ES2940133A1 - Equipo y procedimiento de enfriamiento y separacion de escorias de aluminio - Google Patents

Equipo y procedimiento de enfriamiento y separacion de escorias de aluminio Download PDF

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Abstract

Equipo y procedimiento de enfriamiento y separación de escorias de aluminio que comprende una bandeja de extracción de escorias para recoger las escorias de aluminio desde la puerta de un horno de fusión, un conducto y un elevador vibrante que transportan la escoria hasta un trómel de refrigeración, que está dotado de un cuerpo con un espacio interno limitado por una pared interna configurada poligonalmente y por una cámara de refrigeración, provocando la separación de la fracción de metal y de la fracción de óxido de las escorias gracias al choque con la pared interna durante el giro del cuerpo del trómel de refrigeración y al enfriamiento de la misma, para posterior recogida y aprovechamiento de la fracción metálica. Finalmente, la fracción de óxido es aspirada por un equipo de filtrado para su posterior tratamiento como residuo.

Description

DESCRIPCIÓN
EQUIPO Y PROCEDIMIENTO DE ENFRIAMIENTO Y SEPARACIÓN DE ESCORIAS DE
ALUMINIO
OBJETO DE LA INVENCIÓN
El objeto de la presente invención se relaciona con el campo técnico correspondiente al de ingeniería mecánica, concretamente al sector de la metalurgia.
La presente invención se refiere un equipo y método empleando dicho equipo para el enfriamiento y separación de escorias de aluminio para su posterior envasado y estiba, con su correspondiente aprovechamiento como materia prima, todo ello de manera automática según parámetros de temperatura y tiempos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El aluminio es un metal no ferromagnético y es el tercer elemento más común que puede encontrarse en la corteza terrestre.
Este metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrólisis.
Posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería de materiales, tales como su baja densidad y su alta resistencia a la corrosión; y mediante aleaciones adecuadas con otros metales se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica, siendo el metal más empleado en ingeniería mecánica después del acero.
La utilización industrial del aluminio ha hecho de este metal uno de los más importante, tanto en cantidad como en variedad de usos, siendo hoy en día un material polivalente que se aplica en ámbitos económicos muy diversos.
Aleado con otros metales, se utiliza para la creación de estructuras portantes en la arquitectura y para fabricar piezas industriales de todo tipo de vehículos y calderería. También está presente en enseres domésticos tales como utensilios de cocina y herramientas.
En los procesos de producción del aluminio, se utilizan hornos donde el aluminio en altas temperaturas se aprovecha fundido para el moldeo de piezas o en aleaciones con otros metales. Durante ese proceso de fundición de aluminio, se generan unas escorias que presentan un contenido metálico difícilmente aprovechable
Las escorias provenientes del espumado/escoriado de hornos de fusión reaccionan exotérmicamente emitiendo partículas incandescentes y humos a la atmósfera cuando son extraídos de la cámara del horno a altas temperaturas (650°C-950°C).
La escoria contiene una mezcla de metal líquido (5%-50%) y óxidos metálicos (95%-50%) que, en contacto con el aire, genera una reacción oxidativa sobre el aluminio, perdiendo su característica metálica y por tanto su valor.
Si la temperatura de extracción de las escorias es muy alta, la reacción de aluminotermia puede retroalimentarse ya que el proceso oxidativo es exotérmico, perdiéndose el contenido metálico de las escorias si no se estabiliza el proceso de enfriamiento.
Para evitar esta reacción oxidativa, la temperatura ha de bajar de los 400°C tan rápido como sea posible, ya que, durante ese tiempo de enfriamiento, los óxidos se adhieren a la fracción metálica y siguen aumentando hasta que se pierde temperatura suficiente para neutralizar la reacción aluminotérmica.
La técnica aplicada de manera habitual actualmente en las fundiciones es el simple depósito en contenedores de las escorias extraídas de los hornos, esperando a su enfriamiento. Si el proceso se realiza descontroladamente, las escorias pueden incendiarse produciéndose la reacción anteriormente comentada.
