ES2683341T3 - Sistema de calor residual y procedimiento para precalentar chatarra - Google Patents

Sistema de calor residual y procedimiento para precalentar chatarra Download PDF

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ES2683341T3 ES10747122.9T ES10747122T ES2683341T3 ES 2683341 T3 ES2683341 T3 ES 2683341T3 ES 10747122 T ES10747122 T ES 10747122T ES 2683341 T3 ES2683341 T3 ES 2683341T3
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Charbel Saliba
Jon Tipton
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Abstract

Precalentador para utilizar en un sistema de horno de fusión de chatarra para precalentar la chatarra antes de su suministro al horno de fusión (14) que comprende y está caracterizado por: - una cámara quemadora (40) que comprende un orificio de entrada de escape (38) destinado recibir el gas de escape caliente procedente de una fuente de gas de escape caliente; - un aparato quemador (42) dispuesto dentro de la cámara quemadora (40) en una vía de circulación del orificio de entrada de escape (38), estando configurado el aparato quemador (42) para suministrar calor complementario a la cámara quemadora (40) a petición a fin de enriquecer el gas de escape caliente, y - un orificio de salida de gas caliente (48) que se puede conectar a una cámara de precalentamiento del sistema de horno de fusión de chatarra.

Description

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DESCRIPCION
Sistema de calor residual y procedimiento para precalentar chatarra.
SOLICITUDES RELACIONADAS
La presente solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud Provisional US n. 61/233.967, que se incorpora en la presente memoria como referencia en su totalidad.
ANTECEDENTES
Existe la necesidad de un sistema de horno eficiente que se pueda utilizar para fundir chatarra. Los sistemas de horno mas utilizados para fundir chatarra, en particular chatarra de metales no ferrosos, requieren precalentar la chatarra en una zona y luego desplazar la chatarra precalentada a un horno para fundirla. Hasta ahora, con el coste relativamente bajo de combustible al utilizar un horno, no resultaba rentable emplear dispositivos o tecnicas sofisticadas cuando se pretendfa reducir los costes operativos. Sin embargo, es necesario que un horno de fusion, o similar, funcione de un modo mas eficiente.
Una planta secundaria convencional de fusion de aluminio funciona en lfneas generales segun el procedimiento siguiente. Se clasifica y purifica termicamente la chatarra y se seca en el equipo de procesamiento. A continuacion, se descarga la chatarra en el horno en el que se funde, pero se conoce que la descarga de metales frfos en un horno puede provocar que la temperatura del horno se reduzca en una medida tal que resulte perjudicial para la eficiencia del horno. Ademas, cuando se descargan metales frfos en metal fundido, existe el peligro de explosion debido a la humedad que se puede encontrar en dichos metales frfos.
Un procedimiento para hacer funcionar un horno de un modo mas eficiente comprende utilizar algun tipo de dispositivo destinado a extraer calor de los gases calientes descargados del horno y utilizar los gases extrafdos para uno o mas propositos con respecto al funcionamiento del horno. Se ha propuesto calentar y fundir una carga de material en una camara de fusion y transportar los gases de escape calientes desde la camara de fusion hasta otra camara con el objetivo de precalentar otra carga de material.
Por consiguiente, resulta conveniente proporcionar un sistema de carga de precalentamiento continuo. La presente invencion tiene como objetivo proporcionar un aparato mejorado de precalentamiento de chatarra.
El documento de patente 1 se refiere a un aparato destinado a precalentar una carga de horno que comprende una camara de combustion estatica que se comunica en un extremo con un conducto destinado a conducir gases residuales desde el horno y, en el otro extremo, con un horno giratorio inclinado. Los materiales de la carga migran a traves del horno y estos se calientan mediante los gases calientes que salen a traves de la camara de combustion, y el material se descarga en una cesta desde la que el material se carga posteriormente por lotes en el horno.
El documento de patente 2 se refiere a un dispositivo de precalentamiento y a un procedimiento para precalentar una mezcla de chatarra de hierro antes de suministrar dicha chatarra a un horno metalurgico. El dispositivo utiliza principalmente calor que se recupera de los gases de escape calientes que proceden de la salida del horno.
