ES2863355T3 - Quemador combinado para insuflar gas oxidante y combustible en un horno de fusión - Google Patents

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Abstract

Quemador combinado para insuflar gas oxidante y combustible en un horno de fusión, que está instalado de forma fija en el horno y provisto de aberturas de salida para combustible y gas oxidante, caracterizado por que el quemador (1) consiste en una parte fija (2) del quemador (1) y en una tobera móvil (4), presentando la tobera (4) unas salidas tanto para combustible como para gas oxidante, que está instalada de forma rotativa dentro del cuerpo (2.1) de la parte fija (2) del quemador, estando conectado a esta el suministro (7) del gas oxidante y controlándose su movimiento por medio de un actuador (3), instalado fuera del área de trabajo del horno, mientras que el eje x2 del orificio de la tobera móvil (4) es desviado del eje de rotación x1 de la tobera móvil (4) en un ángulo α en el rango de 5 - 60° y la tobera móvil (4) es rotativa en torno al eje x1 en cualquier dirección en un ángulo β en el rango de 0 - 180°.

Description

DESCRIPCIÓN
Quemador combinado para insuflar gas oxidante y combustible en un horno de fusión
Campo técnico
[0001] Un quemador combinado para inyectar gas oxidante y combustible está pensado para insuflar oxígeno y combustible durante la fundición de escoria en hornos de fusión.
Estado de la técnica
[0002] Los quemadores que se usan en la actualidad se usan al mismo tiempo como toberas y están instalados de forma fija en las paredes del horno. Gas oxidante inyectado, que es oxígeno o aire enriquecido con oxígeno, y combustible inyectado, como por ejemplo gas natural, son insuflados en un lugar fijo determinado del horno. Esto significa que el eje del oxígeno y combustible insuflados no se mueve. Ello limita la eficiencia de la transferencia del calor de la llama a la carga, así como la eficiencia del gas oxidante insuflado, puesto que la reacción se produce en un volumen relativamente pequeño en el espacio del horno, y el flujo de calor disminuye con el aumento de temperatura de la superficie de la carga. Disminuye la diferencia entre la temperatura de la fuente de calor, que es la temperatura de quemado del combustible y algunos elementos químicos de la carga con oxígeno, y la temperatura del material suministrado al horno.
[0003] Las soluciones móviles que se conocen consisten en mover todo el quemador -tobera, que está instalado en un manipulador móvil. Por consiguiente, es necesario que el horno tenga una abertura, en la que se mueve la tobera, como por ejemplo la puerta de trabajo del horno. Por tanto, el horno no está sellado cuando la tobera está en funcionamiento, lo que disminuye la eficiencia del horno. Otra desventaja de esta solución son las grandes dimensiones y la dificultad de la instalación. También se conoce una versión en la que el quemador - tobera se inclina hacia arriba y hacia abajo en un eje vertical. Cuando se inclina hacia arriba disminuye la eficiencia de la transferencia de calor, puesto que una capa menor de la carga está por encima de la llama del quemador, lo que absorbe el calor. También existe una solución rotativa de todo el quemador, descrita en la patente US 5630 713, en la que se mueve todo el quemador, situado en un bloque fijo en la pared del horno. Esta solución presenta la desventaja sustancial de que el espacio entre la parte fija y móvil está dentro del horno. Por consiguiente, los gases calientes del horno llegan a este espacio y el horno no sella los materiales del horno, como partes de la carga, salpicaduras de escoria líquida o metal. Estas partículas llenan gradualmente este espacio y se bloquea el movimiento del quemador. Otra desventaja de esta solución es que está pensada para su instalación en el panel refrigerado de la pared del horno y la cara del quemador está en el mismo plano que la cara de la pared del horno. Esto aumenta el riesgo de deterioro de la pared del horno por el rebote de llama procedente de la carga.
[0004] Los documentos de patente WO 2008/084909 A1, WO 2010/145845 A1, WO 2016/071457 A1, US 5066 326 A y US 6027 333 A se refieren a un quemador combinado para insuflar gas oxidante y combustible, pero ninguno de estos documentos da a conocer una tobera móvil que presente salidas tanto para gas oxidante como combustible.