Las escorias, cuando han perdido suficiente temperatura para poder ser manipuladas, son trasladadas a un escorial o contenedor al uso, para ser posteriormente trasladadas a un gestor de residuos. En el proceso de enfriamiento, al tener una fracción metálica importante, puede que se hayan convertido en bloques de irregular composición y formato, dificultando su manipulación y estiba.
La problemática surgida es que no existe ninguna aplicación funcional y estandarizada para la mejora del proceso, con resultados irregulares.
El documento DE2713281 describe un equipo de enfriamiento de aluminio, sin embargo, no separa las fracciones metálicas de las fracciones de óxidos y nitruros existentes en las escorias generadas ni garantiza un tiempo de residencia del metal suficiente para que se extraiga sólido, pudiendo existir vertidos de aluminio líquido peligrosos.
El documento ES2010575 propone un método de perfeccionamiento de instalaciones enfriadoras de escorias, sin embargo, no elimina el trasvase en contenedores de la escoria desde los hornos de fusión al equipo, de forma que la escoria durante ese tiempo entra en estado de aluminotermia y oxida el metal, aunque también solidifica la parte metálica en el fondo del contenedor propuesto convirtiéndose en bloques que golpean al equipo cuando se voltea sobre él. El sistema de enfriamiento a su vez es por nube de agua, surgiendo la problemática de generar atmósferas corrosivas y con posibles reacciones de amoniacos y cloruros al estar en contacto con el ambiente de la instalación.
Por otra parte, el documento ES2060480 presenta un procedimiento de enfriado de escorias calientes y un enfriador empleando dicho procedimiento, pero no corrige la problemática surgida del traslado intermedio de las escorias procedentes de los hornos, ya que ese traslado es realizado mediante cajones de trasvase, sin resolver tampoco la peligrosidad de solidificación y procesos aluminotérmicos de las escorias durante la operación. Asimismo, sólo es aplicable a grandes producciones de escorias.
Finalmente, el documento EP1640464, expone un procedimiento e instalación para el enfriado de escorias de aluminio, aunque sigue sin eliminar el trasvase en contenedores desde la escoria, entrando dicha escoria en aluminotermia y oxidando el metal, aunque solidifica la parte metálica en el fondo del contenedor convirtiéndose en bloques.
El sistema propuesto en la patente no tiene refrigeración forzada, por lo que disminuir la temperatura por debajo de 400°C para evitar aluminotermia cuando ésta ya ha surgido sólo se consigue con aislamiento de oxígeno, y el sistema no es estanco por lo que no evita la misma. Igualmente, es un sistema lento y no permite el uso en continuo, esperando ciclos de enfriamiento y aumentando considerablemente el tiempo de producción.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El equipo objeto de la invención y el método empleado para el enfriamiento y separación de escorias de aluminio pretende resolver las problemáticas planteadas, mediante un enfriamiento continuo de la escoria recogida desde los hornos hasta que es molida para separar la porción metálica de la porción de óxido, favoreciendo la disminución de la temperatura por debajo de los 400°C lo antes posible con el fin de evitar el proceso de aluminotermia o incendio de dichas escorias.
El equipo de enfriamiento y separación de escorias comprende una bandeja de extracción de escorias situada bajo la puerta de extracción de dichas escorias de un horno de fusión, lugar por donde caen las escorias, de forma inmediata y a través una abertura que forma parte de la bandeja de extracción, a un conducto vibrante, situado bajo dicha bandeja de extracción, con posibilidad de incorporar una cámara interna de refrigeración por donde circula un líquido refrigerante y permite la refrigeración de la escoria mientras es transportada a lo largo de dicho conducto, favoreciendo el enfriamiento continuo.
