ES2258531T3 - Dispositivo para pulverizar y granular escorias liquidas. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para pulverizar y granular escorias oxídicas líquidas tales como, por ejemplo, escorias de convertidor, escorias de alto horno o escorias de incineración de basuras, con una artesa de colada de escoria (9) con una abertura de descarga (8), en la que desemboca una lanza (1) ajustable en altura para un chorro propulsor (15) y a la que está conectada una cámara de refrigeración (10), y con un tubo de inmersión (6) dispuesto concéntrico respecto de la abertura de descarga (8), el cual forma entre sí mismo y el borde de la abertura de descarga (8) una ranura anular para la descarga de la escoria, caracterizado porque en la zona del orificio de tobera de la lanza (1) está dispuesto para el chorro propulsor un cuerpo conductor (2) ajustable en la dirección axial (3) de la lanza (1), el cual desvía el chorro propulsor (15) en dirección radial.

Description

Dispositivo para pulverizar y granular escorias líquidas.

La presente invención se refiere a un dispositivo para pulverizar y granular escorias oxídicas líquidas, tales como por ejemplo escorias de convertidor, escorias de alto horno o escorias de incineración de basuras, con una artesa de colada de escoria con una abertura de descarga, en la cual desemboca una lanza ajustable en altura para un chorro propulsor y a la cual está conectada una cámara de refrigeración, y con un tubo de inmersión dispuesto concéntrico respecto de la abertura de descarga, el cual forma entre él mismo y el borde de la abertura de descarga una ranura anular para la descarga de la escoria.

Por la publicación AT 406 262 B se ha dado a conocer un procedimiento para el rociado de escorias oxídicas en el cual la escoria líquida es expulsada de una artesa de colada a través de un tubo de artesa de colada, introduciéndose en la escoria líquida una lanza a través de la cual se empujó gas propulsor y, en especial, vapor de agua. El tubo de artesa de colada en la descarga de escoria de la artesa de colada, tal como está representado en la publicación AT 406 262 B, podría estar formado al mismo tiempo también a modo de una tobera Laval en la que, debido a las condiciones supercríticas, bajo las cuales se suministró vapor caliente o vapor de agua y debido a la posibilidad posterior de una rápida expansión, se observaron también velocidades de circulación del vapor en la banda supersónica. En esta instalación conocida se expulsó por consiguiente una masa fundida de escoria con temperaturas comprendidas entre aproximadamente 1300º y 1500ºC con la utilización de vapor caliente como medio propulsor, teniendo lugar a continuación en la cámara de refrigeración una rápida refrigeración mediante transformación de carbono o portadores de carbono con vapor de agua y el calor de la escoria en monóxido de carbono y H_{2}, con lo cual se crearon condiciones reductoras. El tubo de chorro de vapor propulsor estaba orientado coaxialmente respecto de la abertura de descarga de artesa de colada. En principio, con una instalación de este tipo únicamente se ofrecen, sin embargo, posibilidades de regulación limitadas y en especial el consumo de gas propulsor así como el consumo de medio de refrigeración son extraordinariamente altos, con lo cual se necesita una cantidad de gas alta y se forma una gran cantidad de gas mediante transformación.

