ES2326568A1 - Procedimiento para la fusion de una carga ferrosa y sistema de control de la concentracion de inquemados en un horno de fusion. - Google Patents
Procedimiento para la fusion de una carga ferrosa y sistema de control de la concentracion de inquemados en un horno de fusion. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2326568A1 ES2326568A1 ES200501064A ES200501064A ES2326568A1 ES 2326568 A1 ES2326568 A1 ES 2326568A1 ES 200501064 A ES200501064 A ES 200501064A ES 200501064 A ES200501064 A ES 200501064A ES 2326568 A1 ES2326568 A1 ES 2326568A1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- oxygen
- temperature
- concentration
- organic
- ferrous
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
- F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
- F27B1/26—Arrangements of controlling devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
- F27B7/20—Details, accessories, or equipment peculiar to rotary-drum furnaces
- F27B7/42—Arrangement of controlling, monitoring, alarm or like devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D7/00—Forming, maintaining, or circulating atmospheres in heating chambers
- F27D7/02—Supplying steam, vapour, gases, or liquids
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
Abstract
Procedimiento para la fusión de una carga ferrosa y sistema de control de la concentración de inquemados en un horno de fusión. El procedimiento para la fusión de una carga ferrosa en un horno de fusión comprende una carga orgánica inherente o no a la carga ferrosa y la combustión de dicha carga orgánica se lleva a cabo utilizando una relación de oxígeno/combustible en el quemador que proporciona una atmósfera oxidante en el horno de fusión. Con dicho procedimiento se potencia el rendimiento energético y por tanto se disminuye el consumo específico de la energía característica del horno. La invención también se refiere a un sistema de control de la concentración de inquemados en la salida de humos de un horno de fusión de una carga ferrosa que comprende medios de inyección de oxígeno y medios de detección de la variación de la temperatura en la salida de humos de dicho horno. Con dicho sistema de control se reduce la concentración de inquemados a la salida de un horno de fusión (en chimenea) a concentraciones más reducidas.
Description
Procedimiento para la fusión de una carga
ferrosa y sistema de control de la concentración de inquemados en un
horno de fusión.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la fusión de una carga ferrosa en un horno de
fusión que comprende una carga orgánica inherente o no a la carga
ferrosa y por el hecho de que se lleva a cabo la combustión de
dicha carga orgánica utilizando una relación de oxígeno/combustible
en el quemador que proporciona una atmósfera oxidante en el horno
de fusión.
En particular, el procedimiento de la invención
consiste en fundir dicha carga ferrosa en un horno mediante la
aportación de la energía característica de dicho horno y mediante
la presencia de una carga orgánica añadida al horno o inherente a
la carga ferrosa.
La presente invención también se refiere a un
sistema de control de la concentración de inquemados en la salida
de humos de un horno de fusión de una carga ferrosa que comprende
medios de inyección de oxígeno y medios de detección de la
variación de la temperatura en la salida de humos de dicho
horno.
Se conocen distintos tipos de hornos de fusión
de productos ferrosos, los cuales disponen de un medio de energía
cualitativamente determinada en función de que tipo de horno se
trate.
Así, por ejemplo, un horno eléctrico de arco
efectúa la fusión de la carga de acero gracias al arco eléctrico
gobernado desde un sistema eléctrico. Dicho arco eléctrico deposita
energía sobre la carga de acero a fundir por lo que su "energía
característica" es la eléctrica, aunque aportaciones de carbón
y/o compuestos orgánicos añadidos, quemados debidamente con oxígeno
aportan energía química complementaria que conjuntamente con la
energía característica del horno mejoran los rendimientos globales
del mismo.
Además de utilizar materiales ferrosos en la
fabricación del acero, también pueden fundirse otros metales
ferrosos en hornos que utilizan como "fuente característica"
de energía, únicamente la energía química, proviniente de la
combustión con oxígeno o con aire de un compuesto orgánico como son
todo tipo de combustibles fósiles sólidos, líquidos o gaseosos o
bien otros compuestos orgánicos sintéticos tales como plásticos
aceites pinturas lacas etc. En la fusión del hierro, intervienen
básicamente, dos hornos para la producción de la "fundición de
hierro", denominados "hornos cubilote" y "hornos
rotativos".
El "horno cubilote" es básicamente una
columna tubular de acero que en función de sus características
productivas puede ser de distinto diámetro, revestido interiormente
por material refractario. En una zona de la columna tubular,
llamada "zona de toberas", se inyecta aire, o aire enriquecido
con oxígeno. La carga ferrosa es introducida en el interior del
horno por la parte superior de la columna tubular alternadamente
con cargas de cok y de fundentes.
