ES2266125T3 - Horno de solera rotativa para producir metal reducido y metodo para producir metal reducido. - Google Patents
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Abstract
Un horno de solera rotativa (17) para producir metal reducido mediante calentamiento y reducción de materiales conteniendo carbono compuestos de material conteniendo óxido metálico y material carbonoso de reducción, incluyendo: una solera (1) para cargar en ella dichos materiales carbonosos termotratados; y una campana (21) para cubrir la solera completa desde arriba, donde las partes superiores de ambos extremos laterales (1a) de dicha solera se cubren con el extremo inferior de pared lateral (2a) de dicha campana; y medios de enfriamiento (3) están dispuestos en el extremo inferior de la pared lateral, y donde una sección vertical incluyendo un eje rotativo de dicho horno de solera rotativa tiene una combinación de theta y L que cumplen las dos ecuaciones siguientes 1 y 2: L u tan theta >_ 30 Ecuación 1 L >_ 0,16 theta2 - 2,44 theta + 92 Ecuación 2 donde theta(º) es el ángulo de depresión mínimo para exponer al menos una porción del extremo lateral de solera (1a) cuando dicho extremo lateral de solera se observa hacia abajo desde un extremo delantero (2e) en dicho lado central de solera en el extremo inferior de pared lateral (2a) y L (mm) es la longitud horizontal desde dicho extremo delantero (2e) a una posición (1z) en dicho extremo lateral (1a) que será la depresión mínima.
Description
Horno de solera rotativa para producir metal
reducido y método para producir metal reducido.
La presente invención se refiere a un horno de
solera rotativa para producir metal reducido mediante calentamiento
y reducción de materiales conteniendo carbono compuestos de al menos
material conteniendo óxido metálico y material de reducción
carbonoso, y en particular, a una estructura de una solera.
Recientemente, dado que se producen activamente
productos de acero usando un horno de arco eléctrico, la demanda de
hierro reducido está aumentando gradualmente debido a los problemas
del suministro de chatarra como la materia prima principal de los
productos de acero o la demanda de producir acero de alta calidad en
el horno de arco eléctrico.
Como uno de los procesos para producir hierro
reducido, se conoce un método en el que se mezclan mena fina y
material de carbón, tal como carbón en polvo o coque, para formar un
material aglomerado tal como pelet, que se carga en un horno de
solera rotativa y calienta hasta una alta temperatura para reducir
óxido de hierro presente en el mineral de hierro con el fin de
obtener hierro metálico sólido.
Además, dicho método de reducción se puede usar
no sólo para producción de hierro metálico, sino también para
reducción de metal no ferroso tal como Ni y Cr.
Se produce hierro reducido en el horno de solera
rotativa por ejemplo de la siguiente manera (consúltese la figura
5).
(1) Se mezclan óxido de hierro en polvo y
material carbonoso en polvo y peletizan para formar pelets
verdes.
(2) Los pelets verdes se calientan hasta una
zona de temperatura en que los componentes volátiles combustibles
generados de los pelets no se pueden quemar para quitar la humedad
contenida con el fin de obtener pelets secos (más adelante se
denominarán simplemente pelets).
(3) Los pelets 7 se suministran al horno de
solera rotativa 17 usando una unidad de carga adecuada 13 para
formar una capa de pelets en la solera rotativa 1.
(4) El pelet convertido en capa se calienta por
calor radiante para reducción por la combustión de un quemador 17c
instalado en la parte superior del interior del horno con el fin de
producir hierro reducido mediante metalización.
(5) Dicho hierro reducido se enfría a una
temperatura que permite el manejo mecánico por rociado directo de
gas al hierro reducido por un enfriador 18 o enfriamiento indirecto
usando una camisa de agua de refrigeración, y posteriormente se
descarga del horno por una unidad de descarga 12 para obtener
productos de hierro reducido.
La figura 6 es una vista en sección del horno de
solera rotativa para ilustrar dicho proceso (4). La solera rotativa
1 tiene varias ruedas 19 unidas a su parte inferior de manera que
puedan hacerse girarse a una velocidad constante en una pista
circular 20 por una unidad de accionamiento (no mostrada). Mientras
tanto, una campana 21 para cubrir la parte superior de la solera
rotativa consta de un techo 22 y una pared lateral 2 y fijada a la
tierra. Por lo tanto, hay que proteger el gas dentro del horno y el
aire atmosférico permitiendo al mismo tiempo que la solera rotativa
1 gire libremente alrededor de la campana 21, y se instalan medios
de sellado de agua 4 en general entre la solera rotativa 1 y la
pared lateral 2. Los medios de sellado de agua 4, como se
representa en la figura 6, incluyen una caja circular metálica
llamada canal de sellado lleno de agua e instalada integralmente en
el extremo inferior de ambas paredes laterales 2, y una faldilla
circular metálica situada hacia abajo 4a instalada integralmente en
la solera 1 debajo de ambos extremos laterales 1a de la solera
rotativa 1, en la que los extremos delanteros de la faldilla 4a se
sumergen en agua 4b en los canales de sellado 4 sin contactar con
los canales de sellado 4.