Por el documento WO 00/32306 se ha dado a conocer además conducir, concéntricamente respecto de la descarga de artesa de colada, un tubo de inmersión o tubo de estrangulación sumergido, en el que el borde de este tubo de estrangulación estaba apoyado ajustable en la dirección vertical. Con un tubo de estrangulación de este tipo se consigue ajustar correspondientemente el grosor de la superficie externa del chorro de escoria que sale tubularmente, empujándose sin embargo aquí también el chorro propulsor esencialmente en dirección axial. Gracias al tubo de estrangulación se pudo evitar de todos modos una inmersión directa de la lanza en la escoria, dado que la lanza de chorro propulsor estaba guiada en el interior del tubo de estrangulación. Las fuerzas de trituración actuaron en estructuraciones de este tipo principalmente como fuerzas de cizallado, de tal modo que un chorro propulsor con una viscosidad correspondiente, orientado esencialmente de forma axial, induce en el interior de la superficie exterior de la escoria líquida, que rodea concéntricamente este chorro propulsor, una aceleración y con ello las fuerzas de cizallado correspondientes. Dado que la viscosidad de los gases aumenta con el aumento de la temperatura, se utilizó vapor extremadamente caliente, con el fin de garantizar fuerzas de cizallado altas y con ello un efecto de trituración correspondiente. La potencia de trituración se puedo mejorar aún gracias a que el tubo de estrangulación se formó obturado con una tapa y en el tubo de estrangulación desemboca una tubería de conducción de gas estrangulada. Mediante la formación de relaciones de presión correspondientes en el espacio anular alrededor de la lanza se pudieron aprovechar de este modo efectos de resonancia y se pudieron conseguir chorros correspondientemente pulsantes con golpes de ariete periódicos, con lo cual se pudo mejorar la trituración de las gotas.

Dado que las fuerzas de cizallado actúan esencialmente debido a la aceleración axial, en esta estructuración el consumo de medio propulsor es sin embargo aquí también relativamente alto y la altura constructiva total del dispositivo relativamente grande.

El documento US-A-3891730 describe un dispositivo para pulverizar metal líquido con un recipiente intermedio con una abertura de descarga, así como con una lanza que desemboca en la zona de la abertura de descarga para el suministro de gas de pulverización, formando la abertura de descarga una ranura anular. En la zona del orificio de tobera de la lanza está dispuesto un cuerpo conductor, ajustable en la dirección de la lanza, el cual desvía radialmente el gas de pulverización. No está previsto un tubo de inmersión (adicional).

La invención se plantea el problema de mejorar un dispositivo del tipo mencionado al principio para que, con una utilización de gas propulsor notablemente reducida, sea suficiente y al mismo tiempo se haga posible, en una instalación construido mucho más corta, un rendimiento de trituración mejorado con la formación de tamaños de partícula aún más finos. Para la solución de este problema, un dispositivo según la invención consiste esencialmente en que en la zona del orificio de tobera de la lanza está dispuesto para el chorro propulsor un cuerpo conductor ajustable en la dirección axial de la lanza, el cual desvía el chorro propulsor en dirección radial. Gracias a que en la zona del orificio de tobera de la lanza está dispuesto ahora un cuerpo conductor, ajustable en la dirección axial de la lanza, se consigue desviar el chorro propulsor de la dirección esencialmente axial a una dirección radial más o menos radial, con lo cual el tramo de camino libre hasta chocar sobre el revestimiento de escoria se reduce notablemente. El dispositivo se puede hacer funcionar aquí con ventaja de manera que el chorro propulsor sea suministrado bajo condiciones supercríticas, de manera que después del abandono de la tobera aparece una expansión rápida, durante la cual tienen lugar aceleraciones del chorro propulsor a velocidad supersónica. Un chorro propulsor acelerado hasta velocidad supersónica de este tipo entra, después de una distancia extraordinariamente corta, en colisión con la superficie externa líquida de la escoria que fluye hacia fuera, de manera que se consigue una potencia de trituración especialmente eficiente.

