ES2249573T3 - Horno de cuba modular para reduccion y fusion. - Google Patents
Horno de cuba modular para reduccion y fusion.Info
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Abstract
Aparato modular la producción de metal fundido que comprende: - una pluralidad de celdas conectadas de idéntico tamaño y construcción que forman dicho aparato modular; - cada celda está conectada a una fuente de combustible (9) y a medios para suministrar una carga de metal que comprende aglomerados auto-reducibles y/o metal prerreducido a una cámara de cada celda; y - en donde dichas celdas están diseñadas para ser conectadas para formar un horno, teniendo cada celda una cuba superior (1) de sección transversal rectangular y dotada en la parte superior de la misma con al menos un dispositivo de carga (2) y al menos un dispositivo de salida de gases (3) y con una cuba inferior (8), también de sección transversal rectangular que tiene los lados laterales más anchos en la parte superior de la misma que la cuba superior (1).
Description
Horno de cuba modular para reducción y
fusión.
La presente invención se refiere a un aparato
para la producción de un metal fundido mediante
auto-reducción de aglomerados que tienen óxidos de
metal. Esto incluye la producción de hierro fundido, incluyendo el
hierro en lingotes y el hierro colado, además de aleaciones de
metal.
Los procesos de auto-reducción
directa, y fundido y afino están centrados principalmente o en
producir acero directamente a partir de mineral de hierro, fabricar
un producto equivalente al hierro en lingotes de alto horno para su
uso en los procesos de fabricación de acero convencionales, o en
producir de hierro de bajo contenido en carbono como un material de
fundición para la producción de acero mediante los métodos
convencionales. Estos procesos están centrados principalmente en
suplantar a los altos hornos como una fuente de hierro fundido para
la fabricación de acero.
Los altos hornos normalmente están constituidos
por una torre cilíndrica en donde se cargan de manera secuencial
por la parte superior del horno una carga que comprende
aglomerados, pelets o mineral de hierro, junto con coque y piedra
caliza para formar una columna continua de material de carga. En la
parte inferior del horno, se introduce aire atmosférico que puede
estar precalentado a la carga. Cuando los materiales de la carga se
ponen en contacto con los gases calientes que ascienden de la parte
inferior del horno, el coque se precalienta por estos gases de
forma que cuando alcanza la parte inferior de horno y se pone en
contacto con el aire introducido en ese punto, y se producirá la
combustión del mismo. Como resultado de las elevadas temperaturas
existentes en este punto del horno, el monóxido de carbono no
resulta estable y reacciona inmediatamente con el carbono para
formar dióxido de carbono. Esta reacción no sólo es la fuente
principal de calor para la operación de fundido, sino que también
produce un gas reductor (CO) que asciende a través del horno que
precalienta y reduce al óxido de hierro de la carga a medida que
éste desciende a lo largo del horno.
La capacidad de producción de un alto horno es
una función del volumen o área interna y de los parámetros de diseño
del horno para una capacidad de producción dada. Por consiguiente,
para incrementar la capacidad se requiere incrementar el tamaño del
alto horno y como consecuencia ajustar los parámetros de diseño.
La presente invención se refiere a un aparato
modular para la producción de metal fundido, tal como hierro fundido
y aleaciones de metal fundido mediante la
auto-reducción de aglomerados de óxidos de metal o
mediante el fundido y afino de metal prerreducido. En la presente
invención se dispone una pluralidad de celdas conectadas de
idéntico tamaño y construcción que forman este aparato modular.
Cada celda está conectada a un dispositivo común para el suministro
de los aglomerados para la auto-reducción o para el
fundido y afino. Cada cámara de reducción o cámara de fundido está
configurada para producir metal fundido de composición semejante
mediante la auto-reducción de los aglomerados bajos
condiciones reductoras semejantes o mediante el fundido y el afino
de los aglomerados suministrados a cada una de las cámaras de
reducción o cámaras de fundido respectivamente. Los aglomerados
pueden contener un agente reductor, o un agente fundente o
ambos.
Las condiciones de reducción o de fundido y afino
semejantes incluyen temperatura y velocidad de alimentación de los
aglomerados.
Cada una de las celdas incluye una zona de
pretratamiento idéntica por encima de la cámara de reducción o de la
cámara de fundido y afino a través de la cual se introducen y se
precalientan los aglomerados antes de entrar en la cámara para su
auto-reducción o fundición y afino.
