ES2293277T3

ES2293277T3 - Horno de electrorreduccion.

Info

Publication number: ES2293277T3
Application number: ES04740124T
Authority: ES
Inventors: Jurgen Kunze
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2008-03-16
Anticipated expiration: 2024-06-21
Also published as: AU2004269087B2; CA2534623C; DE10335847A1; CL2004001844A1; CN1829891A; EP1658467B1; DE502004005447D1; ATE377740T1; CA2534623A1; ZA200510205B; MXPA06001136A; EP1658467A1; CN100537784C; WO2005022062A1; AU2004269087A1; BRPI0413109A

Abstract

Horno de electrorreducción (1) para la realización de procesos de reducción, especialmente para la reducción de escorias para la recuperación de componentes metálicos, mediante energía eléctrica, que se introduce en el interior del horno (Oi) a través de, al menos, un electrodo, presentando el horno de reducción (1) una boca de carga (3) para el material de carga, que es transportado por medio de una instalación de carga (4), así como una boca para la descarga a partir del horno de los gases que se forman durante el proceso de reducción, sirviendo la boca de carga (3) para el material de carga, al mismo tiempo, como boca para la conducción de los gases de escape, realizándose el horno (1) según una construcción estanca al aire, estando dotada la instalación de carga (4), en la parte exterior del horno, con una cobertura (7), que es estanca con respecto al recipiente del horno y que presenta en las proximidades del horno un tubo de chimenea (10) para el escape de los gases, que está configurado hacia arriba como chimenea para gases residuales, penetrando en el interior del horno (Oi) la instalación de carga a través de la boca común para la carga y para los gases de escape (3) o desembocando en la boca (3), siendo la instalación de carga un canal de carga (5), llevándose a cabo el transporte del material de carga a través del canal de carga (5) hasta el horno por medio de la fuerza de la gravedad o favoreciéndose con ayuda de medios mecánicos, tales como vibradores o rodillos giratorios, presentando el horno, que tiene una tapa para el horno al menos un tubo de carga para la carga del agente reductor y/o de la escoria sólida, que penetra a través de la tapa del horno hasta el interior del horno y el tubo de chimenea (10) va seguido por una cámara de postcombustión (11).

Description

Horno de electrorreducción.

La invención se refiere a un horno de electrorreducción para la realización de procesos de reducción, de manera especial para la reducción de escorias para la recuperación de componentes metálicos, por medio de la energía eléctrica, que se aplica en el interior del horno a través de, al menos, un electrodo, presentando el horno de reducción una boca de carga para el material de carga, que es transportado por medio de una instalación de carga, así como una boca para la descarga del horno de los gases que se forman durante el proceso de reducción, sirviendo la boca de carga para el material de carga, al mismo tiempo, como boca para la conducción de los gases de escape.

La escoria, que debe ser purificada, se carga y se reduce en el horno. Los metales cargados con la escoria se presentan en forma de óxidos (por ejemplo Cu_{2}O), en forma de sulfuros (por ejemplo Cu_{2}S) y en forma metálica (por ejemplo Cu). Los componentes en estado de óxido se reducen para dar los metales mediante la adición de un agente reductor. Los componentes en estado metálico y en estado de sulfuros se depositan sobre el fondo del horno debido a su diferencia de densidad.

En los hornos de reducción de este tipo, destinados a la reducción o bien a la purificación de las escorias, se sabe que el gas del proceso, tal como el CO, permanece y se quema en el horno, de manera parcial o de manera total.

En este caso, se quema en el horno, por encima de la fusión o bien de la escoria, el gas del proceso, que contiene CO, con aire, que es aspirado a través de bocas adecuadas en la camisa del horno o en la tapa del horno y se enfría hasta una temperatura determinada que está dada por el tipo de la instalación para la eliminación del polvo, conectada aguas abajo.