Documentos de patente
Documento de patente 1: GB 2 083 181 A
Documento de patente 2: WO 99/28513 A1
BREVE DESCRIPCION
Segun la presente invencion, el problema se resuelve mediante un precalentador segun la reivindicacion 1, un sistema de carga con precalentamiento segun la reivindicacion 2, un sistema de horno de fusion de la chatarra segun la reivindicacion 9, asf como un procedimiento de precalentamiento de la chatarra segun la reivindicacion 11. Otras formas de realizacion ventajosas de la presente invencion se describen en las reivindicaciones subordinadas.
En un aspecto de la presente invencion se da a conocer un procedimiento de carga con precalentamiento continuo. Dicho procedimiento comprende las etapas de transferir chatarra desde un punto de recepcion a un horno y precalentar la chatarra durante dicha transferencia.
Ademas, la presente invencion se refiere a un sistema de carga con precalentamiento continuo que comprende unos medios destinados a transferir chatarra desde un punto de recepcion a un horno. El sistema comprende
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asimismo unos medios destinados a precalentar la chatarra adyacente al punto de descarga de los medios de transferencia antes de suministrar la chatarra precalentada a un horno de fusion.
A modo de ventaja, los medios de transferencia de la chatarra comprenden un transportador de transferencia de la carga de chatarra, siendo el punto de recepcion un extremo receptor de la chatarra del transportador y siendo un punto de descarga un extremo de descarga de la chatarra del transportador adyacente al horno de fusion. Los medios de precalentamiento son preferentemente una estacion de precalentamiento adaptada para recibir los gases de escape del horno de fusion y enriquecerlos con el calor del quemador. El quemador puede ser un quemador de gas o electrico o un elemento calefactor. A continuacion, se hara referencia a cada uno de dichos mecanismos calefactores indistintamente como aparato quemador.
En otro aspecto, un sistema de carga con precalentamiento destinado a precalentar chatarra antes suministrarla a un horno de fusion comprende una estacion de precalentamiento y una camara quemadora. La estacion de precalentamiento comprende una camara calefactora, una entrada de chatarra destinada a recibir la chatarra en la camara calefactora, una salida de chatarra destinada a descargar la chatarra de la camara calefactora y un orificio de entrada destinado a recibir gas caliente en la camara calefactora para precalentar la chatarra. La camara quemadora comprende un orificio de entrada de escape destinado a recibir gas de escape caliente de una fuente de gas de escape caliente, y un aparato quemador dispuesto dentro de la camara en una via de circulacion del orificio de entrada de escape, estando configurado el quemador para suministrar calor complementario a la camara calefactora a peticion a fin de enriquecer el gas de escape caliente, y un orificio de salida de gas caliente. El orificio de salida de gas caliente se encuentra en comunicacion fluida con el orificio de entrada de la estacion de precalentamiento a fin de suministrar gas caliente a la misma para precalentar la chatarra.
La fuente de gas de escape caliente puede comprender un horno de fusion, tal como un horno de fusion en el que la chatarra se funda posteriormente tras el precalentamiento. El sistema puede comprender ademas un ventilador para el gas de escape destinado a impulsar el gas de escape caliente desde la fuente de gas de escape caliente hacia el orificio de entrada de escape de una camara quemadora. La camara de precalentamiento puede comprender un mecanismo de transporte, tal como un transportador, destinado a transportar la chatarra entre la entrada de chatarra y la salida de chatarra. Se puede disponer el aparato quemador de forma que despida o de algun modo dirija el calor en una direccion general del orificio de salida de gas caliente, y puede presentar un grado ajustable de penetracion en la camara quemadora. Asimismo, el quemador se puede disponer de un modo ajustable dentro de la camara quemadora en por lo menos una de las direcciones horizontal o vertical. Se puede proporcionar un ventilador quemador destinado a suministrar aire u otro gas al aparato quemador para la combustion de un combustible.