Seguidamente, la invención comprende además un elevador vibrante conectado al conducto vibrante, con un canal dotado de una entrada inferior y una salida superior, recibiendo por la entrada inferior las escorias desde el conducto vibrante y trasladándolas verticalmente hasta su salida superior, de donde puede partir una rampa que posibilita el acceso a un trómel de refrigeración. El elevador vibrante también puede incorporar otra cámara de refrigeración que permita el enfriamiento de la escoria mientras asciende y de forma continuada en caso de que no se hubiera enfriado por debajo de los 400°C en el conducto vibrante, temperatura a partir de la cual la escoria no corre peligro de entrar en fase aluminotérmica.
El trómel de refrigeración recibe las escorias de manera guiada mediante un conducto de acceso localizado entre dicha boca de acceso y la salida superior del elevador vibrante o extendido desde la rampa de salida. El conducto de acceso divide la boca de acceso en una sección de entrada por donde es introducida la escoria y en una sección de salida, por donde es evacuada la escoria por rebose desde el trómel cuando se acumula hasta alcanzar el nivel de dicha sección de salida y recogida en unos cajones para su posterior categorización.
El trómel de refrigeración está dispuesto sobre una bancada y presenta un cuerpo que posee capacidad de giro sobre su eje, pudiendo favorecer este giro la incorporación de rodillos en la bancada.
A su vez comprende un espacio interno limitado por una pared interna, presentando dicha pared interna una configuración preferentemente poligonal, favoreciendo la molienda y la separación de las escorias de aluminio en fracciones metálicas y fracciones de óxido debido al choque irregular de las mismas durante el giro. La pared interna está envuelta por una cámara de refrigeración que incorpora el trómel de refrigeración, localizándose en dicha cámara unos tubos por los que circula líquido refrigerante.
Los tubos están acoplados a un plato distribuidor, con capacidad de giro solidario al giro del trómel de refrigeración gracias a una junta rotativa que facilita el giro del plato distribuidor. La junta rotativa permite recoger líquido refrigerante impulsado desde una bomba hidráulica y mediante su giro y provocando el movimiento de giro del plato distribuidor se consigue una distribución forzada y homogénea a lo largo de la cámara de refrigeración, de forma que la escoria de aluminio que se encuentra en el trómel es refrigerada a la vez que molida, posibilitando y favoreciendo la separación para el aprovechamiento de la fracción metálica. Una vez se ha distribuido el líquido refrigerante a mayor temperatura y a absorbido el calor de las escorias de aluminio, éste es recogido por la junta rotativa, iniciando continuamente un proceso cíclico.
Durante el transporte entre los diferentes elementos y su depósito en el trómel de refrigeración, interviene un equipo de aspiración, dotado de unos conductos de aspiración, un motor conectado a dichos conductos y uno o más filtros separadores para catalogar la fracción de óxido aspirada, embocando dichos conductos de aspiración en la salida superior del elevador vibrante y/o en la boca de acceso del trómel de refrigeración.
Asimismo, la invención objeto está asociada a un proceso de extracción y separación de escorias en donde se distinguen las etapas de: depositar la escoria de aluminio en la bandeja de extracción, traspasar la escoria de aluminio al conducto vibrante, trasladar la escoria de aluminio por el conducto vibrante hasta el elevador vibrante, y de ahí, al trómel de refrigeración. Estas etapas pueden realizarse con refrigeración continua mediante la incorporación de las cámaras de refrigeración tanto en el conducto como en el elevador vibrante.
Una vez llega la escoria al trómel de refrigeración, mediante choque de las mismas contra las paredes dispuestas poligonalmente y enfriamiento continuo gracias a la cámara de refrigeración, ésta es molida y separa en porciones metálicas y de óxido, depositando mediante rebose la porción metálica en cajones para su tratamiento y reutilización o aprovechamiento como materia prima y aspirando la porción de óxido para tratarla como residuo.
Este proceso descrito permite la obtención de fracciones de metal de las escorias de aluminio para su posterior aprovechamiento como materia prima, disminuyendo los residuos generados en procesos convencionales, donde la cantidad de escorias generadas totales son catalogadas como residuos, desaprovechando su contenido metálico para reciclaje o futuro aprovechamiento en procesos metalúrgicos.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva del equipo de extracción y enfriamiento de escorias.
