ES2963946T3 - Enfriadores de duelas de penetración única resistentes al desgaste - Google Patents

Abstract

Todo el peso de un refrigerador de duelas de hierro fundido o cobre fundido se soporta dentro de la carcasa de contención del horno mediante un único collar de acero hermético al gas en la parte posterior. Todas las tuberías de refrigerante de cada enfriador tienen todas las conexiones externas reunidas y enrutadas a través de un collar de acero. Sobre la cara caliente está dispuesta una barrera de protección contra el desgaste. Dicho se limita a incluir al menos una de las filas horizontales de nervaduras y canales que retienen insertos metálicos o ladrillos refractarios, o bolsas que ayudan en la retención de cemento moldeable y/o acumulaciones congeladas en su lugar a partir de una masa fundida, o una aplicación de un área. de revestimiento duro que está soldado en un patrón de cordón, rayado o tejido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Enfriadores de duelas de penetración única resistentes al desgaste

Campo de la invención

La presente invención se refiere a enfriadores de duelas para hornos circulares con cubiertas de contención de acero, y más particularmente a enfriadores de duelas de hierro fundido y cobre fundido con una única penetración requerida de una cubierta de contención de acero para acomodar un collar de acero que soporta completamente el peso del enfriador de duelas dentro de hornos de fundición, y que pasa todas las entradas y salidas de tubería a través en un grupo para enfriamiento líquido. El objeto de construir los collares de acero de esta manera es proporcionar una coincidencia de los coeficientes de expansión en la una penetración usando aleaciones similares para minimizar los esfuerzos y evitar problemas de unión y fragilidad con las soldaduras de conexión a las cubiertas de contención.

Antecedentes

El acero y los metales no ferrosos se están fundiendo en todo el mundo en hornos circulares con cubiertas de contención de acero. Algunos de estos emplean enfriadores de duelas tipo panel que revisten completamente las paredes interiores para enfriar ladrillos refractarios montados en sus caras calientes. Sus acciones de enfriamiento individuales son suministradas por refrigerantes líquidos que circulan dentro de cada enfriador de duelas con tuberías que pasan a través de las penetraciones de las cubiertas de contención de acero para acceder a un intercambiador de calor externo. Cada penetración de la cubierta de contención de acero requiere soldaduras y sellos fiables para mantener los gases de proceso peligrosos tanto dentro del horno y lejos de su personal operativo.

Las tasas de producción que exceden de tres toneladas de metal caliente por metro cúbico de volumen de trabajo por día se están alcanzando ahora con altos hornos modernos. Esto se hizo posible usando materiales de carga mejorados, mejores técnicas de distribución de carga, controles de proceso más estrictos, temperaturas de explosión en caliente muy altas, tecnología de enriquecimiento de oxígeno, inyección de carbón pulverizado, y enriquecimiento de combustible de gas natural. Todo lo cual resulta en cargas y fluctuaciones térmicas medias mucho más elevadas que inciden en los enfriadores de duelas montados en el interior de las cubiertas de contención de acero de los altos hornos actualizados.

Las acerías integradas usan altos hornos para abastecerse a sí mismas del arrabio que usan para fabricar acero. Los grandes avances que se están logrando en la productividad de los hornos también han impuesto exigencias abrumadoras a las capacidades del sistema de refrigeración. Los enfriadores de duelas enfriados con líquido en altos hornos desarrollados por primera vez a fines de la década de 1960 se volvieron inadecuados. Se han necesitado enfriadores de duelas de cobre de alta conductividad desde finales de la década de 1970, debido a que estos son más capaces de lidiar con los intensos calentamientos de proceso que se generan ahora en los hornos de alta tensión del estado de la técnica. Los enfriadores de duelas de cobre también han demostrado ser capaces de ofrecer vidas útiles de campaña del horno que ahora exceden los quince años.

Los niveles de carga térmica promedio a los que se someterá un enfriador de duelas dependen de dónde se colocará dentro de un alto horno y cómo se opera el horno. Véase la Fig. 1. Las duelas de hierro fundido pueden seguir usándose con éxito en las áreas de cuba media y superior menos exigentes de los altos hornos, pero las cargas de calor promedio mucho más altas por debajo en la cuba inferior, Vientre, Etalaje, Nivel de Tuyere y Crisol requieren todos el uso de duelas de cobre de mayor rendimiento, pero más caras.

Las duelas de hierro fundido son menos eficientes en el enfriamiento que las duelas de cobre debido a que el metal de hierro fundido es relativamente mucho más bajo en conductividad térmica. Su resistencia térmica inherente permite que el calor se acumule demasiado alto si se presenta demasiada carga. Una mala unión interna puede aumentar innecesariamente la resistencia térmica global. De otro modo, se desarrollan grietas en el hierro fundido y el agrietamiento puede propagarse en las propias tuberías de acero. Las duelas de hierro fundido tienen una capa antiadherente que añade una barrera térmica entre los refrigerantes que circulan en sus tubos de enfriamiento por agua internos y las caras calientes del cuerpo de duelas de hierro fundido. Ambos efectos contribuyen a reducir las capacidades globales de transferencia de calor de las duelas de hierro fundido.

Tales ineficiencias en el rendimiento de transferencia de calor de duelas de hierro fundido pueden sobrecargar las duelas de hierro fundido cuando las temperaturas de la cara caliente suben por encima de 700 °C. Las deformaciones térmicas son difíciles de evitar. Los cuerpos de duelas de hierro fundido también pueden sufrir transformaciones de fase-volumen cuando se operan a temperaturas muy elevadas. El agrietamiento por fatiga, el desprendimiento de material del cuerpo de duelas, y las tuberías de enfriamiento expuestas directamente al calor del horno son fallos comunes. Los enfriadores de duelas también se pueden usar en recipientes de reducción para la producción de hierro reducido directo (DRI).

Todd Smith describe un enfriador de duelas en la Solicitud de Patente Publicada de Estados Unidos US-2015-0377554-A1, publicada el 31/12/2015. El Resumen dice,

Una duela que comprende una cubierta exterior, un circuito de tubería interior que comprende tuberías individuales alojadas dentro de la cubierta exterior, en donde las tuberías individuales cada una tiene un extremo de entrada y un extremo de salida y en donde cada tubería puede o no estar conectada mecánicamente a otra tubería, y un colector, integrado o dispuesto sobre o en la cubierta; en donde los extremos de entrada y/o salida de cada tubería individual están dispuestos en o alojados por el colector. El colector puede estar hecho de acero al carbono mientras que la cubierta puede estar hecha de cobre.

Todd Smith añade además, "Cada uno de los extremos de entrada y salida de cada tubería individual puede estar rodeado en parte por cobre fundido dentro de una carcasa del colector".

Cuando los enfriadores de duelas enfriados con líquido se disponen dentro de las cubiertas de contención de acero de los hornos de fundición, cada conexión de refrigerante convencional debe tener una ventana de penetración o acceso correspondiente en la cubierta con el fin de completar las conexiones de manguera en el exterior. Y, convencionalmente, cada enfriador de duelas debe atornillarse o de otro modo unirse mecánicamente a la cubierta de contención de acero para proporcionar soporte vertical a sí mismo y al revestimiento de ladrillo refractario que soporta y enfría en su cara caliente.

La fundición en caliente dentro de los hornos produce gases de proceso muy calientes, tóxicos y a menudo inflamables que encontrarán caminos de escape entre los ladrillos refractarios, y entre los enfriadores de duelas y fuera a través de cualquier abertura en la cubierta de contención. De modo que estos puntos de penetración deben tener buenos sellos de gas. Una penetración es más fácil de sellar y mantener sellada que varias. Mientras que dos o más puntos fijos conducirán a tensiones mecánicas inducidas térmicamente.

Pero debido a que los enfriadores de duelas, las cubiertas de contención y el ladrillo refractario están todos sujetos a fuerzas de expansión térmica, los sellos de gas pueden verse comprometidos a lo largo de los años de campaña al ser trabajados constantemente de un lado a otro. Los enfriadores de duelas como los descritos por Todd Smith, tienen muchos circuitos independientes de tuberías de refrigerante en el interior, y cada uno produce pares de extremos de conexión de refrigerante que deben pasar hacia atrás y a través de la cubierta de contención.

