MX2011007216A - Disposicion de tubo distribuidor. - Google Patents

Abstract

La presente invención propone una disposición de tubo distribuidor (10) para horno de cuba, en particular para alimentar un gas caliente en el horno de cuba, como por ejemplo, un alto horno, en donde la disposición de tubo distribuidor (10) comprende un tubo distribuidor circunferencial (12) dispuesto a lo largo del revestimiento exterior (14) del horno de cuba, el tubo distribuidor (12) se dispone a cierta distancia del revestimiento exterior (14); la disposición (10) también comprende una pluralidad de primeros brazos (22) que conectan al tubo distribuidor (12) con el revestimiento exterior (14) del horno de cuba en un primer nivel; y una pluralidad de segundos brazos (24) que conectan el tubo distribuidor (12) con el revestimiento exterior (14) del horno de cuba en un segundo nivel, el primer nivel siendo diferente del segundo nivel; primeros y segundos canales de soplado (26, 30) están dispuestos respectivamente a través del primero y segundo brazos (22, 24) para conectar fluidamente al tubo distribuidor (12) con el interior del horno de cuba.

Description

DISPOSICIÓN DE TUBO DISTRIBUIDOR CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere generalmente a una disposición de tubo distribuidor, en particular para alimentar un gas caliente presurizado a un horno de cuba.

TÉCNICA ANTECEDENTE En los hornos de cuba, en particular en los altos hornos, normalmente se sopla aire caliente presurizado dentro del horno para ayudar en la reducción del mineral en el horno de cuba.

Convencionalmente se dispone un tubo distribuidor circunferencial en la banda de tobera alrededor del revestimiento exterior del horno de cuba, a cierta distancia del mismo. El gas es alimentado desde el tubo distribuidor a través de una fila de boquillas de tobera, en donde es soplado dentro del horno de cuba. Generalmente se proporciona una boquilla de tobera con compensadores para compensar el movimiento relativo entre el tubo distribuidor y el horno de cuba. Dicha disposición convencional de tubo distribuidor se describe, por ejemplo, en el documento WO 86/05520.

Se ha sugerido la inyección de gas dentro del horno de cuba, no sólo en el nivel superior de la chimenea, sino también en una región arriba de la zona de fusión, también conocida como la "cuba inferior". La inyección en la cuba inferior necesita una disposición adicional de tubo distribuidor para alimentar gas en puntos de inyección individuales en la cuba inferior.

Se ha considerado la disposición de tubo distribuidor convencional, como se describió antes. Aunque dicha solución tiene las ventajas obvias de ser una solución conocida y probada, también tiene algunas desventajas. Por ejemplo, el peso considerable de esta disposición hace difícil su disposición en el nivel de la cuba inferior. También, el diseño complicado de la disposición convencional de tubo distribuidor limita el número de puntos de inyección.

Otro competidor para una disposición de tubo distribuidor para la inyección al nivel de cuba inferior es la llamada "inyección de gas tipo Midrex", que comprende un canal de distribución circunferencial construido dentro de la pared del horno, como se ilustra en el documento US 6,146,442. Esto permite aumentar el número de puntos de inyección. Pero esta solución es difícil de adaptar a los hornos de cuba existentes, e introduce ciertos riesgos adicionales como el desgaste del material refractario, en particular en la pared que separa el canal de distribución de la cámara del horno. Otra preocupación no despreciable es la estática del horno. Realmente la estructura del horno se debilita con la construcción tipo "Midrex".

Problema técnico Un objetivo de la presente invención es proporcionar una disposición de tubo distribuidor para un horno de cuba en el que se eliminen las desventajas descritas anteriormente. Este objetivo se consigue por medio de una disposición como la que se reclama en la reivindicación 1.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención propone una disposición de tubo distribuidor para horno de cuba, en particular para alimentar un gas caliente presurizado en el horno de cuba, en donde la disposición de tubo distribuidor comprende un tubo distribuidor circunferencial dispuesto a lo largo del revestimiento exterior del horno de cuba, el tubo distribuidor se dispone a cierta distancia del revestimiento exterior. La disposición también comprende una pluralidad de primeros brazos que conectan al tubo distribuidor con el revestimiento exterior del horno de cuba en un primer nivel; y una pluralidad de segundos brazos que conectan el tubo distribuidor con el revestimiento exterior del horno de cuba en un segundo nivel, el primer nivel siendo diferente del segundo nivel. El primero y segundo canales de soplado están dispuestos respectivamente a través del primero y segundo brazos para conectar fluidamente al tubo distribuidor con el interior del horno de cuba.