El cok quema con el aire o aire enriquecido con
oxígeno con desprendimiento de energía la cual sirve para fundir la
carga ferrosa y los fundentes introducidos. Dicho horno utiliza,
por tanto, como "energía característica" energía química
proviniente de las reacciones:
- \quad
- C + ^{1}/_{2} O_{2} = CO
- \quad
- CO + ^{1}/_{2} O_{2} = CO_{2}
- \quad
- C + O_{2} = CO_{2}
Los "hornos rotativos" para la fusión de
hierro, se caracterizan por disponer de un quemador y un sistema
de giro sobre el eje horizontal del horno. Normalmente son hornos
de fusión que trasvasan el hierro fundido a unos recipientes
revestidos de refractario llamados "cucharas" o "potes" y
desde éstos se cuela el hierro líquido a moldes.
En los hornos rotativos la "energía
característica" es aportada mediante un mechero que quema un
combustible con aire enriquecido con oxígeno o bien con oxígeno
puro por lo que se trata de "energía química". Normalmente, al
igual que en los hornos eléctricos de arco, se introduce junto o
separadamente de la carga ferrosa, materia orgánica en forma de
combustibles fósiles y/o productos orgánicos sintéticos, los cuales
quemados con oxígeno producen una energía complementaria a la del
quemador principal que optimiza los rendimientos globales del
horno.
El rendimiento de energía de cualquier horno
viene determinado por la relación entre la energía entrante en el
horno y la energía saliente y normalmente el rendimiento viene
expresado por la siguiente ecuación:
R = \frac{EE -
EH}{EE}
Donde:
R = Rendimiento del horno
EE = Energía entrante en el horno.
EH = Energía saliente con los humos.
Otras ecuaciones complementarias afinan los
balances de energía de un horno:
EE = EU + EH +
EP
Donde:
EU = Energía útil que toma la carga.
EP = Energía que por conducción sale a través de
las paredes del horno.
EH = Energía que sale con los humos por
chimenea.
Normalmente, la pérdida por paredes de un horno
suele oscilar entre el 3 y el 10% de la energía entrante en función
de la calidad de revestimiento refractario y su espesor.
El factor que influye de una manera directa en
el rendimiento energético de un horno, es la energía a humos (EH)
que en función de su cantidad y temperatura puede representar entre
el 25-50% de la energía entrante en el horno.
Regular y limitar el volumen de humos y su temperatura en chimenea
es lo mismo que minimizar la salida de energía por chimenea y por
tanto aumentar el rendimiento del horno.
En el Horno Eléctrico de Arco, en el que junto
con su "Energía característica" se introduce carbón y/o
sistemas de combustión de hidrocarburos y/o materia orgánica, se
producen combustiones parciales de los unos y otros según las
siguientes ecuaciones:
A \ CxHy + B \
O_{2} = C \ CO + D \ CO_{2} + E \ H_{2} + F \
H_{2}O
- \quad
- A \ C + B \ O_{2} = C \ CO
Los inquemados que no acaban de quemar dentro
del horno ascienden por la chimenea y el oxígeno del aire parásito
aspirado por el sistema de extracción de humos los quema aumentando
la temperatura en chimenea.
En el horno cubilote la masa de aire o aire
enriquecido inyectado por "toberas" quema el carbón de cok en
primera instancia parcialmente según la siguiente ecuación:
A \ C + B \ O_{2} = C \ CO + D \
CO_{2}
A medida que los gases de combustión ascienden
por el horno hacia la chimenea a contracorriente con la carga,
parte de la energía de dichos gases es cedida a la carga pero buena
parte del CO producido de no estar el cubilote en secuencia ideal,
se quema en la zona de "boca de carga" produciendo
calentamiento en chimenea sin aprovechamiento de energía de ningún
tipo.
En el horno rotativo para la fusión de hierro el
quemador que produce la "energía característica" quema un
hidrocarburo según la siguiente ecuación:
A \ CxHy + B \
O_{2} = C \ CO + D \ CO_{2} + E \ H_{2} + F \
H_{2}O
La carga fósil o sintética inherente o añadida
en el proceso a la carga del horno reaccionará según las siguientes
ecuaciones.
- \quad
- A \ C + B \ O_{2} = C \ CO + D \ CO_{2}
A \ CxHy
(\text{*}) + B \ O_{2} = C \ CO + D \ CO_{2} + E \ H_{2} + F \
H_{2}O
(*)fracción combustible de los
compuestos orgánicos tales como plásticos, pinturas, lacas aceites,
taladrinas.
Las partes inquemadas como en los anteriores
casos quemarán en chimenea con aumento de temperatura de los humos
y disminuyendo el rendimiento del horno.
Un objetivo de la presente invención es resolver
los inconvenientes de la técnica anterior, desarrollando un
procedimiento que permita aprovechar la energía de la carga
orgánica inherente o no a la carga del material ferroso.
