ES2457140A1

ES2457140A1 - Sistema y procedimiento de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre y horno asociado

Info

Publication number: ES2457140A1
Application number: ES201331803A
Authority: ES
Inventors: Gabriel Font Puig; Francesc Farriol Almirall; Oriol GUIXÀ ARDERIU; Miquel GARCÍA ZAMORA
Original assignee: La Farga Lacambra SA
Current assignee: La Farga Lacambra SA
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2014-04-24
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: US20150159954A1; ES2457140B1

Abstract

Sistema y procedimiento de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre, comprendiendo al menos una trituradora destinada a recibir chatarras de cobre para refinar, asociada a unos medios de cribado vinculados con al menos una mesa vibratoria de alimentación a través de unos medios de transporte en continuo, tal que dicha mesa vibratoria de alimentación permite introducir las chatarras de cobre trituradas dentro del horno. También se describe un horno adecuado para recibir un volumen de chatarras de cobre a partir del sistema y procedimiento de carga anterior, caracterizado por una bóveda plana con puerta de carga horizontal cuya anchura de abertura para la carga de chatarras trituradas es inferior a 0,6 m. El sistema, procedimiento y horno descritos permiten optimizar el proceso de fusión y refino de chatarras de cobre, así como reducir el consumo de energía y la emisión de gases contaminantes.

Description

Sistema y procedimiento de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre y horno asociado 5 OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente solicitud de Patente de Invención tiene por objeto el registro de un sistema y un procedimiento de carga y un horno que incorporan notables innovaciones y ventajas.

10 Más concretamente, la invención propone el desarrollo de un sistema y procedimiento de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre, y del horno de fusión y refino de chatarras de cobre, que permiten optimizar el proceso de fusión y refino, así como reducir el consumo de energía y la emisión de gases contaminantes.

15 ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Existe gran diversidad de hornos y procedimientos para refinar el cobre. Evidentemente el diseño de los mismos depende de la pureza de la materia prima utilizada y también de la 20 posterior utilización del caldo líquido obtenido al final del proceso pirometalúrgico realizado en el horno.

Podemos dividir los hornos y los sistemas y procedimientos de carga utilizados para el refino del cobre en dos grandes grupos: 25 1.- Para hornos de carga y fusión continúa, los más importantes son:

a.- Horno tipo “shaft”, según patente US3199977, esquemáticamente representado en la figura 1, en el cual la carga se realiza por la abertura 101, al ser el hogar del horno en 30 vertical 102 y tener el sistema de combustión en la parte baja del horno 103, los gases de combustión pasan a través de la carga obteniendo un gran rendimiento energético, el material fundido fluye por la solera 104 a través del agujero de salida 105. La escoria asociada a las chatarras de cobre es muy pegajosa, por tanto este tipo de horno permite fundir materiales de alta pureza de cobre, ya que sino la solera 104 quedaría saturada de

35 escorias.

b.- Horno tipo “Hearth-Shaft”, según patente GB1056977 esquemáticamente representado en la figura 2, en el cual la carga se realiza por la abertura 201, la carga 202 es calentada por los gases de combustión de los quemadores 203, fluyendo el material sobre el altar 204 necesario para poder acumular cobre liquido en la zona 205, el horno para poder evacuar este cobre es basculante sobre los rodamientos del suelo, lo que obliga a disminuir la altura de la parte vertical 206, provocando una disminución importante del rendimiento energético que se quería obtener.

c.- Horno tipo “Cosmelt Process®”, éste es un proceso pirometalúrgico y horno diseñado por La Farga Lacambra en el año 2.000. Este horno está esquemáticamente representado en la figura 3, la carga se realiza por una abertura 301, al ser el hogar del horno en vertical 302 y tener el sistema de combustión en la parte baja del horno 303, los gases de combustión pasan a través de la carga obteniendo un gran rendimiento energético, el material fundido fluye por la solera 304 que esta bañada de cobre líquido, permitiendo un flujo de cobre y escoria hacia la caja de salida 305. Esta solución permite cargar y fundir chatarras de cobre de contenidos superiores a 97% con alto rendimiento energético.

2.- Para hornos de carga y fusión discontinua, los más importantes son:

a.- Horno reverbero, diseñado originalmente por Maerz en los años 50 según patente US2864602, esquemáticamente representado en la figura 5 en una versión más reciente. Este horno es capaz de fundir chatarras de cobre con contenido de cobre a partir de 92%. Este horno bascula, preferentemente a través de un sistema de ruedas o rodillos 501 y cilindros hidráulicos 502, para facilitar los procesos de vaciado y escoriado. La puerta de carga 503 está situada en un lateral, lo que dificulta la introducción de las chatarras de cobre, ya que la carga debe distribuirse en el horno evitando la acumulación en los alrededores de la puerta. El tiempo de apertura es muy grande y por consiguiente, se produce una gran pérdida energética. Así mismo, presenta una gran dificultad de recoger los gases de combustión que salen por la puerta de carga.

b.- Horno torreta, según solicitud de patente WO2012038140, esquemáticamente representado en la figura 6. Este horno es también del tipo reverbero basculante, y se caracteriza por disponer, en la parte central de la bóveda, de una torreta que sobresale y que tiene el techo 601 en forma de arco delimitado por la puerta de carga del horno 602.