Todd Smith describe un "colector" que puede estar hecho de acero al carbono en la parte posterior de una cubierta que puede estar hecha de cobre. Señala que su duela 100 proporciona facilidad de instalación ya que reduce el número de orificios de acceso o aberturas requeridos en la cubierta 51 del horno necesarios para la tubería 108 de entrada/salida a y desde 100 a través de la cubierta 51 del horno. Y dice, en el párrafo [0094], que la duela 100 es de construcción muy fuerte para proporcionar mucho del soporte necesario para la instalación de la duela 100 en la cubierta 51 del horno. Los efectos de la expansión/contracción de duelas debido a los cambios de temperatura en el horno se minimizan ya que se han eliminado las conexiones de tubería individuales a la cubierta del horno. Y, la duela 100 reduce las roturas de soldadura en las conexiones de tubería con la cubierta 51 del horno ya que tales conexiones se han eliminado. Todd Smith dice además que su duela 100 reduce la importancia/criticidad de cualquier perno de soporte necesario para ayudar a la duela 100 en la cubierta 51 del horno ya que ya no se confía en tales pernos para soportar independientemente la duela 100 ya que el colector 106 transporta gran parte de la carga requerida para soportar la duela 100 en la cubierta 51 del horno.

Para controlar el sellado y la contención de los gases de proceso, la industria necesita un enfriador de duelas que tiene un único cuello de mamparo pasante en un acero adecuado. Todas las tuberías de refrigerante de todos los circuitos de refrigerante dentro de un único cuerpo rectangular de cobre deben pasar a través de un único grupo hermético para luego conectarse externamente fuera de la cubierta de contención de acero. Esto minimiza los efectos adversos de la expansión térmica y la contracción a niveles manejables. La agrupación hermética de las conexiones de tubería individuales a través de la cubierta del horno limita las fuerzas de deterioro que actúan.

Hacia estos extremos, los enfriadores de duelas deben depender completamente para su soporte mecánico vertical de un único colgamiento del mamparo pasante en una única penetración correspondiente de la cubierta de contención. Transportar solo "gran parte de la carga" deja la puerta abierta a más de una penetración de la cubierta de contención de acero por enfriador de duelas. Los dos trabajos de soportar el peso del enfriador de duelas, y conectar todas las tuberías de refrigerante, siempre deben compartirse en un único cuello de mamparo pasante.

Además, la solicitud de patente internacional con número de publicación internacional WO 2017/139900 A1 describe, según su resumen, un material resistente a la abrasión para la cara de trabajo de un elemento de enfriamiento de horno metalúrgico tal como un enfriador de duelas o un enfriador de tuyere que tiene un cuerpo compuesto de un primer metal. El material resistente a la abrasión comprende un material macrocompuesto que incluye partículas resistentes a la abrasión que se disponen en una configuración diseñada sustancialmente repetitiva infiltrada con una matriz de un segundo metal, las partículas que tienen una dureza mayor que la del segundo metal. Un elemento de enfriamiento para un horno metalúrgico que tiene un cuerpo compuesto del primer metal, el cuerpo que tiene una capa de revestimiento que comprende el material resistente a la abrasión. Un método comprende: colocar la configuración diseñada de partículas resistentes a la abrasión en una cavidad de molde, la configuración diseñada ubicada en un área de la cavidad de molde para definir la capa de revestimiento; e introducir metal fundido en la cavidad, el metal fundido que comprende el primer metal del cuerpo del elemento de enfriamiento.

Compendio

En resumen, las realizaciones de enfriador de duelas de hierro fundido y cobre fundido de la presente invención tienen todo el peso del enfriador de duelas soportado dentro de una cubierta de contención de horno por un único collar de acero hermético a los gases en el lado posterior. Todas las tuberías de refrigerante en cada enfriador tienen cada conexión externa recolectada y dirigida conjuntamente a través de un collar de acero. Una barrera de protección contra el desgaste se dispone en la cara caliente. Tal limitación incluye al menos una de las filas horizontales de nervaduras y canales que retienen insertos metálicos o ladrillos refractarios, o cavidades que ayudan en la retención de cemento fundible y/o acumulaciones congeladas en su lugar de una fusión, o una aplicación de un área de revestimiento duro que se suelda en patrones de cordón, retícula o trama.

Compendio de los dibujos

La Fig. 1 es un diagrama de vista en sección transversal de un horno de fundición o conversión de metal orientado verticalmente con una cubierta de contención de acero que tiene solo una penetración por enfriador de duelas para circulación de refrigerante líquido;

la Fig. 2 es un diagrama de vista en sección transversal de una sección media de un horno como el de la Fig. 1, y representa la forma en que los enfriadores de duelas sellan el escape de gases de proceso con soldaduras de acero a acero alrededor de collares de acero en los cuellos salientes, y tienen cemento refractario fundible empaquetado detrás de ellos. Los ladrillos se insertan en ranuras ahusadas. Cuando se proporcionan cavidades en su lugar, las cavidades se llenan con pistón o fundible refractario. La cubierta de contención de acero se penetra solo una vez por enfriador de duelas, y todas las tuberías para circulación de refrigerante líquido se juntan en un único grupo para pasar a través de los cuellos salientes dentro de sus collares de acero respectivos;

las Figs. 3A-3C son diagramas de vista de cara fría, lateral y de borde inferior de un enfriador de duelas;

la Fig. 4 es un diagrama en sección transversal de un molde de fundición de cobre útil para fabricar los enfriadores de duelas de las Figs. 1, 2, 3A, 3B y 3C;

la Fig. 5 es un diagrama de vista en perspectiva de un enfriador de duelas como el de las Figs. 1,2 y 3A-3C;

la Fig. 6 es una vista en perspectiva y un diagrama de corte de un enfriador de duelas como el de las Figs. 1, 2, y 3A-3C montados y soldados dentro de una cubierta de contención de acero;

la Fig. 7 es un diagrama de bloques funcionales en una vista de tipo esquemático de un sistema de enfriamiento que es intrínsecamente seguro de la explosión de vapor de expansión de líquido en ebullición (BLEVE) en caso de que cualquiera de sus líquidos, refrigerante basado en agua escape o se filtre en un horno pirometalúrgico;

la Fig. 8 es un diagrama de vista en sección transversal de una realización de enfriador de duelas de la presente invención que cuelga dentro de una cubierta de contención de acero. Esta vista detalla la ubicación de una "soldadura especial" que une partes de acero al carbono y acero inoxidable (o aleación de níquel) de una realización de collar de acero de la presente invención;

la Fig. 9A es un diagrama de vista en planta de una cara caliente de un enfriador de duelas equipado con cavidades y recubrimientos de soldadura de revestimiento duro; y

la Fig. 9B es una vista en sección transversal de una cavidad de la figura 9A tomada a lo largo de la línea 9B-9B.

Descripción detallada de las realizaciones

Los hornos de fundición de hierro operan en ambientes altamente reductores y producen niveles peligrosos de gas de monóxido de carbono (CO) tóxico y altamente inflamable. El monóxido de carbono es un gas incoloro, inodoro e insípido que es ligeramente menos denso que el aire. Es tóxico para los animales hemoglobínicos cuando se encuentra en concentraciones por encima de aproximadamente 35 ppm. El monóxido de carbono se produce a partir de la oxidación parcial de compuestos que contienen carbono. Se forma cuando no hay suficiente oxígeno para producir dióxido de carbono (CO2), tal como cuando se funde hierro. En presencia de concentraciones atmosféricas de oxígeno, el monóxido de carbono se quema con una llama azul invisible, produciendo dióxido de carbono.

Por lo tanto, es muy importante controlar y detener los gases de proceso de monóxido de carbono errantes que pasan a través de huecos entre enfriadores de duelas, grietas en el cemento refractario fundible, y sellos soldados en las cubiertas de contención de acero en las conexiones de refrigerante y elementos de sujeción de soporte de duelas.

