ES2253688T3 - Elemento de enfriamiento. - Google Patents
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Abstract
Método para fabricar un elemento de enfriamiento (1) a usar en la estructura de un horno empleado en procesos del metal, tales como un horno de fusión rápida, un alto horno, un horno eléctrico u otro reactor metalúrgico, comprendiendo dicho elemento de enfriamiento una carcasa de cobre (2) fabricada en una sola pieza, en cuya carcasa se forma un sistema de canales (3) para la circulación del medio de enfriamiento, elementos de revestimiento (4) fabricados en material resistente al fuego, incluyendo dicha carcasa y el elemento de revestimiento medios para conectarlos entre sí, caracterizado porque el elemento de revestimiento (4) y la carcasa (2) se conectan entre sí de manera que el elemento de revestimiento (4) pueda moverse en la dirección vertical con respecto a la carcasa (2).
Description
Elemento de enfriamiento.
La invención se refiere a un método para fabricar
un elemento de enfriamiento y a un elemento de enfriamiento.
En relación con los reactores industriales,
particularmente los reactores usados en procesos del metal, tales
como hornos de fusión rápida, altos hornos y hornos eléctricos, se
usa elementos de enfriamiento macizos que son fabricado usualmente
en cobre. Típicamente, los elementos de enfriamiento son
refrigerados por agua y por tanto están provistos de sistemas de
canales de agua de enfriamiento. En los procesos pirometalúrgicos,
las mamposterías del reactor están protegidas para que el calor
dirigido hacia las superficies de mampostería se transfiera al agua
a través del elemento de enfriamiento, en cuyo caso se reduce
considerablemente el desgaste del revestimiento en comparación con
un reactor que no esté refrigerado. Se consigue la reducción del
desgaste por un revestimiento llamado autógeno solidificado sobre
la superficie del revestimiento resistente al fuego, cuyo
revestimiento autógeno está formado por escoria y otras sustancias
separadas de las fases fundidas.
Sobre la superficie del elemento de enfriamiento
se dispone también con frecuencia un revestimiento cerámico, por
ejemplo, de ladrillos resistentes al fuego. Las condiciones de
trabajo reinantes en el reactor son extremas, y los elementos de
enfriamiento pueden someterse, por ejemplo, a una potente
deformación de corrosión y de erosión causada por la atmósfera del
horno y los contactos fundidos. Con el fin de conseguir un
funcionamiento eficaz del elemento de enfriamiento, es importante
que sea buena la unión entre los ladrillos resistentes al fuego y
el elemento de enfriamiento, para obtener un contacto eficaz de
transferencia de calor. Sin embargo, el revestimiento tiende a
adelgazarse con el tiempo, y esto puede dar lugar a una situación en
la que el metal fundido se pone en contacto con la superficie del
elemento de enfriamiento fabricado en cobre.
La dificultad en la producción de elementos de
enfriamiento conocidos es conseguir un buen contacto entre el
revestimiento resistente al fuego y el elemento de enfriamiento. El
efecto protector del revestimiento resistente al fuego es
dependiente en gran medida de una instalación con éxito, y en la
mayoría de los casos no se puede utilizar completamente las
propiedades de enfriamiento del elemento. Además, una desventaja de
los elementos de enfriamiento conocidos es el hecho de que las
ranuras formadas para fijar el material resistente al fuego están
dispuestas horizontalmente en el horno. Por tanto, el movimiento
causado por la expansión térmica de la mampostería soportadora
usada en el fondo del horno, así como el movimiento de las
acreciones acumuladas de las fases fundidas que se
solidifican sobre el fondo del horno ocasiona tensiones en
revestimientos localizados en las ranuras horizontales, que
pueden dar lugar a desplazamiento del elemento de enfriamiento y
a la creación de grietas nocivas. Además, los elementos de
enfriamiento fabricados en varias piezas contienen muchas costuras
horizontales donde pueden producirse fugas nocivas.
El objeto de la presente invención es introducir
una nueva solución para fabricar un elemento de enfriamiento, así
como un elemento de enfriamiento. Otro objeto de la invención es
realizar un elemento de enfriamiento que tenga un buen contacto
entre el revestimiento resistente al fuego y la carcasa del elemento
de enfriamiento.
La invención se caracteriza por lo expuesto en la
parte caracterizadora de la reivindicación 1. Otras realizaciones
preferidas de la invención están caracterizadas por lo expuesto en
las otras reivindicaciones.