Otro objetivo de la presente invención es
proporcionar un sistema de control de la concentración de inquemados
en la salida de humos de la chimenea de un horno de fusión de
material ferroso.
De acuerdo con el primer aspecto de la presente
invención se proporciona un procedimiento para la fusión de una
carga ferrosa en un horno de fusión que se caracteriza por el hecho
de que comprende una carga orgánica sintética o fósil y por el
hecho de que se lleva a cabo la combustión de dicha carga orgánica
utilizando una relación de oxígeno/combustible en el quemador que
proporcione una atmósfera oxidante en el horno.
De acuerdo con el segundo aspecto de la presente
invención se proporciona un sistema de control de la concentración
de inquemados en la salida de humos de la chimenea de un horno de
fusión de material ferroso que comprende medios de inyección de
oxígeno y medios de detección de la variación de la temperatura que
permiten, en función de la concentración de inquemados detectada,
actuar de una forma preestablecida sobre el caudal de oxígeno que
se suministra a la entrada del horno de fusión con el fin de quemar
los inquemados presentes y de esta forma disminuir su
concentración.
En la presente invención por "carga
ferrosa" se entiende la chatarra de acero, lingote de hierro,
chatarras de hierro todo ello de distintas calidades que se
introducen en un horno con el fin de llevar a cabo su fusión y/o
elaboración. Dicha carga puede llevar inherente a ella o no
productos orgánicos o bien pueden añadirse a propósito.
En la presente invención por "carga
orgánica" se entiende cualquier producto orgánico que pueda
utilizarse como combustible dado su poder energético. Consideramos
como carga orgánica cualquier tipo de combustible sólido o líquido
de origen fósil o sintético. Generalmente, la carga orgánica está
compuesta por lacas, barnices, pinturas, aceites y plásticos y
puede estar presente en la carga ferrosa o puede adicionarse de
forma separada a dicha carga ferrosa.
En la presente invención por "relación de
oxígeno/combustible" se entiende la relación que existe entre el
oxígeno y el combustible en el sistema de aporte de energía
química, independientemente de si el oxígeno es suministrado en el
propio quemador del horno o por un circuito independiente del
quemador de manera que la relación del combustible que sale por el
sistema y el oxígeno total suministrado a la cámara del horno
confiere en primera instancia la presencia de oxígeno libre en la
misma, y por tanto una atmósfera oxidante.
En la presente invención por "inquemados"
se entiende cualquier compuesto proviniente de la materia
orgánica, especialmente CO, H_{2} y C en forma de hollín.
De acuerdo con el primer aspecto de la presente
invención, ventajosamente, se potencia el rendimiento energético y
por tanto se disminuye el consumo específico de la energía
característica del horno.
También, ventajosamente, se consigue reducir
considerablemente la emanación de volátiles inquemados combustibles
en la salida de la chimenea y, en consecuencia, se trata de un
procedimiento mucho más limpio desde el punto de vista
medioambiental que los procedimientos clásicos utilizados hasta la
fecha.
Es sabido, que una vez cargado el horno con
material ferroso la materia orgánica sintética y/o fósil inicia la
emanación de volátiles combustibles que parten del horno a través
de la chimenea hacia la depuración de humos, junto con los otros
gases resultantes de combustión del quemador. Los gases
combustibles, tales como el monóxido de carbono e hidrógeno y
carbón en forma de hollín, viajan junto a la masa total de gases de
combustión por la extracción de humos del horno encontrando en su
camino moléculas de oxígeno aún sin combinar con las que reaccionan
generando temperatura en chimenea.
Según ensayos efectuados durante la
investigación realizada existe una correlación proporcional entre
la cantidad de reductores en un punto de chimenea y la temperatura
en dicho punto de tal forma que cuanto mayor es la concentración de
CO, H_{2} y C mayor es la temperatura.
Cuanto mayor es la presión parcial de oxígeno en
la cámara de combustión del horno menor es la concentración de CO,
H_{2} y C en chimenea y menor es la temperatura.
Los presentes inventores han encontrado que
regulando automáticamente la temperatura (T) en un punto de la
chimenea a través de un set-point y un sistema de
regulación 5 de temperatura interactivo, a través de un PLC 6, con
las válvulas automáticas de oxígeno 4 en el horno eléctrico de arco
y el horno cubilote y de oxígeno y/o fluido combustible 3 en los
hornos rotativos se consigue aumentar la presión parcial de oxígeno
en el horno de manera que tiene lugar la combustión de la carga
orgánica y/o fósil dentro del horno en lugar de en la chimenea de
salida de humos. La combustión de materia orgánica en el horno
aporta energía útil a la carga ferrosa con lo que se consigue un
cierto incremento en la velocidad de fusión de la carga ferrosa y
una reducción importante de la energía característica del horno,
Energía eléctrica en los hornos eléctricos de arco, carbón en los
hornos de cubilote e hidrocarburo en los hornos rotativos.