El cobre es altamente preferido sobre el hierro fundido para enfriadores de duelas porque la conductividad térmica del cobre es mucho mejor que el hierro fundido. Pero el cobre es relativamente blando y se desgasta con facilidad, en comparación con el hierro fundido. El batido y la agitación del "coque" dentro de un horno es altamente abrasivo para las paredes, especialmente en los tramos superiores. Por lo tanto, los enfriadores de duelas de cobre deben tener algún tipo de revestimiento resistente a la abrasión incorporado en sus caras calientes si quieren sobrevivir en una campaña que se extienda diez años o más.

La Fig. 1 representa un alto horno 100 típico en el cual se han instalado diversos enfriadores de duelas dentro de una cubierta de contención de acero. La Fig. 6 muestra la forma en que estos se montan y ensamblan en detalle.

En la fundición por reducción, el mineral se reduce por carbono en presencia de flujo para producir metal fundido y escoria. Se usa carbón en lugar de coque en recipientes de reducción que producen DRI. El alto horno 100 típico incluye una cubierta 102 de contención de acero con varias zonas esenciales de funcionamiento en el interior: una cuba 104, un vientre 106, un etalaje 108, un nivel 110 Tuyere y un crisol 112. Las temperaturas de funcionamiento medias son mucho más severas en la cuba 104 elevada inferior y por debajo, y por lo tanto la carga de calor es más exigente en sus enfriadores de duelas. En comparación con los de la cuba 104 intermedia y superior.

Por lo tanto, en la cuba 104 intermedia y superior se usa un enfriador de duelas de tipo hierro fundido, enfriado con líquido. Tales enfriadores de duelas de hierro fundido se denominan en la presente memoria mediante el número 114 de referencia general. El material de hierro fundido ofrece una resistencia a la abrasión superior, pero no es tan térmicamente conductor como el cobre. Su resistencia térmica inherente es problemática y las duelas de hierro son propensas al agrietamiento.

Por lo tanto, se usa un enfriador de duelas de tipo cobre fundido en la cuba 104 inferior y más baja. Tales enfriadores de duelas de hierro fundido se denominan en la presente memoria mediante el número 116 de referencia general. El material de cobre de alta calidad ofrece una conductividad térmica superior, pero se desgasta fácilmente por la agitación y batido de los materiales dentro del horno, y por lo tanto debe incluir un revestimiento resistente a la abrasión incorporado en toda el área de la superficie exterior de las caras calientes de cada enfriador de duelas de cobre fundido.

La Fig. 2 representa una sección de un horno 200 de fundición de hierro que usa enfriadores 114 de duelas de hierro fundido (Fig. 1) o enfriadores 116 de duelas de cobre fundido. En este ejemplo, el interior de una cubierta 202 de contención de acero externa está revestido con enfriadores 204 de duelas de cobre. Cada uno de ellos tiene un único saliente 206, y cada uno de tales salientes 206 está revestido en un collar 208 de soldadura de acero a acero.

Una soldadura 210 de acero a acero anular completa asegura el montaje de cada enfriador 204 de duelas de cobre y evita el escape incontrolado de gases 212 de proceso. Detrás de cada enfriador 204 de duelas de cobre, delante de las paredes interiores de la cubierta 202 de contención de acero, se coloca un cemento 214 refractario fundible, para evitar además cualquier escape incontrolado de gases 212 de proceso.

Los enfriadores de duelas de cobre fundido requieren un revestimiento o capa resistente a la abrasión incorporado en sus caras calientes si sus vidas útiles de campaña van a exceder de diez años. Los enfriadores de duelas de hierro fundido no lo hacen debido a que el hierro fundido en sí es muy resistente al desgaste.

Por lo tanto, las caras calientes de los enfriadores 204 de duelas de cobre se pueden acabar de varias maneras diferentes para acomodar materiales para limitar la erosión causada por la abrasión de agitación dentro de un coque 218 de horno de fundición típico.

Una técnica convencional ha sido ranurar horizontalmente las caras calientes para retener filas de ladrillo refractario, cemento refractario fundible, o incluso insertos de metal de hierro fundido. En realizaciones alternativas, las caras calientes incluyen un recubrimiento de soldadura o pulverización de metal o cerámica resistente a la abrasión. Por ejemplo, níquel y cromo para los recubrimientos de soldadura superpuestos y de pulverización de metal. El dióxido de silicio es útil para los recubrimientos de pulverización cerámica.

Una opción adicional que aumentará la resistencia a la abrasión implica el mecanizado de ranuras verticales u horizontales en las caras calientes para la inserción posterior de insertos de metal coincidentes durante la instalación.

La Fig. 2 simplificó una gama de posibles tipos de revestimiento resistentes a la abrasión mostrando filas de ladrillos 216 refractarios insertados en ranuras horizontales en las caras calientes. Tales ladrillos continuarían normalmente cubriendo los labios de cobre de las ranuras. Alternativamente, la totalidad de las caras calientes de los enfriadores de duelas pueden tener hoyuelos profundos o cavidades para retener mejor el cemento refractario fundible, en lugar de ranuras o hendiduras.

El coque 218 de horno de fundición formará de manera útil una capa de acreción 220 a medida que se enfría en las caras calientes de los enfriadores 204 de duelas de cobre. Tal acreción incluye gases condensados, escoria y metal. Una disposición interna de tuberías 222 de refrigerante líquido dentro de los enfriadores 204 de duelas de cobre están todos dirigidos en un único grupo para conexión externa con mangueras 224 fuera de la cubierta 202 de contención de acero. Todos ellos deben pasar a través del uno único saliente 206 de su enfriador 204 de duelas respectivo.

El tipo de bloque de palanquilla perforado convencional de fabricación de enfriador de duelas no es una alternativa práctica debido a que se requiere demasiada perforación y taponamiento para conseguir que todos los conductos de refrigerante internos comiencen y terminen en un único grupo dentro del único saliente 206 (dentro del collar 208 de soldadura de acero a acero).

Los hornos de fundición de hierro que usan enfriadores de duelas de cobre enfriados con líquido dentro de sus cubiertas de contención de acero pueden filtrar gas de monóxido de carbono (CO) a través de cualquiera de las muchas penetraciones en la cubierta de contención provista para las conexiones de refrigerante líquido. Todas estas penetraciones necesitan ser selladas, y los sellos deben permanecer herméticos durante la vida útil de campaña del horno. El gas de monóxido de carbono es muy tóxico, inodoro, incoloro y puede quemarse muy caliente en aire ordinario con una llama invisible. Por eso es tan peligroso. Las realizaciones que requieren soldar un collar de acero a un tocho perforado no se prefieren debido a una alta probabilidad inherente de fallo de soldadura.

En un enfriador de duelas enfriado con líquido para hornos de fundición con cubiertas de contención de acero, un cuerpo de duelas de cobre sólido se funde en una forma aplanada y rectangular. También pueden estar ligeramente curvadas para ajustarse mejor en hornos verticales, cilíndricos y redondos. Estos enfriadores de duelas son típicamente de aproximadamente 2,5 metros de altura, 1,0 metros de ancho y 120 mm de grosor. Por lo tanto, en general, realizaciones como los enfriadores 114, 116 y 204 de duelas enfriados con líquido son sustancialmente más altos que anchos, y son sustancialmente más anchos que gruesos.

Las Figs. 3A-3C representan una duela 300 de enfriador de cobre fundido. Todas las esquinas y bordes se terminan de manera suavizada y redondeada. (Los bordes afilados concentran adversamente las tensiones mecánicas en el cemento refractario fundible). Un cuerpo 302 de cobre se funde sobre circuitos independientes preformados y preconformados de la tubería 304 y 306 de refrigerante. Un único cuello 308 saliente está completamente rodeado por un collar 310 de acero.

El collar 310 de acero, el saliente 308 de cuello de cobre y el cuerpo 302 de cobre no se unirán muy bien en una soldadura de acero a cobre. Se necesita una fijación mucho más segura y hermética a los gases. De este modo, el collar 310 de acero se incrusta preferiblemente en el cobre del cuello 308 y el cuerpo 302 durante la fundición. Véase la Fig. 4. Para fines de fundición, el collar 310 de acero puede fabricarse en dos partes. Una primera parte, por ejemplo, de acero inoxidable, se funde en la duela de cobre, y luego la segunda parte, por ejemplo, acero al carbono, solo se une a la primera parte mediante soldadura especial después de que se complete tal fundición.