La solución de acuerdo con la invención tiene
muchas ventajas, y por medio de la invención pueden evitarse las
desventajas de la técnica anterior. La estructura del elemento de
enfriamiento de acuerdo con la invención permite una buena
transferencia del calor entre la carcasa que comprende el elemento
de enfriamiento y el revestimiento fabricado en material resistente
al fuego. La carcasa se fabrica preferiblemente en una sola pieza,
lo que evita costuras en la estructura. La carcasa y los elementos
de revestimiento se combinan para que los elementos de
revestimiento resistentes al fuego puedan moverse ventajosamente con
respecto a la carcasa en la dirección vertical. Se elimina así la
tendencia a que las acreciones localizadas en el fondo del horno
muevan todo el elemento de enfriamiento. En la superficie de la
carcasa se forman ranuras verticales en las que pueden colocarse los
elementos de revestimiento fabricados en material resistente al
fuego debido a sus partes de borde a modo de cartela. Se diseña
preferiblemente una ranura de manera que se estreche desde el fondo
de la ranura hacia la superficie. Esta forma de las ranuras ayuda a
fijar los elementos de revestimiento en la carcasa, y asegura el
mantenimiento de una buena transferencia del calor entre dichas
superficies. El elemento de enfriamiento se instala ventajosamente
en el horno para posicionar las ranuras en la dirección vertical.
La parte de fondo de la carcasa prevista en el elemento de
enfriamiento se estrecha hacia abajo, en cuyo caso su forma se
adapta preferiblemente a la forma del ladrillo soportador previsto
en el fondo del horno. De esta manera se atenúa el efecto de los
movimientos producidos por la expansión térmica del anillo
soportador en el elemento de enfriamiento.
El elemento de enfriamiento puede construirse
como una estructura ya acabada antes de instalarla en el horno.
Como alternativa, la parte de carcasa y los elementos de
revestimiento pueden construirse sobre el terreno al mismo tiempo
que se instala el elemento de enfriamiento en el horno. El elemento
de enfriamiento es de fabricación fácil y económica. Se instala
rápidamente y por tanto ayuda a reducir el tiempo requerido para
las reparaciones del horno. En la dirección de profundidad del
elemento de enfriamiento, los elementos de revestimiento se
extienden por fuera de la parte de carcasa, en cuyo caso protegen
mejor la estructura del elemento de enfriamiento y reducen por
tanto las pérdidas térmicas en el horno. Con preferencia, los
elementos de revestimiento cubren toda la superficie de la carcasa,
para que la superficie de cobre del elemento de enfriamiento no se
ponga en contacto con la masa fundida. Los elementos de
enfriamiento de acuerdo con la invención están interconectados en
las uniones previstas en los elementos, con el fin de que en una
ranura auxiliar formada en la unión se coloque elementos de
revestimiento en la dirección vertical. Así, la costura es cubierta
ventajosamente. En el elemento de enfriamiento de acuerdo con la
invención se evitan las costuras horizontales que podrían causar
grandes fugas de masa fundida. Empleando la estructura del elemento
de enfriamiento de acuerdo con la invención es posible evitar el uso
de un material de soldadura entre la carcasa y el revestimiento.
La invención es descrita con más detalle en lo
que sigue haciendo referencia a los dibujos anexos.
Las figuras 1a, 1b y 1c muestran un elemento de
enfriamiento de acuerdo con la invención.
La figura 2 muestra la conexión de los elementos
de enfriamiento.
Las figuras 1a, 1b y 1c ilustran un elemento de
enfriamiento 1 de acuerdo con la invención, que es apropiado para
ser usado, por ejemplo, en la estructura de pared de un horno de
fusión rápido. La figura 1a es una ilustración en vista frontal del
elemento, la figura 1b es una ilustración en vista lateral y la
figura 1c es una ilustración en vista superior. El elemento de
enfriamiento 1 comprende una carcasa de cobre 2 fabricada en una
sola pieza, en la que se ha formado un sistema de canales 3 para la
circulación del medio de enfriamiento. Además, el elemento de
enfriamiento comprende un número suficiente de elementos de
revestimiento 4 fabricados en un material resistente al fuego, tal
como ladrillo de cromo-magnesita, cuyos elementos de
revestimiento se conectan a la carcasa 2. La carcasa y los elementos
de revestimiento están provistos de elementos para fijarlos entre
sí. En la superficie 8 de la carcasa se han formado ranuras
verticales 5, en las que los elementos de revestimiento 4 están
posicionados en la dirección vertical uno encima de otro, con el fin
de llenar toda la ranura en la dirección vertical del elemento de
enfriamiento dentro del área donde el elemento de enfriamiento está
en contacto con la masa fundida. El elemento de revestimiento 4 y
la carcasa 2 se combinan, para que el elemento de revestimiento 4
pueda moverse en la dirección vertical con respecto a la carcasa 2.