Dado que la solera 1 se calienta por calor
radiante hasta una alta temperatura desde la parte superior por el
quemador 17c instalado en la campana 22 cuando los pelets 7 se
cargan en su parte superior, se adopta una estructura en la que un
refractario aislante sin forma 5 se pone en capas en el lado
superficial inferior de la solera y un refractario termorresistente
sin forma se pone en capas en el lado superficial superior de la
solera.
Además, dado que el calentamiento y el
enfriamiento se repiten en un corto período de tiempo (durante 10 a
20 minutos) cerca de la superficie superior de la solera 1 para
cargar los pelets 7, la calidad general del refractario se puede
dañar por desconchado y análogos. Además, debido a los varios
factores tales como laminación, abrasión o impacto de caída al
suministrar los pelets 7 a la superficie superior de la solera 1, el
fino generado de los pelets 7 se mezcla en el horno 17
conjuntamente con los pelets 7 y reduce a polvo de hierro para
formar una capa de material acumulado en la superficie superior de
la solera 1. Por lo tanto, cerca de la superficie superior de la
solera 1 se forma frecuentemente por un material de solera que tiene
óxido de hierro como el ingrediente principal para evitar el
problema de desconchado y quitar fácilmente la capa de material
acumulado.
Además, como se representa en la figura 6, con
el fin de evitar que los pelets 7 caigan al canal de sellado 4, los
pelets 7 no se cargan cerca de las puntas de los extremos laterales
de la solera 1a. Por lo tanto, mientras la superficie superior de
refractario 1u de los extremos laterales de la solera 1a está
expuesta directamente a calor radiante del interior del horno tal
como el quemador caliente 17c, el interior del techo 22 de la
campana 21 y el interior de la pared lateral 2 y su temperatura
aumenta expandiéndose en gran medida, las paredes laterales de
refractario 1s de los extremos laterales de la solera 1a no están
expuestos directamente a calor radiante y por ello no se expanden.
Por lo tanto, se produce gran cantidad de esfuerzo producido por
distorsión por calor en el borde 1e (12) (más adelante se denominará
borde de solera refractario) de los extremos laterales de la solera
1a, que tiende a tener desconchado conjuntamente con baja
resistencia debido a combustión insuficiente. Cuando el borde de
solera 1e (12) tiene desconchado, los fragmentos rotos caen al canal
de sellado 4 y los pelets 7 cargados cerca del borde de solera 1e
tienden a caer también al canal de sellado 4. Esto no sólo
disminuye el rendimiento de los productos de hierro reducido, sino
que también puede parar la rotación de la solera 1 dado que se
produce un depósito en forma de suspensión en la parte inferior del
canal de sellado 4 y el extremo delantero de la faldilla 4a se
soterra en el depósito.
Por consiguiente, un objeto de la presente
invención es proporcionar una estructura de solera, por la que no
se daña un refractario en extremos laterales de la solera, y no caen
materiales conteniendo carbono (tal como pelets conteniendo
carbono) a los medios de sellado de agua (canal de sellado). Además,
otro objeto de la invención es proporcionar un método para mejorar
el rendimiento de metal reducido.
Como medios para resolver dichos problemas, la
invención según la reivindicación 1 se refiere a un horno de solera
rotativa para producir metal reducido mediante de calentamiento y
reducción de materiales conteniendo carbono compuestos de material
conteniendo óxido metálico y material de reducción carbonoso,
incluyendo: una solera para cargar dichos materiales conteniendo
carbono; y una campana para cubrir la solera completa desde arriba,
donde las partes superiores de ambos extremos laterales de dicha
solera se cubren con el extremo inferior de pared lateral de la
campana; y se ha dispuesto medios de enfriamiento en el extremo
inferior de la pared lateral. En este caso, al estar al mismo
tiempo cubiertos con el extremo inferior de pared lateral de dicha
campana, los lados superiores de ambos extremos laterales de dicha
superficie superior de solera se pueden cubrir con una porción del
extremo inferior de pared lateral.
El extremo inferior de pared lateral de la
campana cubre los extremos laterales de la superficie superior de
solera de modo que el refractario de los extremos laterales no se
exponga directamente al calor radiante del interior del horno.
Entonces, el borde de solera no se distorsiona por calor y no se
puede desconchar. Además, los medios de enfriamiento se instalan en
el extremo inferior de pared lateral con el fin de moderar la
distorsión por calor en los bordes interiores del horno del extremo
inferior de pared lateral y con el fin de evitar el desconchado en
estas porcio-
nes.
nes.
Según la invención, el horno de solera rotativa
para producir metal reducido según la reivindicación 1 se
caracteriza por lo tanto por una sección vertical incluyendo un eje
rotativo de dicho horno de solera rotativa que tiene una
combinación de \theta y L que cumplen ambas ecuaciones 1 y 2
siguientes:
Ecuación 1L
\cdot tan \ \theta \geq
30
Ecuación 2L
\geq 0.16 \ \theta^{2} - 2.44 \ \theta +
92
donde \theta(º) es el ángulo de
depresión mínimo para exponer al menos una porción del extremo
lateral de solera cuando dicho extremo lateral de solera se observa
hacia abajo desde el extremo delantero en dicho lado central de
solera en el extremo inferior de pared lateral, y L (mm) es la
longitud horizontal desde dicho extremo delantero a una posición en
dicho extremo lateral que será el ángulo de depresión
mínimo.