Todo el peso de estos enfriadores de duelas de cobre se apoya completamente en sus collares 310 de acero, y por lo tanto los dos nunca deben separarse incluso con esta carga. El extremo incrustado del collar 310 de acero puede fabricarse ventajosamente para que sus bordes resulten en una llamarada para "bloquearse" mecánicamente en la fundición de cobre. Los anclajes 813 (Fig. 8) también podrían añadirse a los collares de acero para aumentar el bloqueo mecánico con el cobre.

Volviendo ahora al problema de sellar los cuellos 308 a sus correspondientes penetraciones en las cubiertas de contención de acero, ni los enfriadores de duelas de fundido de cobre fundido o hierro fundido soldarían muy bien directamente, sin el collar 310 de acero, debido a sus respectivas diferencias de metal, por ejemplo, hierro fundido a acero, o cobre fundido a acero. Pero, buenas soldaduras herméticas a los gases fuera de la cubierta de contención son obligatorias para detener el escape de gases de proceso errantes y para soportar mecánicamente y asegurar el enfriador de duelas a la cubierta de contención.

Y de este modo cualquier parte de los enfriadores de duelas que pasa a través de las cubiertas 102, 202 de contención de acero debe estar "adaptada" para poder tener esa parte soldada al acero de la cubierta de contención.

El cobre 308 en el cuello es una parte continua de la fundición de cobre del cuerpo 302. Tal fundición de cobre en el cuello 308 puede no llenar completamente los espacios dentro del extremo distal del collar 310 de acero. Y de este modo, los espacios que quedan pueden rellenarse con un material de embalaje para impedir cualquier gas de proceso díscolo que llegue hasta el interior del cuello 308.

Las Figs. 3A-3C pretenden ilustrar que todos los circuitos independientes de la tubería de refrigerante en un enfriador de duelas deben agruparse y terminar solo dentro del cuello 308. Estos circuitos independientes se pueden conectar entonces externamente, por ejemplo, con mangueras 224 de refrigerante flexibles (Fig. 2) fuera de la cubierta 202 de contención de acero.

La colocación y orientación del cuello 308 en la cara fría del cuerpo 302 es crítica. Este un punto proporciona todo el soporte vertical de todo el peso del enfriador 300 de duelas en el interior de la cubierta 102, 202 de contención. El enfriador 300 de duelas debe colgar recto por sí solo como lo hace un marco de imagen en un único gancho en una pared, como en la Fig. 3A. Sin embargo, con respecto a la Fig. 3B, puede ser necesario que el fondo se incline hacia dentro o hacia fuera hacia el interior de la cubierta 102, 202 de contención, con respecto a la parte superior, con el fin de seguir el perfil interior y los contornos del horno.

Varios pernos o puntales pueden estar dispuestos en la cara fría para la fijación a o separación de la cubierta de contención de acero. Estos pueden ayudar a establecer cualquier inclinación hacia delante superior o inferior del enfriador de duelas enfriado con líquido necesario para alejarse de su colgamiento de otro modo recto y vertical con respecto a la Fig. 3B.

El enfriador 300 de duelas, como se ve en la Fig. 3A, colgará el más recto si el cuello 308 está dispuesto cerca del borde superior y se extiende a ambos lados sobre una línea media lateral imaginaria. Si la construcción del enfriador 300 de duelas es simétrica con respecto a esta línea media lateral imaginaria, su centro de gravedad (COG) se dividirá.

El cuello 308 y el collar 310 de acero se muestran en las Figs. 3A-3C como casi cuadrado con esquinas redondeadas. Pero también pueden configurarse en la forma de una "bote" cilíndrico. Las penetraciones correspondientes proporcionadas en las cubiertas 102, 202 de contención de acero tendrían que ser, por supuesto, redondas u ovaladas. Pueden ser necesarios métodos especiales de fabricación y fundición para construir enfriadores 300 de duelas de fundición de cobre.

La Fig. 4 representa un método 400 para fundir y fabricar, por ejemplo, enfriadores 300 de duelas de fundición de cobre. Los métodos de fundición de cobre son tanto antiguos como bien conocidos. Por lo tanto, muchos de los detalles convencionales de la fundición de cobre no necesitan describirse aquí.

Un molde 402 se abre dividido para recibir una red 404 de tuberías y accesorios preconformados y preformados. En el interior de la parte superior del molde 402, y encerrando los extremos de acoplamiento de la red 404 de tuberías, se precoloca un collar 406 de soldadura de acero a acero.

El molde 402 se coloca plano y nivelado con el collar 406 de soldadura de acero a acero apuntando hacia arriba y sobresaliendo del molde. Se desea que un flujo de líquido fundido de cobre 408 salga y se eleve suave y uniformemente desde debajo del centro. La alimentación desde los bordes favorecería la contracción por un lado. El vertido se eleva dentro y alrededor para incrustar el collar 406 de soldadura de acero a acero y sumergirse y unirse completamente con la red 404 de tuberías. El vertido se continúa hasta un nivel 410 particular, y luego se deja que el conjunto se enfríe lentamente y se solidifique.

No se prefiere una formación cristalina pura del cobre durante la fundición porque tales fundiciones de cobre no se unirán bien con la tubería de refrigerante. Un cobre de grano pequeño es lo mejor, pero no a expensas de las medidas de control de calidad de la conductividad eléctrica que caen por debajo de un mínimo del 80 % de la Norma Internacional de Cobre Recocido (IACS). (La conductividad térmica sigue a la conductividad eléctrica, y la conductividad eléctrica es simple y fácil de medir en la fabricación).

El mejor rendimiento bajo altas cargas de calor promedio en el uso de enfriador de duelas en hornos de fundición requiere un equilibrio de factores como calor de metal fundido, velocidad de enfriamiento después del vertido, aleaciones añadidas para mejorar la resistencia y controlar los tamaños de grano, desoxidantes, unión de tubería optimizada con la fundición, y no caer por debajo de una conductividad eléctrica de 80 % IACS de modo que la conductividad térmica estará relativamente libre de la resistencia térmica y gradientes que plagan el hierro fundido.

Un espacio 412 abierto puede dejarse deliberadamente dentro del collar 406 de soldadura de acero a acero.

Los collares de soldadura de acero a acero aquí deben tener un sello hermético con los cuellos salientes. (Para evitar el escape de gases de proceso errantes). Una forma práctica de construir estos collares de soldadura de acero a acero es usar una longitud de tubería de acero estructural con esquinas redondeadas y sin costuras ni soldaduras. También es posible una tubería redonda de gran diámetro. Preferiblemente, el acero usado en la tubería de acero estructural comprende un tipo de acero que tiene un coeficiente térmico de expansión que coincide con el coeficiente térmico de expansión del acero del que está compuesta la cubierta de contención de acero.

La fundición de cobre dentro de collares de soldadura de acero a acero de acero al carbono puede no resultar en una junta limpia entre los dos. Puede ser mejor usar un acero inoxidable o una aleación de níquel aquí para el collar si eso es un problema. El nivel de cobre fundido líquido que se inunda en el collar de soldadura de acero a acero desde abajo durante la fundición puede limitarse a llenar la mitad inferior solamente. El interior de la mitad superior puede rellenarse posteriormente con alguna envoltura adecuada para evitar gases de proceso de escape errantes.

Cada realización de enfriador de duelas enfriado con líquido incluye al menos dos circuitos independientes de tuberías de refrigerante, todos ellas dispuestas como bucles planos en una sola capa común. Un bucle puede colocarse a menudo dentro de otro bucle. Todos tales circuitos independientes de tuberías de refrigerante se disponen dentro de los cuerpos de duelas de cobre sólido para ser uniformes, paralelos y próximos al interior de las caras calientes.

Cada extremo de cada circuito independiente de tubería de refrigerante se hace girar todos juntos en un solo grupo dentro y a través tanto del cuello saliente como dentro del collar de soldadura de acero a acero. Los anclajes 813 (Fig. 8) también podrían añadirse a los collares de acero para aumentar cualquier bloqueo mecánico con el cobre fundido. Este requisito frustrará la perforación en métodos de tocho debido a que se hacen necesarios demasiados tapones para que sea práctico.

