por una
superficie superior (30) y lateralmente en cada caso por una
superficie lateral (32, 34), en el que se extiende un cuerpo de
regulación de paso (36) alargado en el canal de tobera (26)
axialmente entre las dos superficies laterales (32, 34) para
limitar una ranura de tobera en cuanto a la altura, y el cuerpo de
regulación (36) se puede girar alrededor de un eje longitudinal
para ajustar la altura de esta ranura de tobera;
caracterizado porque
el cuerpo de regulación (36) es un cuerpo
cilíndrico con una sección transversal ovalada y un eje central, el
cual está dispuesto aproximadamente en posición central entre la
superficie de fondo (28) y la superficie superior (30) y que puede
girar alrededor de su eje central (38), de tal manera que tanto por
debajo como también por encima del cuerpo de regulación (36) está
formada una ranura de tobera (42, 44), cuya altura se puede ajustar
mediante el giro del cuerpo de regulación (36) alrededor de su eje
central
(38).
(38).
2. Cabezal de pulverización según la
reivindicación 1, en el que:
la sección transversal ovalada presenta un eje
pequeño y uno grande y la relación del eje pequeño respecto del
grande está comprendida entre 0,50 y 0,95.
3. Cabezal de pulverización según la
reivindicación 2, en el que:
el canal de tobera (26) presenta una sección
transversal rectangular con una altura (H), la cual es algunos
milímetros mayor que el eje mayor de la sección ovalada, de manera
que las dos ranuras de tobera (42, 44) están permanentemente
abiertas.
4. Cabezal de pulverización según una de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que:
el cuerpo de regulación (36) comprende en cada
uno de sus dos extremos en cada caso una espiga de apoyo (50, 52)
que está conducida lateralmente fuera del canal de tobera (26) y
está apoyada de manera que puede girar fuera del canal de tobera
(26).
5. Cabezal de pulverización según la
reivindicación 4, que comprende:
una manivela (74), la cual está conectada con
resistencia a la torsión con una de las dos espigas de apoyo (52);
y
un accionamiento de elevación (76) el cual está
conectado de tal manera con la manivela (74) que una elevación del
accionamiento de elevación es convertida en un movimiento de giro
del cuerpo de regulación (36) alrededor de su eje central (38).
6. Cabezal de pulverización según la
reivindicación 4 ó 5, en el que:
el cuerpo de regulación (36) presenta, por lo
menos en un extremo, una brida de obturación (62, 64) cilíndrica
circular la cual está introducida en una perforación circular en
una pared lateral de la tobera ranurada (22) y está obturada dentro
de la misma mediante un anillo en forma de O, y
la perforación circular es suficientemente grande
como para introducir y extraer el cuerpo de regulación (36) en el
canal de tobera (26) axialmente a través de esta perforación.
7. Cabezal de pulverización según una de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que:
la superficie del cuerpo de regulación (36), así
como la superficie de fondo (28) y la superficie superior (30) del
canal de tobera (26) están revestidas con plasma.
8. Cabezal de pulverización según una de las
reivindicaciones 1 a 7, que comprende:
una caja de suministro de agua con un lado
frontal en el cual está dispuesta la tobera ranurada (22), y
un conjunto de orificios de pulverización, el
cual está dispuesto en el lado frontal por encima y/o por debajo de
la tobera ranurada (22).
9. Cabezal de pulverización según una de las
reivindicaciones 1 a 8, que comprende:
un dispositivo de regulación de la presión del
agua de granulación en el cabezal de pulverización en el cual la
tobera ranurada (22) está integrada como componente de
regulación.
10. Cabezal de pulverización según una de las
reivindicaciones 1 a 8, que comprende:
un dispositivo de regulación del caudal de agua
de granulación en el cabezal de pulverización en el cual la tobera
ranurada (22) está integrada como componente de regulación.
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