No puede producirse movimiento transversal porque las ranuras están
posicionadas en la dirección vertical. Se mantiene una buena
transferencia del calor entre el elemento de revestimiento y la
carcasa. El elemento de revestimiento está provisto de una parte de
borde a modo de cartela 6 en el lado donde se fija a la carcasa. La
carcasa 2 tiene ranuras 5, cuya forma se adapta a las partes de
borde 6 en forma de cartela previstas en el elemento de
revestimiento, para estrechar las ranuras desde el fondo de la
ranura 7 hacia la superficie 8 de la carcasa. El elemento de
revestimiento 4 se conecta a la carcasa de cobre 2 para que las
partes de borde 6 del elemento de revestimiento se coloquen en las
ranuras de la carcasa 5. Esto quiere decir que los elementos de
revestimiento se fijan de manera segura a la carcasa. De acuerdo con
un ejemplo, la anchura del fondo de la ranura 7 es sensiblemente de
74 mm, la anchura del orificio de la ranura 9 es sensiblemente de 68
mm y la profundidad de la ranura es sensiblemente de 36 mm. Usando
estas dimensiones se consigue un elemento de enfriamiento que es
funcional y ventajoso desde el punto de vista de la técnica de
producción.
En la figura 2 se ilustra la conexión de
elementos de enfriamiento separados 1. Un elemento de enfriamiento
1 se coloca en el horno de manera que las ranuras 5 se posicionen
en la dirección vertical. La parte inferior 10 de una carcasa de
acuerdo con el ejemplo está estrechada hacia abajo. De esta manera
se adapta preferiblemente a la forma del ladrillo soportador
colocado en el fondo del sedimentador. La parte inferior de la
carcasa no se pone en contacto con la masa fundida, por lo que no
tiene un revestimiento resistente al fuego. De acuerdo con el
ejemplo, los elementos de revestimiento 4 se conectan a la carcasa 2
antes de instalar en el horno el elemento de enfriamiento. Este
procedimiento acelera el proceso de instalación, puesto que un
elemento que ya está compilado se instala en la estructura
soportadora del horno. El elemento de enfriamiento puede instalarse
también en el horno de manera que se instale la carcasa primeramente
en la estructura del horno, y los elementos de revestimiento se
conectan a la misma después de esto. En la dirección de la
profundidad, los elementos de revestimiento 4 del elemento de
enfriamiento se extiende hasta el exterior de la carcasa 2.
Adicionalmente, los elementos de revestimiento 4 cubren toda la
superficie 8 de la carcasa que se pone en contacto con la masa
fundida. Por tanto, mejora su efecto aislante, y la superficie de la
carcasa de cobre no entra en contacto directo con la masa fundida.
Los elementos de enfriamiento separados están interconectados en
las uniones 11 localizadas en los elementos, lo que quiere decir que
cuando sea necesario, se puede crear una estructura que sea tan
ancha como toda la pared del horno. Cuando se conecta entre sí los
elementos de enfriamiento separados, se crea, debido a la forma de
las uniones 11, una ranura auxiliar 12 que se adapta en su forma a
la forma de la parte de borde 6 a modo de cartela del elemento de
revestimiento. Así, la costura entre los elementos de enfriamiento
es cubierta ventajosamente por los elementos de revestimiento
auxiliares 13. Después de fijar entre sí los elementos de
enfriamiento separados, los elementos de revestimiento superiores
14 se colocan en las ranuras verticales 5. Pueden instalarse también
en su sitio ya en una etapa anterior.
Para un experto en la materia resulta obvio que
las diversas realizaciones preferidas de la invención no se limitan
a los ejemplos anteriormente descritos, sino que pueden variar
dentro del ámbito de las reivindicaciones anexas.