En todos los procedimientos de fusión de
materiales ferrosos la carga orgánica puede introducirse en el
horno de forma constante o intermitente según las necesidades del
sistema. La relación oxígeno/combustible en el sistema de aporte de
energía química variará de forma proporcional según la temperatura
(T) de referencia en cada instante en el circuito de extracción de
humos del horno, todo ello se efectúa a tiempo real.
Por tanto, de acuerdo con el primer aspecto de
la invención el procedimiento puede aplicarse con éxito, tanto si
la carga de material ferroso del horno es continua como si es
discontinua y tanto si la carga orgánica es inherente a la carga de
material ferroso o es añadida en continuo o de forma
intermitente.
Los compuestos orgánicos sin el exceso de
oxígeno aportado de acuerdo con la intervención romperían sus
moléculas según la siguiente ecuación:
CxHy +
energ\text{í}a = A \ C + B \ CO + C \
H_{2}
En presencia del exceso de oxígeno que regula en
continuo el procedimiento de la invención, la ecuación que tiene
lugar es la siguiente:
A \ CxHy + B \
O_{2} = C \ CO_{2} + D \ H_{2}O + E \
Energ\text{í}a
El procedimiento según el primer aspecto de la
invención produce un efecto sorprendente e inesperado puesto que al
aumentar las relaciones de oxígeno su exceso se combina con los
inquemados provenientes de la materia orgánica y/o fósil CO,
H_{2}, y C quemándolos completamente dentro del horno y evitando
que progresen hacia chimenea. De esta forma, la temperatura (T) en
el punto escogido desciende y en función de una temperatura de
consigna se restablecen los ratios normales oxígeno/combustible en
el sistema químico de energía.
Por lo tanto, de acuerdo con el primer aspecto
de la invención se introduce un exceso de oxígeno en el horno de
fusión lo que permite aumentar el poder oxidante del i medio,
obteniéndose mejores rendimientos que en un procedimiento clásico,
gracias a que al aumentar la eficiencia energética del horno y por
tanto la velocidad de fusión, el tiempo de exposición de éste con
el medio es inferior.
De acuerdo con el segundo aspecto de la
invención, el procedimiento para la fusión de una carga ferrosa
según el primer aspecto presenta además un sistema de control que
comprende medios de inyección de oxígeno y medios de detección de
la variación de la temperatura.
Según el segundo aspecto de la invención se
llevan a cabo las siguientes etapas:
i) inyectar oxígeno a presión y caudal conocidos
en un punto cualquiera de la salida de humos del horno de
fusión;
ii) detectar la variación de temperatura;
- ii-a)
- en el caso que dicha variación represente un incremento positivo de la temperatura, modificar la relación oxígeno/combustible en el quemador de manera que la concentración de oxígeno sea mayor a la concentración de oxígeno existente antes de realizar esta modificación; y
- ii-b)
- en el caso que dicha variación represente un incremento negativo de temperatura, modificar la relación oxígeno/combustible en el quemador de manera que la concentración de oxígeno sea menor a la concentración de oxígeno existente antes de realizar esta modificación.
\vskip1.000000\baselineskip
Por tanto, la presente invención también se
refiere a un sistema de control de la concentración de inquemados
que comprende medios de inyección de oxígeno y medios de detección
de la variación de la temperatura, colocándose dicho sistema de
control a la salida de humos de un horno de fusión, lo más cercano
posible de la salida del horno.
Ventajosamente, la presencia de un sistema de
control tal y como se ha definido anteriormente permite reducir la
concentración de inquemados a la salida de un horno de fusión (en
chimenea) a concentraciones más reducidas.
La presencia de dicho sistema de control amplia
el rango de la señal del punto de consigna lo que permite
reacciones más precisas del sistema de combustión modulante.
\newpage
En una realización de la invención, los medios
de detección de la variación de la temperatura y los medios de
inyección de oxígeno pueden ser, por un lado, una sonda de
temperatura situada a la salida del horno de fusión (véase
referencia 8, figura 1) de medición óptica o por termopar, que
íntimamente o exteriormente comprenden una lanza de inyección de
oxígeno 7, controlada en presión y en caudal que se halla en
convivencia con la sonda de temperatura 8. Dicha inyección de
oxígeno puede efectuarse en continuo o discontinuamente y el
sistema de control puede ubicarse en cualquier punto de la salida
de humos del horno, aunque preferentemente lo más cercano posible
al horno de fusión.