Un criterio esencial para el funcionamiento como es debido de una instalación de este tipo es naturalmente el dominio de los procesos de endurecimiento y de corrosión con el fin de mantener correspondientemente los parámetros deseados en cada caso de la geometría del chorro o del grosor del revestimiento de escoria saliente. Las escorias utilizadas, y en especial las escorias de convertidor, se caracterizan por regla general por un contenido relativamente alto en óxido de hierro, con lo cual resultan notables problemas de incombustibilidad. Una protección correspondiente de las piezas constructivas que entran en contacto con este tipo es escoria se puede conseguir, por regla general, únicamente mediante la formación de una piel de escoria definida con exactitud, para lo cual hay que ofrecer amplias posibilidades para la regulación y el ajuste, para dominar con seguridad un crecimiento de una piel de escoria de este tipo a la dimensión mínima deseada. Debido a la trituración relativamente fina mediante los chorros de gas propulsor orientados semirradialmente que chocan con velocidad supersónica sobre el revestimiento de escoria, hay que tener en cuenta además, que junto a la trituración física se desarrollan, también de manera acelerada, procesos químicos a causa de las superficies específicas relativamente grandes de estas partículas pequeñas que se endurecen. Un enfriamiento especialmente rápido se consigue, como se ha propuesto con anterioridad, mediante la transformación química del chorro de escoria caliente y del vapor propulsor con portadores de carbono, como por ejemplo hidrocarburo, formándose monóxido de carbono e hidrógeno.

Condicionado por el pequeño tamaño de partícula se forma de este manera en el producto formado una porción relativamente grande de hierro pulverulento con un tamaño de partícula extremadamente pequeño, de manera que también por este motivo debería trabajarse a partir de ahora bajo condiciones reductoras, para evitar una autoignición de este tipo de partículas de hierro finamente dividido. Este tipo de partículas de hierro o polvo de hierro finamente divididas constituyen ellas mismas por su parte un producto de gran valor, el cual mejora notablemente la rentabilidad del procedimiento, cuando se consigue extraer este producto sin el peligro de una reoxidación. El proceso según la invención se lleva por lo tanto a cabo con ventaja de forma reductora, pudiéndose realizar ventajosamente la formación de la instalación adecuada para ello de tal manera que en la zona de la abertura de descarga o conectado directamente con la abertura de descarga están dispuestas salidas para un medio de refrigeración, orientadas radialmente hacia dentro, concéntricas respecto del chorro de escoria. Con salidas adicionales de este tipo para un medio de refrigeración, orientadas radialmente hacia dentro, se consigue hacer funcionar el dispositivo de tal manera que el medio de refrigeración se suministra aquí también bajo condiciones supercríticas, de manera que tras el abandono de la tobera puede ser expandido con rapidez y, al mismo tiempo, puede ser acelerado a velocidad supersónica. El revestimiento de escoria, esencialmente tubular, que sale de la artesa de colada es cargado, de este modo, no sólo desde dentro por las partículas del chorro propulsor que se expanden a velocidad supersónica sino, desde el exterior, por las partículas del medio de refrigeración que se expanden a velocidad supersónica, de manera que se consigue una trituración especialmente eficiente y una refrigeración simultánea con la formación de partículas especialmente finas. Debido a la distancia relativamente corta a lo largo de la cual entran en conexión de acción tanto el chorro propulsor como también los medios de refrigeración con el chorro de escoria que se solidifica, y debido a la refrigeración extraordinariamente eficiente se puede reducir esencialmente la cantidad total del chorro propulsor así como la cantidad total de medio de refrigeración, de manera que se utilizan cantidades de gas menores y se forman cantidades de gas menores mediante transformación química. En conexión directa con la pulverización más fina mediante interacción con el chorro acelerado hasta velocidad supersónica se forma una nube de reducción en la cual el volumen de gas aumenta notablemente, dado que se transforman hidrocarburos y vapor de agua, en una cantidad en volumen doble, en monóxido de carbono e hidrógeno.

Simultáneamente se consigue garantizar con el suministro de medio de refrigeración, en vecindad directa o incluso directamente en la descarga de escoria, una regulación correspondiente de la refrigeración de estas piezas constructivas y de este modo minimizar el desgaste. Con este propósito se lleva a cabo con ventaja la estructuración de tal manera que la abertura de descarga de escoria está formada como anillo toroidal, en cuyo espacio hueco anular están conectados una conducción de alimentación y las salidas orientadas radialmente hacia dentro para el medio de refrigeración.