Según esta invención, dado que la temperatura
del borde se puede reducir en un grado tal que no puede tener lugar
desconchado en el borde de solera cuando la temperatura atmosférica
en el horno es 1200ºC o menos, se puede asegurar el efecto de la
invención según la reivindicación 1.
La invención según la reivindicación 2 se
refiere al horno de solera rotativa para producir metal reducido
según la reivindicación 1, donde dicha ecuación 2 se pasa de L
\geq 0,16 \theta^{2} – 2,44 \theta + 92 a L \geq 0,19
\theta^{2} – 2,44 \theta + 100.
Según esta invención, aunque la temperatura
atmosférica en el horno sea superior a 1200ºC, la temperatura del
borde de solera se puede reducir en un grado tal que no pueda tener
lugar desconchado en el borde de solera cuando la temperatura
atmosférica sea 1400ºC o más baja, y así se puede asegurar el efecto
de la invención según la reivindicación 1.
La invención según la reivindicación 3 se
refiere al horno de solera rotativa para producir metal reducido
según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, donde dicho extremo
lateral tiene una superficie inclinada con gradiente hacia arriba
hacia un extremo delantero lateral opuesto al lado central de
solera.
Según esta invención, no caen materiales
conteniendo carbono a los medios de sellado de agua (canal de
sellado) sin interferir con la rotación de la solera.
\newpage
La invención según la reivindicación 4 se
refiere al horno de solera rotativa para producir metal reducido
según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde dicho extremo
lateral se forma de un refractario prefundido quemado o un
refractario con forma.
Según esta invención, el refractario del extremo
lateral se puede quemar fuera del horno con el fin de que tenga un
grado suficiente de resistencia, por que se puede evitar el problema
de baja resistencia del extremo lateral debido a la combustión
insuficiente descrito anteriormente de modo que el desconchado del
borde de solera se pueda evitar más efectivamente.
La invención según la reivindicación 5 se
refiere a un método de producir metal reducido mediante
calentamiento y reducción de materiales conteniendo carbono
compuestos de material conteniendo óxido metálico y material de
reducción carbonoso, incluyendo los pasos de: cargar dichos
materiales conteniendo carbono en dicha solera de horno de solera
rotativa para producir metal reducido según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4; y reducir por calor los productos
carbonosos termotratados.
Según esta invención, no tiene lugar desconchado
en el borde de solera y así el pelet no puede caer al canal de
sellado de manera que el rendimiento de metal reducido se puede
mejorar.
La figura 1 es una vista en sección para
ilustrar una estructura de solera de un horno de solera rotativa
para producir metal reducido de la presente invención.
La figura 2 ilustra la relación entre una
longitud solapada L, un ángulo de depresión \theta y la
temperatura de un borde de solera.
La figura 3 muestra la zona de combinación de la
longitud solapada L y el ángulo de depresión \theta de la
invención según las reivindicaciones 2 y 3.
La figura 4 es una vista en sección para
ilustrar una estructura de solera que tiene una superficie inclinada
con gradiente hacia arriba hacia el borde de solera de la invención
según la reivindicación 4.
La figura 5 es una vista en planta para ilustrar
esquemáticamente un horno de solera rotativa para producir hierro
reducido.
Y la figura 6 es una vista en sección para
ilustrar una estructura de solera original de un horno de solera
rotativa para producir hierro reducido.