Segun otro aspecto, un precalentador para utilizar en un sistema de horno de fusion de chatarra destinado a precalentar la chatarra antes suministrarla al horno de fusion presenta una camara quemadora que comprende un orificio de entrada de escape destinado a recibir gas de escape caliente de una fuente de gas de escape caliente, y un quemador dispuesto dentro de la camara en una via de circulacion del orificio de entrada de escape, estando configurado el quemador para suministrar calor complementario a la camara calefactora a peticion a fin de enriquecer el gas de escape caliente, y un orificio de salida de gas caliente que se puede conectar a una camara de precalentamiento del sistema de horno de fusion de chatarra
Segun un aspecto adicional, un procedimiento de precalentamiento de chatarra antes de suministrar la chatarra a un horno de fusion comprende transportar la chatarra a una estacion de precalentamiento, hacer circular gas caliente alrededor de la chatarra para calentar la chatarra y transportar la chatarra desde la estacion de precalentamiento hasta el horno de fusion. La etapa de hacer circular gas caliente alrededor de la chatarra comprende recibir los gases de escape del horno de fusion, aumentando, si es necesario, la energfa termica del gas de escape con un quemador (de gas o electrico) y dirigiendo el gas caliente hacia la estacion de precalentamiento.
Las etapas de transporte y la etapa de circulacion se pueden realizar en continuo a medida que la chatarra pasa a traves de la estacion de precalentamiento. La etapa de recibir gases de escape desde el horno de fusion puede comprender la modulacion de la circulacion de los gases de escape con un ventilador para gases de escape. La etapa de aumentar la energfa termica del gas de escape con un quemador puede comprender impulsar el aire a traves de un conducto hacia el quemador con un ventilador del quemador. Los procedimientos pueden comprender ademas la etapa de mantener un caudal masico sustancialmente constante de gas caliente que circula alrededor de la chatarra controlando un ventilador para el gas de escape que suministra aire a la camara calentada.
Otras ventajas y caracterfsticas adicionales de la presente invencion se pondran mas claramente de manifiesto a partir del estudio de la memoria descriptiva siguiente considerada junto con los dibujos adjuntos.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
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LA FIGURA 1 es una vista en perspectiva que ilustra un sistema de carga de precalentamiento continuo
segun la presente invencion.
LA FIGURa 2 es una vista en perspectiva de la estacion de precalentamiento;
LA FIGURA 3 es una vista en seccion transversal de la estacion de precalentamiento;
LA FIGURA 4 es una vista en alzado lateral de la estacion de precalentamiento parcialmente en seccion
transversal; y
LA FIGURA 5 es una pluralidad de vistas de la camara quemadora.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA FORMA DE REALIZACION PREFERIDA
Haciendo referencia a la figura 1, se representa un sistema de carga con precalentamiento continuo 10 segun la presente invencion que comprende unos medios destinados a transferir chatarra metalica desde una tolva 12 a un horno de fusion 14. El sistema comprende la estacion de precalentamiento 16 que suministra aire calentado a la chatarra antes de su suministro al horno de fusion 14.
En lfneas generales, la tolva 12 recibe la chatarra y transfiere la chatarra a un transportador de transferencia 18. A su vez, el transportador de transferencia 18 suministra la chatarra a un transportador de precalentamiento 20 en el que la estacion de precalentamiento 16 introduce el aire calentado. El transportador de precalentamiento 20 comprende un extremo receptor de chatarra 26 destinado a recibir chatarra del transportador de transferencia 18 y un extremo de descarga de chatarra 28 adyacente al horno de fusion. Opcionalmente, se proporcionara un sistema de inmersion de la chatarra Pyrotek LOTUSS® junto con el horno como punto en el que se introduce la chatarra precalentada.
Tal como se puede observar mejor en las figuras 2 a 4, la estacion de precalentamiento 16 comprende un ventilador para el gas de escape 30 (las paletas del ventilador/motor no representados) que presenta la entrada 32 y la salida 34. El ventilador 30 para el gas de escape se encuentra en comunicacion fluida, opcionalmente a traves de un conducto (no representado), con el horno 14 y aspira el gas de escape a traves de la entrada 32. Un fuelle flexible 36 constituye un conducto entre la salida 34 del ventilador para el gas de escape y una entrada 38 a la camara quemadora 40. Se dispone un quemador 42 en la camara quemadora 40 en una pared terminal adyacente a la entrada 38. De este modo, el quemador 42 se prolonga en una trayectoria de circulacion de gas de escape que se dirige a la camara quemadora 40. Preferentemente el quemador 42 presentara un grado ajustable de penetracion en la camara 40 y se podra ajustar asimismo vertical y horizontalmente para permitir una disposicion optima. El quemador 42 se controla mediante el ventilador del quemador 44 que impulsa el aire a traves del conducto 46 hacia el quemador 42. Se suministra un gas inflamable, tal como gas natural o propano, al quemador 42 a traves de una canalizacion (no representada). Se podra apreciar que, en un ejemplo alternativo de forma de realizacion, el quemador puede ser, por ejemplo, un elemento calefactor electrico, tal como un elemento calefactor electrico de tipo resistivo.