Esta solución pretende aumentar la capacidad del horno y facilitar el proceso de carga. El principal inconveniente de este horno es su baja eficiencia energética, ya que al abrir la puerta de carga se produce el efecto chimenea, con la consiguiente pérdida de calor. Cabe resaltar aquí que los hornos de carga con torreta descritos anteriormente, de tipo “Shaft”, “Cosmelt” y el “Heart-Shaft”, también tienen el efecto chimenea comentado, canalizando los gases a través del material a fundir y hacia la chimenea de salida, no siendo así en el horno torreta.

c.- Horno elíptico, según patente ES2271898, esquemáticamente representado en la figura

4. Este horno tiene una sección transversal en forma elíptica u ovalada, y puede girar alrededor de su eje de giro un ángulo mayor a 40º, habitualmente de 90º. La posición adecuada de fusión (figura 4) es cuando la superficie del baño 401 es mayor a la profundidad del mismo 402h. La posición adecuada de refino y mezcla, es aquella en que la superficie del baño es menor a la profundidad del mismo. Este horno tiene la limitación de una capacidad pequeña, entre 20 y 50 tm. La carga al ser lateral tiene los mismos inconvenientes que los descritos en el horno de la figura 5

d.- Horno cilíndrico o también conocido como horno tambor, según patente US4245821 esquemáticamente representado en la figura 7. Habitualmente el proceso de fusión se realiza en otro horno, y el horno tambor se emplea para el refino del caldo de cobre. En el caso de utilizarlo como fundidor, tiene problemas de carga así como pérdidas de calor. Para promover un buen intercambio entre aditivo y cobre líquido, dada la gran diferencia de densidad, es necesario que la superficie del baño 701 sea grande, evitando profundidades de baño 702h mayores de 700 mm. Los hornos tipo cilíndricos dificultan este intercambio por ser hornos con grandes profundidades de cobre líquido.

En cuanto a las chatarras de cobre que se emplean para alimentar estos hornos de refino de cobre de carga y fusión discontinúa, pueden presentar un contenido inicial de cobre del 92%, normalmente se incluye la utilización de chatarras de cobre desde un contenido del 92% en cobre hasta chatarras de cobre de 99,9%. En el mercado existen diversas especificaciones para la denominación de las chatarras de cobre, siendo las más utilizadas las especificaciones ISRI y EN-12861. En la normativa ISRI, la más consultada internacionalmente, se denomina a las chatarras utilizables en esta invención como, “MillBerry/Barley”, “Berry”, “Birch”, “Candy”, “Cliff”, “Clove”, “Cobra”, “Cocoa”, “Dream”; en la normativa EN-12861, se corresponde a los códigos S-Cu-1, S-Cu-2, S-Cu-3, S-Cu-4, S-Cu5, S-Cu-6, S-Cu-7, S-Cu-8, S-Cu-9, S-Cu-10; es decir, las chatarras que tengan un contenido de cobre superior al 92%.

Evidentemente estas chatarras de cobre pueden tener diferentes formas físicas (granulados, desperdicios de tubos, hilos viejos, catenaria, briquetas, piezas sólidas, chapas, hilos esmaltados, hilos con recubrimiento de papel, etc.). Además de la falta de homogeneidad, una característica generalizada es la presencia importante y variable de sustancias inertes, como cenizas, óxidos y tierras. La cantidad presente de dichos inertes es crítico en la evaluación del cobre contenido de las chatarras, así como en su fusión y refino.

El proceso pirometalúrgico del cobre consiste en un conjunto de fases, en primer lugar se debe cargar las chatarras de cobre en el interior del horno. Para ello se emplean habitualmente palas cargadoras o carretillas o sistemas elevadores con “skips” u otros sistemas. Puesto que la cantidad cargada está limitada por la capacidad de las palas, carretillas o “skips”, se requieren varias aperturas de la puerta para una carga completa del horno, con la consiguiente pérdida energética. Además, estos sistemas de carga no permiten optimizar el espacio empleado por las chatarras al no ser homogéneas en cuanto a formas y tamaños, y requieren de una abertura de la puerta de carga del horno de dimensiones suficientes para recibir la pala cargadora o el vagón de la carretilla o el “skip”.

Posteriormente se debe fundir estas chatarras aportando el calor necesario para elevar la temperatura hasta los 1.083ºC de fusión del cobre y aportar las calorías necesarias del calor latente de fusión 205 kJ/kg.

Generalmente esta operación en la actualidad se hace por fases, una vez se ha conseguido la fusión de la carga completa del horno, se eleva la temperatura a la temperatura de trabajo, entre 1150ºC y 1200ºC.

En segundo lugar, al haber cargado en el horno material con contenido de cobre inferior al 100%, una parte de este material que no es cobre no se ha fundido, como las tierras, y materiales diversos de punto de fusión superior a los 1200ºC, por tanto es necesario realizar una fase de extracción de estos materiales que tienen densidades inferiores al cobre ya que flotan en la superficie; generalmente se añaden aditivos para optimizar este proceso.

Una vez quedan en el interior del horno cobre e impurezas metálicas, se realiza la operación de refino del cobre conocida por el estado de la técnica, proceso de oxidación-reducción con aditivación de elementos arrastradores de las diferentes impurezas.

Finalmente, tras el proceso de afino pirometalúrgico, se obtiene un caldo de cobre líquido, de composición ajustable en función de lo deseado, y que puede corresponder, entre otras, a las denominaciones siguientes:

Simbolo: Denominacion Contenido minimo en Cu+Ag Principales normas de referencia

FRTP: IFire-refined touch-pitch" 99,9O % ASTM B224; EN 1976

FRSTP: IFire-refined touch-pitch with silver" ASTM B224

STP: ISilver-bearing touch-pitch" ASTM B224

CuAgO,O4 CuAgO,O7 CuAgO,1O: ISilver-bearing touch-pitch" EN 1976

CuAgO,O4P CuAgO,O7P CuAgO,1OP: IDeoxidized Silver-bearing" EN 1976

FRHC: IFire-refined high conductivity touch-pitch" ASTM B5; EN1976

DLP: IPhosphorized low-residual phosphorous" ASTM B224; EN1976

DLPS: IPhosphorized low-residual phosphorous silver-bearing" ASTM B224

DHP: IPhosphorized, high-residual phosphorous" ASTM B224; EN1976

DXP: EN1976

DHPS: IPhosphorized, high-residual phosphorous silver-bearing" ASTM B224

CuSnO,15 CuSnO,4: ITin-bearing touch-pitch" 99,75% 99,35% EN TS 13388

10 En el estado de la técnica actual no se han resuelto los siguientes temas:

1.- Pérdida de eficiencia energética debido a materiales no metálicos que acompañan a las chatarras de cobre, ya que las chatarras de cobre van acompañadas de impurezas no metálicas que generan pérdidas energéticas por la necesidad de fundir estos materiales si

15 son cargados en el horno.