La figura 1 muestra una realización de la
invención. Con referencia a la figura 1, una estructura cerca de
una pared lateral de una sección vertical en una dirección radial de
una solera rotativa (por ejemplo, una sección a lo largo de la
línea A-A representada en la figura 5) en una unidad
de combustión representada en la figura 5 (una área de una unidad
de carga 13 a una unidad de enfriamiento 12 en una dirección
rotacional. Además, dado que el lado de periferia exterior y el
lado de periferia interior tienen la misma estructura cerca de la
pared lateral, solamente se representa uno de ellos. La solera 1
consta de una configuración en capas desde la parte inferior a la
parte superior, por ejemplo, en el orden de una capa de refractario
aislante 5a, una capa de refractario termorresistente 5b y una capa
de material de solera 6, excepto para un extremo lateral 1a, que se
forme proporcionando una capa de un refractario prefundido que se
quema 5c (más adelante se denominará refractario prefundido quemado
en la capa de refractario aislante 5a. Además, el extremo lateral
1a es adyacente al extremo inferior 2a de una pared lateral 2 de una
campana y se cubre por ello de manera que se solape algo. Esto
evita que la superficie superior 1u del extremo lateral 1a sea
expuesta directamente a calor radiante del interior del horno, y en
particular, el lado superior del horno de manera que la distorsión
de calor de un borde de solera 1e sea moderada disminuyendo por ello
la probabilidad de daño tal como desconchado, erosión por descarga
de DRI caliente, corrosión, etc, debido a una condición de
temperatura muy alta en el borde de solera 1e. Aunque no es
necesario restringir el extremo lateral 1a al refractario prefundido
quemado 5c, dado que el extremo lateral 1a se quema previamente
para mostrar una cantidad suficiente de resistencia cuando se usa
el refractario prefundido quemado 5c, la probabilidad de daño en el
borde de solera 1e se puede reducir más. Además, cuando se prepara
un bastidor, como el refractario prefundido quemado 5c, con una
forma para dividir el lado de periferia exterior y el lado de
periferia interior de la solera 1 en un número adecuado en la
dirección circunferencial y se prepara un material quemado (ladrillo
de bordillo) fundiendo un refractario sin forma al bastidor seguido
de formación fuera del horno y combustión para instalarse en el
horno, aunque se desconche alguno de los ladrillos de bordillo 5c,
el ladrillo de bordillo predispuesto 5c sustituye al desconchado
después del enfriamiento del horno de manera que la operación se
puede reabrir sin retardo. Aunque un refractario conformado puede
sustituir el refractario prefundido quemado para obtener el mismo
efecto, dado que el refractario conformado requiere operaciones
tales como el cortar el refractario para que coincida con la forma
de la solera elevando por ello a menudo el costo operativo, el
refractario prefundido quemado se desea en general. Por el
contrario, cuando el refractario del extremo lateral 1a se instala
con el refractario sin forma en el horno, se requiere adicionalmente
un tiempo, después del enfriamiento el horno, para reparar la
porción desconchada con el refractario sin forma y quemar esta
porción reparada por el quemador 17c del horno. Así, además de que
se disminuye la velocidad operativa del horno de solera rotativa
17, hay un problema de que algunas porciones tales como los lados 1s
de la solera tienen baja resistencia dado que no se puede quemar
todo el refractario del extremo lateral 1a.
El extremo inferior 2a de la pared lateral está
provisto por ejemplo como un refractario sin forma, en el que los
medios de enfriamiento 3 se soterran por ejemplo como un tubo
metálico de agua de refrigeración. Preferiblemente, el tubo de agua
de refrigeración 3 se suelda con una chapa de anclaje 3a de modo que
el efecto de enfriamiento puede llegar hasta la superficie
refractaria. Alternativamente, se puede usar un canal de agua de
refrigeración en forma de caja, por ejemplo, en lugar de del tubo
de agua de refrigeración 3, y el enfriamiento se puede realizar
usando gas en lugar de agua. Dado que el enfriamiento se realiza
hasta la superficie refractaria, la resistencia del refractario
propiamente dicho se puede elevar evitando por ello el desgaste de
la superficie del refractario debido a la soldadura y análogos.
Además, la diferencia de temperatura se reduce entre la superficie
interior del horno en el extremo inferior de pared lateral y la
superficie inferior de manera que la distorsión por calor del borde
de pared lateral 2e puede ser moderada con el fin de evitar el daño
del borde de pared lateral 2e. Si los medios de enfriamiento 3 no
están instalados en el extremo inferior de pared lateral 2a, el
borde de pared lateral 2e se daña debido a la distorsión por calor
por la diferencia de temperatura entre la superficie interior del
horno y la superficie inferior, y se impide un efecto que cubre (A)
el extremo lateral de solera 1a de manera que el borde de solera 1e
se puede dañar. Además, es preferible soterrar los medios de
enfriamiento 3 de tal manera que el tubo de agua de refrigeración o
el canal de agua de refrigeración en forma de caja en el extremo
inferior de pared lateral 2a dado que los medios de enfriamiento
soterrados 3 se pueden adaptar con el fin de que sirvan para
soportar el peso del refractario de pared lateral 5 además de dicho
efecto.
La instalación del refractario de solera se
realiza preferiblemente, por ejemplo, según el orden siguiente:
primero, la capa de refractario aislante conformado o sin forma 5a
se instala a través de toda la anchura de la solera seguido de
envejecimiento y solidificación. Sobre la capa de refractario 5a se
disponen los ladrillos de bordillo 5c del refractario prefundido
quemado a través de todas las periferias interior y exterior del
extremo lateral de solera para formar un banco 1a (que indica A, sin
embargo, la descripción de A se omitirá a continuación). El
refractario termorresistente sin forma 5b se instala entre el banco
1a de las periferias interior y exterior ligeramente rebajadas más
que el banco 1a. Entonces, el horno se calienta por el quemador 17c
para secar y quemar el refractario sin forma 5b. En una depresión
realizada del banco 1a y el refractario sin forma 5b después de
quemar se introduce un material de solera 6 que tiene óxido de
hierro como el principal ingrediente en forma de terrón o polvo,
que se caliente usando un quemador 17c para formar la superficie de
solera para cargar pelets 7. Esto libera la solera de daño debido al
desconchado y es capaz de mantener la planeidad dado que una capa
de material acumulado formada en la superficie superior de solera se
puede quitar fácilmente. Alternativamente, el ladrillo de bordillo
5c se puede instalar después de que el refractario sin forma 5b se
aplica, seca y solidifica.