Figura 2.- Muestra una vista frontal del equipo de extracción y enfriamiento de escorias.
Figura 3.- Muestra una vista en perspectiva de la zona delantera del trómel de refrigeración seccionada.
Figura 4.- Muestra una vista seccionada lateral del trómel de refrigeración.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A continuación, con ayuda de las figuras 1 a 4, se describe una realización preferente del equipo de extracción y enfriamiento de escorias de aluminio.
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva del equipo de extracción y enfriamiento de escorias que comprende una bandeja de extracción (1) de escorias de aluminio destinada a estar posicionada bajo la puerta de extracción de escorias de un horno de fusión, presentando una abertura (32) con dimensión suficiente para permitir el paso de escorias hasta cierto tamaño, un conducto vibrante (2) dotado de un primer extremo (3) y un segundo extremo (4) que está embocado bajo la bandeja de extracción (1) por una zona cercana al primer extremo (3) y que traslada las escorias de aluminio desde el primer extremo (3) hasta el segundo extremo (4).
Asimismo, la invención comprende adicionalmente un elevador vibrante (5) que está vinculado al conducto vibrante (2). Dicho elevador vibrante (5) comprende adicionalmente un cuerpo central (6) con un canal (7) dispuesto de forma ascendente y helicoidalmente alrededor del eje longitudinal de dicho cuerpo central (6) con una entrada inferior (8), que recibe al segundo extremo (4) del conducto vibrante (2), y una salida superior (31), de la que puede partir una rampa de salida (10).
Adicionalmente, el equipo de extracción y aspiración de escorias de aluminio presenta un trómel de refrigeración (9) que comprende un cuerpo dispuesto con capacidad de giro sobre una bancada (33) y que recibe las escorias transportadas por el elevador vibrante (5) a través de un conducto de acceso (12) vinculado a la rampa de salida (10) o a la salida superior (31). Dicho cuerpo está dotado de una zona delantera (19) y una zona trasera (20), presentando una boca de acceso (11) donde desemboca el conducto de acceso (12).
Por otra parte, la invención comprende adicionalmente un equipo de filtrado (16) que aspira las porciones de óxido de las escorias desde la salida superior (31) y/o desde la boca de acceso (11), estando dotado dicho equipo de filtrado (16) de unos conductos de aspiración (26) que conectan con la salida superior (31) del elevador vibrante (5) y/o con la boca de acceso (11) del trómel de refrigeración (9), un motor de aspiración (27) conectado a los conductos de aspiración (26), y al menos un filtro separador (28) vinculado al motor de aspiración (27), para seguidamente clasificar dichas porciones de óxido como residuos.
La Figura 2 muestra una vista frontal del equipo de extracción y enfriamiento de escorias donde se observa como el conducto vibrante (2) y el elevador vibrante (5) pueden incluir adicionalmente una segunda cámara de refrigeración (17) y una tercera cámara de refrigeración (18), que enfrían las escorias de aluminio que son transportadas por dichos elementos desde la bandeja de extracción (1) pasando por el conducto vibrante (2) hasta su segundo extremo (4), recibido a su vez por la entrada inferior (8) del canal (7) del elevador vibrante (5).
Las Figuras 3 muestra una vista en perspectiva seccionada de la zona delantera (19) del trómel de refrigeración (9). Se observa que el trómel de refrigeración (9) comprende un espacio interno (13) limitado por una pared interna (14), que tiene una configuración preferentemente poligonal para facilitar la molienda de las escorias de aluminio que se encuentran en el espacio interno (13) por el choque irregular con dicha pared interna (14).
Asimismo, el trómel de refrigeración (9) comprende una primera cámara de refrigeración (15) que enfría la escoria de aluminio mientras se produce la molienda de la misma para poder realizar la separación de la porción metálica aprovechable de la misma y de la porción de óxido que será recogida por el equipo de aspiración (16).