En general, un enfriador de duelas enfriado con líquido para hornos de fundición con cubiertas de contención de acero comprende una única fundición de cobre de un cuerpo de duelas que es de forma rectangular con un borde superior, un borde inferior, bordes laterales izquierdo y derecho, una cara caliente, y una cara fría. Cada uno de tales cuerpos de duelas es sustancialmente más alto que ancho, y es sustancialmente más ancho que grueso. Cada duela puede ser recta o curvada en planta, o recta, doblada o curvada cuando se ve desde los lados. Las duelas están configuradas para ser cementadas al interior de una cubierta de contención de acero de un horno de fundición, por ejemplo, para sellar el escape de gases de proceso.

Existen al menos dos circuitos independientes de tuberías de refrigerante, todos ellos son fundidos en el cuerpo de duelas como bucles planos en una única capa y dispuestos para ser uniformes, paralelos y próximos al interior de la cara caliente.

Un revestimiento resistente a la abrasión se incorpora a menudo en toda el área de la superficie exterior de la cara caliente de los enfriadores de duelas de cobre. Se necesita un material de protección con mayor resistencia a la abrasión que el cobre frente al batido y agitación del material en el interior de un horno. Se coloca para proteger ambientalmente la fundición de cobre del cuerpo de duelas. Si un enfriador de duelas de cobre no está protegido con un revestimiento resistente a la abrasión, entonces el enfriador de duelas de cobre debe estar suficientemente enfriado con líquido para enfriarse siempre y mantener por sí mismo una capa protectora de acreción congelada en su cara caliente.

Los enfriadores de duelas de cobre tendrán, por lo tanto, invariablemente un solo cuello alargado, saliente, de la única fundición de cobre que se dispone próximo a la mitad del borde superior y en la cara fría del cuerpo de duelas. Está configurado para soportar verticalmente todo el peso del enfriador de duelas enfriado con líquido dentro de la cubierta de contención de acero desde una única penetración. Un collar de soldadura de acero a acero reviste completamente el extremo del cuello alargado saliente. Tal material preferiblemente comprende un material prefabricado similar a la tubería de acero estructural que tiene esquinas redondeadas y sin costuras ni soldaduras.

Por lo tanto, cada enfriador de duelas siempre tendrá un collar de soldadura de acero a acero hecho de un tipo de acero con un coeficiente térmico de expansión que coincide sustancialmente con el coeficiente térmico de expansión del tipo de acero del que se compone una cubierta de contención de acero. Cada extremo de cada circuito independiente de tubería de refrigerante se hace girar todos juntos en un único grupo dentro y a través del cuello alargado saliente revestido por el collar de soldadura de acero a acero.

Algunos enfriadores de duelas incluyen un revestimiento resistente a la abrasión incorporado en toda el área de la superficie de la cara caliente puede incluir varias ranuras horizontales y paralelas fundidas en el cuerpo de duelas de cobre sólido para retener uno de ladrillo refractario, cemento refractario fundible e insertos de metal.

Estos revestimientos resistentes a la abrasión pueden incluir alternativamente un patrón de rejilla de cavidades de la superficie rectangulares profundas o hoyuelos fundidos en el cuerpo de duelas de cobre sólido para retener cemento refractario fundible.

Cualquier revestimiento resistente a la abrasión incorporado en toda el área de la superficie de una cara caliente puede incluir además alternativamente una capa depositada de metal de soldadura sobre material de cobre.

El conjunto inclinado y angular correcto de los pesados enfriadores de duelas dentro de los sellos de contención en cemento refractario fundible en húmedo durante la construcción se puede ayudar colocando varios puntales o pernos en sus lados posteriores como separadores de la cubierta de contención de acero. El material refractario fundible se coloca después de que se instalan los enfriadores de duelas, y estos dispositivos pueden mantener una separación e inclinación del enfriador de duelas enfriado con líquido que de otro modo no asumiría.

En cada realización, se requiere una soldadura de acero a acero anular de tipos coincidentes de acero entre el exterior del collar de soldadura de acero a acero y el interior de una penetración correspondiente de la cubierta de contención de acero. La ventaja crítica de hacer un buen sello de gas durante la construcción y luego mantenerlo más tarde durante la vida útil de campaña es evitar que los gases de proceso escapen del interior de la cubierta de contención de acero y lesionen al personal o dañen el equipo. Se limita a una penetración y se evitan las concentraciones de tensiones metálicas debidas a desajustes del material. Tales razones han sido la causa de fallos de sellos convencionales, especialmente durante largos periodos de tiempo de uso.

Invariablemente, los circuitos independientes de tuberías de refrigerante usados en las realizaciones de enfriador de duelas de cobre comprenden tuberías de tubería flexible fundidas en cobre líquido fundido dentro de un molde que se inundó desde el fondo. El cobre fundido líquido se deja subir lentamente y enfriar lentamente dentro del collar de soldadura de acero a acero.

Como es convencional, varias filas de ranuras paralelas y horizontales pueden estar dispuestas alternativamente en la totalidad de la cara caliente. Estas ayudan en la fijación de ladrillos refractarios o cemento refractario fundible.

Generalmente, todas las esquinas exteriores y bordes de los enfriadores de duelas se terminan de alisar y redondear. Esto asegura que se impondrán menos tensiones térmicas sobre cualquier cemento refractario fundible en contacto con tales puntos.

La Fig. 5 representa un enfriador 500 de duelas. Tal se ilustra como un panel plano, pero puede ser ventajoso trabajar en alguna curvatura convexa o cóncava. Aquí, el enfriador 500 de duelas comprende un cuerpo 502 de panel plano de hierro fundido o cobre fundido. Si se funde cobre, una cara 504 caliente puede incluir una ranura 506 horizontal para bloquear y sujetar ladrillos refractarios convencionales (no mostrados). El cobre fundido se desgasta y se erosiona más fácilmente que el hierro fundido, por lo que los enfriadores de duelas de cobre fundido necesitan la protección proporcionada por los ladrillos refractarios convencionales y otros materiales resistentes a la abrasión.

Las realizaciones de cobre fundido del enfriador 500 de duelas comprenden un cobre de grano pequeño con un equilibrio de factores como calor de metal fundido, velocidad de enfriamiento después del vertido, aleaciones añadidas para mejorar la resistencia y controlar los tamaños de grano, desoxidantes, unión de tubería optimizada con la fundición, y no caer por debajo de una conductividad eléctrica de 80 % IACS de modo que su conductividad térmica estará relativamente libre de resistencia térmica y gradientes.

El enfriador 500 de duelas comprende además varios bucles de tubería de refrigerante líquido o tubería incrustada con el cuerpo 502 de panel plano justo dentro de la cara 504 caliente. Estos circulan refrigerante líquido que se bombea y se extrae a través de un único grupo 510 de conexión de tubería externa que se recoge todo junto a través de un único collar 512 de acero. El único collar 512 de acero está incrustado en el cuerpo 502 de panel plano durante la fundición de hierro o cobre e incluye un ensanchamiento 514 anular, anclajes u otro dispositivo para bloquear mecánicamente las piezas entre sí, ya que la simple unión entre metales diferentes puede ser inadecuada en estas aplicaciones severas.

La seguridad operativa de los enfriadores de duelas puede mejorarse haciendo circular refrigerantes líquidos dentro de ellos que son basados en agua pero, sin embargo, intrínsecamente seguros de la explosión de vapor expansivo de líquido en ebullición (BLEVE). Esencialmente, no más del 50 % de agua se mezcla con un alcohol glicólico de fase única como metanol etilenglicol (MEG). El MEG opera como un desecante y se une al agua en una absorción física.

Cada esquina y borde del enfriador 500 de duelas se suavizada y despunta para reducir el agrietamiento y la separación del cemento fundible que se envuelve típicamente alrededor y detrás de los enfriadores de duelas para evitar las salidas de gases de proceso peligrosos más allá de ellos.