Posteriormente, los inventores hallaron que el
desconchado del borde de solera 1e tiene lugar debido a la
distorsión por calor del borde de solera 1e, que está estrechamente
relacionado con la temperatura del borde de solera 1e, y lo
estudiaron como sigue.
Con referencia a la figura 1, la temperatura
cerca del borde de solera 1e se cambia debido a la configuración
geométrica cerca del extremo lateral de solera 1a, mientras que su
medición directa es difícil. Por lo tanto, considerando la
transferencia de calor de radiación mediante un intervalo entre la
solera 1 y la pared lateral 2 del interior del horno y la
transferencia de calor de conducción transferida de la superficie
superior de la solera 1, la temperatura del borde de solera y
análogos se estima por medio de cálculo de transferencia de
calor.
Con referencia a la figura 2, cuando la
temperatura atmosférica en el horno se establece a 1400ºC cerca de
la temperatura límite superior en la producción de hierro reducido
usando el horno de solera rotativa 17, se representa la temperatura
del borde de solera obtenido a través de cálculo de transferencia de
calor usando parámetros tales como un ángulo de depresión \theta
mirando hacia abajo del borde de solera 1e desde el borde de pared
lateral 2e mostrado en la figura 1 y una longitud horizontal L del
borde de pared lateral 2e al borde de solera 1e (la longitud donde
el extremo inferior de pared lateral y la superficie superior de
solera se solapan, más adelante se denominará simplemente longitud
solapada). Además, se proporcionan estructuras de solera
(correspondientes a los experimentos números 2, 4 y 5 que se
describirán más adelante), en las que el ángulo de depresión
\theta y la longitud solapada L se varía a tres tipos usando el
refractario prefundido quemado de los refractarios fundibles a base
de alúmina al extremo lateral de solera en un horno de solera
rotativa existente (diámetro de solera 8,5 m y anchura de solera
1,25 m). La temperatura atmosférica se establece aproximadamente a
1400ºC en dicho horno para realizar experimentos de producir hierro
reducido durante un cierto período de tiempo (22 a 30 días), se
observa desconchado del borde de solera 1e y sus resultados se
muestran en la figura 2. En la figura 2, las marcas O significan que
el borde de solera 1e no tiene desconchado, y las marcas X
significan que el borde de solera 1e tiene desconchado. A partir de
estos resultados, es sabido que el borde de solera 1e tiene muy
baja probabilidad de desconchado cuando la temperatura del borde de
solera se mantiene a o por debajo de 550ºC. Preferiblemente, una
longitud solapada L se establece lo mas grande posible y el ángulo
de depresión \theta se establece lo más pequeño posible con el fin
de mantener la temperatura del borde de solera a o por debajo de
550ºC; sin embargo, hay que considerar las condiciones
siguientes.
Además, si el intervalo entre el extremo lateral
de solera 1a y el extremo inferior de pared lateral 2a se establece
demasiado pequeño, el pelet 7 se puede estrangular en el intervalo
interrumpiendo la rotación de la solera 1. Por lo tanto, el
intervalo es preferiblemente al menos 30 mm considerando que el
diámetro del pelet en uso es 5 a 20 mm en general.
Como antes, con el fin de evitar el desconchado
del borde de solera 1e, se desea satisfacer las ecuaciones
siguientes 1 y 2:
Ecuación 1L
\cdot tan \ \theta \geq
30
Ecuación 2L
\geq 0.16 \ \theta^{2} - 2.44 \ \theta +
92
donde L se expresa en la unidad de
mm, y \theta se expresa en la unidad de grado (º). Además, la
ecuación 2 se obtiene leyendo combinaciones de la longitud solapada
L y la depresión \theta cuando la temperatura del borde de solera
es 550ºC de la figura 2 aproximándose en
curva.
La figura 3 muestra dichas ecuaciones 1 y 2. En
otros términos, una zona sobre una curva corresponde a la ecuación
1, y otra zona sobre una curva b corresponde a la ecuación 2. Por lo
tanto, las combinaciones de L que son puntos arbitrarios en la área
sobre la curva a y la curva b (incluyendo los puntos en las curvas)
y \theta de modo que se puede evitar el desconchado del borde de
solera 1e.
Además, si la longitud solapada L se establece a
o por debajo de 400 mm, se puede minimizar la zona abierta de la
solera de horno que no se usa para producción de hierro reducido
mientras se asegura un grosor necesario para aislamiento térmico
del horno que es la finalidad original de la pared lateral 2, lo que
es preferible sobre una base económica tal como la reducción de
costo de fabricación del horno. Por lo tanto, las combinaciones de
L y \theta se seleccionan en el rango de una región inclinada de
la figura 3 definida por la línea recta c y las curvas a y b, en la
que una región marcada con líneas de puntos debajo de la línea recta
c corresponde a una condición de L \leq 400 mm. Entonces,
preferiblemente, se puede evitar el desconchado del borde de solera
1e y se puede reducir el costo de fabricación del horno.
