MX2008005528A

MX2008005528A - Aparato de intercambio termico y metodo de uso.

Info

Publication number: MX2008005528A
Application number: MX2008005528A
Authority: MX
Inventors: Richard J Manasek
Original assignee: Amerifab Inc
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2006-11-01
Publication date: 2008-11-13
Also published as: CA2627938A1; EP1977182A4; EP1977182A2; US8089999B2; DK1977182T3; EP1977182B1; WO2007100386A3; US20090151916A1; ES2658937T3; WO2007100386A2; PT1977182T; CA2627938C

Abstract

Un tubo (10, 10A, 20, 20A) y método de uso para impedir o promover la retención de escoria y otro material en el área 25 de operación de un sistema de procesamiento de metales según se desee. Los tubos (20, A20) de impedimento y los tubos (10, 10A) de promoción pueden combinarse con otro u otros tubos de impedimento y/u otro u otros tubos de promoción en cualquier combinación según se desee.

Description

APARATO DE INTERCAMBIO TERMICO Y METODO DE USO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona generalmente a los dispositivos de intercambio térmico, y más específicamente a los dispositivos de intercambio térmico para uso en el procesamiento de metales. El acero, la fundición y la industria refinadora de metales tienen retos con el equipo de enfriado por agua o no enfriado por agua que operan en un ambiente de alto desgaste mecánico, altamente corrosivo, de alta temperatura, altamente conductivo eléctricamente y de presión termal en el horno de fundición. En algunas aplicaciones del proceso, es ventajoso para una sustancia extraña, como por ejemplo la escoria, que es un derivado del proceso de fundición, para colectar en el lado de operación ("lado caliente") o porción de operación del equipo para aprovechar las propiedades no conductivas y aislantes de la escoria para proteger el equipo de daño, desgaste y falla prematura durante la operación. La escoria colectada o retenida también protege contra los efectos accidentales y catastróficos potenciales de la salpicadura inadvertida del metal líquido contra el lado de operación del equipo causado por ebullición excesiva o derrame del metal fundido durante el proceso de fundición. Un ejemplo adecuado de tubos de enfriamiento diseñados para propiciar la retención de escoria se encuentra en la Patente Norteamericana comúnmente poseída Número 6,330,269, la descripción de la cual está ahora expresamente incorporada en la presente para referencia. El acero, la fundición y la industria refinadora de metales tienen retos con el equipo de enfriado por agua o no enfriado por agua que colecta escoria y/u otros materiales extraños en la fase caliente del equipo durante la operación. Esta escoria, materiales silíceos, metálicos y/u otros materiales extraños que entran al proceso pueden ser perjudiciales para la operación si se desprende y cae dentro del acero líquido que se encuentra en el horno o estructura del conducto. Por ejemplo, la intrusión accidental de tal material en el metal fundido podría provocar que el metal fundido en el recipiente se volviera fuera de la especificación resultando en que se deseche o que requiera un procesamiento adicional de alto costo para refinar el metal fundido de nuevo a su composición aceptable. La caída accidental de este material en el horno podría también causar ebullición excesiva o derrame del metal fundido creando un peligro en la seguridad dentro y alrededor del recipiente. Además, el desprendimiento de los materiales extraños puede ser un asunto de seguridad si éste cayera cuando el equipo es autónomo y puede dañar el equipo o lastimar a los trabajadores en el área. Lo que se necesita es un tubo o una serie de tubos que ya sea que propicien o que disminuyan la retención de escoria en las superficies de operación como se desea. La presente invención puede comprender una o más características identificadas en varias reivindicaciones anexas a esta solicitud y combinaciones de tales características, así como una o más de las siguientes características y combinaciones de las mismas. Se proporciona un aparato de intercambio térmico que comprende: un tubo con paredes más gruesas definidas por un límite interior y un límite exterior, el tubo incluye: un núcleo hueco definido por el límite interior y que tiene un centro del núcleo; una porción de soporte en el límite exterior, la porción de soporte que tiene un centro de soporte y una longitud de soporte definida por una distancia acumulativa la porción de soporte se extiende lateralmente en cualquier lado del centro de soporte; una porción de conducción generalmente plana, formada normalmente de manera tangencial en el límite exterior generalmente opuesto a la porción de soporte y que se extiende generalmente de mantera lateral del tubo, la porción de conducción que tiene un centro de conducción y una longitud de conducción definida por una distancia acumulativa la porción de conducción se extiende generalmente de manera lateral en cualquier lado del centro de conducción, la longitud de conducción que es más grande que la longitud de soporte; y; en donde el tubo tiene un eje vertical que se extiende generalmente a través del centro del núcleo cuando se ve en sección transversal y donde cada uno de los centros de soporte, de núcleo y de conducción se desplazan de y se alinean generalmente unos con otros a lo largo del eje vertical; y en donde la porción de soporte se configura para montar el tubo unitario en un horno metalúrgico de tal modo que la porción de conducción se coloque con orientación hacia el interior hacia la porción de operación del horno y la porción de soporte se coloque con orientación hacia afuera lejos de la porción de operación del horno. También se proporciona un aparato de intercambio térmico que comprende: un tubo unitario con paredes más gruesas definidas por un limite interior y un limite exterior, el tubo incluye: una sección tubular, una porción de soporte generalmente arqueada definida por el limite exterior, y una porción de conducción generalmente plana formada integramente con el limite exterior y generalmente opuesta a la porción de soporte.