La Fig. 6 representa la forma en la que el enfriador 500 de duelas se monta dentro de un horno 600 circular con una cubierta 602 de contención de acero. Solo se proporciona un orificio 604 de penetración en la cubierta 602 de contención de acero para cada enfriador 500 de duelas. El collar 512 de acero pasa a través y se suelda de forma continua y hermética al gas en todo su contorno con una soldadura 606 acero-acero-acero. Tal soldadura 606 debe proporcionar un sello de gas de larga vida, alta fiabilidad para evitar que escapen gases de proceso peligrosos internos, como el monóxido de carbono (CO). El peso total del enfriador 500 de duelas es soportado por el simple colgamiento del collar 512 de acero dentro de un orificio 604 de penetración. La soldadura 606 y el cemento fundible alrededor del enfriador 500 de duelas evitan que se deslice hacia el interior.

El agua es una excelente elección como un refrigerante porque su baja viscosidad hace que sea fácil de bombear y su alto calor específico significa que los volúmenes y velocidades de bombeo del refrigerante se pueden mantener tan bajos como sea posible. Una combinación equilibrada de estas consideraciones significa que las bombas en sistemas de enfriamiento basados en agua pueden reducirse. Sin embargo, la introducción de refrigerantes basados en agua en hornos pirometalúrgicos ferrosos y no ferrosos de alto calor corre el riesgo de provocar una explosión de vapor de expansión de líquido en ebullición (BLEVE).

La Fig. 7 representa un sistema 700 de enfriamiento basado en agua que es intrínsecamente seguro de BLEVE. Una mezcla 702 de fluido de transferencia de calor comprende agua, alcohol glicólico e inhibidores de corrosión en una solución homogénea que se hace circular en un circuito cerrado por una bomba 704 de líquido. El porcentaje de agua usado en la mezcla 702 de fluido de transferencia de calor tiene límites tanto altos como bajos. En general, el bote de agua en este uso puede variar de 10 % a 50 %.

El porcentaje mínimo de agua que se puede usar está limitado por los impactos adversos del aumento de la viscosidad y la reducción del calor específico que influyen en los costes de adquisición y funcionamiento de la bomba 704 de líquido. A medida que aumenta la viscosidad, se requiere un mayor esfuerzo de bombeo y una bomba 704 de líquido más fuerte para mantener una velocidad 706 de refrigerante mínima. Y a medida que el calor específico de la mezcla 702 de fluido de transferencia de calor disminuye diluyendo el agua, mayor será el esfuerzo de bombeo requerido de una bomba 704 de líquido de mayor capacidad para mantener una velocidad 706 de refrigerante de nivel mínimo más alta que compensará la ineficiencia.

En la práctica, la mezcla de fluido de transferencia de calor debe tener una viscosidad a temperatura ambiente de menos de 20 mPa.s. Y la mezcla 702 de fluido de transferencia de calor debe tener un calor específico mayor que 2,3 kJ/kg.K. De otro modo, los requisitos para una bomba 704 adecuada se vuelven irrazonables y/o inmanejables.

El porcentaje máximo de agua que puede usarse de manera segura está limitado por los riesgos de BLEVE. A menos de ese umbral, la mezcla 702 de refrigerante mezclado se quemará, y no BLEVE, si escapa de un enfriador 708 con un collar 709 de acero a un horno 710 pirometalúrgico ferroso o no ferroso de alto calor. Toda la circulación de refrigerante para cada enfriador 708 de duelas pasa a través de un único agrupamiento dentro de su respectivo collar 709 de acero. El enfriador 708 de duelas es esencialmente el mismo que los enfriadores 114, 116, 206, 300 y 500 de duelas de las Figs. 1, 2, 3A-3C, y 5.

Los tipos de enlaces intermoleculares determinan si dos productos químicos cualesquiera son miscibles, es decir, si pueden mezclarse juntos para formar una solución homogénea. Aquí, el agua y el glicol en la mezcla 702 de fluido de transferencia de calor se unen fácilmente en una solución homogénea. Cuando dos productos químicos como el agua y el glicol se mezclan, los enlaces que mantienen juntas las moléculas de cada producto químico deben romperse, y deben formarse nuevos enlaces entre los dos tipos diferentes de moléculas. Para que esto suceda, los dos deben tener tipos de enlaces intermoleculares compatibles. El agua y el MEG glicol lo hacen. Cuanto más casi iguales en resistencia sean los dos tipos de enlaces intermoleculares, mayor será la miscibilidad de los dos productos químicos. Habitualmente existe un límite para la cantidad de un producto químico que puede mezclarse con otro, pero en algunos casos, como con CH3OH (MEG) y 3/40 (agua), no hay límite y cualquier cantidad de uno es miscible en cualquier cantidad del otro.

Como consecuencia, el porcentaje de agua en la mezcla 702 de fluido de transferencia de calor tendrá un intervalo práctico entre 10 % y 50 %. El porcentaje óptimo de agua más inhibidores de corrosión en la mezcla 702 de fluido de transferencia de calor es generalmente de aproximadamente 25 %. Ningún exceso de agua se deja sin absorber para soportar un BLEVE.

La mezcla 702 de fluido de transferencia de calor se hace circular en un sistema cerrado y se presuriza mediante un sistema 712 de presurización. Las presiones típicas son de 2-7 bar. El aumento de la presión dentro del sistema cerrado eleva el punto de ebullición de la mezcla 702 de fluido de transferencia de calor. El punto de ebullición mínimo de la mezcla 702 de fluido de transferencia de calor bajo presión no debe ser inferior a 175 °C.

Un filtro 714 de partículas se usa para eliminar partículas de óxido, incrustaciones minerales exfoliadas y otros contaminantes sólidos de la mezcla 702 de fluido de transferencia de calor a medida que circula.

Se usa un enfriador o intercambiador 720 de calor para eliminar y desechar el calor ganado por la mezcla 702 de fluido de transferencia de calor en circulación, por ejemplo, un enfriador 708 dentro del horno 710. Tales enfriadores e intercambiadores de calor son convencionales.

Aunque la Fig. 7 muestra solo un enfriador 708 de duelas, este podría ser igualmente un enfriador de paneles, o un revestimiento de enfriamiento para una lanza sumergida superior (TSL), antorcha, o Tuyere para recibir los beneficios del funcionamiento intrínsecamente seguro del BLEVE. Las aplicaciones convencionales acercan peligrosamente los refrigerantes líquidos basados en agua a los hornos pirometalúrgicos.

La Fig. 8 se refiere a sí misma a las características de diversos metales para la aleación o no con otros metales. A ello se asocia la capacidad de los metales para unirse físicamente a otros metales.

Una instalación 800 de enfriador de duelas en una realización de la presente invención monta un enfriador 802 de duelas de hierro fundido o cobre fundido dentro de una cubierta 804 de contención de acero al carbono. Un único collar 806 de acero incrustado en un extremo en el enfriador 802 de duelas proporciona todo el soporte del peso colgando de una única penetración 808 en la cubierta 804 de contención. Una soldadura 810 de acero al carbono a acero al carbono impide que el gas de proceso en el interior pase a través de la penetración 808.

El acero al carbono no se une bien con el cobre, y los dos a menudo producen una interfaz "sucia" entre ellos que provoca gasificación y porosidad 812 durante la fabricación. Los anclajes 813 pueden añadirse al collar 806 de acero para mejorar su bloqueo mecánico con la fundición de cuerpo de duelas.

Las realizaciones de la presente invención unen una parte 814 del collar de acero al carbono a una parte 816 del collar de acero inoxidable o aleación de níquel con una "soldadura especial" 818 que sirven conjuntamente como collar 806 de acero.

La parte 816 del collar típicamente comprende ya sea un acero inoxidable austenítico de serie 300 o una aleación de níquel. Tanto el tipo 304 como el tipo 316 son aceptables, al igual que el tipo 309 y el tipo 310. Referirse a estos como "inoxidable austenítico de la serie 300" es un poco más claro para la mayoría. Los aceros inoxidables martensíticos de la serie 400 tienen un coeficiente de expansión térmica cercano al acero con bajo contenido de carbono usado en la placa de cubierta de acero, pero estos pueden sufrir fácilmente fragilización durante el proceso de fundición. Las calidades dúplex, aquellas a medio camino entre las calidades 300 y 400 de acero inoxidable, también se podrían usar eficazmente para la parte 816 del collar.