La Figura 4 muestra una vista seccionada del trómel de refrigeración (9), donde en la cámara de refrigeración (15) están ubicados unos tubos de refrigeración (21) destinados a conducir un líquido refrigerante por el interior de dicha cámara de refrigeración (15) para disminuir la temperatura de las escorias, un plato distribuidor (22) localizado en el interior de la primera cámara de refrigeración (15) y donde están acoplados los tubos de refrigeración (21), con movimiento de giro solidario al movimiento de giro del cuerpo del trómel de refrigeración (9), configurado para posicionar los tubos de refrigeración (21) de manera que el líquido refrigerante se distribuya de manera homogénea por la primera cámara de refrigeración (15) desde la zona delantera (19) a la zona trasera (20);
El trómel de refrigeración (9) también incorpora una junta rotativa (23) dispuesta en la zona trasera (20) y conectada al plato distribuidor (22), destinada a dirigir el líquido refrigerante a menor temperatura hacia los tubos de refrigeración (21) y a recoger el líquido refrigerante a mayor temperatura procedente de la primera cámara de refrigeración (15) por la zona trasera (20).
Seguidamente se observa con más detalle la disposición de unos rodillos (30) que posibilitan el giro del trómel de refrigeración (9) sobre su propio eje, así como una división de la boca de acceso (11) por el conducto de acceso (12) en un acceso superior (24) por donde entra la escoria de aluminio procedente del elevador vibrante (5) y un acceso inferior (25) por donde escapa por rebose la porción metálica obtenida tras la molienda y enfriamiento de dicha escoria.
Se destaca que el equipo objeto de la invención está asociado a un procedimiento para la extracción de escorias de aluminio y su enfriamiento con el fin de aprovechar la porción metálica y separar la porción de óxido de las mismas. Dicho procedimiento comprende las siguientes etapas:
- depositar la escoria de aluminio en la bandeja de extracción (1),
- traspasar la escoria de aluminio al conducto vibrante (2),
- trasladar la escoria de aluminio por el conducto vibrante (2) hasta el elevador vibrante (5),
- transportar la escoria de aluminio por el elevador vibrante (5) hasta el trómel de refrigeración (9),
- refrigerar y moler la escoria de aluminio en el espacio interno (13) del trómel de refrigeración (9),
- separar la escoria de aluminio en una porción metálica y en una porción de óxido, - recoger la porción metálica de la escoria de aluminio que es expulsada del espacio interno (13) por rebose por el acceso inferior (25) de la boca de acceso (11) del trómel de refrigeración (9) en unos cajones (34), y
- aspirar la porción de óxido de la escoria de aluminio mediante el equipo de filtrado (16);
pudiéndose realizar las etapas de trasladar la escoria de aluminio por el conducto vibrante (2) y por el elevador vibrante (5) de forma refrigerada gracias a la presencia de la segunda y tercera cámara de refrigeración (17, 18) incorporadas respectivamente en el conducto vibrante (2) y en el elevador vibrante (5).

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. - Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio caracterizado por que comprende:
- una bandeja de extracción (1) de escorias de aluminio destinada a estar posicionada bajo la puerta de extracción de escorias de un horno de fusión,
- un conducto vibrante (2) dotado de un primer extremo (3) y un segundo extremo (4), embocado bajo la bandeja de extracción (1) por una zona cercana al primer extremo (3),
- un elevador vibrante (5) vinculado con el conducto vibrante (2) y que comprende un cuerpo central (6) dotado de un canal (7) ascendente de forma helicoidal alrededor de su eje longitudinal con una entrada inferior (8) y una salida superior (31),
- un trómel de refrigeración (9) situado a continuación del elevador vibrante (5) que comprende un cuerpo dotado de una zona delantera (19) y una zona trasera (20) que está dispuesto con capacidad de giro sobre una bancada (33), en el que el cuerpo comprende:
o una boca de acceso (11) en la zona delantera (19) que recibe un conducto de acceso (12) que se extiende desde la salida superior (31) del elevador vibrante (5) hasta dicha boca de acceso (11),
o una pared interna (14) que limita un espacio interno (13),
o una primera cámara de refrigeración (15) a la pared interna (14), y - un equipo de filtrado (16) que está vinculado con la salida superior (31) del elevador vibrante (5) y/o con la boca de acceso (11) del trómel de refrigeración (9).
2. - Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 1 en donde la bandeja de extracción (1) está dotada de una abertura (32) con dimensión suficiente para permitir el paso de escorias de forma que no se produzca la obstrucción del conducto vibrante (2).
3. - Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 1 en donde el conducto vibrante (2) comprende una segunda cámara de refrigeración (17).
4. - Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 1 en donde el elevador vibrante (5) incorpora una tercera cámara de refrigeración (18).
5. - Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 1 en donde el elevador vibrante (5) incorpora una rampa de salida (10) extendida desde la salida superior (31) de dicho elevador vibrante (5).
6. - Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 6 en donde el trómel de refrigeración (9) comprende adicionalmente:
- unos tubos de refrigeración (21) localizados en la primera cámara de refrigeración (15) y destinados a conducir un líquido refrigerante por el interior de dicha cámara de refrigeración (15) hasta la zona delantera (19) para disminuir la temperatura de las escorias,
- un plato distribuidor (22) localizado en el interior de la primera cámara de refrigeración (15) al que se acoplan los tubos de refrigeración (21), con movimiento de giro solidario al movimiento de giro del cuerpo trómel de refrigeración (9), destinado a posicionar los tubos de refrigeración (21) para que el líquido refrigerante se distribuya de manera homogénea por la primera cámara de refrigeración (13),
- una junta rotativa (23) dispuesta en la zona trasera (20) y conectada al plato distribuidor (22), destinada a dirigir el líquido refrigerante a menor temperatura hacia los tubos de refrigeración (21) y a recoger el líquido refrigerante a mayor temperatura procedente de la primera cámara de refrigeración (15) por la zona trasera (20) del trómel de refrigeración (9).
7. - Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 6 en donde la pared interna (14) del espacio interno (13) tiene una configuración poligonal.
8. - Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 1 donde la boca de acceso (11) del trómel de refrigeración (9) está seccionada por el conducto de acceso (12) en un acceso superior (24) y un acceso inferior (25).
9. - Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 1 en donde el equipo de filtrado (16) comprende:
- unos conductos de aspiración (26) que conectan con la salida superior (31) del elevador vibrante (5) y/o con la boca de acceso (11) del trómel de refrigeración (9), - un motor de aspiración (27) conectado a los conductos de aspiración (26), y
- al menos un filtro separador (28) vinculado al motor de aspiración (27).
10. - Proceso de enfriamiento y separación de escorias de aluminio que utiliza el equipo de la descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1-9 caracterizado por que comprende las etapas de:
- depositar la escoria de aluminio en la bandeja de extracción (1),
- traspasar la escoria de aluminio al conducto vibrante (2),
- trasladar la escoria de aluminio por el conducto vibrante (2) hasta el elevador vibrante (5),
- transportar la escoria de aluminio por el elevador vibrante (5) hasta el trómel de refrigeración (9),
- refrigerar y moler la escoria de aluminio en el espacio interno (13) del trómel de refrigeración (9),
- separar la escoria de aluminio en una porción metálica y en una porción de óxido, - recoger la porción metálica de la escoria de aluminio que es expulsada del espacio interno (13) por rebose por el acceso inferior (25) de la boca de acceso (11) del trómel de refrigeración (9) en unos cajones (34), y
- aspirar la porción de óxido de la escoria de aluminio mediante el equipo de filtrado (16).
11. - Proceso de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 10 en donde la etapa de traslada la escoria de aluminio por el conducto vibrante (2) se realiza refrigerando dicha escoria de aluminio mediante el empleo de la segunda cámara de refrigeración (17).
12. - Proceso de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 11 en donde la etapa de transportar la escoria de aluminio por el elevador vibrante (5) se realiza refrigerando dicha escoria de aluminio mediante el empleo de la tercera cámara de refrigeración (18).
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