Cuando la concentración de inquemados en los
humos de salida del horno aumenta hasta el límite de inflamabilidad
de éstos con oxígeno, el oxígeno los hace arder localmente de una
forma espontánea, produciéndose una llama "particular", de
geometría concreta y de temperatura siempre superior a la de los
humos. La concreción geométrica de la llama permite que el
incremento de temperatura sea captado instantáneamente por el
sistema de medición el cual a través de un regulador de temperatura
5 envía la señal a un autómata PLC 6 que actúa cerrando
progresivamente la válvula de combustible 3 o abriendo
progresivamente la válvula de oxígeno 4. Tanto una maniobra como la
otra tiende a aumentar la presión parcial del oxígeno en el horno
y, por tanto, a disminuir la concentración de inquemados en el
mismo.
Cuando la concentración de inquemados se halle
fuera de los límites de inflamabilidad para ser quemados con
oxigeno, el oxígeno no los hará arder y no sólo no se generarán
incrementos locales de temperatura sino que producirán decrementos
locales por actuar el oxígeno como refrigerante, siendo el
decremento de temperatura proporcional al caudal de oxígeno
inyectado.
Este fenómeno amplia el rango de señales;
temperatura máxima con inquemados-temperatura mínima
con concentración de inquemados fuera del límite de inflamabilidad
con oxígeno. Ello proporciona al sistema mayor capacidad de
respuesta.
El sistema de control establece una lógica de
inquemados en humos-temperatura y se basa en cuatro
principios:
* Todos los gases combustibles queman con
oxígeno puro a una cierta concentración y a una cierta
temperatura.
* Los humos de un horno si contienen monóxido de
carbono, hidrógeno o cualquier otro inquemado, a una cierta
temperatura arderán localmente según emplazamiento de una o varias
inyecciones de oxígeno, generando energía y por tanto una
temperatura "siempre superior" a la de los humos.
* Si la concentración de inquemados en los humos
se halla fuera de los límites de inflamabilidad, el oxígeno
inyectado localmente en la vena de humos, tiene tendencia a enfriar
localmente el medio (vena de humos) y por tanto el sistema de
captación de temperatura que está en convivencia con él.
* De una forma local, el incremento de
temperatura es proporcional al caudal de oxígeno inyectado y a la
concentración de inquemados en los humos.
En consecuencia, el sistema de control según el
segundo aspecto de la invención permite limitar a un margen más
estrecho las posibles variaciones en la concentración de inquemados
que se producen en un horno de fusión y, por lo tanto, se trata de
un procedimiento más limpio y más respetuoso con el medio
ambiente.
A continuación, se acompañan unas figuras en las
que, esquemáticamente y sólo a título de ejemplo no limitativo, se
representa un caso práctico de realización.
La figura 1 representa de forma esquemática un
sistema para llevar a cabo el procedimiento para la fusión de una
carga ferrosa de acuerdo con el primer aspecto de la invención y un
sistema de control que permite la reducción de la concentración de
inquemados en la salida de humos de la chimenea según el segundo
aspecto de la invención.
Las figuras 2 a 4 muestran la evolución de
temperaturas en chimenea (T-Humos) y los caudales de
oxígeno (O_{2}) y de Gas natural (GN) de tres ensayos de fusión
realizados según el primer aspecto de la invención.
A partir de las figuras 2 a 4 puede observarse
que a cada subida de la temperatura de humos le corresponde un
descenso del caudal de Gas Natural y que cada descenso de la
temperatura de humos es correlativo a un aumento del caudal de Gas
Natural.
De acuerdo con el primer aspecto de la
invención, la figura 1 muestra un horno de fusión 1 al que se le ha
introducido una carga (C.) ferrosa que lleva inherente una pequeña
cantidad de carga orgánica en forma de aceites minerales y en la
cual se han añadido, de una vez, 300 Kg de antracita (carbón
mineral). El sistema de aporte de energía consta de un quemador 2
oxicombustible a base de un combustible, por ejemplo, Gas Natural
(GN) y oxígeno (OX). Se procede a encender dicho quemador 2 mediante
la alimentación de Gas Natural por la válvula 3 y de oxígeno por la
válvula 4. La temperatura de los gases de combustión se detecta
mediante la sonda de temperatura T instalada en la chimenea del
horno de fusión. Dicha sonda de temperatura T transmite la señal a
un sistema de control (S.C.) de temperatura 5 en el que se ha
prefijado un set-point escogido según la distancia a
la que se instale de la salida de humos del horno. Una transmisión
desde el sistema de control de temperatura 5 a un PLC 6 y de éste a
la válvula de Gas Natural 3 provoca el cierre progresivo de dicha
válvula automática o según como se configure el software la apertura
progresiva de la válvula automática de oxígeno 4. De esta forma se
induce un aumento de la presión parcial del oxígeno en el interior
del horno, lo que asegura que el excedente de oxígeno permita una
combustión completa dentro del horno de la carga orgánica sintética
y/o fósil, independientemente de si ésta es inherente o añadida a
la carga ferrosa. Todo ello provoca un descenso del consumo
específico de energía característica, en este caso de Gas
Natural.