El primero y segundo canales de soplado dispuestos a través del primero y segundo brazos permiten la inyección de gas, aire caliente o gas de reducción, en el horno de cuba en dos niveles separados. El diseño más compacto de la disposición de tubo distribuidor también permite aumentar en forma considerable el número de puntos de inyección, en comparación con las disposiciones convencionales de tubo distribuidor. El número incrementado de puntos de inyección permite una inyección más homogénea del gas dentro del horno de cuba. Otra ventaja importante de la presente disposición de tubo distribuidor es que se puede integrar fácilmente en los hornos de cuba existentes, con alteraciones mínimas en el horno de cuba.

De acuerdo con una primera modalidad de la invención, el primero y segundo brazos están configurados para soportar el tubo distribuidor circunferencial. Gracias a la pluralidad de primeros y segundos brazos, configurados como brazos de soporte, la disposición de tubo distribuidor es autosustentable; de hecho, la disposición de tubo distribuidor está soportada directamente en la pared del horno de cuba y no es necesaria ninguna construcción de armazón para soportar la disposición de tubo distribuidor. Además, como el tubo distribuidor se conecta directamente a la pared del horno de cuba, no son necesarios los compensadores. Esto disminuye el riesgo de fugas entre el tubo distribuidor y el horno de cuba.

De acuerdo con una segunda modalidad de la invención, el tubo distribuidor circunferencial está suspendido de un armazón. Se puede utilizar un armazón, que pudiera ya estar presente, para suspender del mismo al tubo distribuidor. Podrá notarse que la suspensión del tubo distribuidor también puede usarse en combinación con los brazos de soporte que se describieron antes.

Ventajosamente, el tubo distribuidor comprende un forro refractario en su pared interior y el primero y/o segundo canales de soplado se extienden a través del forro refractario del tubo distribuidor, permitiendo así que fluya el gas desde el canal de gas del tubo distribuidor, a través de los brazos hacia el horno de cuba.

De preferencia el tubo distribuidor comprende puertos de acceso en porciones de pared opuestas al primero y/o segundo canales de soplado, en alineación lineal con los respectivos primero y/o segundo canales de soplado. Dichos puertos de acceso permiten dar servicio, limpiar, taponar y regular el impulso del gas caliente en los canales de soplado. La limpieza de los canales de soplado puede ser necesaria después de una prolongada operación, y es posible a través de los puertos de acceso.

Los puertos de acceso también permiten el taponamiento de los canales de soplado individuales, asiendo así que la inyección de gas a través de la presente disposición de tubo distribuidor sea particularmente flexible. Además se puede asociar un émbolo con un puerto de acceso para tapar por lo menos parcialmente un canal de soplado respectivo. El uso de dicho émbolo permite el taponamiento de ciertos canales de soplado, aumentando así el caudal a través del resto de los canales de soplado. Por ejemplo, podría ser preferible inyectar gas en el horno de cuba en un nivel. Entonces se taponan todos los canales de soplado del otro nivel. El émbolo también puede tener una nariz cónica para permitir la regulación del flujo de gas a través de un canal de soplado respectivo.

Los puertos de acceso también proporcionan acceso a las boquillas de inyección, que pueden estar instaladas en forma removible en los canales de soplado, de preferencia en el extremo de los canales de soplado que está orientado hacia el horno de cuba. Esto permite reemplazar las boquillas de inyección gastadas, o intercambiar las boquillas de inyección con un diámetro interior particular por boquillas de inyección con un diámetro interior diferente. Como una boquilla alternativa, se pueden insertar insertos en las boquillas de inyección a través de los puertos de acceso. Dichos insertos de boquilla también cambiarían el diámetro interior de la boquilla de inyección. La posibilidad de cambiar el diámetro interior de la boquilla de inyección permite adaptar el flujo de gas caliente a través de los canales de soplado a condiciones particulares de operación, aumentando así la flexibilidad operativa del horno de cuba.