Se disponen medios entre la cámara y la zona de
precalentamiento para distribuir por igual y directamente los gases
de escape procedentes de la auto-reducción o del
fundido y el afino a través de los aglomerados dentro de la zona de
precalentamiento. Se disponen de manera adicional medios adyacentes
a la zona de precalentamiento para la combustión de los gases de
escape combustibles procedentes de la
auto-reducción o fundido y afino para calentar los
aglomerados dentro de la zona de precalentamiento.
Las celdas conectadas constituyen un aparato de
auto-reducción o aparato de fundido y afino de
construcción por unidades o modular. Por consiguiente, dado que el
aparato está dividido en módulos o fracciones unitarias, cada una es
representativa del equipo en su totalidad, permite el desarrollo y
diseño de nuevos hornos en una escala 1 a 1 y además permite el
desarrollo de ensayos con diferentes materias primas para cambios
en la capacidad de producción en una versión modular.
La Figura 1 representa una vista superior
esquemática del aparato, que evidencia la construcción por módulos
unitarios del mismo.
La Figura 2 es una vista de la sección
transversal del equipo objeto de la presente invención.
La Figura 3 representa una vista elevada del
equipo mostrando las cubiertas que dirigen y recogen los gases en la
parte superior y llevan a cabo el paso de los gases a través de la
carga.
La Figura 4 es una vista de la sección
transversal del horno de la presente invención que muestra los
quemadores posicionados sobre la carga.
La Figura 5 es una vista de la sección
transversal de la unión entre la cuba superior e inferior dotadas
con las toberas secundarias.
El aparato de la presente invención mostrado en
las Figuras 1 y 2 se refiere a un horno de cuba construido a partir
de celdas modulares que pueden producir hierro en lingotes o hierro
hundido o cualquier otro metal aleado a partir de aglomerados o
cargas metálicas auto-reducibles. Estas celdas
idénticas están diseñadas para ser conectadas y formar un horno que
tiene una cuba superior 1, cilíndrica o cónica con sección
transversal rectangular, datada en la parte superior del mismo con
medios de carga de gas o puertos 2 y medios de salida de gases o
puertos 3, para que los gases se envíen al sistema de lavado de
gases 4 y subsiguientemente a los regeneradores de calor para
precalentar el aire insuflado. Dentro de la cuba superior 1 se
dispone una cubierta 5 que se extiende longitudinalmente a lo largo
del horno (3), realizada de material refractario (hierro fundido o
acero o cualquier otra aleación) o de paneles refrigerantes,
dependiendo de la distancia entre la cubierta y la parte superior
de la carga. Dependiendo de la operación específica, la cubierta se
puede instalar por encima de la carga o estar parcialmente cubierta
por la carga. La cubierta se usa para dirigir el flujo de gases en
la cuba superior de forma que los mismos pasan a través del lecho
de carga para maximizar el intercambio de calor entre los gases y
la carga, y para recoger los gases procedentes de dentro de la cuba
superior y transportar los mismos a la salida de gases 3. En la cuba
superior 1 se disponen de manera adicional una o más filas de
toberas 6 que insuflan aire precalentado o no precalentado,
enriquecido o no con oxígeno, para la combustión secundaria de los
gases combustibles que están presentes. Esto proporciona calor
adicional para el procesado de la carga.
El equipo, según la presente invención, puede
incluir además uno o más filas de quemadores 7 (Figura 4) instalados
dentro de la cuba superior 1 entre la pared lateral del horno y la
pared exterior de la cubierta a cada lado del horno y por encima
del nivel de la carga para quemar los gases que salen del horno
después de que los mismos han pasado a través del sistema de
lavado, además de cualquier otro gas combustibles o sus mezclas.
Esto proporciona un calor adicional a la carga para incrementar de
manera adicional la eficacia térmica del horno.
El horno también incluye una cuba inferior 8, de
perfil cilíndrica o cónica, con una sección transversal
rectangular, con laterales más anchos en la parte superior de la
misma que en la cuba superior 1, y suficientes para el
posicionamiento de medios de alimentación de coque o carbón o de
cualquier otro combustible sólido a la carga. Alrededor de la cuba
inferior 8, a un nivel lo suficientemente alto de la base de la
cuba superior 1, se dispone una sección de alimentación de
combustible sólido en continuo 11, tal como se muestra en la Figura
2. Esta sección se alimenta a través de las válvulas 9.
La cuba inferior 8 incluye una o más filas de
toberas primarias 10 posicionadas para insuflar aire precalentado o
no precalentado, el cual puede estar enriquecido o no oxígeno.