De acuerdo con el segundo aspecto de la
invención, la figura 1 muestra un horno de fusión 1 al que se le ha
introducido una carga (C.) ferrosa que lleva inherente una carga
orgánica y en la cual se han añadido, de una vez, 300 Kg de
antracita (carbón mineral). El quemador 2 es alimentado por
combustible a través de una válvula 3 y por oxígeno como comburente
a través de una válvula 4. A través de una lanza de inyección de
oxígeno 7, íntimamente o exteriormente conjuntamente con una sonda
de temperatura 8, se inyecta oxígeno en la salida del horno de
fusión. Dependiendo de la concentración de inquemados en ese
punto, éstos arden, y mediante un sistema de control de la
temperatura 5 se detecta la variación de la temperatura producida.
El sistema de control (S.C.) 5 transmite una señal a un autómata
PLC 6 que puede provocar el cierre progresivo de la válvula
proporcional de combustible 3 o la apertura progresiva de la
válvula proporcional de oxígeno 4. De esta forma aumenta la presión
parcial de oxígeno en el horno lo que permite llevar a cabo toda la
combustión de los inquemados dentro del mismo, disminuyendo
considerablemente la concentración de inquemados en chimenea.
A pesar de que se ha descrito y representado una
realización concreta de la presente invención, es evidente que el
experto en la materia podrá introducir variantes y modificaciones,
o sustituir los detalles por otros técnicamente equivalentes, sin
apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones
adjuntas.
Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto
se acompañan unos ejemplos en los que esquemáticamente y sólo a
título no limitativo, se representan tres casos prácticos de la
invención mediante referencia a tres coladas distintas.
En un horno de fusión se funde una carga ferrosa
utilizando un combustible y oxígeno como comburente con un ratio
máximo de, por ejemplo, oxígeno/Gas Natural 3,5 u oxígeno/propano 8
u oxígeno/fuel 3,7. El procedimiento se caracteriza por la
existencia de carga orgánica inherente, generalmente muy pequeña, y
una carga fósil añadida a propósito, de cierta importancia,
mezclada con la carga ferrosa y de en ciertas etapas del ciclo
fusor efectuar la combustión del combustible característico con
unas relaciones superiores a las citadas anteriormente Así por
ejemplo para el Gas Natural se utilizan ratios de oxígeno de hasta
5, para el propano de hasta 11,5 y para el fuel de hasta 5,4.
El procedimiento de la invención ha sido
ensayado en un horno rotativo para la fusión de hierro de 20 Tn de
capacidad y equipado con un quemador de Gas Natural y Oxígeno. El
sistema de combustión dispone de un autómata, válvulas automáticas
proporcionales y sistemas electrónicos de medición de caudales,
además de un sistema de seguridad de acuerdo con la legislación
actual en dicha materia.
Durante los ensayos se ha utilizado la
estrategia de ahorro de combustible característico, es decir
"exceso de temperatura en chimenea", válvula de Gas Natural en
cierre progresivo hasta reestablecimiento de temperatura según
set-point, cuando la temperatura desciende de la
programada la válvula de Gas Natural abre progresivamente hasta
alcanzar el caudal nominal programado.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
Los resultados obtenidos en expresan en la
siguiente tabla.
\vskip1.000000\baselineskip
En la primera columna se muestran los parámetros
analizados. En la segunda columna se muestran los valores
obtenidos según el estado de la técnica, en la tercera columna se
muestran los valores de una primera colada, en la cuarta columna se
muestran los valores de una segunda colada y en la quinta columna
se muestran los valores de una tercera colada.
A partir de los valores de la tabla 1 puede
observarse que según la invención (coladas 1ª, 2ª y 3ª) la
velocidad de fusión aumentó una media del 5% con respecto a la
marcha clásica o estado de la técnica previo a la invención. El
consumo específico de energía característica disminuyó de media el
31,5%, pasando el consumo de "energía característica" de 773
m^{3}/fusión en marcha clásica a 530 m^{3}/fusión según el
procedimiento de la invención.
En las tres coladas o ensayos de fusión
realizados se utilizaron set-points, expresados
como rangos de temperatura, distintos según la colada. Así en la 1ª
colada el set-point de temperatura se fijó en
220-240ºC, en la 2ª colada el
set-point de temperatura se fijó en
220-300ºC, y en la 3ª colada el
set-point de temperatura se fijó en
240-300ºC. En los tres casos el caudal de Gas
Natural en el quemador fue de 440 m^{3}/h y a lo largo de la
fusión varió proporcionalmente al rango de temperatura escogido
hasta un caudal mínimo de 200 m^{3}/h.