2.- Pérdida de eficiencia energética debido a que los materiales no metálicos mencionados en apartado 1, son aislantes del calor por tanto una vez fundido el cobre estos materiales menos pesados flotan sobre la superficie del caldo líquido provocando un mala transmisión

20 de calor.

3.- Estos materiales no metálicos cargados en el horno provocan un aumento importante de escoria.

4.- Pérdida de eficiencia energética en un horno de reverbero, debido a que las formas comerciales de las chatarras de cobre no permiten un buen intercambio de calor entre el dardo de fuego de los mecheros y la carga, produciéndose un bajo rendimiento en la fusión.

5.- Disminuir el número de veces de apertura de la puerta de carga del horno para obtener un muy buen rendimiento energético frente a los procedimientos conocidos en el estado de la técnica.

6.- Minimizar la sección necesaria de abertura de la puerta de carga para obtener un muy buen rendimiento energético frente a los procedimientos conocidos en el estado de la técnica.

En relación a los puntos 5 y 6, a través de la puerta de carga se genera un intercambio de calor con el exterior del horno que produce un choque térmico del material refractario de las paredes del horno, por ello es fundamental abrir esta puerta las menores veces posibles y así mismo minimizar la sección de abertura.

7.- Mejorar la distribución del material a fundir en el interior del horno, para permitir una buena transmisión de calor entre la carga y la llama fundente.

8.- Depuración de gases, durante el proceso de refino de chatarras se genera un importante volumen de gases a ser tratados para su posterior emisión a la atmósfera. Principalmente estos gases productos de la combustión son conducidos por la chimenea de extracción del horno, por tanto son de volumen definido y están canalizados correctamente. No es así en el caso de los humos denominados secundarios, puesto que son emisiones que se producen por la apertura de orificios del horno, y muy concretamente en la apertura de la puerta de carga, la canalización de estos gases es difícil por la gran cantidad de gases difundidos. También debemos considerar que en el proceso de carga de chatarras de cobre, éstas, al entrar en contacto con la atmósfera del horno caliente generan gran volumen de gases de combustión por la naturaleza de la carga, ya que tal como se ha dicho el cobre y las

impurezas metálicas van acompañadas de gran cantidad de material no metálico que combustiona y pasa a ser volátil, con alto poder contaminante.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se ha desarrollado con el fin de proporcionar un sistema y procedimiento de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre, y del horno de fusión y refino de chatarras de cobre que resuelva los inconvenientes anteriormente mencionados, aportando, además, otras ventajas adicionales que serán evidentes a partir de la descripción que se acompaña a continuación.

Es por tanto un objeto de la presente solicitud un sistema de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre, que comprende al menos una trituradora destinada a recibir chatarras de cobre para refinar, asociada a su vez a unos medios de cribado destinados a recibir chatarras de cobre trituradas por dicha trituradora, estando vinculados dichos medios de cribado con al menos una mesa vibratoria de alimentación a través de unos medios de transporte en continuo, estando configurada dicha mesa vibratoria de alimentación tal que permite introducir las chatarras de cobre trituradas dentro del horno.

Gracias a estas características se consigue un sistema de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre que permite la trituración y cribado previo de dichas chatarras de cobre. De esta forma se mejora la eficiencia energética del proceso de refino de las chatarras de cobre, ya que no se han de fundir las impurezas materiales que se separan con los medios de cribado, se evita o reduce sustancialmente la acción de estas impurezas como aislantes del calor sobre la superficie del caldo líquido; se reduce la presencia de escorias en el caldo líquido; se mejora la eficiencia energética en el horno puesto que al triturar las chatarras de cobre se reducen y homogenizan las formas comerciales de dichas chatarras de cobre para conseguir un buen intercambio de calor entre el dardo de fuego de los mecheros y la carga, produciéndose una mejora en el rendimiento de la fusión; y al reducir la presencia de impurezas materiales en el volumen de chatarras introducidas por la abertura del horno, se reduce la emisión de materiales volátiles y contaminantes cuando entran en contacto con la atmósfera. Así mismo, se mejora la distribución del material a fundir en el interior del horno, generándose el efecto piramidal, que permite una buena transmisión de calor entre la carga y la llama fundente.

De forma preferida los medios de cribado pueden comprender un tambor de cribado y/o un dispositivo de separación por vibración; además los medios de transporte en continuo pueden presentar preferentemente una cinta transportadora. En relación a la trituradora se ha previsto que pueda ser del tipo de molienda de cuchillas, de forma que el tamaño de las

5 partículas de las chatarras de cobre trituradas a cargar en el horno de refino es de 100 a 150 mm de longitud.

La mesa vibratoria está diseñada de tal forma que evita el deterioro de los medios de transporte en continúo por el calor que sale del horno.

10 Ventajosamente el sistema de carga puede presentar al menos un conjunto de extracción de gases secundarios que comprende una conducción de extracción desde las proximidades de la puerta de carga del horno y siendo vinculable dicha conducción de extracción hasta una estación depuradora de gases que no forma parte de la presente invención. Este

15 conjunto permite conducir y tratar adecuadamente a los gases o humos secundarios cuando se lleva a cabo la apertura de la puerta de carga del horno.