Además, dicha descripción muestra una condición
preferida de que la temperatura atmosférica es 1400ºC, que está
cerca del límite superior, en el horno en la producción de hierro
reducido por la solera rotativa 17, mientras que la temperatura
atmosférica en el horno se establece a veces a 1200ºC debido a
varias limitaciones tales como las características de la materia
prima en uso. En este caso, las condiciones de la ecuación 2 son
moderadas dado que la temperatura de borde de solera se disminuye en
comparación con la temperatura atmosférica en el horno de 1400ºC.
La temperatura atmosférica se establece a 1200ºC y la transferencia
de calor se calcula como antes para obtener un dibujo (no mostrado)
como en la figura 2, por lo que el borde de solera 1e tiene baja
probabilidad de desconchado. Bajo la condición de que el extremo
delantero del borde tiene una temperatura de o inferior a 550ºC, la
ecuación 2' se obtiene de la siguiente manera:
Ecuación 2L
\geq 0.19 \ \theta^{2} - 2.44 \ \theta +
100
La ecuación 1 es una condición restrictiva que
se determina simplemente de forma geométrica independientemente de
la temperatura atmosférica en el horno sin cambio, en el que una
zona de combinación preferida de la longitud solapada L y el ángulo
de depresión \theta en la temperatura atmosférica en el horno a
1200ºC satisface las ecuaciones 1 y 2'. Cuando la ecuación 2' se
representa conjuntamente en la figura 3, una zona sobre la curva b'
corresponde a la ecuación 2' y la zona sobre la curva a y la zona
sobre la curva b' (incluyendo la zona sobre la curva b')
corresponden al rango de selección de L y \theta, que es más ancho
que cuando la temperatura atmosférica en el horno es 1400ºC.
Dado que la temperatura atmosférica en el horno
difiere según las cualidades de la materia prima utilizada, se
puede usar una estructura de horno adecuada en base al principio
técnico de la invención en este caso.
Además, mientras que la temperatura en el borde
de solera se varía más o menos según la conductividad térmica del
refractario prefundido quemado 5c y también el material del
refractario produce diferencia más o menos en la temperatura del
borde de solera donde el borde de solera 1e no tiene desconchado, en
el caso del refractario prefundido quemado en el rango de
conductividad térmica y el material usado en general, el rango para
evitar el desconchado del borde de solera 1e se puede expresar como
en la figura 3.
Aunque la superficie superior del extremo
lateral de solera 1a se forma plana en general de manera que el
metal reducido se pueda descargar fácilmente por un tornillo o un
rascador, con el fin de evitar que los pelets caigan al canal de
sellado, se puede formar una superficie inclinada 1k con gradiente
ascendente hacia el borde de solera (extremo delantero lateral) 1e
en el extremo lateral de horno 1a como se representa en las figuras
4A y 4B. Aunque el ángulo de la superficie inclinada 1k no se
restringe específicamente, en el extremo lateral de solera en una
región (lado de periferia interior en general) diferente de la
región (lado de periferia exterior en general) donde los pelets de
hierro reducido se descargan del horno por una unidad de descarga,
el ángulo se establece preferiblemente al menor ángulo de reposo de
los pelets 7, por ejemplo al menos 25º, de modo que los pelets 7 que
lleguen a la superficie inclinada puedan volver fácilmente al horno
original. Además, es preferible que cerca del borde de solera 1e se
corte previamente de forma oblicua (figura 4C) o reciba un radio R
(no mostrado) con el fin de que tenga una configuración para
dispersar el esfuerzo de manera que el borde de solera 1e apenas se
pueda desconchar. Además, la definición de la longitud solapada L y
el ángulo de depresión \theta se representa conjuntamente en las
figuras 4A a 4C, en las que se adopta dicha configuración del
extremo lateral de solera 1a. En otros términos, el ángulo de
depresión \theta es el ángulo de depresión mínimo para exponer al
menos una porción del extremo lateral de solera 1a cuando el extremo
lateral de solera 1a se observa hacia abajo desde el borde de pared
lateral 2e. Además, la longitud solapada L es una distancia
horizontal hasta una posición 1z en el extremo lateral de solera 1a
que tiene el ángulo de depresión mínimo \theta. La posición 1z se
basa en la definición de la longitud solapada L y el ángulo de
depresión \theta, dado que el calor radiante no llega
directamente a una zona del horno más allá de la posición 1z
mientras que el calor radiante llega directamente a la otra zona del
horno hacia dentro de la posición 1z, la posición 1z es un lugar
para generar distorsión por calor en la cantidad máxima.
Además, aunque los pelets se describen como un
ejemplo de los materiales conteniendo carbono en dicha realización,
los materiales conteniendo carbono no se limitan a ellos, sino que
pueden incluir la forma de briqueta, la forma de placa, la forma de
pepita, mezcla de polvo y análogos.