Se evitará una interfaz sucia y porosidad 812 con el uso de la parte 816 del collar debido a que el cobre contacta solo con el acero inoxidable o una aleación de níquel. Sin embargo, la unión de acero inoxidable o aleación de níquel con cobre, no es mejor que la del acero al carbono.

La soldadura de aceros inoxidables austeníticos (parte 816 del collar) con aceros de carbono y baja aleación (parte 814 del collar) es convencional en los procesos y las industrias de la construcción. La Asociación Británica del Acero Inoxidable (Sheffield, Reino Unido) dice que se pueden hacer soldaduras metálicas diferentes que involucran aceros inoxidables usando la mayoría de los métodos de soldadura de fundición completa, incluyendo gas inerte de tungsteno (TIG) y gas inerte de metal (MIG). Las soldaduras que usan rellenos consumibles permiten un mejor control de la resistencia a la corrosión de las juntas y las propiedades mecánicas.

Cuando se decide qué relleno de soldadura usar, la junta (en la soldadura 818) se considera inoxidable, en lugar del acero al carbono. Los materiales de relleno con sobrealeación, por ejemplo, con contenido de níquel incrementado, pueden evitar la dilución de los elementos de aleación en la zona de fundición del acero inoxidable original.

Las combinaciones comunes de aceros diferentes que involucran acero inoxidable incluyen calidades estructurales de carbono liso o baja aleación y calidades de acero inoxidable austenítico tales como 1,4301 (304) o 1,4401 (316). Los aceros de carbono y de aleación de menos de 0,20 % de C normalmente no necesitan un precalentamiento cuando se sueldan a aceros inoxidables austeníticos. Los aceros de carbono y de aleación con niveles de carbono superiores al 0,20 % pueden requerir un precalentamiento. Las juntas de alta retención, donde el espesor del material es superior a treinta milímetros, también deben calentarse previamente. Las temperaturas de 150°C son usualmente adecuadas.

Los aceros al carbono son más propensos a defectos asociados al hidrógeno que los aceros inoxidables austeníticos, y por lo tanto los consumibles de soldadura deben estar secos. El relleno estándar de tipo 308 puede usarse para unir un acero inoxidable con un acero al carbono, y se prefieren los rellenos más aleados, tales como el tipo 309 (23 12L según BS EN 12072). El agrietamiento en la zona de dilución de la soldadura puede ser un problema si se usa un relleno de tipo 308 (199L a BS EN 12072), porque puede haber muy poca ferrita, y puede formarse martensita en el enfriamiento.

En el servicio a temperatura más alta, las diferencias en las tasas de expansión térmica de los aceros y el relleno pueden conducir a un agrietamiento por fatiga térmica. Los tiempos de exposición prolongados a estas temperaturas a soldaduras con niveles de ferrita mejorados pueden resultar en fragilización debido a la formación de fase sigma. Los rellenos basados en níquel, tales como Inconel, pueden producir mejores soldaduras con tasas de expansión térmica más bajas que los rellenos de acero inoxidable.

La "soldadura especial" 818 por lo tanto no se puede hacer de manera efectiva fuera del taller. Pero la soldadura 810 siempre se puede hacer en el sitio.

El agrietamiento 820 dentro del cuerpo del enfriador 802 de duelas puede conducir al agrietamiento de la tubería 822 interna y una pérdida de su refrigerante 824 líquido de circulación. Los refrigerantes 824 compuestos de agua pueden ser la causa de BLEVE y de explosiones graves y pérdida de vidas. Por lo tanto, en el caso del hierro fundido usado en el cuerpo del enfriador 802 de duelas, se aplica una pintura 826 antiadherente a la tubería 822 interna durante la fundición para evitar la propagación de grietas.

La propagación de grietas en la tubería 822 interna no es un problema cuando se usa fundición de cobre para el cuerpo del enfriador 802 de duelas, y de este modo no es necesaria la pintura 826 antiadherente.

Se puede aplicar un revestimiento 830 duro de material resistente a la abrasión como una capa delgada en la cara caliente del enfriador 802 de duelas para proteger el enfriador de duelas del desgaste y aumentar su vida útil de campaña. Dependiendo de los materiales exactos usados en el revestimiento 830 duro, puede ser necesaria una capa 832 intermedia para mejorar la unión y la durabilidad.

Los materiales necesarios para intermediar entre los materiales de un recubrimiento más externo y una base de cobre o una base de hierro fundido son generalmente entendidos por los profesionales. Sin embargo, qué materiales y qué procesos de deposición son necesarios para aplicar tales caras duras a nuestros sustratos de base enfriadora de duelas de cobre o hierro fundido están limitados a aquellos que a través de la experiencia empírica producen las vidas útiles de campaña más largas.

El revestimiento 830 duro aquí comprende una aleación de níquel y cromo, y/o molibdeno, y/o niobio.

La Empresa Sandmeyer Steel (Filadelfia, PA) dice que su aleación 625 es un tipo austenítico de estructura cristalina aleación de níquel-cromo-molibdeno-niobio con resistencia a la corrosión sobresaliente y alta resistencia en un amplio intervalo de temperaturas desde criogénicas hasta 982 °C (1800 °F).

La resistencia de la aleación 625 se deriva de un endurecimiento por solución sólida de la matriz de níquelcromo en presencia de molibdeno y niobio. No se requieren tratamientos de endurecimiento por precipitación.

La aleación 625 es sobresaliente en una variedad de ambientes de funcionamiento severos en su resistencia a picaduras, corrosión por intersticios, corrosión por impacto, ataque intergranular, oxidación y carburación en servicio a alta temperatura, y es prácticamente inmune al agrietamiento causado por corrosión bajo tensión de cloruros.

La aleación 625 puede soldarse fácilmente al cobre y procesarse mediante prácticas estándar de fabricación en taller.

Los enfriadores fundidos principalmente en cobre puro y que hacen circular agua en su interior proporcionan lo mejor en alto rendimiento y son capaces de trabajar en los entornos severos de los hornos de cobre y hierro modernos. Sin embargo, el cobre relativamente blando necesita protección contra el desgaste, y el agua en los refrigerantes necesita evitar BLEVE.

El desgaste en estos hornos es una combinación de abrasión, impactos, efectos metálicos, corrosión, calor y otros efectos.

El cemento fundible moldeado sobre las superficies de cara caliente de los enfriadores de duelas de cobre puede proteger el cobre del desgaste durante su uso. Las superficies relativamente frías precipitan y congelan los revestimientos de acreción de la fusión, y estas forman una barrera de desgaste principal.

Otras aleaciones de níquel-cromo adecuadas para resistencia a la abrasión incluyen Aleación-122, Aleación622, Aleación-82 y Aleación-686. Algunas aleaciones de níquel-cromo particularmente adecuadas para resistencia a la corrosión incluyen Aleación-122, Aleación-622, Aleación-686 y NC 80/20. En cada caso, el contenido mínimo de níquel debe ser del 55 %, el contenido mínimo de cromo del 18 % y el contenido máximo de hierro debe ser del 6 %.

Pero a veces las acreciones congeladas se agrietan, se incrustan, se separan y se desprenden para exponer la superficie de cobre desnuda. Los nuevos parches se congelarán inmediatamente, pero el proceso y las exposiciones breves pueden causar un desgaste significativo durante la vida útil de campaña. Las ranuras, el texturizado y las cavidades incrustadas como características de contorno en las superficies de cara caliente ayudan a retener tanto el cemento fundible como las acreciones congeladas.

Los insertos de metal y ladrillo refractario también son formas convencionales en las que los enfriadores de duelas de cobre se han protegido del desgaste. Pero el mecanizado necesario para terminar las ranuras, nervaduras y canales necesarios para retener los insertos de metal y ladrillo refractario es caro. También es muy difícil mantener los insertos en contacto firme y hermético con el enfriador de duelas. Cualquier holgura en el ajuste permitirá que los insertos se calienten demasiado y eso acelerará el desgaste. Un enfriador de duelas que sufriría este tipo particular de destino serían los tipos descritos por Todd Smith en la Publicación de Solicitud de Patente de Estados Unidos US 2015/0377554, publicada el 31/12/2015.