Las boquillas de inyección y/o los insertos de boquilla y/o el émbolo de preferencia están hechos con un material de cerámica, de preferencia de un material de cerámica de óxido, o con un material de carburo de silicio infiltrado con silicio. Estos materiales se eligen de manera que soporten el desgaste causado por el gas caliente cargado con polvo. También los inventores vieron que con dichos materiales no es necesario el enfriamiento de las boquillas de inyección y/o los insertos de boquilla y/o el émbolo.

Podrá notarse que el uso de boquillas de inyección, de insertos de boquilla o de émbolos, como se describió antes, no deberá limitarse al uso en conexión con la disposición de tubo distribuidor antes mencionado.

Ventajosamente, los segundos brazos se disponen de tal manera que, en una proyección vertical, se dispongan a medio camino entre dos primeros brazos vecinos, optimizando así la inyección de gas gracias a una repartición más homogénea del gas inyectado.

Los primeros y/o segundos brazos pueden estar formados por una pieza de tubería, forrados internamente con un material refractario y teniendo al primero y segundo canales de soplado pasando a través de los mismos. Ventajosamente la pieza de tubería es una pieza de tubería recta. Dicha pieza de tubería recta proporciona una conexión directa entre el tubo distribuidor y el interior del horno de cuba, es decir, sin costuras, uniones o conexiones. De esta manera se puede reducir la pérdida de presión a través de la pieza de tubería.

De acuerdo con una modalidad de la invención, los primeros brazos pueden ser esencialmente horizontales, y los segundos brazos pueden estar inclinados, por ejemplo, en un ángulo de entre 10 y 60° con respecto a la horizontal.

De acuerdo con una modalidad preferida de la invención, los segundos brazos se disponen en un ángulo elegido de tal manera que los puertos de acceso asociados con los segundos canales de soplado estén esencialmente al mismo nivel de los puertos de acceso asociados con los primeros canales de soplado. Los segundos brazos se pueden disponer, por ejemplo, en un ángulo de aproximadamente 45° con respecto a la horizontal, y una línea imaginaria entre el segundo brazo y su puerto de acceso asociado puede pasar a través del centro del tubo distribuidor. La disposición de todos los puertos de acceso, es decir, los que están asociados tanto con los primeros como con los segundos canales de soplado, al mismo nivel, permiten dar un servicio más fácil y rápido a los canales de soplado. De hecho, se puede usar una sola plataforma para tener acceso a ambos niveles de puntos de inyección para dar el servicio. También debe notarse que un ángulo incrementado proporciona un soporte mejorado para la disposición de tubo distribuidor.

De acuerdo con otra modalidad preferida de la invención, los primeros y segundos brazos de soporte están inclinados en un ángulo de entre 0 y 40°, de preferencia de entre 0 y 30°, con respecto a la horizontal.

El tubo distribuidor puede tener una sección transversal esencialmente redonda u ovalada. Podrá notarse que no se excluirán otras formas de sección transversal.

En el caso de una sección transversal esencialmente ovalada, el tubo distribuidor está dimensionado de preferencia de tal manera que tenga un espacio de altura suficiente para permitir la inspección personal del interior del tubo distribuidor, por ejemplo, por un empleado de mantenimiento.