También se proporciona un método de enfriamiento del interior de la pared de un horno metalúrgico que comprende los pasos de: proporcionar un panel, el panel que incluye una pluralidad de tubos unitarios, cada tubo comprende: una sección tubular, una porción de soporte generalmente arqueada definida por el limite exterior y una porción de conducción generalmente plana formada integralmente con el limite exterior y generalmente opuesta a la porción de soporte; en donde cada porción de soporte está unida a la placa; unir el panel al interior del horno metalúrgico; y dirigir un fluido de enfriamiento a través de la sección tubular. Una modalidad ilustrativa comprende una sarta o tubo extruido, laminado en frió o estirado que tiene las muescas o indentaciones en su superficie de conducción para promover la adhesión de escoria, materiales silíceos u otros materiales extraños durante operaciones normales en un dispositivo de procesamiento de metales. Una pluralidad de sartas o tubos ilustrativos pueden acoplarse, empalmarse y/o fundirse juntos para formar una superficie con muescas que promueve adhesión de escoria, material silíceo u otro material extraño. Otra modalidad ilustrativa comprende una sarta o tubo extrudido, laminado en frió o estirado que tiene una superficie sustancialmente plana configurada para impedir o resistir la adhesión de escoria, material silíceo u otro material extraño durante operaciones normales de un dispositivo, sistema o equipo de procesamiento de metales. Una pluralidad de sartas o tubos ilustrativos pueden acoplarse, empalmarse y/o fundirse juntos para formar una superficie generalmente plana y lisa configurada para impedir o resistir la adhesión de escoria, material silíceo u otro material extraño. Ilustrativamente, cualquier combinación y configuración de los tubos con muescas y de la superficie generalmente lisa puede utilizarse como sea apropiado en las distintas áreas del dispositivo, sistema o equipo de procesamiento de metales. Ilustrativamente, los tubos pueden ser laminados en frío, laminados en caliente, estirados, extrudidos o vaciados. Los tubos pueden fabricarse de metales ferrosos, acero, cobre, disposición ferrosa/de acero o aleaciones de cobre, níquel, titanio, aleaciones de bronce incluyendo aleaciones de aluminio-bronce y níquel-bronce, y otros materiales adecuados. Los tubos pueden ser de una pieza o fundidos en diseño.