Es otro objeto de la presente invención un horno de fusión y refino de chatarras de cobre particularmente del tipo de reverbero basculante que comprende una bóveda plana, estando

20 dotada dicha de bóveda plana de una puerta de carga horizontal, siendo la abertura de dicha puerta de carga adecuada para recibir un volumen de chatarras de cobre a partir del sistema de carga mencionado anteriormente.

En la presente descripción se entenderá “horizontal” a la dirección o plano sensiblemente 25 paralelo a la bóveda plana del horno.

De forma ventajosa en el horno de fusión y refino la anchura máxima necesaria de abertura de la puerta de carga del horno es inferior a 0,6 m, preferentemente igual o inferior a 0,5 m. Además la superficie de abertura de la puerta de carga del horno para la carga de las

30 chatarras de cobre trituradas es ventajosamente de 0,45 m2 a 0,9 m2.

Gracias a estas características se consigue mejorar el rendimiento energético del proceso de fusión y refino de chatarras de cobre pues la puerta horizontal sobre la bóveda plana permite recibir directamente y en continuo si es necesario, el volumen de chatarras de cobre 35 alimentadas homogéneamente por la mesa vibratoria coordinada con la apertura de dicha

puerta horizontal. Además las dimensiones mencionadas permiten una reducción adicional en la pérdida de calor desde el horno al exterior. El posicionamiento de la puerta sobre la bóveda plana facilita la instalación de la conducción de extracción de humos secundarios.

La situación de la puerta de carga sobre una bóveda plana facilita la introducción de las chatarras de cobre y la distribución del material a fundir en el interior del horno, para permitir una buena transmisión de calor entre la carga y la llama fundente. Así mismo, se reduce sustancialmente el efecto chimenea y se facilita la recogida de gases secundarios. Al tener la puerta de carga en la bóveda, podemos diseñar una estructura metálica mucho más rígida en su conjunto.

Un objeto adicional de la presente solicitud es un procedimiento de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre, que comprende las etapas de:

a) trituración de chatarras de cobre para refinar; en la que el tamaño de las partículas de las chatarras de cobre trituradas es preferentemente de 100 a 150 mm de longitud; b) cribado de elementos no metálicos presentes en las chatarras de cobre para refinar; en el que dichos elementos no metálicos presentes en las chatarras de cobre para refinar son mayoritariamente materiales terrosos. c) transporte de las chatarras de cobre para refinar; d) apertura de una puerta de carga del horno; e) alimentación de las chatarras de cobre para refinar en el horno particularmente por vibración, mejorando la distribución del material a fundir en el interior del horno.

De forma ventajosa se introduce dentro del horno al menos un 5% de la capacidad total del horno por minuto y se efectúan un máximo de 20 aperturas para cargar el horno. Adicionalmente se extrae un caudal de gases secundarios inferior a 3 kg/h por tonelada de capacidad del horno, este caudal se puede extraer fácilmente gracias a la presencia de una conducción vinculada a la puerta de carga horizontal. La energía necesaria para fundir las chatarras de cobre alimentadas en el horno es menor a 535 kWh/tm para hornos entre 50 y 500 tm.

Gracias a estas características es posible disminuir el número de veces de apertura de la puerta de carga del horno frente a los procedimientos conocidos en el estado de la técnica,

consiguiendo un mejor rendimiento energético ya que se reduce el intercambio de calor con el exterior del horno.

Otras características y ventajas del sistema, el procedimiento y el horno de refino de

5 chatarras de cobre objeto de la presente invención resultarán evidentes a partir de la descripción de una realización preferida, pero no exclusiva, que se ilustra a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos que se acompañan, en los cuales:

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

10 Figuras 1-7.- Son unas vistas de los sistemas de carga de varios hornos de refino de chatarras de cobre del estado de la técnica, en los que se han empleado líneas discontinuas para representar la posición inicial de algunos dispositivos de carga para hornos; Figura 8.- Es una vista esquemática en alzado del sistema y horno seccionado

15 transversalmente de acuerdo con la presente invención durante la carga del mismo; Figura 9.- Es una vista esquemática y en sección transversal del horno de la figura 8 durante la carga del mismo; Figura 10.- Es una vista esquemática y en sección longitudinal del horno de la figura 8 durante la carga del mismo; y

20 Figura 11.- Es una vista esquemática y en perspectiva de un horno según la invención dotado de una conducción para la extracción de gases secundarios.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE

25 A la vista de las mencionadas figuras 8-11 y, de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación. En las figuras 8 y 9 se han representado algunos elementos no visibles para mejorar la comprensión de la invención.

30 En la figura 8 se muestra una vista esquemática del sistema de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre. Dicho sistema de carga comprende preferentemente una trituradora 11 destinada a recibir chatarras de cobre para refinar. Dicha triturada puede ser del tipo de molienda de cuchillas y puede alimentarse mediante cualquier procedimiento

35 adecuado. Será obvio para el experto en la materia modificar el número y tipo de trituradoras 11 según las necesidades particulares de cada caso de forma que se pueda conseguir un tamaño de las partículas de las chatarras de cobre trituradas de 100 a 150 mm de longitud, con una densidad de 800 a 960 kg/m3.