En una estructura de horno en la que un horno de
solera rotativa tiene un diámetro de solera de 8,5 m y una anchura
de solera de 1,25 m, y se realizan modificaciones de varias formas
de longitud solapada L, el ángulo de depresión \theta, la
existencia de la superficie inclinada con gradiente hacia arriba
hacia el borde de solera (extremo delantero lateral), soterramiento
del tubo de agua de refrigeración en el extremo inferior de pared
lateral, tipo del refractario de extremo lateral y método de
instalación, después de poner la temperatura atmosférica en el
horno a 1400 o 1200ºC y se produce hierro reducido durante un
período de tiempo predeterminado (aproximadamente 30 días) en cada
condición, se investigan el grado de daño del borde de solera y el
aumento de suspensión en el canal de sellado. Los resultados se
muestran en la Tabla 1 siguiente.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
Con referencia al experimento número 1 en la
Tabla 1, se selecciona una estructura de solera en la que la parte
superior del extremo lateral de solera convencional no se cubre con
el extremo inferior de pared lateral, y el extremo lateral de
solera se forma fundiendo refractarios fundibles a base de alúmina
(conteniendo 50% de masa de Al_{2}O_{3} y 45% en masa de
SiO_{2}) en el horno. En este caso, después de l funcionamiento
durante 22 días a la temperatura atmosférica del horno de 1400ºC, se
observa que el borde de solera tiene desconchado en gran cantidad a
lo largo de la circunferencia y la cantidad de suspensión en el
canal de sellado también se incrementa en gran cantidad.
Con referencia al experimento número 2, aunque
se selecciona una estructura (L es 100 mm y \theta es 21º) en la
que el extremo lateral de solera se forma fundiendo los refractarios
fundibles a base de alúmina en el horno y el extremo inferior de
pared lateral cubre directamente el extremo lateral como en el
experimento número 1, los medios de enfriamiento no están
instalados en el extremo inferior de pared lateral. Aunque en este
caso, después de funcionamiento durante 22 días a la temperatura
atmosférica en el horno de 1400ºC, se halla que el borde de solera
tiene desconchado en gran cantidad a lo largo de la circunferencia,
la cantidad de suspensión en el canal de sellado se incrementa en
gran cantidad, y también el borde de pared lateral tiene
desconchado en gran cantidad a lo largo de la circunferencia. Se
considera que la no instalación de los medios de enfriamiento daña
el borde de pared lateral de manera que se elimina el efecto de
protección contra el calor radiante del interior del horno con daño
del borde de solera.
Con referencia al experimento número 3, el
extremo lateral de solera se forma fundiendo los refractarios
fundibles a base de alúmina en el horno como en los experimentos
números 1 y 2, en el que la longitud de cobertura directa sobre el
extremo lateral con el extremo inferior de pared lateral (longitud
solapada) es ligeramente mayor que en experimento número 2 y el
ángulo de depresión también es ligeramente más pequeño que en el
experimento número 2 (L es 200 mm y \theta es 17º), y además, en
el extremo inferior de pared lateral se soterra el tubo de agua de
refrigeración soldado con la chapa de anclaje. En este caso, incluso
después de funcionamiento durante 30 días a la temperatura
atmosférica del horno de 1400ºC, el borde de solera sólo tiene
ligeras fisuras que no llegan al desconchado y no se observa daño
en el borde de pared lateral. Además, el aumento de suspensión en
el canal de sellado se reduce en gran cantidad. Cuando se instalan
los medios de enfriamiento, se evita el desconchado del borde de
pared lateral y se habilita el efecto de protección contra el calor
radiante del interior del horno con el fin de evitar el desconchado
del borde de solera, y como resultado, se puede evitar que los
pelets y análogos caigan al canal de sellado.
En el experimento número 4, solamente el método
de vaciado del refractario del extremo lateral de solera se cambia
al método para fundir el ladrillo de bordillo (conteniendo 50% en
masa de Al_{2}O_{3} y 45% en masa de SiO_{2}) del refractario
prefundido quemado, en el que otras condiciones son las mismas que
las del experimento número 3. Como resultado, no se observa daño
como fisuras en el borde de solera. Se considera que esto es un
efecto de adoptar el ladrillo de bordillo, que se quema previamente
en una cantidad suficiente fuera del horno y se obtiene suficiente
resistencia hasta el borde en comparación con el método de fundir
el refractario sin forma en el horno.
En el experimento número 5, la longitud solapada
es mayor y el ángulo de depresión es más pequeño (L es 250 mm y
\theta es 14º) que en la estructura de solera del número 4, en el
que otras condiciones son las mismas que en el experimento número
4. Con esto se logra también sustancialmente el mismo efecto que en
el experimento número 4. A partir de los resultados de los
experimentos números 3 a 5, a la temperatura atmosférica del horno
de 1400ºC, cuando la combinación de la longitud solapada 1 y el
ángulo de depresión \theta satisface dichas ecuaciones 1 y 2 al
mismo tiempo (en la zona sobre la curva a y la curva b en la figura
3), se puede confirmar que los efectos se obtienen fiablemente
según la invención.