Esto está relacionado con los inconvenientes siguientes. E,n el caso de una combustión parcial del gas del proceso existe, por un lado, el peligro de una explosión provocada por el CO o de la aparición del CO gaseoso, venenoso, en la nave de fundición.

Por lo demás se produce, por un lado, un elevado desgaste por combustión de los electrodos así como también de los agentes reductores, tales como coque, carbón, etc. debido a la combustión de los gases así como también de los vapores metálicos en estado gaseoso. Esto está relacionado, a su vez, con elevadas pérdidas de energía, que pueden ser del orden de magnitud de 3 hasta 5 toneladas de coque por día y desde 0,5 hasta 0,8 kg de material del electrodo por tonelada empleada. En el caso de una instalación de fundición, que purifique aproximadamente 1.000 toneladas de escoria por día, esto significa costes adicionales comprendidos entre 1.000 y 1.500 dólares norteamericanos por día.

Mediante la producción de este gas residual adicional debido a la combustión no deseada de los electrodos y del agente de reducción se requieren instalaciones para la eliminación del polvo para los elevados volúmenes de gases residuales. Además, se somete a una fuerte solicitación térmica a la mampostería en el recinto para gases del horno, especialmente a la mampostería de la tapa.

Se conoce un horno de electrorreducción para la reducción (le escorias por la publicación japonesa 2000039118 A. La materia prima en estado pulverulento se introduce por medio de una instalación de carga a través de una boca de carga correspondiente en la pared lateral del horno, a la altura de la capa de escora y se funde eléctricamente. El gas que se forma durante la reducción, tal como, de manera especial, el CO gaseoso, se retira por medio de una instalación de descarga a través de un conducto de descarga independiente en una puerta en la tapa del horno.

En la publicación EP-A-0 646 758 se describe un dispositivo para el calentamiento previo y la alimentación de chatarra o de hierro bruto en forma de un bloque frío y para la alimentación continua del mismo en un horno de fusión. En este caso se aprovecha el gas residual para el caldeo o bien para el calentamiento del material que constituye la chatarra. Para simplificar se conduce el gas de escape a través de o bien por encima del dispositivo de alimentación de la chatarra, es decir a contracorriente con respecto al material que constituye la chatarra y, concretamente, a través de todo el dispositivo de alimentación, tal como se ha representado en la figura 5.

Se conoce por la publicación EP-A-0 672 881 un horno de fusión, que tiene recipientes de calentamiento previo para el calentamiento previo de los materiales en bruto. A estos recipientes para el calentamiento previo se les alimenta el gas residual formado en el horno. Por lo tanto, según la publicación EP-A-0 672 881, la instalación de carga y el tubo de la chimenea para la salida de gases, son idénticos. No se ha previsto un calentamiento previo de la escoria. El inconveniente consiste en que la construcción no es estanca al aire.

La publicación WO 93/13 228 A muestra un tubo de carga, a través del cual la escoria llega hasta el horno. La escoria se conduce con esta finalidad a través de canal de alimentación hasta el tubo de carga. Puesto que el tubo de carga puede elevarse o bien puede hacerse descender, presenta en la región de la desembocadura del canal de carga un orificio longitudinal. Debido a esta medida no se consigue una construcción estanca al aire. Además, el gas que se forma en el horno no es aspirado a través del tubo de carga con la chatarra que se encuentra en el mismo sino que lo es a través de recinto anular, que está formado por un segundo tubo y por el tubo de caga dispuesto en su interior. Constituye un inconveniente el que no es deseable una salida del gas a través del tubo de carga. Para conseguir esto se ha cerrado el tubo de carga en su extremo superior por medio de una placa frontal. La publicación US-A-6 544 470 muestra una instalación para la descarga de los gases, que, atraviesa la pared lateral del recipiente superior del horno. El inconveniente consiste en que el aporte de las cargas se lleva a cabo en este caso independientemente de la instalación para la descarga de los gases, a través de una instalación de transporte. Es decir que la instalación de transporte no es aprovechada como instalación para la descarga de los gases.