La trituradora 11 está asociada a su vez a unos medios de cribado 12 destinados a recibir chatarras de cobre trituradas 3 por dicha trituradora 11. Los medios de cribado 12 pueden comprender un tambor de cribado y/o un dispositivo de separación por vibración; estos medios de cribado 12 permiten separar según el diámetro de las partículas, y las partículas de diámetro inferior al diámetro de cribado son mayoritariamente las tierras y otras impurezas no metálicas. Se ha previsto un sistema de recogida 15 para almacenar las partículas de elementos no metálicos que se han separado de las chatarras de cobre en los medios de cribado 12, de esta forma se pueden tratar adecuadamente y minimizar el impacto sobre el medio ambiente. Estos medios de cribado 12 están vinculados con al menos una mesa vibratoria 14 de alimentación a través de unos medios de transporte en continuo 13, en el que los medios de transporte en continuo 13 presentan preferentemente una cinta transportadora. Esta cinta transportadora permite acumular preferentemente entre 5 y 25 toneladas de chatarras de cobre trituradas 3, en función de la capacidad del horno 2 a cargar, entre 50 y 500 toneladas. Por ejemplo, será necesaria una cinta transportadora de 10 a 25 m para acumular la cantidad requerida de chatarras de cobre de entre 5 y 25 toneladas, utilizando cintas de 700 mm a 1.500 mm de ancho.

Dicha mesa vibratoria 14 de alimentación está configurada tal que permite introducir las chatarras de cobre trituradas 3 dentro del horno 2, evitando el deterioro de la cinta transportadora por el calor que sale de la puerta de carga 21; además dicha mesa vibratoria 14 podrá desplazarse hacia y lejos de la puerta de carga 21 del horno para facilitar las tareas de carga y para retirarse cuando no esté en funcionamiento.

Un procedimiento preferido de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre comprende las etapas de:

a) trituración de chatarras de cobre para refinar; en la que se consigue que el tamaño de las partículas de las chatarras de cobre trituradas 3 esté comprendido ventajosamente entre 100 y 150 mm de longitud;

b) cribado de elementos no metálicos presentes en las chatarras de cobre para refinar; en el que dichos elementos no metálicos presentes en las chatarras de cobre para refinar son principalmente materiales terrosos; c) transporte de las chatarras de cobre para refinar, a través de los medios de transporte 13 en continuo descritos anteriormente; d) apertura de una puerta de carga 21 del horno 2; e) alimentación de las chatarras de cobre trituradas 3 para refinar en el horno 2 particularmente por vibración, mejorando la distribución del material a fundir en el interior del horno 2.

De forma ventajosa se puede prever la presencia de unos medios de control (no representados) para gestionar todo el procedimiento descrito anteriormente; dichos medios de control coordinarían eficazmente todos los componentes del sistema de carga anterior con la apertura de la puerta de carga 21 del horno 2, de forma que se produjese la apertura de la puerta de carga 21 únicamente en el instante y duración imprescindibles para cargar las chatarras de cobre trituradas 3. Para conseguir la apertura de la puerta de carga 21, se podrá emplear un mecanismo de apertura (no mostrado) que pueda accionarse por los medios de control.

Durante este procedimiento se introduce dentro del horno 2 al menos un 5% de la capacidad total del horno por minuto y se efectúan un máximo de 20 aperturas para la carga completa del horno 2, permitiendo que la energía necesaria para fundir las chatarras de cobre alimentadas en el horno se reduzca respecto a los sistemas y procedimiento conocidos y sea menor a 400 kWh/tm para un horno de 150 tm de capacidad. Adicionalmente se extrae un caudal de gases secundarios inferior a 3 kg/h por tonelada de capacidad del horno 2.

Se puede observar en las figuras adjuntas que el presente sistema de carga puede presentar ventajosamente al menos un conjunto de extracción de gases secundarios 4 que comprende a su vez una conducción 42 desde las proximidades de la puerta de carga 21 del horno 2 hasta una estación depuradora de gases (no representada). De forma preferente este conjunto de extracción de gases secundarios 4 también incluye una carcasa 41 a modo de campana para recoger los gases secundarios que se generan cuando se abre la puerta de carga 21.

En la figura 9 se puede apreciar con detalle el horno 2 de fusión y refino de chatarras de cobre particularmente del tipo de reverbero basculante que comprende una bóveda plana 22, estando dotada dicha de bóveda plana 22 de una puerta de carga 21 horizontal, siendo la abertura de dicha puerta de carga 21 adecuada para recibir un volumen de chatarras de cobre trituradas 3 a partir del sistema de carga descrito anteriormente. La anchura máxima necesaria de abertura de la puerta de carga 21 del horno 2 para la carga de chatarra triturada 3 es inferior a 0,6 m, preferentemente igual o inferior a 0,5 m. En cuanto a la superficie de abertura de la puerta de carga 21 del horno para la carga de las chatarras de cobre trituradas 3 es de 0,45 m2 a 0,9 m2. En este caso se ha partido de un tipo de horno 2 reverbero basculante, ya que para realizar adecuadamente el proceso de fusión y refino de chatarras de cobre, con carga y fusión discontinua, es necesario que la superficie del caldo sea grande, la profundidad del caldo no debe superar aproximadamente los 700 mm. Continuando con las características del horno 2, las paredes de unión 24 entre solera 23 y bóveda 22 son verticales. Además se puede observar los cilindros hidráulicos 25 para bascular el horno 2.

La mesa vibratoria 14 se ha desplazado hasta el final de la cinta transportadora la cual se ha puesto en marcha y de esta forma se introduce las chatarras de cobre trituradas 3 en el horno 2 a una velocidad de entre 5 a 25 toneladas por minuto. La puerta de carga 21 del horno 2 está abierta una anchura mínima y suficiente para la carga correcta del horno 2, como por ejemplo 500 mm considerando una granulometría máxima de las piezas de chatarras de cobre aproximadamente de 150 mm. Este material triturado desliza por las paredes de la propia montaña ya presente en el horno 2.

La canalización de los humos secundarios se realiza a través de la conducción de extracción 42, situada preferiblemente por encima de la puerta de carga 21 del horno 2. Esta conducción de extracción 42 está ubicada dentro de un recinto o carcasa 41, que dispone preferiblemente de una abertura lateral 43 que permite la carga segura del horno 2.