Un dispositivo que se puede construir especialmente pequeño se puede conseguir en el marco del dispositivo según la invención gracias a que la tobera de chorro propulsor y/o las salidas para el medio de refrigeración están formadas como toberas Laval y el cuerpo conductor dispuesto en la tobera de chorro propulsor deja una sección transversal interior hacia el orificio de tobera el cual se amplía en la dirección de expulsión del chorro propulsor. La utilización de toberas Laval para el orificio de tobera de la lanza así como la utilización simultánea de toberas Laval en la zona de las salidas para el medio de refrigeración permite alcanzar, muy poco después de la salida de los medios correspondientes, una velocidad supersónica de manera que son suficientes tramos de camino libres especialmente cortos para garantizar el efecto de trituración correspondiente durante el choque sobre el chorro de escoria.

Aquí la estructuración se ha realizado con ventaja de manera que la presión del medio de refrigeración está ajustada mayor que la presión del medio propulsor, con lo cual al mismo tiempo se garantiza que el chorro propulsor que se expande colisiona ya en la zona del choque sobre el revestimiento de escoria líquido con partículas que están comprendidas en el endurecimiento. Estas partículas, que se encuentran precisamente en el endurecimiento, se caracterizan por una resistencia mecánica baja y se pudo descubrir sorprendentemente que el producto triturado presenta tamaños de grano menores que los que resultarían en caso de trituración de un chorro de escoria líquido, cuyo tamaño de gotita está influenciado notablemente por la tensión superficial.

Ventajosamente se utiliza como chorro propulsor un chorro de gases de escape de combustión en el que además se utilizan, de forma ventajosa, como medios de refrigeración hidrocarburos gaseosos. En caso de utilización de estos medios se puede garantizar, para una presión comparativamente pequeña, que son suministradas condiciones supercríticas y con ello medios subexpandidos a la tobera correspondiente, después de lo cual a continuación tiene lugar una expansión rápida y vigorosa para la consecución de las velocidades supersónicas deseadas. En caso de una condensación de agua a partir de un chorro propulsor formado por gases de escape de combustión y vapor de agua resulta, en caso de combustión subestequiométrica, directamente un gas reductor (CO+H_{2}, resto CO_{2}), el cual recientemente se puede utilizar como y que impide una reoxidación del polvo de hierro. En cualquier caso la estructuración se ha realizado ventajosamente de tal manera que el medio propulsor y/o el medio de refrigeración son suministrados a las toberas sometidos a presión supercrítica.

Para la rentabilidad del procedimiento que se lleva a cabo con un dispositivo de este tipo es esencial, como se ha mencionado ya al principio, la posibilidad de ajuste más amplia a los medios escogidos en cada caso para el control de los parámetros de refrigeración y los parámetros de trituración, lo que se consigue en una manera especialmente fácil mediante el cuerpo conductor, que se puede desplazar en la dirección del eje de la lanza, para el chorro propulsor. De forma ventajosa la estructuración se ha realizado aquí de tal manera que el cuerpo conductor porta, en su revestimiento que determina la sección transversal de la tobera, superficies conductoras, en especial superficies conductoras curvadas, con recorrido semirradial o tangencial.

Teniendo en cuenta las partículas endurecidas extremadamente pequeñas formadas y teniendo en cuenta el hecho de que con un dispositivo de este tipo se trabaja, por regla general, con éxito bajo condiciones reductoras, cuando hay que conseguir un tamaño constructivo correspondientemente corto, hay que garantizar que las partículas de hierro pulverulentas extremadamente finas sean separadas tan pronto como sea posible, con el fin de impedir una reoxidación y, en su caso, un peligro de incendio. Una separación de este tipo se consigue sólo después de bajar por debajo del punto de Curie y la formación se puede llevar a cabo por lo tanto con ventaja según la invención de tal manera que en el espacio de refrigeración o a continuación del espacio de refrigeración esté dispuesto un separador magnético. El polvo de hierro magnético de este tipo, con una temperatura comparativamente alta, es naturalmente relativamente fácil de reoxidar. Dado que en total reinan sin embargo condiciones reductoras, hay que ocuparse únicamente de que un polvo de metal de este tipo sea cargado con gas inerte, tan pronto como sea separado de la mezcla de escoria pulverulenta.