Por tanto, es evidente que con el procedimiento
de la presente invención se resuelven los problemas citados de la
técnica anterior además de aportar ventajas tales como una
disminución en el tiempo de fusión, una disminución del consumo de
combustible característico un aumento de la velocidad fusión del
hierro y una limitación de la temperatura de salida de humos por
chimenea y en consecuencia una disminución de volátiles
combustibles en la misma (véase figuras 2 a 4).
A pesar de que se ha descrito y representado una
realización concreta de la presente invención, es evidente que el
experto en la materia podrá introducir variantes y modificaciones,
o sustituir los detalles por otros técnicamente equivalentes, sin
apartarse del ámbito de protección definido por las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (12)
1. Procedimiento para la fusión de una carga
ferrosa en un horno de fusión, caracterizado por el hecho 5
de que comprende una carga orgánica y por el hecho de que se lleva
a cabo la combustión de dicha carga orgánica utilizando una
relación de oxígeno/combustible en el quemador que proporciona una
atmósfera oxidante en el horno de fusión.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que además dispone de un
sistema de control que comprende medios de inyección de oxígeno y
medios de detección de la variación de la temperatura, en donde se
llevan a cabo las siguientes etapas:
i) inyectar oxígeno a presión y caudal conocidos
en un punto cualquiera de la salida de humos del horno de
fusión;
ii) detectar la variación de temperatura;
- ii-a)
- en el caso que dicha variación represente un incremento positivo de la temperatura, modificar la relación oxígeno/combustible en el quemador de manera que la concentración de oxígeno sea mayor a la concentración de oxígeno existente antes de realizar esta modificación; y
- ii-b)
- en el caso que dicha variación represente un incremento negativo de temperatura, modificar la relación oxígeno/combustible en el quemador de manera que la concentración de oxígeno sea menor a la concentración de oxígeno existente antes de realizar esta modificación.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la carga orgánica y/o
fósil es inherente a la carga ferrosa.
4. Procedimiento según de la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la carga orgánica y/o
fósil se añade a la carga ferrosa.
5. Procedimiento según de la reivindicación 1
y/o 4, caracterizado por el hecho de que la carga orgánica
y/o fósil se introduce en el horno mediante un procedimiento de
carga en continuo.
6. Procedimiento según de la reivindicación 1
y/o 4, caracterizado por el hecho de que la carga orgánica
y/o fósil se introduce en el horno en una vez.
7. Procedimiento según de las reivindicaciones
anteriores, en el cual el ratio de oxígeno así como su caudal
instantáneo se corrige automáticamente y a tiempo real, según
temperatura de los humos en la chimenea.
8. Sistema de control de la concentración de
inquemados en la salida de humos de un horno de fusión de una carga
ferrosa que comprende medios de inyección de oxígeno y medios de
detección de la variación de la temperatura donde el sistema de
control se sitúa lo más cerca posible a la salida del horno de
fusión.
9. Sistema de control según la reivindicación 8,
donde los medios de inyección suministran oxígeno a caudal
reducido.
10. Sistema de control según la reivindicación 8
y/o 9, donde los medios de inyección de oxígeno presentan
íntimamente o exteriormente los medios de detección de la variación
de la temperatura.
11. Utilización de un sistema de control según
cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 para reducir la
concentración de inquemados en un horno de fusión.