A partir del estado de la técnica, la invención tiene como tarea desarrollar más un horno de electrorreducción de tal manera, que no se presenten los inconvenientes precedentemente citados.

Esta tarea se resuelve por medio del horno con las características de la reivindicación 1. Otros desarrollos ventajosos están descritos en las reivindicaciones dependientes.

El núcleo de la invención consiste en la realización del horno según una construcción estanca al aire, efectuándose la carga a través de una boca estanca al aire en el horno, simultáneamente, del producto de la carga, especialmente de la escoria líquida y, al mismo tiempo, se descarga o se elimina por aspiración el gas del horno. De este modo se protege el horno de forma óptima contra la penetración no deseada del aire. De este modo se obvia una oxidación de los electrodos y/o del agente reductor.

La instalación de carga, que se ha configurado como canal de carga y que penetra en el interior del horno a través de dicha boca de carga y de eliminación de los gases, presenta una cobertura. Esta cobertura es estanca frente al recipiente del horno y se ha configurado, hacia arriba, en forma de chimenea para los gases de escape.

Esta forma de realización posibilita una carga mediante escorias con una estanqueidad simultánea, estanca al aire y, al mismo tiempo, impide el desgaste por combustión, no deseado, de los electrodos y de los agentes reductores. La cobertura permite una carga continua puesto que actúa de manera permanente. Cuando se trabaje en el horno con una ligera sobrepresión, el gas del proceso abandona el horno a través de la boca de carga en la camisa del horno a través de la chimenea para los gases de escape formada por el canal de carga y por su cobertura.

Básicamente, puede imaginarse también hermetizar esta boca común para la carga y para la eliminación de los gases, por medio de una corredera. Sin embargo esto entra en consideración únicamente cuando la carga no se lleve a cabo de manera continua.

La forma en chimenea de la cubierta se forma debido a que la cobertura de la instalación de recubrimiento presenta aproximadamente en las proximidades del horno un tubo de chimenea para el desprendimiento de los gases, que va seguido por una cámara de postcombustión. En este tubo de chimenea puede producirse una combustión parcial de los gases del proceso, puesto que no puede evitarse por completo que sea aspirado simultáneamente en el tubo de chimenea, por el lado de la carga, aire a través de la instalación de carga. Sin embargo se evita por completo una penetración de aire en el horno. De manera concreta, no se introduce en el horno el aire arrastrado, debido al efecto de chimenea, sino que se introduce en el tubo de chimenea formado por la cobertura. En la cámara de combustión, que se encuentra a continuación, se completa la combustión de los gases del proceso debido al aporte regulado del aire adicional y los gases residuales, quemados, se enfrían hasta las temperaturas más bajas, necesarias.

El transporte del material de carga a través de la instalación de carga en forma de un canal de carga hasta el horno se lleva a cabo preferentemente por medio de la fuerza de la gravedad o bien por fuerza de fluencia. Sin embarga también queda abarcado por la invención llevar a cabo este transporte por medio de agentes mecánicos, tales como vibradores y rodillos giratorios.

Las escorias empleadas se presentan en su mayor parte en estado líquido. Las escorias líquidas se cargan a través de la boca común para la carga y para los gases de escape. Al mismo tiempo se carga también escoria sólida, en forma de trozos. Ésta se añade, en una forma de realización del horno de reducción, junto con el agente reductor por medio de tubos de carga, que penetran a través de la tapa del horno hasta el interior del horno.

Según otra forma de realización es posible, cargar también materia sólida a través de la boca común para la carga y para los gases de escape. Esto es especialmente ventajoso para el agente reductor puesto que los componentes en estado de óxidos de de las escorias se mezclan ya con el agente reductor durante la carga en el horno.