Por tanto, se minimiza el tiempo y superficie de abertura de la puerta de carga 21 en el proceso de carga respecto a otros sistemas del estado de la técnica que limitan esta carga a la capacidad de los sistemas de transporte y formas de las chatarras, por lo que se genera un volumen de gases secundarios a tratar mucho menor y se minimiza también el deterioro de las paredes refractarias del horno por choque térmico.

En la figura 10, se muestra una vista esquemática en sección longitudinal en el proceso de carga del horno 2. Se puede observar que la superficie del baño es suficientemente grande para promover un buen intercambio entre aditivo y cobre líquido, con una profundidad máxima de aproximadamente 700 mm. En función de la capacidad del horno 2,

5 generalmente entre 50 y 500 tm, obtendríamos preferentemente superficies entre 9 y 90 m2.

En la figura 11, se muestra una vista de la bóveda 22 del horno 2. Dada la homogeneidad y pequeño tamaño relativo de las partículas de chatarras de cobre trituradas, se puede abrir la puerta de carga 21 del horno 2 como se ha mencionado en una medida no superior a 500 10 mm, pudiendo ser el tamaño de la puerta de carga 21 de un largo que va de 900 mm a

1.800 mm en función de la capacidad del horno 2. La carga se realiza durante un minuto, abriéndose una sección de 0,45 m2 a 0,9 m2. Esta abertura relativamente pequeña permite recoger fácilmente los gases secundarios para llevarlos a la instalación de depuración (no representada). Así mismo al tener el material limpio de tierras y polvo, se generan muchos

15 menos gases contaminantes. La conducción de extracción 42 de los gases secundarios podrá ajustarse a la mesa vibradora 14 así como a la puerta de carga 21 evitando pérdidas de aspiración innecesarias. Las medidas mencionadas podrán variarse ligeramente para cada caso concreto.

20 Evidentemente la puerta de carga 21 permite una abertura mayor para el caso que se deban cargar macizos de dimensiones mayores, como es el caso de culotes de cobre, o macizos de dimensiones no admisibles en la trituradora 11.

Cuando un gas se descarga entre dos grandes recintos unidos por una abertura de diámetro

25 d, la expresión (1A) determina el caudal de gas descargado a través de una puerta de los recintos:

Variable: símbolo Unidades

Diferencia de presión dentro/fuera del horno: bp N/m2

Diámetro equivalente de la abertura del horno: d M

Factor neto de expansión de fluidos compresibles: Y

Densidad del fluido: p Kg/m3

Coeficiente de resistencia o perdida de carga por velocidad: K

Flujo másico de fluido: W Kg/h

La disminución del volumen de gases secundarios que salen por la puerta de carga 21 del horno 2 de esta invención, en comparación con hornos reverberos convencionales, aplicando la fórmula anterior, es muy considerable, concretamente una relación de 1 a 9. El caudal medio de gases a tratar se reduce de 3.750 kg/h para un horno reverbero

5 convencional a 417 kg/h en el horno 2 de esta invención, para hornos de capacidad de 150 tm. Es decir, de 26 kg/h por tonelada de capacidad a 3 kg/h por tonelada de capacidad, independientemente de la capacidad total del horno.

Esta reducción de caudal de gases permite reducir el tamaño del circuito secundario de

10 extracción, lo que implica conductos y ventiladores más pequeños con el consiguiente ahorro de materiales constructivos y energía eléctrica en los ventiladores-aspiradores.

Así mismo, el ahorro energético total entre un horno reverbero y sistema de carga convencionales y el horno y sistema de carga descritos en esta solicitud debido a la

15 relativamente reducida dimensión de la abertura de la puerta de carga 21, así como la disminución de las veces que es necesario abrir la puerta de carga 21 en el proceso de carga, representa entre un 20 -25% de la energía necesaria para fundir el material. Teniendo en cuenta que son necesarios en la práctica 465 kWh/tonelada fundida para un horno reverbero convencional de 150 tm de capacidad, representa un ahorro de entre 93- 116

20 kWh/tonelada fundida. Esta energía varía en función de la capacidad del horno, considerando preferentemente hornos entre 50 y 500 tm, la energía necesaria para fundir el material en el horno 2 de la presente invención oscilará entre 540 kWh/tm y 250 kWh/tm respectivamente.

25 Además, durante el proceso de carga convencional de un horno reverbero de refino de chatarras de cobre se introduce como mínimo un 1,5% de tierra en el horno, esta tierra se calienta hasta la temperatura de fusión del cobre y posteriormente se retira como un elemento más de la escoria. Por tanto, este elemento de tierra no realiza ninguna función en el proceso y se debe considerar una merma de energía; es decir, se debe aportar energía

30 suplementaria para calentar esa tierra.

La energía necesaria (E) para llevar una masa a una temperatura se representa por la expresión 1B: E= Mt*Ct*Tc (1B) 35

Capacidad Calorífica de la tierra: Ct kj/(kg*ºc)

Masa de tierra aportada al horno: Mt kg

Temperatura Caldo: Tc ºC

En el que se considera a modo de ejemplo una Ct de 1,25 KJ/(kg*ºC) según bibliografía, una temperatura aproximada de 1200 ºC y una Mt de 2,25 tm de tierra para un horno de 150 tm.

5 Por lo que resulta que el consumo energético en la fusión del metal del sistema de carga tradicional para chatarras de cobre, debido a la presencia de tierras, es como mínimo un 3,6% superior respecto al sistema de carga y horno de la presente invención.

Los detalles, las formas, las dimensiones y demás elementos accesorios, así como los

10 materiales empleados en la fabricación del sistema, el procedimiento y el horno de refino de chatarras de cobre de la invención podrán ser convenientemente sustituidos por otros que sean técnicamente equivalentes y no se aparten de la esencialidad de la invención ni del ámbito definido por las reivindicaciones que se incluyen a continuación.