Se puede proporcionar por lo menos una pluralidad de brazos auxiliares para conectar el tubo distribuidor con el revestimiento exterior del horno de cuba, en donde los canales de soplado auxiliares están dispuestos a través de los brazos auxiliares para conectar fluidamente el tubo distribuidor con el interior del horno de cuba. Dichos brazos auxiliares se pueden usar para proporcionar puntos de inyección en por lo menos un nivel auxiliar.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Ahora se describirá una modalidad preferida de la invención, como ejemplo, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales: La figura 1 es una vista en sección transversal esquemática a través de una disposición de tubo distribuidor de acuerdo con la presente invención; La figura 2 es una ilustración esquemática de los puntos de inyección de la disposición de tubo distribuidor de acuerdo con la presente invención; y La figura 3 es una vista en sección transversal esquemática" a través de una disposición de tubo distribuidor de acuerdo con otra modalidad de la presente invención.

Leyenda de Números de Referencia 10 disposición de tubo distribuidor 12 tubo distribuidor 14 revestimiento exterior del horno de cuba 16, 16' tubo 18 material refractario 20 canal de gas 22 primeros brazos 24 segundos brazos 26 primeros canales de soplado 28 primeros puntos de inyección 30 segundos canales de soplado 32 segundos puntos de inyección 34 pieza de tubería 36 primer puerto de acceso 38 segundo puerto de acceso 40 boquilla de inyección 42 émbolo 44 aleta de refuerzo DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La presente invención se ¡lustra con referencia a la figura 1 , que muestra una disposición de tubo distribuidor, que está dispuesto alrededor de un revestimiento exterior de un horno de cuba.

La disposición de tubo distribuidor 10 comprende un tubo distribuidor 12, dispuesto circunferencialmente alrededor de un horno de cuba, una porción de un revestimiento exterior 14 del mismo se muestra en la figura 1. El tubo distribuidor 12 se dispone a cierta distancia del revestimiento exterior 14, y está formado por un tubo 16 con una sección transversal esencialmente redonda, que está forrado internamente con un material refractario 18 dentro del cual está formado un canal de gas 20.

El tubo distribuidor 12 se mantiene en su lugar a lo largo del revestimiento exterior 14 del horno de cuba por medio de una pluralidad de primeros brazos 22 y segundos brazos 24 que están formados, de acuerdo con una primera modalidad de la invención, por brazos de soporte configurados para soportar el tubo distribuidor 12. Por lo tanto, los primeros y segundos brazos 22, 24 están dispuestos en dos niveles separados alrededor de la circunferencia del horno de cuba y soportan el tubo distribuidor 12. Los brazos 22, 24 de preferencia están unidos al tubo distribuidor 12 y a la pared del horno 14 por medio de soldadura.

Podrá notarse que, aunque no se muestra en las figuras, el tubo distribuidor 2 puede estar suspendido desde un armazón (no se muestra), como alternativa a estar soportado en el revestimiento exterior 14 del horno de cuba por medio del primero y segundo brazos 22, 24. Esta segunda modalidad puede permitir que los brazos 22, 24 sean menos fuertes y que puedan hacer uso de un armazón que ya está presente. Naturalmente que también es posible una combinación de ambas modalidades.

Se disponen primeros canales de soplado 26 a través de los primeros brazos 22, para conectar fluidamente el canal de gas 20 del tubo distribuidor 12 con el interior del horno de cuba, por medio de primeros puntos de inyección 28. De igual manera, se disponen segundos canales de soplado 30 a través de los segundos brazos 24, para conectar fluidamente el canal de gas 20 del tubo distribuidor 12 con el interior del horno de cuba, por medio de segundos puntos de inyección 32. Por lo tanto, la disposición de tubo distribuidor 10 de acuerdo con la presente invención permite la inyección de gas en el horno de cuba en dos niveles. Esto aumenta el número de puntos de inyección y permite una repartición más homogénea del gas inyectado. Obviamente el número de puntos de inyección depende del diámetro del horno de cuba, del diámetro de los puntos de inyección y de la distancia entre los puntos de inyección vecinos. Por ejemplo, para un horno de cuba que tiene un diámetro de chimenea de aproximadamente 7 m, el número de puntos de inyección puede ser de hasta 100.