De este modo, el gas de escape que entra en la camara quemadora 40 a traves de la entrada 38 se puede continuar calentando al activar el quemador 42, antes de salir a traves de la salida 48. Tal como se representa, la camara quemadora 40 presenta una primera dimension alargada "A" en el plano del aire que se suministra mediante la circulacion del aire de escape. La camara quemadora 40 comprende una segunda dimension alargada "B" sustancialmente en la direccion en la que se enciende el quemador 42. Por consiguiente, la entrada de inyeccion del quemador 50 se orienta generalmente hacia la salida 48.
Sin limitarse a la teorfa, se cree que un quemador que se extiende dentro de la circulacion del gas de escape consigue un tipo de efecto de Bernoulli (Venturi) que le permite funcionar con una circulacion muy baja cuando se pretenda sin extinguirse. Ademas, a veces los gases de escape proporcionaran calor suficiente y no se requerira calor adicional por parte del quemador. Sin embargo, es conveniente que el quemador permanezca encendido para evitar requisitos propios de una purga ineficiente u otros retrasos en el reinicio.
La presente invencion puede utilizar cualquier gas de escape para combustion disponible tal como propano o gas natural para combustion, asf como tambien calor electrico, y se pueden aceptar gases desde temperatura ambiente hasta 800 °F. El quemador auxiliar "se llena" cuando el calor residual no se encuentra completamente disponible para alcanzar un punto fijado. Se puede abrir una compuerta de aire fresco (no representada) destinada a enfriar el aire si se alcanza el punto fijado debido a que el calor residual resulte demasiado caliente.
Preferentemente, el quemador se puede encender a una presion comprendida entre 0 y 10" W.G. (columna de agua) y permanecer todavfa encendido; relacion de reduccion de 50:1 (permanecer encendido utiliza una energfa minima en reposo). De un modo similar, el quemador se dispone para encenderse con gasto reducido con una contrapresion de 0,3" W.G. (columna de agua) en la camara quemadora. Sorprendentemente, si la contrapresion aumenta en la camara, el quemador se encendera todavfa con gasto reducido (0,3" W.G. [columna de agua]) gracias a la aspiracion provocada por la velocidad del aire de proceso originada por el nuevo diseno.
En el caso de una velocidad de procesamiento dada (velocidad de avance de los fragmentos), el sistema esta disenado para funcionar con un caudal masico constante (aire secante), de tal modo que a medida que
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disminuye el calor residual, la velocidad del ventilador del quemador esta programada para funcionar con mayor velocidad para compensar la densidad decreciente del aire residual caliente. Alternativamente, si disminuye la velocidad de procesamiento de los fragmentos, se puede programar el sistema para funcionar con un caudal masico invariable (aire de proceso / aire residual) variando la velocidad del ventilador del quemador a medida 5 que cambian las dos variables (temperatura del calor residual y velocidad de procesamiento). Esto permite una eficiencia excelente a cualquier velocidad de procesamiento. Se cree que el sistema que se describe en la presente memoria puede proporcionar hasta un 40% de ahorro en el consumo de energfa.
El ejemplo de forma de realizacion se ha descrito haciendo referencia a las formas de realizacion preferidas.
10 Obviamente, se pueden concebir modificaciones y alteraciones al leer y comprender la descripcion detallada anterior. Se pretende que el ejemplo de forma de realizacion se interprete comprendiendo todas las modificaciones y alteraciones en la medida en que entran dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas o los equivalentes de las mismas.

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Precalentador para utilizar en un sistema de horno de fusion de chatarra para precalentar la chatarra antes de su suministro al horno de fusion (14) que comprende y esta caracterizado por:
    - una camara quemadora (40) que comprende un orificio de entrada de escape (38) destinado recibir el gas de escape caliente procedente de una fuente de gas de escape caliente;
    - un aparato quemador (42) dispuesto dentro de la camara quemadora (40) en una via de circulacion del orificio de entrada de escape (38), estando configurado el aparato quemador (42) para suministrar calor complementario a la camara quemadora (40) a peticion a fin de enriquecer el gas de escape caliente, y
    - un orificio de salida de gas caliente (48) que se puede conectar a una camara de precalentamiento del sistema de horno de fusion de chatarra.