Claims

REIVINDICACIONES

1.

Sistema de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre, caracterizado por el hecho de que comprende al menos una trituradora (11) destinada a recibir chatarras de cobre para refinar, asociada a su vez a unos medios de cribado (12) destinados a recibir chatarras de cobre trituradas (3) por dicha trituradora (11), estando vinculados dichos medios de cribado (12) con al menos una mesa vibratoria (14) de alimentación a través de unos medios de transporte (13) en continuo, estando configurada dicha mesa vibratoria (14) de alimentación tal que permite introducir las chatarras de cobre trituradas (3) dentro del horno (2).
2.

Sistema de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los medios de cribado (12) comprenden un tambor de cribado y/o un dispositivo de separación por vibración.
3.

Sistema de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los medios de transporte (13) en continuo presentan una cinta transportadora.
4.

Sistema de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicha trituradora (11) es del tipo de molienda de cuchillas.
5.

Sistema de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que presenta al menos un conjunto de extracción de gases secundarios (4) que comprende una conducción de extracción (42) desde las proximidades de una puerta de carga (21) del horno (2), siendo vinculable dicha conducción de extracción (42) a una estación depuradora de gases.
6.

Sistema de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el tamaño de las partículas de las chatarras de cobre trituradas (3) a cargar en el horno de refino es de 100 a 150 mm de longitud.
7.

Horno (2) de fusión y refino de chatarras de cobre particularmente del tipo reverbero basculante caracterizado por el hecho de que comprende una bóveda (22) plana, estando dotada dicha de bóveda (22) plana de una puerta de carga (21) horizontal, siendo la abertura de dicha puerta de carga (21) adecuada para recibir un volumen de chatarras de

5 cobre a partir del sistema de carga según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6.
8. Horno (2) de fusión y refino de chatarras de cobre según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que la anchura máxima de abertura de la puerta de carga (21) del horno (2) para la carga de las chatarras de cobre trituradas (3) es inferior a 0,6 m.
9. Horno (2) de fusión y refino de chatarras de cobre según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que la anchura máxima de abertura de la puerta de carga (21) del horno (2) para la carga de las chatarras de cobre trituradas (3) es igual o inferior a 0,5 m.

15 10. Horno (2) de fusión y refino de chatarras de cobre según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que la superficie de abertura de la puerta de carga (21) del horno (2) para la carga de las chatarras de cobre trituradas es de 0,45m2 a 0,9m2.
11. Procedimiento de carga de horno (2) de fusión y refino de chatarras de cobre,

20 caracterizado por el hecho de que comprende las etapas de: a) trituración de chatarras de cobre para refinar; b) cribado de elementos no metálicos presentes en las chatarras de cobre para refinar; c) transporte de las chatarras de cobre trituradas (3) para refinar; d) apertura de una puerta de carga (21) del horno (2);

25 e) alimentación de las chatarras de cobre trituradas (3) para refinar en el horno (2) particularmente por vibración.
12. Procedimiento de carga de horno (2) de fusión y refino de chatarras de cobre según la

reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que el tamaño de las partículas de las 30 chatarras de cobre trituradas (3) en la etapa a) es de 100 a 150 mm de longitud.
13. Procedimiento de carga de horno (2) de fusión y refino de chatarras de cobre según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que los elementos no metálicos presentes en las chatarras de cobre para refinar son materiales terrosos.

35 14. Procedimiento de carga de horno (2) de fusión y refino de chatarras de cobre según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que se introduce dentro del horno (2) al menos un 5% de la capacidad total del horno (2) por minuto.

5 15. Procedimiento de carga de horno (2) de fusión y refino de chatarras de cobre según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que se efectúan un máximo de 20 aperturas de la puerta de carga (21) para la carga completa del horno (2).
16. Procedimiento de carga de horno (2) de fusión y refino de chatarras de cobre según una

10 cualquiera de las reivindicaciones 11-15, caracterizado por el hecho de que adicionalmente se extrae un caudal de gases secundarios inferior a 3 kg/h por tonelada de capacidad del horno (2).
17. Procedimiento de carga de horno (2) de fusión y refino de chatarras de cobre según una

15 cualquiera de las reivindicaciones 11-16, caracterizado por el hecho de que la energía necesaria para fundir las chatarras de cobre alimentadas en el horno (2) es menor a 540 kWh/tm.

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

N.º solicitud: 201331803

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 11.12.2013

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categoría

56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas

A

ES 2120618 T3 (ISHIKAWAJIMA HARIMA HEAVY IND) 01.11.1998, 1-17

columna 6, línea 34 – columna 7, línea 59; figuras 3-5.

A

WO 9409332 A1 (NIPPON STEEL CORP et al.) 28.04.1994, 1-17

página 5, línea 14 – página 6, línea 32; figura 1.

A

GB 2143311 A (ASEA AB) 06.02.1985, 1-17

página 1, líneas 63-115; figura 1.

A

US 3244298 A (FOARD JAMES E et al.) 05.04.1966, 1-17

columna 4, líneas 20-54; figuras 1-4.

A

WO 2012038140 A1 (PROPERZI GIULIO) 29.03.2012, 5

página 8, línea 23 – página 11, línea 3; figura 4.

A

WO 2012075444 A1 (VALERIO THOMAS A) 07.06.2012, 1,11

figura 1; párrafos [0016-0022].

A

WO 2005118890 A2 (WARNER NOEL) 15.12.2005, 1,11

página 15, línea 7 – página 16, línea 1; figura 3.

Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:

Fecha de realización del informe 11.04.2014

Examinador F. Jara Solera Página 1/4

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 201331803

CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD

F27B3/18 (2006.01) C22B15/00 (2006.01) F27D3/00 (2006.01) F27B1/20 (2006.01) F27B14/16 (2006.01) F27B15/08 (2006.01)

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)

F27B, C22B, F27D

Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados)

INVENES, EPODOC

Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201331803

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 11.04.2014

Declaración

Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1-17 SI NO

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1-17 SI NO

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

Base de la Opinión.-

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201331803

1. Documentos considerados.-

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

Documento

Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

D01

ES 2120618 T3 (ISHIKAWAJIMA HARIMA HEAVY IND) 01.11.1998

D02

WO 9409332 A1 (NIPPON STEEL CORP et al.) 28.04.1994

D03

GB 2143311 A (ASEA AB) 06.02.1985

D04

US 3244298 A (FOARD JAMES E et al.) 05.04.1966

D05

WO 2012038140 A1 (PROPERZI GIULIO) 29.03.2012

D06

WO 2012075444 A1 (VALERIO THOMAS A) 07.06.2012

D07

WO 2005118890 A2 (WARNER NOEL) 15.12.2005
2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

La invención consiste en un sistema de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre, en el que ante el problema de la pérdida de rendimiento que supone el parar el horno, cargar la chatarra de cobre y proceder a la fusión, ofrece una solución de un sistema continuo de carga (reivindicaciones 1 a 6), con un horno del tipo reverbero basculante con una puerta preparada para aceptar esta carga en continuo (reivindicaciones 7 a 10). También se reivindica el procedimiento (reivindicaciones 11 a 17). En los documentos D01, D02, D03 y D04 se describen sistemas de alimentación en continuo para hornos, pero las soluciones encontradas son diferentes. En ninguno de ellos se encuentran, además de los medios de transporte en continuo una trituradora, unos medios de cribado y una mesa vibratoria de alimentación en la entrada del horno. Aunque triturar los materiales antes de procesarlos es una práctica conocida, como se describe en D06, y también las mesas vibratorias como aparece en D07, la combinación de las características de los sistemas de alimentación descritas en cualquiera de los documentos D01, D02, D03 o D04 con una preparación del material triturándolo y cribándolo, y con una mesa vibratoria de alimentación del horno no resultaría evidente para un experto en la materia que diseñara un sistema de carga de horno de fusión y refino de chatarras de cobre. Por ello la reivindicación 1 tiene novedad y actividad inventiva Las reivindicaciones 2 a 4 se refieren a realizaciones concretas de las características del sistema de la reivindicación 1. Aunque los tambores de cribado, la separación por vibración, las cintas transportadoras y los molinos de cuchillas son conocidos en el estado de la técnica, al depender de la reivindicación 1 las reivindicaciones 2 a 4 también tienen novedad y actividad inventiva. En los documentos D05, D01, D02, y D03 se describen conjuntos de extracción de gases secundarios con una conducción de extracción en las proximidades de la puerta de carga del horno para posteriormente depurar los gases. Pero al depender de la reivindicación 1, la reivindicación 5 tiene novedad y actividad inventiva. El tamaño de las partículas de las chatarras de cobre trituradas a cargar en el horno de refino es una opción de diseño que un experto en la materia elegiría para que no se atasque el sistema de alimentación en continuo de la invención, por ejemplo entre 100 y 150 mm de longitud. No obstante, al depender de la reivindicación 1, la reivindicación 6 tiene novedad y actividad inventiva. En los documentos D01, D02, D03 y D04 se describen hornos de fusión con bóveda plana y puerta de carga horizontal. Sin embargo, estos hornos y sus sistemas de carga asociados resuelven problemas y tienen características distintas del sistema de carga de la reivindicación 1 asociado al horno de la invención. Por consiguiente la reivindicación 7 tiene novedad y actividad inventiva. Las reivindicaciones 8 a 10 se refieren a dimensiones concretas de la puerta de carga. Las ventajas de estas dimensiones en concreto no se indican en la descripción. Un experto en la materia, ante el sistema de carga reivindicado y para la cantidad de producción de diseño del horno optaría por unas dimensiones pequeñas para disminuir las pérdidas de calor. No obstante, al depender de la reivindicación 7, las reivindicaciones 8 a10 también tienen novedad y actividad inventiva. Aunque los pasos del procedimiento de la reivindicación 11 son conocidos por separado, tal como se ve en el estado de la técnica, en ninguno de los documentos se describe un procedimiento con las etapas de: a) triturar las chatarras de cobre; b) cribar los elementos no metálicos; c) transporte continuo de las chatarras de cobre trituradas; d) apertura de una puerta de carga del horno; e) alimentación por vibración de las chatarras de cobre en el horno. Un experto en la materia, considerando los documentos del estado de la técnica por separado o combinados no llegaría a un procedimiento con todos estos pasos, que unidos proporcionan una solución diferente de las conocidas al problema de mejorar el rendimiento energético del procedimiento de refino de chatarras de cobre. Por tanto, la reivindicación 11 tiene novedad y actividad inventiva. Las reivindicaciones 12 a 17 se refieren a parámetros de operación del procedimiento que un experto en la materia, una vez conocidas las etapas del procedimiento y el objetivo de disminuir las pérdidas energéticas podría establecer: el tamaño de las partículas, el tipo de materiales o la distribución de la carga. Por otra parte, el caudal de gases secundarios extraídos y la energía necesaria parecen más resultados del procedimiento que parámetros de diseño. Sin embargo, al depender estas reivindicaciones de la 11, las reivindicaciones 12 a 17 son nuevas y tienen actividad inventiva. Conclusiones: A la vista del estado de la técnica, las reivindicaciones 1 a 17 son nuevas y tienen actividad inventiva en el sentido de los art. 6.1 y 8.1. de la ley 11/1986 de patentes.

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