12. Utilización de un exceso de oxígeno para
quemar la carga orgánica y/o fósil inherente a dicha carga ferrosa o
añadida a la misma según cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 ó
7, para aumentar el rendimiento energético y disminuir la emisión
de reductores en la chimenea de un horno de fusión.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200501064A ES2326568B1 (es) | 2005-05-04 | 2005-05-04 | Procedimiento para la fusion de una carga ferrosa y sistema de control de la concentracion de inquemados en un horno de fusion. |
| PCT/EP2006/061912 WO2006117336A1 (fr) | 2005-05-04 | 2006-04-28 | Procede de fusion d'une charge ferreuse |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200501064A ES2326568B1 (es) | 2005-05-04 | 2005-05-04 | Procedimiento para la fusion de una carga ferrosa y sistema de control de la concentracion de inquemados en un horno de fusion. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2326568A1 true ES2326568A1 (es) | 2009-10-14 |
| ES2326568B1 ES2326568B1 (es) | 2010-07-15 |
Family
ID=36691701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200501064A Active ES2326568B1 (es) | 2005-05-04 | 2005-05-04 | Procedimiento para la fusion de una carga ferrosa y sistema de control de la concentracion de inquemados en un horno de fusion. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2326568B1 (es) |
| WO (1) | WO2006117336A1 (es) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2959298B1 (fr) | 2010-04-23 | 2012-09-21 | Air Liquide | Four a flamme et procede de regulation de la combustion dans un four a flamme |
| PL2664884T3 (pl) | 2012-05-18 | 2020-02-28 | Air Products And Chemicals, Inc. | Sposób i urządzenie do podgrzewania metali |
| EP4202297A1 (en) | 2021-12-21 | 2023-06-28 | L'Air Liquide, société anonyme pour l'Étude et l'Exploitation des procédés Georges Claude | Combustion process |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4115269A1 (de) * | 1990-05-11 | 1991-11-14 | Rm Metal Consulting Ky | Verbesserung bei der einschmelzung von sekundaermetall |
| ES2207389A1 (es) * | 2001-11-16 | 2004-05-16 | Al Air Liquide España, S.A. | Mejoras en el objeto de la patente principal n.200102624, por "procedimiento para la fusion de una carga de aluminio". |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2246191A (en) * | 1990-07-06 | 1992-01-22 | Eric Keith Riley | Reclaiming metal from scrap |
| US5364443A (en) * | 1993-12-01 | 1994-11-15 | Alcan International Limited | Process for combined decoating and melting of aluminum scrap contaminated with organics |
| DE69522801T3 (de) * | 1995-07-27 | 2008-08-14 | Air Products And Chemicals, Inc. | Verfahren zum Schmelzen von Aluminium, Schrott und Aluminiumrückständen |
| FR2854408B1 (fr) * | 2003-04-30 | 2006-05-26 | Air Liquide | Procede de traitement d'aluminium dans un four |
-
2005
- 2005-05-04 ES ES200501064A patent/ES2326568B1/es active Active
-
2006
- 2006-04-28 WO PCT/EP2006/061912 patent/WO2006117336A1/fr active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4115269A1 (de) * | 1990-05-11 | 1991-11-14 | Rm Metal Consulting Ky | Verbesserung bei der einschmelzung von sekundaermetall |
| ES2207389A1 (es) * | 2001-11-16 | 2004-05-16 | Al Air Liquide España, S.A. | Mejoras en el objeto de la patente principal n.200102624, por "procedimiento para la fusion de una carga de aluminio". |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2006117336A1 (fr) | 2006-11-09 |
| ES2326568B1 (es) | 2010-07-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2272220T3 (es) | Procedimiento de puesta en marcha para un proceso de fusion directa. | |
| ES2942643T3 (es) | Procedimiento de combustión para la fusión de vidrio | |
| ES2675910T3 (es) | Horno de llama y procedimiento para regular la combustión en un horno de llama | |
| NO313512B1 (no) | Fremgangsmåte ved drift av en regeneratorglassovn, og sådan regeneratorglassovn | |
| ES2694416T3 (es) | Iniciación de un proceso de fundición | |
| JP4847491B2 (ja) | 溶融炉への熱供給方法 | |
| ES2326568B1 (es) | Procedimiento para la fusion de una carga ferrosa y sistema de control de la concentracion de inquemados en un horno de fusion. | |
| TW202117254A (zh) | 多燃燒器旋轉爐熔化系統及方法 | |
| AU657034B2 (en) | Operation of vertical shaft furnaces | |
| JP2009250571A (ja) | 循環流動層炉の起動方法 | |
| ES2671007T3 (es) | Comenzar un proceso de fundición | |
| CN104870903A (zh) | 木材燃料加热炉 | |
| JP2010006694A (ja) | 鉱物ウールの製造方法 | |
| ES2207389B1 (es) | Mejoras en el objeto de la patente principal n.200102624, por "procedimiento para la fusion de una carga de aluminio". | |
| CA2198682A1 (en) | Furnace waste gas combustion control | |
| JP2013194942A (ja) | 金属溶解炉および金属溶解方法 | |
| JPH11507100A (ja) | バルク状スクラップへの改善されたエネルギー入力方法 | |
| ES2326935B1 (es) | Procedimiento para la fusion de metales. | |
| CN202204273U (zh) | 可倾斜分层放渣氧化精炼反射炉 | |
| BR112020019543A2 (pt) | Processo de fundição direta com combustão completa | |
| WO2004083469A1 (en) | Process for melting an aluminum charge containing organic material | |
| WO1996016189A1 (es) | Procedimiento para la fusion de metales o no metales | |
| PL227787B1 (pl) | Sposób i urządzenie do spalania materiałów opałowych | |
| Reddy et al. | Reduction in CO2 emissions by curtain flame ignition in sinter plants | |
| JP2003074818A (ja) | 廃棄物溶融炉 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20091014 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2326568B1 Country of ref document: ES |