Claims (18)
1. Método para fabricar un elemento de
enfriamiento (1) a usar en la estructura de un horno empleado en
procesos del metal, tales como un horno de fusión rápida, un alto
horno, un horno eléctrico u otro reactor metalúrgico,
comprendiendo dicho elemento de enfriamiento una carcasa de cobre
(2) fabricada en una sola pieza, en cuya carcasa se forma un
sistema de canales (3) para la circulación del medio de
enfriamiento, elementos de revestimiento (4) fabricados en material
resistente al fuego, incluyendo dicha carcasa y el elemento de
revestimiento medios para conectarlos entre sí, caracterizado
porque el elemento de revestimiento (4) y la carcasa (2) se
conectan entre sí de manera que el elemento de revestimiento (4)
pueda moverse en la dirección vertical con respecto a la carcasa
(2).
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque en la superficie (8) de la carcasa se ha
dispuesto ranuras verticales (5) en las que se coloca los elementos
de revestimiento (4).
3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 ó
2, caracterizado porque en el elemento de revestimiento (4)
se ha dispuesto una parte de borde (6) en forma de cartela que se
introduce en la ranura (5) prevista en la carcasa.
4. Método de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3,
caracterizado porque en la ranura vertical (5) dispuesta en
la superficie (8) de la carcasa se coloca elementos de revestimiento
a lo largo de toda la anchura de la ranura de manera que los
elementos de revestimiento se coloquen uno encima de otro.
5. Método de acuerdo con la reivindicación 2, 3 ó
4, caracterizado porque la ranura (5) formada en la carcasa
(2) se estrecha desde el fondo de la ranura (7) hacia la superficie
(8) de la carcasa.
6. Método de acuerdo con la reivindicación 2, 3,
4, ó 5, caracterizado porque la anchura del fondo de la
ranura (7) es sensiblemente de 55-100 mm.
7. Método de acuerdo con la reivindicación 2, 3,
4, 5 ó 6, caracterizado porque la anchura del orifico de la
ranura (9) es sensiblemente de 50-95 mm.
8. Método de acuerdo con la reivindicación 2, 3,
4, 5, 6 ó 7 caracterizado porque la profundidad de la ranura
(5) es sensiblemente de 30-60 mm.
9. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 2-8, caracterizado porque el
elemento de enfriamiento (1) se coloca en el horno de manera de las
ranuras (5) se posicionen en la dirección vertical.
10. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la parte
inferior (10) de la carcasa (2) se estrecha hacia abajo.
11. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
elementos de revestimiento (4) se conectan a la carcasa (2) antes de
instalar el elemento de enfriamiento en el horno.
12. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-10, caracterizado porque
los elementos de revestimiento (4) se conectan a la carcasa (2)
después de haber instalado la carcasa en el horno.
13. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en la
dirección de la profundidad del elemento de enfriamiento, los
elementos de revestimiento (4) se extienden hasta el exterior de la
carcasa (2).
14. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
elementos de revestimiento (4) cubren completamente la superficie
(8) de la carcasa (2) que entra en contacto con la masa fundida.
15. Método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
elementos de enfriamiento (1) están interconectados en las uniones
(11) previstas en los elementos.
16. Método de acuerdo con la reivindicación 15,
caracterizado porque en la ranura auxiliar (12) formada en la
unión (11) se coloca los elementos de revestimiento en la dirección
vertical.
17. Elemento de enfriamiento (1) para usar en la
estructura de un horno empleado en procesos del metal, tales como un
horno de fusión rápida, un alto horno, un horno eléctrico u otro
reactor metalúrgico, comprendiendo dicho elemento de enfriamiento
una carcasa de cobre (2) fabricada en una sola pieza, en cuya
carcasa se forma un sistema de canales (3) para la circulación del
medio de enfriamiento, elementos de revestimiento (4) fabricados en
material resistente al fuego, incluyendo dicha carcasa y el
elemento de revestimiento medios para conectarlos entre sí,
caracterizado porque el elemento de revestimiento (4) y la
carcasa (2) se conectan entre sí de manera que el elemento de
revestimiento (4) pueda moverse en la dirección vertical con
respecto a la carcasa (2).
18. Elemento de enfriamiento de acuerdo con la
reivindicación 17, caracterizado porque en la superficie (8)
de la carcasa se ha formado ranuras verticales (5), en las que se
coloca los elementos de revestimientos (4).
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