Los primeros y segundos brazos 22, 24 comprenden cada uno una pieza de tubería 34, forrada internamente con material refractario 18, el primero y segundo canales de soplado 26, 30 estando formados a través de las mismas. En la modalidad que se muestra en la figura 1, los primeros brazos 22 están dispuestos en forma esencialmente horizontal y los segundos brazos 24 están dispuestos en un ángulo a de entre 10 y 15° con respecto a la horizontal. Aunque no se muestra en las figuras, puede ser preferible un ángulo a de aproximadamente 45°.

La disposición de tubo distribuidor 10 también comprende un primer puerto de acceso 36 que está asociado con cada primer canal de soplado 26, y un segundo puerto de acceso 38 asociado con cada segundo canal de soplado 30. El primero y segundo puertos de acceso 36, 38 están dispuestos en una alineación lineal del primero y segundo canales de soplado 26, 30. Estos puertos de acceso permiten dar servicio, limpiar, taponar y regular el impulso del gas caliente de los respectivos canales de soplado 26, 30. El taponamiento de canales de soplado 26, 30 individuales proporciona un grado de flexibilidad importante para la operación de la inyección de gas a través de la presente disposición de tubo distribuidor 10. El extremo de los canales de soplado 26, 30 que está orientado hacia el horno de cuba, puede estar provisto con boquillas de inyección (no se muestran). Dichas boquillas de inyección pueden ser reemplazadas o intercambiadas fácilmente a través de los puertos de acceso 36, 38. Por ejemplo, las boquillas de inyección pueden ser reemplazadas con boquillas de inyección que tiene un diámetro de salida diferente, contribuyendo más a la flexibilidad de la presente disposición de tubo distribuidor 10.

También podrá notarse que, como se ilustra en la figura 2, el primero y segundo brazos 22, 24 están dispuestos de manera que los segundos puntos de inyección 32 se localizan a medio camino entre los primeros puntos de inyección vecinos 28. Dicha disposición escalonada de los puntos de inyección 28, 32 garantiza una repartición más homogénea del gas inyectado en el horno de cuba.

La figura 3 muestra otra modalidad de una disposición de tubo de soplado de acuerdo con la presente invención. Similar a la modalidad de la figura 1 , la disposición de tubo distribuidor 10 comprende un tubo distribuidor 12, dispuesto circunferencialmente alrededor de un horno de cuba. Sin embargo, el tubo distribuidor 12 está formado por un tubo 16' con una sección transversal esencialmente ovalada. El tubo distribuidor 12 está dimensionado de tal manera que tenga un espacio de altura suficiente para permitir la inspección personal del interior del tubo distribuidor 12. Los primeros brazos de soporte 22 se pueden disponer en un ángulo ß de entre 0 y 40° con respecto a la horizontal. De manera similar, los brazos de soporte 24 se pueden disponer en un ángulo ? de entre 0 y 40° con respecto a la horizontal. En la figura 3 los dos brazos de soporte 22, 24 están dispuestos en un ángulo de aproximadamente ß = ? = 10 a 15°. Pero se podrá observar que ß y ? no son necesariamente iguales.

La figura 3 también muestra una boquilla de inyección 40 dispuesta en el primer canal de soplado 26. Dichas boquillas de inyección 40 pueden ser retiradas y reemplazadas a través de los puertos de acceso 36, 38 asociados con los respectivos canales de soplado 26, 30.

La figura 3 también muestra un émbolo 42 asociado con el primer canal de soplado 26. Dicho émbolo 42 se puede usar para tapar el primer canal de soplado 26 o para regular el flujo de gas caliente a través del mismo.

Para fortalecer la conexión, también se pueden proporcionar aletas de refuerzo 44 entre el tubo 16 y el revestimiento exterior 14, como se muestra en la figura 3. Dichas aletas de refuerzo 44 pueden estar hechas de una lámina gruesa de metal soldada a la pieza de tubería 34, el tubo 16 y el revestimiento exterior 14. Las aletas de refuerzo 44 se extienden en una dirección vertical, alejándose radialmente de la pieza de tubería 34.