Sumario de la invención
[0005] Estas desventajas anteriormente mencionadas no existen con el quemador combinado para insuflar gas oxidante y combustible en el horno de fusión, que está instalado de forma fija en el horno y provisto de aberturas de salida para combustible y gas oxidante según la invención, que se basa en el hecho de que el quemador consiste en una parte fija del quemador y una tobera móvil, presentando la tobera unas salidas tanto para combustible como para gas oxidante, que está instalada de forma rotativa dentro del cuerpo de la parte fija del quemador. Un suministro de gas oxidante está conectado a la tobera y el movimiento de la tobera está controlado mediante un actuador instalado fuera del área de trabajo del horno. El eje x2 del orificio de la tobera móvil es desviado del eje x1 de la rotación de la tobera móvil en un ángulo en el rango de 5 a 60°, y la tobera móvil es rotativa en torno al eje x1 en cualquier dirección en el ángulo p en el rango de 0 a 180°. Asimismo, se basa en que el quemador está colocado en una pared o techo del horno y en que el cuerpo de la parte fija del quemador está dispuesto en la carcasa fija exterior enfriado mediante líquido o gas, y sobresale en el espacio del horno en la distancia a1 en el rango de 0 a 2000 mm. También es importante que la tobera móvil esté provista de al menos una abertura para el gas oxidante y aberturas para el combustible en la salida.
[0006] Por consiguiente, el nuevo quemador combinado que se proporciona según la invención está equipado con una tobera móvil en su interior, que permite dirigir los gases insuflados a diversos lugares del horno. Todo el quemador está al mismo tiempo instalado de forma fija en la pared o techo, o en la cubierta del horno, y así queda sellado el espacio del horno. Esta solución presenta varias ventajas fundamentales:
- el horno queda sellado; el aire no se succiona por la apertura para mover la tobera
- la parte móvil de la tobera está construida en la parte estática y el montaje móvil está protegido del impacto de la atmósfera en el horno, o de salpicaduras del material fundido en el horno
- un movimiento rotativo excéntrico mueve la llama, el chorro de gases insuflados en el plano horizontal y vertical al mismo tiempo.
[0007] Los gases calientes afectan a diversos lugares de la carga y esto aumenta el flujo de calor al material. El chorro móvil de gas oxidante, p. ej., oxígeno, permite cortar la carga caliente, de forma similar al soplete de corte cuando se parte el material. Esto provoca que la carga se parta más rápido directamente en el horno y que caiga en el baño fundido del horno. Partes de la carga, que entran así en el baño líquido en la parte inferior del horno, se funden por consiguiente más rápido, lo que aumenta la eficiencia de todo el proceso. Tras fundir la carga, el gas oxidante es insuflado directamente en el baño líquido del horno. Denominamos a este modo de funcionamiento el «modo de lanza de oxígeno». En el modo de lanza de oxígeno, es posible detener por completo la entrada de combustible y, por tanto, únicamente se insufla gas oxidante en el horno.
[0008] Este quemador combinado puede usarse en cualquier horno para calentar y/o fundir la carga. Mencionamos de ejemplo aplicaciones típicas: fundir carga de metal (escoria, aditivos, carga metálica) en horno de arco eléctrico, fundir la carga en horno de cámara, donde los quemadores pueden estar en las paredes o el techo del horno, por ejemplo fundir metales no ferrosos, vidrio, etc., también en hornos de calentamiento para carga metálica antes de un procesamiento adicional, por ejemplo antes del forjado, laminación, etc. Las aplicaciones mencionadas son solo ejemplos de posibles usos, que también pueden extenderse a otros procesos.
Lista de figuras en el dibujo
[0009] Una forma de realización de ejemplo del quemador combinado para insuflar gas oxidante y combustible en el horno de fusión incluyendo un actuador está representada en la fig. 1, su detalle D1 (fig. 2) muestra el orificio del quemador. La Fig. 3 presenta el giro de la tobera móvil interna. La Fig. 4 es una vista de planta que muestra la instalación del quemador en el horno y las posiciones de chorros de gas en tres situaciones diferentes. La Fig. 5 muestra la instalación del quemador y las posiciones de los chorros de gas en tres situaciones diferentes en una sección lateral.