Con el fin de asegurar la lanza de gas propulsor correspondientemente contra un desgaste excesivo y para asegurar además que el tramo de camino libre entre el orificio de la lanza de gas propulsor y el choque del chorro sobre el revestimiento de escoria líquido se mantiene tan pequeño como sea posible, la estructuración se ha llevado a cabo de forma ventajosa de tal manera que el orificio de tobera de la lanza de chorro propulsor está dispuesta por encima del borde inferior del tubo de inmersión.

En total se puede reducir con una instalación de este tipo el consumo de gas propulsor/vapor hasta 0,05 - 0,15 Nm^{3}/t de escoria. Se observan únicamente pequeñas pérdidas de refrigeración de tal modo que, para el control de la creciente piel de escoria, puede ser ventajosa también una calefacción de la artesa de colada de escoria. La minimización del consumo de gas propulsor/vapor se puede conseguir con ello sobre la reducción de la longitud de chorro libre y la utilización de gas conseguida mediante el cuerpo conductor.

En general se utiliza gas propulsor/vapor a temperaturas comprendidas entre 600º y 1250º y asimismo como el medio de refrigeración en el margen de presión comprendido entre 2 y 10 bar. La pulverización puede tener lugar también en dirección esencialmente horizontal, pudiéndose formar asimismo en el espacio de granulación o refrigeración una sobrepresión. A causa de las partículas extremadamente finas pueden estar conectados con posterioridad una retirada neumática y una clasificación.

La invención se explica a continuación con mayor detalle sobre la base de un ejemplo de realización representado de manera esquemática en el dibujo. En éste muestran la Fig. 1 una sección transversal a través del extremo de la lanza de gas propulsor y la Fig. 2 una sección transversal a través de la artesa de colada de escoria con la descarga de artesa de colada así como una lanza de medio propulsor.

En la Fig. 1 una lanza de gas de propulsión está designada mediante 1, cuya sección transversal de salida se ensancha a modo de una tobera Laval. En la sección transversal que se ensancha está dispuesto, de manera que se puede desplazar en la dirección axial de la lanza, un cuerpo conductor 2, en el que la dirección de desplazamiento está indicada mediante la flecha doble 3. La propia lanza puede estar orientada horizontal o vertical, pudiéndose suministrar a través del espacio anular 4, entre el cuerpo conductor y la lanza, un medio propulsor, en especial vapor de agua.

La forma de funcionamiento del dispositivo se puede reconocer en detalle sobre la base de la Fig. 2. La escoria líquida es extraída de un recipiente de escoria, en la dirección de la flecha 5, al interior de la artesa de colada, estando previsto, para la definición exacta de un grosor de pared determinado de uno de los chorros de escoria salientes, un tubo de inmersión 6 el cual, en la estructuración según la Fig. 2 está formado a modo de un pistón. Entre el borde inferior 7 de este tubo de inmersión o pistón 6 y la abertura de descarga de escoria 8 de la artesa de colada de escoria 9 se define un determinado grosor de pared de la escoria líquida, el cual a continuación sale al espacio de refrigeración o de granulación 10 conectado con posterioridad. La descarga de escoria presenta un cuerpo hueco 11 toroidal en cuyo extremo inferior están formadas toberas 12 orientadas radialmente hacia dentro. En el cuerpo hueco 11 toroidal se suministran, a través de una conducción 13, hidrocarburos los cuales salen radialmente hacia dentro en la dirección de la flecha 14.