Estas toberas pueden inyectar combustibles líquidos, gaseosos o
sólidos en polvo para la combustión parcial o completa de mismo para
proporcionar la energía térmica requerida para reducir y/o fundir
la carga. La cuba superior 1 y la cuba inferior 8 pueden incluir o
pueden no incluir una material refractario monolítico y pueden o
pueden no incluir además medios de refrigeración. Como alternativa,
la sección que une la cuba inferior 8 y la cuba superior 1 (Figura
5) puede estar construida en la forma de una única pieza metálica
en la que se disponen de forma integrada las toberas secundarias 6.
La refrigeración de estas sección se realiza por el aire procedente
del soplado secundario, el cual se calienta y se recicla al horno.
Así, se conserva la energía que de otro modo se perdería si no se
usase para este propósito.
El metal fundido y las escorias abandonan el
horno por la parte inferior del mismo a través de salidas
apropiadas (no mostradas).
Este aparato se puede construir a partir de
celdas unitarias que tienen las dimensiones correspondientes a una
fracción de la longitud total del horno por la mitad de ancho
total del horno tal como se muestra en las Figuras 1 y 2. Cada
celda tiene el mismo número, el mismo tamaño y el mismo diámetro de
toberas primarias 10 y toberas secundarias 6 por unidad de longitud
del aparato entero. Por tanto, cada celda por separado representa
al horno y se puede usar como un horno piloto para determinar, a
escala real, sus parámetros de operación, para eliminar la
necesidad de aplicar números adimensionales, simulaciones numéricas
o cualquier otro método convencional de los usados para determinar
las dimensiones finales para la construcción de equipamiento de
este tipo. Estos métodos convencionales pueden no ser por completo
exactos debido a sus características teóricas, lo que tiene como
resultado un riesgo de sobredimensionado, que no tiene lugar
cuando se usa el concepto de celda de esta invención.
La construcción por celda modular del aparato de
la invención también proporciona, para un aparato existente de este
tipo, la capacidad de aumentar la capacidad de producción del mismo
simplemente mediante la adición de nuevas celdas a las ya
existentes, en una proporción compatible con cualquier incremento
de la capacidad deseada.
Claims (8)
1. Aparato modular la producción de metal fundido
que comprende:
- -
- una pluralidad de celdas conectadas de idéntico tamaño y construcción que forman dicho aparato modular;
- -
- cada celda está conectada a una fuente de combustible (9) y a medios para suministrar una carga de metal que comprende aglomerados auto-reducibles y/o metal prerreducido a una cámara de cada celda; y
- -
- en donde dichas celdas están diseñadas para ser conectadas para formar un horno, teniendo cada celda una cuba superior (1) de sección transversal rectangular y dotada en la parte superior de la misma con al menos un dispositivo de carga (2) y al menos un dispositivo de salida de gases (3) y con una cuba inferior (8), también de sección transversal rectangular que tiene los lados laterales más anchos en la parte superior de la misma que la cuba superior (1).
2. El aparato según la reivindicación 1, en el
que cada cuba superior (1) en cada celda incluye una zona idéntica
de precalentamiento y de reducción por encima de dicha cuba
inferior (8) a través de la cual se introduce dicha carga de metal
y se precalienta y/o se reduce antes de entrar en dicha cuba
inferior (8).
3. El aparato según la reivindicación 2, en el
que se disponen medios entre dicha cuba inferior (8) y dicha cuba
superior (1) para dirigir y distribuir de forma uniforme los gases
de escape procedentes de dicha cuba inferior (8) a través de dicha
carga de metal dentro de dicha cuba superior (1).
4. El aparato según la reivindicación 3, en el
que se disponen de manera adyacente a dicha cuba superior (1) medios
para quemar el gas procedentes de dicha cuba inferior (8) para
proporcionar energía para calentar y/o reducir dicha carga de metal
dentro de dicha cuba superior (1).
5. El aparato según una cualquiera de las
reivindicación precedentes, en el que la carga de metal comprende
aglomerados auto-reducibles de óxido de metal y las
cámaras son cámaras de reducción, fundido y afino.
6. El aparato según la reivindicación 5, en el
que el aparato está configurado para la producción de hierro
fundido y los aglomerados contienen óxido de hierro.
7. El aparato según las reivindicaciones
1-4, en el que la carga de metal comprende metal
prerreducido y en donde las cámaras son cámaras de fundido y
afino.
8. El aparato según la reivindicación 7, en el
que el aparato está configurado para la producción de hierro
fundido y la carga de metal comprende hierro prerreducido.
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