En conjunto se consiguen por medio de la invención otras ventajas:

\bullet: reducción de los costes de explotación desde 300.000 hasta 400.000 dólares norteamericanos por año;

\bullet: menores costes de inversión para las instalaciones de eliminación del polvo, puesto que se elimina el volumen de los gases residuales del aire para la combustión y del aire para el enfriamiento del coque y de los electrodos;

\bullet: menores pérdidas energía debidas a que los gases residuales están más fríos;

\bullet: una menor solicitación térmica de la tapa del horno debido a la eliminación de los calores latentes, puesto que no tiene lugar ninguna combustión en el horno;

\bullet: una realización más sencilla de la barra para los electrodos, puesto que se reduce en gran medida el reajuste de los electrodos;

\bullet: se garantiza una atmósfera reductora en el recinto del horno, que es ventajosa para la obtención del material valioso, que se presenta en estado de óxido.

Otros detalles y ventajas de la invención se desprenden de las reivindicaciones dependientes y por la descripción que sigue, en la cual se describe con mayor detalle la forma de realización de la invención representada en la figura única. En este caso la figura única muestra una sección a través de una pared de horno de reducción, indicado de manera esquemática, con una boca, que sirve simultáneamente como boca de carga y como boca para los gases de escape.

El horno de electrorreducción 1 se ha indicado con ayuda de la pared del horno 2. Un horno de electrorreducción 1, de este tipo, sirve para la realización, por ejemplo, de procesos de reciclo tales como procesos de desperdicios en estado de óxido y, especialmente, para la purificación de escorias para la recuperación de componentes metálicos. Para ello se introduce en el interior del horno O_{i} al menos un electrodo (no mostrado), fundiéndose el material de carga por medio de la energía aportada o llevándose a temperaturas elevadas de tal manera que pueda desarrollarse el proceso de reducción con ayuda de los agentes reductores aportados, tales como carbón y coque.

En la pared del horno 2 se ha dispuesto una boca de carga 3 A través de ésta penetra una instalación de carga 4, en este caso en forma de un canal de carga 5 o de un canal para el aporte de la escoria, que está apoyado por medio de un armazón 6. Mediante el canal de carga 5 se carga la escoria en el horno (flecha I). Al mismo tiempo esta boca 3 sirve también como boca para la descarga de los gases del proceso que se forman durante la reducción, que se han designado en este caso con CO y con {Zn} debido a los vapores metálicos, en forma gaseosa, tal como el cinc (flecha II). Básicamente esta boca 3 es la única boca para la salida de gases. Desde luego puede estar prevista una chimenea de socorro para los gases residuales en caso de peligro.

El canal de carga 5 está hermetizado de manera estanca al aire frente a la pared del horno 2. Para ello está dotado con una cobertura 7 en forma de una carcasa metálica, que se extiende desde la pared del horno 2 hasta la boca de entrada 8 del canal de carga 5. De este modo se forma una especie de túnel para el producto de carga. Por el lado de la boca de entrada 8 la cobertura 7 se encuentra en ligera elevación para proporcionar espacio para el producto de carga. En las proximidades del horno se extiende un tubo de chimenea 10 desde una boca 9 en la cobertura 7, divergentemente con respecto a la cobertura 7. De este modo la cobertura 7 está configurada como chimenea para los gases de escape en un sentido hacia arriba.

El tubo de chimenea 10 va seguido, en el sentido de flujo de los gases de escape, por una cámara de postcombustión 11. En ésta desemboca un canal de alimentación 12, que transporta aire hasta la cámara de postcombustión 11.

A continuación se explica el proceso. El material de carga, tal como la escoria líquida, se carga en continuo a través del canal de carga 5 en el interior del horno (flecha I). El agente reductor se carga igualmente a través de tubos de carga independientes en la tapa del horno o, en caso dado, a través del canal de carga. Al mismo tiempo fluyen los gases del proceso a contracorriente con respecto al sentido de carga a través de la misma boca 3 en la tapa en forma de chimenea (flecha II). Éstos se escapan a través del tubo de chimenea (flecha III). Igualmente se descarga a través del tubo de chimenea 10 (flecha V) el aire (flecha IV), que es arrastrado con el material de recubrimiento. Con este aire puede tener lugar una combustión parcial de los gases en este tubo de chimenea 10, teniendo lugar, sin embargo, la postcombustión propiamente dicha con aporte regulado de aire, en la cámara de combustión 11 conectada aguas abajo, a la que se aporta aire regulado (flecha VI).