Claims (14)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1 .- Una disposición de tubo distribuidor de horno de cuba, en particular para alimentar gas caliente presurizado en dicho horno de cuba, más particularmente para alimentar gas caliente presurizado en un alto horno, en donde dicha disposición de tubo distribuidor comprende: un tubo distribuidor circunferencial dispuesto a lo largo del revestimiento exterior de dicho horno de cuba, dicho tubo distribuidor está dispuesto a cierta distancia de dicho revestimiento exterior; una pluralidad de primeros brazos que conectan a dicho tubo distribuidor con dicho revestimiento exterior de dicho horno de cuba en un primer nivel; primeros canales de soplado dispuestos a través de dichos primeros brazos para conectar fluidamente dicho tubo distribuidor con el interior de dicho horno de cuba; y una pluralidad de segundos brazos que conectan a dicho tubo distribuidor con dicho revestimiento exterior de dicho horno de cuba en un segundo nivel; segundos canales de soplado dispuestos a través de dichos segundos brazos para conectar fluidamente a dicho tubo distribuidor con el interior de dicho horno de cuba, dicho primer nivel es diferente de dicho segundo nivel, en donde dicho tubo distribuidor comprende puertos de acceso en porciones de pared opuestas a dichos primeros y/o segundos canales de soplado, en alineación lineal con respectivos primeros y/o segundos canales de soplado.

2.- La disposición de tubo distribuidor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque dichos primero y segundo brazos están configurados para soportar dicho tubo distribuidor circunferencial.

3.- La disposición de tubo distribuidor de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada además porque dicho tubo distribuidor circunferencial está suspendido de un armazón.

4. - La disposición de tubo distribuidor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada además porque dicho tubo distribuidor comprende un forro refractario en su pared interior y en donde dichos primero y/o segundo canales de soplado se extienden a través de dicho forro refractario de dicho tubo distribuidor.

5. - La disposición de tubo distribuidor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada además porque un émbolo superior se asocia con un puerto de acceso para taponar por lo menos parcialmente un canal de soplado respectivo.

6. - La disposición de tubo distribuidor de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada además porque dicho émbolo tiene una nariz cónica para permitir la regulación del flujo de gas a través de un canal de soplado respectivo, dicho émbolo comprende de preferencia un material de óxido-cerámica o un material de carburo de silicio infiltrado con silicio.

7. - La disposición de tubo distribuidor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada además porque una boquilla de inyección y/o un inserto de boquilla de inyección se dispone en forma desprendible en un primero o segundo canal de soplado.

8. - La disposición de tubo distribuidor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada además porque dichos segundos brazos se disponen de tal manera que, en una proyección vertical, estén dispuestos a medio camino entre dos primeros brazos vecinos.

9. - La disposición de tubo distribuidor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada además porque dichos primeros y/o segundos brazos están formados por una pieza de tubería, forrados internamente con un material refractario y teniendo a dichos primero y segundo canales de soplado pasando a través de los mismos.

10. - La disposición de tubo distribuidor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada además porque dichos primeros brazos son esencialmente horizontales y en donde dichos segundos brazos de soporte están inclinados, de preferencia en un ángulo de entre 10 y 60° con respecto a la horizontal.

11. - La disposición de tubo distribuidor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada además porque dichos segundos brazos se disponen en un ángulo elegido de tal manera que los puertos de acceso asociados con dichos segundos canales de soplado estén esencialmente al mismo nivel de los puertos de acceso asociados con dichos primeros canales de soplado.

12.- La disposición de tubo distribuidor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada además porque dichos primeros y segundos brazos de soporte están ambos inclinados en un ángulo de entre 0 y 40° con respecto a la horizontal.

13.- La disposición de tubo distribuidor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada además porque se proporciona por lo menos una pluralidad de brazos auxiliares para conectar dicho tubo distribuidor con dicho revestimiento exterior de dicho horno de cuba, en donde se disponen canales de soplado auxiliares a través de dichos brazos auxiliares para conectar fluidamente dicho tubo distribuidor con el interior de dicho horno de cuba.

14.- La disposición de tubo distribuidor de conformidad con la reivindicación 1 a 13, caracterizada además porque dicho tubo distribuidor tiene una sección transversal esencialmente redonda u ovalada.