Los ladrillos refractarios ilustrados en la Fig. 3 de Todd Smith no mantienen un agarre firme de las nervaduras y canales incrustados en las caras calientes del enfriador de duelas (como se ilustra en las Figs. 4 y 5 de Todd Smith). Estos ladrillos refractarios parecen tener la ventaja de ser directamente insertables, en lugar de tener que ser deslizados desde los lados de los enfriadores de duelas. Puede que no siempre sea posible el deslizamiento, especialmente en hornos cilíndricos orientados verticalmente.

Las Figs. 9A y 9B representan aplicaciones en las cuales los enfriadores 900 de duelas de cobre y sus caras 902 calientes especialmente no pueden protegerse con insertos de ladrillo o metal refractarios por razones prácticas o económicas. Varias cavidades 904 están distribuidas en la cara 902 caliente. En los perímetros elevados más expuestos de la cara 902 caliente que rodea cada cavidad 904 se aplica una capa 906 de soldadura de revestimiento duro en patrones de cordón, retícula o trama.

La Fig. 8 representa un revestimiento 830 duro que se aplica sobre una capa 832 tampón o intermedia. Dependiendo de los materiales usados en el revestimiento 830 duro, puede no ser necesario incluir ninguna capa 832 tampón o intermedia.

Se pueden usar diversas técnicas de soldadura para fusionar tanto materiales similares como diferentes a la superficie de metal de cobre de los enfriadores 802 y 900 de duelas. El revestimiento 830 duro puede aplicarse soldando cordones 906 en grupos en aquellas partes de la superficie de la cara caliente más sujetas al desgaste que otras. En algunos casos, eso significará que toda la superficie requerirá una capa de soldadura, por ejemplo, sin cavidades.

Una realización mejorada de enfriador de duelas de cobre de la presente invención ha aumentado la resistencia al desgaste a al menos uno de abrasión, impacto, contacto de metal con metal, calor y corrosión en una superficie de la cara caliente incluida. Un revestimiento duro que comprende al menos una aleación de níquel y cromo se fusiona mediante soldadura. A veces en menos de toda la superficie, y solo en aquellas partes de la superficie de la cara caliente predeterminadas para estar más expuestas durante su uso al desgaste que cualquier otra parte. El revestimiento duro se aplica típicamente como una capa de soldadura de metal fundido en un gas protector inerte.

En las Figs. 9A y 9B, estos enfriadores 900 de duelas de cobre se pueden mejorar adicionalmente incluyendo una pluralidad de cavidades 904 de retención de cemento fundible dispuestas a través de la superficie de la cara 902 caliente. Cada una de tales cavidades 904 incluye paredes poco profundas inclinadas hacia adentro y zapatas 908 que operan para retener mejor un relleno de cemento fundible cuando está en uso. Un perímetro de material base de cobre elevado y más expuesto rodea cada una de la pluralidad de cavidades. Por lo tanto, la aplicación de tal revestimiento duro se reduce colocándolo en patrones 906 de cordones solo sobre el material base de cobre elevado y más expuesto del perímetro.

Preferiblemente, el material base de cobre para recibir capas de soldadura es el equivalente de UNS C12000 si se forja o UNS C81100 si se funde, que incluye desoxidantes y bajo fósforo residual que promueven buenas soldaduras, tamaño de grano de cobre reducido, una conductividad eléctrica de al menos 80 % IACS, y resistencia a la fragilización mejorada durante la soldadura.

Aunque se han descrito e ilustrado realizaciones particulares de la presente invención, tales realizaciones no pretenden limitar la invención. Las modificaciones y cambios serán sin duda evidentes para los expertos en la técnica, y se pretende que la invención solo esté limitada por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Un enfriador (300) de duelas resistente al desgaste sujeto a una combinación de abrasión, impactos, efectos metálicos, corrosión, calor y otros efectos durante su uso en un horno, que comprende:

un cuerpo (302) de cobre fundido en el cual se funden y al que se unen al menos dos circuitos uniformes de tuberías (304, 306) de refrigerante líquido, y que incluye una cara caliente sujeta al desgaste durante su uso;

un único collar (310) de acero incrustado, o anclado de otro modo o bloqueado en un lado posterior del cuerpo (302) de cobre fundido, y colocado lateralmente de manera que el enfriador de duelas colgará recto, y en el cual todas las conexiones de tubería externas de la tubería (304, 306) de refrigerante líquido en el interior se recogen juntas como un grupo único y se encaminan a través del único collar (310) de acero y un espacio abierto en el interior;

y una barrera de protección contra el desgaste dispuesta en la cara caliente y que está limitada para incluir al menos una de las filas horizontales de nervaduras y canales para retener insertos metálicos, refractarios o ladrillos refractarios, o incluir cavidades que ayudan en la retención de cemento fundible y/o acreciones congeladas en su lugar a partir de una fusión, o que incluir una aplicación de un área de revestimiento duro que está soldada,

en donde único el collar (310) de acero comprende un punto medio soldado de una parte de acero al carbono a una parte de acero inoxidable, y la parte de acero inoxidable solamente está incrustada, o de otro modo anclada en el lado posterior del cuerpo (302) de cobre fundido.

2. El enfriador (300) de duelas resistente al desgaste de la Reivindicación 1, en donde:

la tubería (304, 306) de refrigerante líquido proporciona un circuito para una mezcla basada en agua de refrigerante que es intrínsecamente segura de la explosión de vapor expandible líquido en ebullición (BLEVE) incluyendo no más del 50 % de agua mezclada con alcohol glicólico, e inhibidores de corrosión en una solución homogénea que se hace circular alrededor en un bucle cerrado, presurizado por una bomba de líquido.

3. El enfriador (300) de duelas resistente al desgaste de la Reivindicación 1, en donde el cuerpo (302) de cobre fundido es una fundición de un único metal de un cuerpo de duelas que es de forma rectangular con un borde superior, un borde inferior, bordes laterales izquierdo y derecho, una cara caliente y una cara fría, y en donde tal cuerpo de duelas es sustancialmente más alto que ancho, y que es sustancialmente más ancho que grueso, y que está configurado para ser cementado refractariamente alrededor y detrás, y sellable mediante soldadura de solo un extremo distal del único collar (310) de acero dentro de una cubierta de contención de acero de un horno pirometalúrgico para evitar salidas de gases de proceso peligrosos más allá de ellos.

4. El enfriador (300) de duelas resistente al desgaste de la Reivindicación 1, en donde el collar (310) de acero comprende un tipo de acero al carbono con un coeficiente térmico de expansión que coincide tanto con el coeficiente térmico de expansión del tipo de acero al carbono del que está compuesta una cubierta de contención de acero y cualquier soldadura de acero al carbón en sí misma.

5. El enfriador (300) de duelas resistente al desgaste de la Reivindicación 1, en donde, una agrupación conjunta de todos los extremos de entrada y salida de los circuitos de la tubería de refrigerante en el espacio abierto dentro de las funciones para evitar flujos de salida de gases de proceso peligrosos, y el único collar (310) de acero reduce el número de soldaduras necesarias para el sellado de gas, y una coincidencia de los materiales de acero al carbono minimiza así los efectos adversos para la vida útil de campaña de otro modo manifestada por la expansión térmica y contracción de los metales implicados.

6. El enfriador (300) de duelas resistente al desgaste de la Reivindicación 1, comprendiendo además el único collar (310) de acero:

una primera parte (814) del collar que comprende acero al carbono que se suelda en un extremo distal dentro de la única penetración de la cubierta de contención de acero;

una segunda parte (816) del collar que comprende un acero inoxidable austenítico, o un acero inoxidable martensítico, o una aleación de níquel, y que está incrustada en la fundición de metal del cuerpo de duelas;

una soldadura (818) especializada que une la primera y segunda partes (814, 816) del collar entre sí;

en donde, se evita una porosidad que puede ocurrir en el cobre cuando hay una interfaz sucia del mismo con acero al carbono al fundir el cuerpo de duelas.