En conjunto se consigue con la invención un horno de electrorreducción cerrado, para la purificación de escorias líquidas, que recibe una construcción cerrada puesto que únicamente se ha previsto en el horno una boca para los gases, a través de la cual se cargan las escorias líquidas al mismo tiempo que se eliminan por aspiración los gases del horno. De este modo no puede penetrar en el horno aire incorrecto.

Lista de números de referencia

1: horno de electrorreducción

2: pared del horno

3: boca de carga

4: instalación de carga

5: canal de carga

6: armazón

7: cobertura

8: boca de entrada

9: boca en la cobertura

10: tubo de chimenea

11: cámara de postcombustión

12: canal para la alimentación del aire

Oi: interior del horno

Flecha I: sentido de carga de las escorias y del agente reductor

Flecha II: sentido de la escape de los gases del proceso

Flecha III: flujo de los gases del proceso a través de la chimenea

Flecha IV: aire aspirado desde el lado de carga

Flecha V: desviación a través de la chimenea del aire aspirado

Flecha VI: aporte regulado de aire para postcombustión.

Claims

1. Horno de electrorreducción (1) para la realización de procesos de reducción, especialmente para la reducción de escorias para la recuperación de componentes metálicos, mediante energía eléctrica, que se introduce en el interior del horno (Oi) a través de, al menos, un electrodo, presentando el horno de reducción (1) una boca de carga (3) para el material de carga, que es transportado por medio de una instalación de carga (4), así como una boca para la descarga a partir del horno de los gases que se forman durante el proceso de reducción, sirviendo la boca de carga (3) para el material de carga, al mismo tiempo, como boca para la conducción de los gases de escape, realizándose el horno (1) según una construcción estanca al aire, estando dotada la instalación de carga (4), en la parte exterior del horno, con una cobertura (7), que es estanca con respecto al recipiente del horno y que presenta en las proximidades del horno un tubo de chimenea (10) para el escape de los gases, que está configurado hacia arriba como chimenea para gases residuales, penetrando en el interior del horno (Oi) la instalación de carga a través de la boca común para la carga y para los gases de escape (3) o desembocando en la boca (3), siendo la instalación de carga un canal de carga (5), llevándose a cabo el transporte del material de carga a través del canal de carga (5) hasta el horno por medio de la fuerza de la gravedad o favoreciéndose con ayuda de medios mecánicos, tales como vibradores o rodillos giratorios, presentando el horno, que tiene una tapa para el horno al menos un tubo de carga para la carga del agente reductor y/o de la escoria sólida, que penetra a través de la tapa del horno hasta el interior del horno y el tubo de chimenea (10) va seguido por una cámara de postcombustión (11).

2. Horno de electrorreducción según la reivindicación 1, caracterizado porque la cámara de postcombustión (11) está conectada con un canal para el aporte de aire (12) para la introducción regulada de aire y para la postcombustión, regulada, de los gases del proceso.

3. Horno de electrorreducción según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la boca común para la carga y para salida de los gases (3) está dispuesta en la pared del horno (2) o la tapa del horno, que va seguida por la instalación de carga (3) con la cobertura (7) de manera estanca al aire por el lado externo del horno.

4. Horno de electrorreducción según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque puede cargarse escoria líquida a través de la boca común para la carga y para la conducción de los gases de escape.

5. Horno de electrorreducción según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque pueden cargarse productos sólidos, tales como escorias sólidas y/o agentes reductores a través de la boca común para la carga y para la conducción de los gases de escape.