Estos y otros objetos de la presente invención se volverán más aparentes a partir de la siguiente descripción de la modalidad ilustrativa. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIGURA 1 es una vista en corte transversal de un tubo ilustrativo con una sección de conducción que tiene una pluralidad de muescas. La FIGURA 2 es una vista en corte transversal del tubo ilustrativo de la FIGURA 1, pero que tiene paredes más gruesas . La FIGURA 3 es una vista en corte transversal de un tubo ilustrativo que tiene una sección de conducción con una superficie substancialmente plana. La FIGURA 4 es una vista en corte transversal del tubo ilustrativo de la FIGURA 3, pero que tiene paredes más gruesas . La FIGURA 5 es una vista en corte transversal de una disposición de tubos ilustrativos descritos en la FIGURA 3 o la FIGURA 4 ilustrativamente acoplados en el techo de un dispositivo de procesamiento de metales. La FIGURA 6 es una vista en corte transversal de una disposición de tubos ilustrativos descritos en la FIGURA 3 o la FIGURA 4 ilustrativamente acoplados' en el techo de un dispositivo de procesamiento de metales. La FIGURA 7 es una vista en corte transversal de una disposición de tubos ilustrativos descritos en la FIGURA 1, FIGURA 2, FIGURA 3 y/o FIGURA 4 ilustrativamente acoplados en el interior de la pared lateral de un dispositivo de procesamiento de metales. La FIGURA 8 es una vista en corte transversal de una pluralidad de tubos de la FIGURA 3 acoplados entre si y en una placa, la placa se coloca con un dispositivo de procesamiento de metales. Con el propósito de promover un entendimiento de los principios de la invención, ahora se hará referencia a un número de modalidades ilustrativas ilustradas en los dibujos y se utilizará un lenguaje especifico para describir lo mismo . Ilustrativamente, el aparato de intercambio térmico comprende un tubo 10, 10A, 20, 20A que tiene paredes definidas por un limite 22a exterior y un limite 22b interior, el limite interior define una sección 12 de núcleo. El tubo comprende además una porción 14 de soporte y una porción de conducción o sección 16 que generalmente está opuesta a la porción 14 de soporte. El núcleo 12 hueco definido por los limites 22a, 22b interiores y exteriores, ilustrativamente pueden ser generalmente un tubo o sección tubular y tienen un centro de núcleo. Ilustrativamente, la porción 14 de soporte es arqueada, aunque no necesita serlo. Por ejemplo y sin limitación, puede ser plana y aún puede tener protuberancias formadas en el limite 22a exterior. El tubo tiene un eje 31 vertical que recorre generalmente todo el centro 31c de la sección de soporte, el centro 31b de núcleo y el centro 31a de la porción de conducción. La porción 16 de conducción ilustrativamente es generalmente tangente al limite 22a exterior, y tiene protuberancias que se extienden generalmente de mantera lateral u horizontal en cualquier lado del centro 31a de conducción. Ilustrativamente, la longitud combinada de las protuberancias que se extienden horizontalmente es más grande que la longitud de cualquiera de las protuberancias de sección de soporte, si las hay. Uno o más tubos 10, 10A, 20, 20A ilustrativamente pueden agruparse juntos con uno o más tubos 10, 10A, 20, 20A en cualquier configuración adecuada y combinación de tubos 10, 10A, 20, 20A para formar un aparato 30, 35, 40 de intercambio térmico. La sección 16 de conducción ilustrativamente puede, no necesariamente, incluir extremos 24 de las protuberancias, que pueden configurarse para acoplarse con las extremos 24 de las protuberancias de los tubos 10, 10A, 20, 20A adyacentes. La sección 14 de soporte puede configurarse para acoplarse directamente con cualquier parte, porción o área adecuada de un sistema de procesamiento de metales, o acoplarse con una placa de montura (no mostrada) , que a su vez puede acoplarse con el sistema de procesamiento de metales, tal como, por ejemplo y sin limitación, un horno. Por ejemplo y sin limitación, el tubo 10, 10A, 20, 20A puede acoplarse o montarse con la porción de operación o área de un aparato, sistema o equipo 25, 25A de procesamiento de metales incluyendo la unión al prensaestopas de quemador, conducto, pared lateral, techo del sistema u otro equipo o áreas requeridas para la fundición y refinamiento metálico en, por ejemplo y sin limitación, un horno de arco eléctrico (EAF) , un horno de fundición, un horno metalúrgico, un dispositivo de metalurgia de cucharón y/o un dispositivo (VAD AOD, etc.) de degasificación. El tubo se coloca en el equipo entre un interior y una pared del sistema. En otras palabras, la porción 16 de conducción del tubo se expone al metal o gases calientes que emanan del mismo mientras que la porción 14 de soporte se une directamente a la pared 27, el techo u otra estructura interior del sistema o a una placa 26 que se une al sistema. La porción 14 de soporte puede unirse o acoplarse al sistema directamente o puede unirse a una placa 26 de montura u otro componente adecuado, que a su vez puede montarse o acoplarse con una pared, techo, o similares 27 del sistema tal como, por ejemplo y sin limitación, un EAF. Por lo tanto, la porción 16 de conducción se coloca generalmente para que se exponga al área 25, 25A interna, de operación o de trabajo del aparato, sistema o equipo de procesamiento de metales.