  2. 2. Sistema de carga con precalentamiento (10) destinado a precalentar chatarra antes suministrarla a un horno de fusion (14), comprendiendo el sistema:
    - una estacion de precalentamiento (16) que comprende:
    - - una entrada de chatarra (26) destinada a recibir la chatarra en la camara de precalentamiento segun la reivindicacion 1;
    - - una salida de chatarra (28) destinada a descargar la chatarra de la camara de precalentamiento; y
    - - un orificio de entrada destinado a recibir gas caliente en la camara de precalentamiento para precalentar la chatarra;
    y que esta caracterizado porque comprende, ademas:
    - - el precalentador segun la reivindicacion 1; en el que la camara quemadora (40) comprende, ademas:
    - - un ventilador para el gas de escape (30) destinado a impulsar el gas de escape caliente hacia el orificio de entrada de escape (38); y
    en el que orificio de salida de gas caliente (48) se encuentra en comunicacion fluida con el orificio de entrada de la estacion de precalentamiento (16) a fin de suministrar gas caliente a la misma para precalentar la chatarra.
  3. 3. Sistema segun la reivindicacion 2,
    en el que la fuente de gas de escape caliente comprende un horno de fusion (14).
  4. 4. Sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 3,
    en el que la camara de precalentamiento comprende un mecanismo de transporte destinado a transportar la chatarra entre la entrada de chatarra (26) y la salida de chatarra (28).
  5. 5. Sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4,
    en el que se dispone el aparato quemador (42) para encenderse en una direccion general del orificio de salida de gas caliente (48).
  6. 6. Sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5,
    en el que el aparato quemador (42) presenta un grado ajustable de penetracion en la camara quemadora (40).
  7. 7. Sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6,
    en el que el aparato quemador (42) se dispone de un modo ajustable dentro de la camara quemadora (40) en por lo menos una de las direcciones horizontal o vertical.
  8. 8. Sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7,
    que comprende ademas un ventilador quemador (44) destinado a suministrar aire u otro gas al aparato quemador (42) para la combustion de un combustible.
  9. 9. Un sistema de horno de fusion para chatarra que comprende:
    - un horno de fusion (14) destinado a fundir chatarra;
    - un transportador de precalentamiento (20) configurado para transportar chatarra hacia el horno de fusion (14); y
    - un sistema de carga de precalentamiento (10) segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8 destinado a precalentar la chatarra;
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    en el que el transportador de precalentamiento (20) se configura ademas para transportar chatarra entre la entrada de chatarra (26) y la salida de chatarra (28) del transportador de precalentamiento (20).
  10. 10. Sistema de horno de fusion para chatarra segun la reivindicacion 9,
    en el que la salida de chatarra (28) del transportador de precalentamiento (20) se conecta a una entrada de chatarra del horno de fusion (14).
  11. 11. Procedimiento para precalentar chatarra antes de suministrar la chatarra a un horno de fusion (14), comprendiendo el procedimiento:
    - transportar chatarra a la estacion de precalentamiento (16) segun la reivindicacion 2;
    - hacer circular gas caliente alrededor de la chatarra para calentar la chatarra; y
    - transportar la chatarra desde la estacion de precalentamiento (16) hacia el horno de fusion (14);
    caracterizado porque
    la etapa de circulacion del gas caliente alrededor de la chatarra comprende:
    - recibir gases de escape procedentes del horno de fusion (14);
    - aumentar, si es necesario, la energfa termica del gas de escape con un aparato quemador (42); y
    - dirigir el gas caliente hacia la estacion de precalentamiento (16).
  12. 12. Procedimiento segun la reivindicacion 11,
    en el que las etapas de transporte y la etapa de circulacion se realizan en continuo a medida que la chatarra pasa a traves de la estacion de precalentamiento (16).
  13. 13. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12,
    en el que la etapa de recibir gases de escape desde el horno de fusion (14) comprende la modulacion de la circulacion de los gases de escape con un ventilador para gases de escape (30).
  14. 14. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13,
    que comprenden ademas la etapa de mantener un caudal masico sustancialmente constante de gas caliente que circula alrededor de la chatarra controlando un ventilador para el quemador (44) que suministra aire al aparato quemador (42).
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