En el experimento número 6, la longitud solapada
L y el ángulo de depresión \theta se varían de modo que estén en
el rango (L es 150 mm y \theta es 25º) sobre la curva a y la curva
b', aunque no sobre la curva a y la curva b en la figura 3, y la
temperatura atmosférica del horno se disminuye a 1200ºC, en el que
otras condiciones son las mismas que en los experimentos números 4
y 5. Como esto se obtiene también sustancialmente el mismo efecto
que en los experimentos números 4 y 5. Cuando la temperatura
atmosférica en el horno se disminuye a 1200ºC, se confirma que el
rango de combinación de L y \theta se ensancha en comparación con
la temperatura atmosférica de 1400ºC.
En el experimento número 7, la longitud solapada
L y ángulo de depresión \theta tienen el mismo valor que el
experimento número 5 y se forma una superficie inclinada con
gradiente hacia arriba hacia el borde en el lado más de borde del
extremo lateral de solera (la longitud horizontal es 100 mm y el
gradiente es 30º), en el que las otras condiciones son las mismas
que en los experimentos números 4 y 5. En este caso, no se daña ni
el borde de solera ni el borde de pared lateral y no se produce
aumento de suspensión en el canal de sellado. Se considera que en
el extremo lateral de solera se forma la superficie inclinada con
gradiente hacia arriba (20 a 25º) ligeramente más grande que el
ángulo de reposo de los pelets de modo que casi se evitan que los
pelets caigan al canal de sellado.
Según la invención descrita en la reivindicación
1, el extremo inferior de pared lateral de la campana cubre los
extremos laterales de la superficie superior de solera de modo que
el refractario de los extremos laterales no se expone directamente
al calor radiante del interior del horno. Entonces, el borde de
solera no se distorsiona por calor y se puede evitar su
desconchado. Además, dado que los medios de enfriamiento se instalan
en el extremo inferior lateral, la distorsión por calor del borde
de pared lateral se puede moderar evitando por ello el desconchado
en estas porciones.
Además, en las reivindicaciones 1 y 2, la
temperatura del borde de solera se puede reducir en un grado tal
que no se pueda producir desconchado en la solera.
Según la invención descrita en la reivindicación
3, el extremo lateral tiene una superficie inclinada con gradiente
hacia arriba hacia un extremo delantero lateral, los materiales
conteniendo carbono no caen al canal de sellado de manera que el
efecto de la invención según las reivindicaciones 1 a 2 se puede
obtener sin interferir con la rotación de la solera.
Según la invención descrita en la reivindicación
4, el refractario del extremo lateral se puede quemar fuera del
horno con el fin de que tenga un grado suficiente de resistencia,
por lo que se puede evitar el problema de baja resistencia del
extremo lateral debido a la combustión insuficiente de modo que el
desconchado del borde de solera se puede evitar de una manera más
efectiva.
Claims (5)
1. Un horno de solera rotativa (17) para
producir metal reducido mediante calentamiento y reducción de
materiales conteniendo carbono compuestos de material conteniendo
óxido metálico y material carbonoso de reducción, incluyendo:
una solera (1) para cargar en ella dichos
materiales carbonosos termotratados; y
una campana (21) para cubrir la solera completa
desde arriba,
donde las partes superiores de ambos extremos
laterales (1a) de dicha solera se cubren con el extremo inferior de
pared lateral (2a) de dicha campana; y medios de enfriamiento (3)
están dispuestos en el extremo inferior de la pared lateral, y
donde una sección vertical incluyendo un eje
rotativo de dicho horno de solera rotativa tiene una combinación de
\theta y L que cumplen las dos ecuaciones siguientes 1 y 2:
Ecuación 1L
\cdot tan \ \theta \geq
30
Ecuación 2L
\geq 0.16 \ \theta^{2} - 2.44 \ \theta +
92
donde \theta(º) es el ángulo de
depresión mínimo para exponer al menos una porción del extremo
lateral de solera (1a) cuando dicho extremo lateral de solera se
observa hacia abajo desde un extremo delantero (2e) en dicho lado
central de solera en el extremo inferior de pared lateral (2a) y L
(mm) es la longitud horizontal desde dicho extremo delantero (2e) a
una posición (1z) en dicho extremo lateral (1a) que será la
depresión
mínima.
2. El horno de solera rotativa (17) para
producir metal reducido según la reivindicación 1, donde dicha
ecuación 2 se pasa de L \geq 0,16 \theta^{2} – 2,44 \theta +
92 a L \geq 0,19 \theta^{2} – 2,44 \theta + 100.
3. El horno de solera rotativa (17) para
producir metal reducido según la reivindicación 1 o 2, donde dicho
extremo lateral (1a) tiene una superficie inclinada (1k) con
gradiente hacia arriba hacia un extremo delantero lateral (12)
enfrente del lado central de solera.
4. El horno de solera rotativa para producir
metal reducido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde
dicho extremo lateral (1a) se forma de un refractario prefundido
quemado o un refractario con forma.
5. Un método de producir metal reducido mediante
calentamiento y reducción de materiales conteniendo carbono
compuestos de material conteniendo óxido metálico y material
carbonoso de reducción, incluyendo los pasos de:
cargar dichos materiales carbonosos
termotratados en dicha solera de horno de solera rotativa para
producir metal reducido según la reivindicación 1 a 4; y
calentar y reducir los materiales conteniendo
carbono.
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