La sección 16 o porción de conducción puede comprender una superficie 19 sustancialmente lisa. La sección sustancialmente lisa o plana puede configurarse para impedir la formación o retención de cualquier material extraño incluyendo, por ejemplo y sin limitación, escoria y silíceos. En otra modalidad ilustrativa, la sección 16 de conducción puede comprender una o más muescas o indentaciones, que pueden configurarse para propiciar o promover la retención de cualquier material extraño incluyendo, por ejemplo y sin limitación, escoria y silíceos. Cualquier fluido adecuado, tal como, por ejemplo y sin limitación, cualquier gas o líquido, puede dirigirse a través del núcleo 22 para facilitar la transferencia de calor. Ilustrativamente, un aparato 30, 35, 40 de intercambio térmico puede generalmente consistir en uno o más tubos 10, 10A, 20, 20A ilustrativos acoplados juntos en cualquier combinación como, por ejemplo y sin limitación, en una configuración empalmada uno junto a otro para establecer una matriz continua de muescas o indentaciones 18 que promueven la adhesión de escoria a la superficie de tubos 10, 10A, y/o para establecer una superficie 19 generalmente lisa, anti-adhesión . Como se observó mejor en la FIGURA 8, los tubos pueden acoplarse utilizando cualquier método adecuado incluyendo la fundición 4a, 4b, 4c en cualquiera o ambos lados de las porciones de conducción u otros métodos 4d adecuados que se conocen por aquellos expertos en la técnica. Similarmente, las secciones 14 de soporte pueden unirse o acoplarse a la estructura 27 de soporte del sistema o a la placa 26 utilizando cualquier método adecuado, incluyendo por ejemplo y sin limitación, la fundición. Los tubos 10, 10A pueden tener una superficie de conducción generalmente plana que tiene indentaciones o muescas 18 de retención de escoria. Ilustrativamente, las muescas o indentaciones 18 pueden ser, por ejemplo y sin limitación, inclinados, rectangulares, serrados, ovales, etc. El grosor de la superficie 18, 19 expuesta lisa/indentada del tubo 10, 10A, 20, 20A puede diseñarse para optimizar la transferencia de calor y los requisitos mecánicos del proceso. La porción 14 de soporte del tubo 10, 10A, 20, 20A ilustrativamente puede tener cualquier configuración geométrica adecuada incluyendo por ejemplo y sin limitación, redonda, cuadrada o en forma elíptica u otras. Las sartas/tubos pueden tener cualquier fluido, incluyendo, por ejemplo y sin limitación, un líquido tal como, por ejemplo agua, o un gas tal como, por ejemplo aire dirigido o que fluye a través de ellos para crear una transferencia de calor y enfriamiento del equipo, si el proceso lo necesita. Ilustrativamente, los tubos pueden fabricarse utilizando cualquier proceso adecuado incluyendo ser laminados en frío, laminados en caliente, estirado, extrudidos o vaciados. Ilustrativamente, los tubos pueden fabricarse de metales ferrosos, acero, cobre, aleación ferrosa/de acero o aleaciones de cobre, níquel, titanio, aleaciones de bronce incluyendo aleaciones de aluminio-bronce y níquel-bronce, y otros materiales adecuados. Los tubos pueden ser de una pieza o fundidos en diseño. Ilustrativamente, por ejemplo si los tubos se extruyen, la masa en cualquier lado de la línea 29 del centro es sustancialmente igual. Por lo tanto, las paredes definidas por los límites 12a, 12b interiores y exteriores pudieron haber engrosado las porciones en el lado que contiene la porción 14 de soporte en las modalidades ilustrativas. Mientras que la invención se ha ilustrado y descrito en detalle en los dibujos y descripción anteriores, lo mismo debe considerarse como ilustrativo y no restrictivo en carácter, entendiéndose que sólo las modalidades ilustrativas del documento se han mostrado y descrito y que se desea que todos los cambios y modificaciones que caigan dentro del espíritu de la invención se protejan.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un aparato de intercambio térmico, caracterizado porque comprende: un tubo definido por un limite interior y un limite exterior, el tubo incluye: un núcleo hueco definido por el limite interior y que tiene un centro de núcleo; una porción de soporte en el limite exterior, la porción de soporte tiene un centro de soporte y una longitud de soporte definida por una distancia acumulativa en la porción de soporte se extiende de manera lateral en cualquier lado del centro de soporte; una porción de conducción generalmente plana formada en general de manera tangencial en el limite exterior generalmente opuesta a la porción de soporte y que se extiende en general de manera lateral del tubo, la porción de conducción que tiene un centro de conducción y una longitud de conducción definida por una distancia acumulativa en la porción de conducción se extiende generalmente de manera lateral en cualquier lado del centro de conducción, la longitud de conducción que es más grande que la longitud de soporte; y; en donde el tubo tiene un eje vertical que se extiende generalmente a través del centro del núcleo cuando se ve en sección transversal y donde cada uno de los centros de soporte, de núcleo y de conducción se desplazan desde y se alinean unos con otros a lo largo del eje vertical; y en donde la porción de soporte se configura para montar el tubo unitario en un horno metalúrgico de tal modo que la porción de conducción se coloque con orientación hacia el interior hacia la porción de operación del horno y la porción de soporte se coloque con orientación hacia afuera lejos de la porción de operación del horno.
2. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el tubo comprende un tubo unitario, la porción de conducción se forma integramente con el limite exterior.
3. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el tubo comprende un tubo de paredes más gruesas.
4. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el tubo comprende un tubo metálico.
5. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el tubo se fabrica de un metal elegido del grupo que consiste de un metal ferroso, acero, cobre, aleación ferrosa de acero o aleación de cobre, níquel, titanio, aleación de bronce, una aleación de aluminio-bronce y una aleación de níquel-bronce.
6. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el tubo se fabrica de un proceso elegido del grupo que consiste de laminado en frío, laminado en caliente, estirado, extrudido o vaciado.
7. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el tubo unitario está extrudido.
8. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la porción de soporte comprende una porción generalmente plana.
9. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la porción de soporte es generalmente no plana.
10. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la porción de soporte es arqueada.
11. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el tubo comprende una primera mitad que incluye la porción de conducción y que tiene una primera masa y una segunda mitad que incluye la porción de soporte y que tiene una segunda masa, la primera masa y la segunda masa que son sustancialmente equivalentes.
12. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque comprende: un panel de enfriamiento comprende una pluralidad del tubo en comunicación de fluidos unos con otros; y un horno metalúrgico; en donde el panel de enfriamiento se coloca en el horno metalúrgico con la porción de conducción de cada tubo con orientación hacia el interior hacia la porción de operación del horno.
13. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la pluralidad de tubos se acoplan juntos.
14. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la porción de conducción de cada uno de la pluralidad de tubos incluye un par de protuberancias opuestas que se extienden desde el centro de conducción y que terminan en una punta, la punta de cada una de las protuberancias opuestas se acopla a la punta correspondiente del tubo adyacente.
15. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la porción de soporte de cada tubo se conecta directamente al horno metalúrgico.
16. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la porción de soporte de cada tubo se conecta a una placa y la placa se conecta al horno.
17. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la porción de conducción comprende una superficie sustancialmente lisa.
18. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la porción de conducción comprende al menos una muesca.
19. El aparato de intercambio térmico de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la porción de conducción de al menos un tubo comprende una superficie sustancialmente lisa y la porción de conducción de por lo menos otro tubo comprende al -menos una muesca.
20. Un aparato de intercambio térmico caracterizado porque comprende: un tubo unitario que tiene paredes más gruesas definidas por un limite interior y un limite exterior, el tubo incluye: una sección tubular, una porción de soporte arqueada definida por el limite exterior, y una porción de conducción generalmente plana formada integramente con el limite exterior y generalmente opuesta a la porción de soporte.
21. Un método de enfriamiento del interior de la pared de un horno metalúrgico caracterizado porque comprende los pasos de: proporcionar un panel, el panel que incluye una pluralidad de tubos unitarios, cada tubo comprende: una sección tubular, una porción de soporte generalmente arqueada definida por el limite exterior y una porción de conducción generalmente plana formada integralmente con el limite exterior y generalmente opuesta a la porción de soporte; en donde cada porción de soporte está unida a la placa; unir el panel al interior del horno metalúrgico; y dirigir un fluido de enfriamiento a través de la sección tubular.
22. El método de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la porción de conducción de cada tubo del panel comprende una superficie con muescas y además comprende el paso de retener materia fugaz del horno en la porción de conducción.
23. El método de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la porción de conducción de cada tubo del panel comprende una superficie sustancialmente lisa y además comprende el paso de disminuir la retención de materia fugaz del horno en la superficie de conducción sustancialmente lisa.
24. El método de enfriamiento de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque al menos un tubo del panel tiene una porción de conducción sustancialmente lisa y al menos un tubo del panel tiene una porción de conducción con muescas y además comprende los pasos de disminuir la retención de materia fugaz del horno en la porción de conducción sustancialmente lisa; y retener la materia fugaz del horno en la porción de conducción con muescas.
25. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado además porque comprende el paso de reemplazar uno o más tubos.