En el interior del tubo de inmersión 6 está dispuesta de nuevo una lanza 1, en cuyo interior está apoyado el cuerpo conductor 2 desplazable en dirección axial. La propia lanza 1 se puede desplazar ella misma en la dirección de la doble flecha 18 asimismo en dirección axial, de manera que la geometría del chorro de gas propulsor 15 saliente se pueda ajustar en márgenes amplios. En la estructuración como tobera Laval se alcanzan, tras la salida del chorro, velocidades supersónicas y, debido al cuerpo conductor, se consigue una expansión rápida del chorro, de manera que el chorro propulsor 15 choca, igual que los chorros orientados hacia dentro de las toberas 12 para el medio de refrigeración, con el revestimiento de escoria 16. dado que ambos chorros pueden chocar con velocidad supersónica, se consigue una trituración rápida e intensiva, formándose a continuación una nube 17, en la cual, como consecuencia de la descomposición química del gas de refrigeración, se consigue una refrigeración rápida con un aumento del volumen simultáneamente rápido. Los hidrocarburos del medio de refrigeración, los cuales salen en la dirección de la flecha 14, son transformados aquí en CO y H_{2}, de tal modo que esta transformación con vapor conduce a que el volumen se doble, dado que ambos medios pueden ser suministrados supercríticamente y por ello, tras la salida de las toberas, en especial de las toberas Laval, se expanden con rapidez, se produce un trabajo de trituración intensivo y, simultáneamente, una refrigeración rápida de la escoria líquida, la cual sale por la abertura de descarga de escoria 8 como superficie externa tubular.

Claims (11)

1. Dispositivo para pulverizar y granular escorias oxídicas líquidas tales como, por ejemplo, escorias de convertidor, escorias de alto horno o escorias de incineración de basuras, con una artesa de colada de escoria (9) con una abertura de descarga (8), en la que desemboca una lanza (1) ajustable en altura para un chorro propulsor (15) y a la que está conectada una cámara de refrigeración (10), y con un tubo de inmersión (6) dispuesto concéntrico respecto de la abertura de descarga (8), el cual forma entre sí mismo y el borde de la abertura de descarga (8) una ranura anular para la descarga de la escoria, caracterizado porque en la zona del orificio de tobera de la lanza (1) está dispuesto para el chorro propulsor un cuerpo conductor (2) ajustable en la dirección axial (3) de la lanza (1), el cual desvía el chorro propulsor (15) en dirección radial.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque en la zona de la abertura de descarga (8) o en posiciones directamente adyacentes a la abertura de descarga (8) están dispuestas, concéntricamente respecto del chorro de escoria, unas descargas (12) orientadas radialmente hacia dentro para un medio de refrigeración.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la abertura de descarga de escorias (8) está formada como un anillo toroidal (11), a cuyo espacio hueco anular están conectados un tubo de alimentación (13) y las descargas (12) orientadas radialmente hacia dentro para el medio de refrigeración.

4. Dispositivo según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque el orificio de tobera de la lanza (1) y/o las descargas (12) para el medio de refrigeración están formadas como toberas Laval y el cuerpo conductor (2) dispuesto en la lanza (1) deja libre una sección transversal interior hacia el orificio de tobera de la lanza (1), la cual se amplía en la dirección de expulsión del chorro propulsor (15).

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la presión del medio de refrigeración está ajustada para ser superior a la presión del medio propulsor.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque como chorro propulsor (15) se utiliza un chorro de gases de escape de combustión y vapor.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque como medio de refrigeración se utilizan hidrocarburos gaseosos.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el medio propulsor y/o el medio de refrigeración es suministrado a las toberas (12) sometido a una presión supercrítica.

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el cuerpo conductor (2) soporta en su superficie externa, que determina la sección transversal de la tobera, unas superficies conductoras, en particular unas superficies conductoras curvadas, con recorrido semirradial o tangencial.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque en la cámara de refrigeración (10) o en una porción adyacente a la cámara de refrigeración (10) está dispuesto un separador magnético.

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el orificio de tobera de la lanza (1) está dispuesto por encima del borde inferior (7) del tubo de inmersión (6).