Ejemplos de la invención
[0010] Un quemador combinado 1 consiste en una parte fija 2, cuya parte principal consiste en un cuerpo 2-1 Una tobera móvil 4 está instalada de forma rotativa dentro del cuerpo 21 El cuerpo 2,1 está provisto de una carcasa exterior protectora 2.4., conectada de forma fija con una pared 5 o cubierta 6 o el techo del horno. La carcasa exterior protectora 2.4 se enfría mediante líquido o gas, los cuales son forzados a entrar en los canales 25, creados en la carcasa exterior 24. El cuerpo 21 del quemador también está provisto de unos canales de refrigeración 27 para enfriar la cara del quemador mediante líquido o gas. La pared 5 del horno puede consistir en unos paneles refrigerados, o puede estar compuesto por material refractario. El gas oxidante se lleva a la tobera móvil 4 mediante la entrada 7 y el combustible se lleva a la parte fija 2 del quemador mediante la entrada 8. El quemador está instalado de tal forma que el orificio del quemador está a la distancia a1 de la pared 5 del horno. La distancia a se elige de tal forma que el chorro de gases del quemador no choque con el revestimiento del horno. El cuerpo 21 de la parte fija 2 del quemador sobresale en el espacio del horno desde la pared 5 en la distancia ai, en este caso 800 mm de largo. La tobera móvil 4 está controlada mediante un actuador 3, instalado fuera del área de trabajo del horno y que es rotativo en torno al eje de rotación xi en cualquier dirección en el ángulo p, en este caso 70°. El eje x2 del orificio de la tobera móvil 4 es desviado del eje de rotación xi de la tobera móvil 4 en el ángulo a, en este caso 30°. Las posiciones giradas de la tobera móvil 4 están marcadas por las posiciones de funcionamiento A, B y C. Cuando la tobera móvil 4 es girada en el ángulo beta p, el chorro de gases insuflados por la parte fija 2 del quemador al horno se mueve a la posición B, con respecto a la posición C cuando se gira en la otra dirección. Por consiguiente, el rango de funcionamiento del quemador se encuentra en cualquier punto entre las posiciones B y C, la posición central se marca como la posición A.
[0011] La cubierta exterior 24 alrededor del cuerpo 21 del quemador presenta un diseño reforzado resistente a altas temperaturas y daños mecánicos por la carga del horno. La carcasa externa 24 se enfría con líquido según la forma de realización de ejemplo, o podría fabricarse a partir de material refractario.
[0012] La tobera móvil 4 contiene una abertura 4.1 a través de la cual fluye el gas oxidante, como por ejemplo oxígeno, y el combustible, como por ejemplo gas natural, fluye a través de otras aberturas 42. La tobera móvil está instalada en un cojinete 26 o una carcasa rotativa con aberturas para que fluya combustible. El combustible también fluye a través de las aberturas 22 creadas en el cuerpo 21 de la parte fija del quemador 2. El combustible y el gas oxidante se mezclan en el espacio de mezcla 23 en el cuerpo 2.1 de la parte fija. La abertura 44 de la tobera móvil 4 tiene forma de tobera de Laval para obtener una velocidad supersónica del gas oxidante. La abertura 4.1 con el eje x2 está inclinada debajo del ángulo a desde el eje x1, que es el eje de rotación de la tobera móvil 4.
[0013] Cuando la tobera móvil 4 rota en torno al eje xi en el ángulo p, el chorro de gases que fluye por la abertura 4.1 con el eje X2 fluye por diversos lugares del horno, en función del ángulo p de desviación del plano vertical. El ángulo p puede llegar hasta el rango de 180°. Para diferentes tipos de aplicaciones, es posible intercambiar las aberturas para los flujos de combustible y gas oxidante, para crear distintos tipos de llama. Esto significa que el combustible podría fluir por la abertura 43. y el gas oxidante por las aberturas 42.
[0014] El movimiento de la tobera móvil 4 se proporciona mediante el actuador 3, que está instalado en el horno, o podría conectarse a la parte fija 2 del quemador. El actuador 3 puede estar alimentado por un motor eléctrico con engranajes, de forma hidráulica, neumática o de otra forma, aunque no es importante desde el punto de vista de la función del quemador.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Quemador combinado para insuflar gas oxidante y combustible en un horno de fusión, que está instalado de forma fija en el horno y provisto de aberturas de salida para combustible y gas oxidante, caracterizado por que el quemador (1) consiste en una parte fija (2) del quemador (1) y en una tobera móvil (4), presentando la tobera (4) unas salidas tanto para combustible como para gas oxidante, que está instalada de forma rotativa dentro del cuerpo (2.1) de la parte fija (2) del quemador, estando conectado a esta el suministro (7) del gas oxidante y controlándose su movimiento por medio de un actuador (3), instalado fuera del área de trabajo del horno, mientras que el eje x2 del orificio de la tobera móvil (4) es desviado del eje de rotación x1 de la tobera móvil (4) en un ángulo a en el rango de 5 - 60° y la tobera móvil (4) es rotativa en torno al eje xi en cualquier dirección en un ángulo p en el rango de 0 -180°.
2. Quemador combinado según la reivindicación 1, caracterizado por que el horno es un horno de arco eléctrico.
3. Quemador combinado según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el quemador (1) está colocado en una pared (5) o techo (6) del horno.
4. Quemador combinado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el cuerpo (2.1) de la parte fija (2) del quemador está instalado en una carcasa fija exterior (2.4) enfriado mediante líquido o gas, y que sobresale en el espacio del horno en una distancia a1 en el rango de 0-2000 mm.
5. Quemador combinado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la tobera móvil (4) está provista en la salida de al menos una abertura (4.1) para gas oxidante y de aberturas (4.2) para combustible.
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