MXPA01011686A

MXPA01011686A - Metodo para la fabricacion de un elemento refrigerante compuesto para la zona de fusion de un reactor metalurgico y un elemnto refrigerante compuesto fabricado por el metodo.

Info

Publication number: MXPA01011686A
Application number: MXPA01011686A
Authority: MX
Inventors: Ilkka Kojo
Original assignee: Outokumpu Oy
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2002-05-14
Also published as: EP1200632A1; FI109937B; ZA200109323B; FI991191A0; DE60017260T2; PE20010329A1; PT1200632E; BG106129A; EA200101243A1; US6641777B1; EA003002B1; PL196439B1; DE60017260D1; AR024097A1; FI991191A; KR20020001893A; CA2374956A1; CN1354801A; TR200103378T2; BR0010877A

Abstract

La invencion se refiere a un metodo para la fabricacion de un elemento refrigerante compuesto para la zona de fusion de un reactor metalurgico, por lo que el elemento se fabrica al unir secciones de revestimiento ceramico entre si mediante fundicion de cobre y formando al mismo tiempo una placa de cobre equipada con canales de agua refrigerante detras del revestimiento. La invencion tambien se refiere a elementos refrigerantes compuestos fabricados por este metodo.

Description

MÉTODO PARA LA FABRICACIÓN DE UN ELEMENTO REFRIGERANTE COMPUESTO PARA LA ZONA DE FUSIÓN DE UN REACTOR METALÚRGICO Y UN ELEMENTO REFRIGERANTE COMPUESTO FABRICADO POR EL MÉTODO La invención se refiere a un método para la fabricación de un elemento refrigerante compuesto para la zona de fusión de un reactor metalúrgico, por lo que el elemento se fabrica al unir secciones de revestimiento de cerámica entre si por formación de cobre al mismo tiempo que una placa de cobre se equipa con canales de agua de enfriamiento detrás del revestimiento. La invención también se refiere a elementos refrigerantes compuestos fabricados por este método . El refractario de reactores en los procesos piróme talúrgicos se protege por los elementos refrigerantes enfriados por agua para que, como resultando del enfriamiento, el calor que viene a la superficie refractaria se transfiera mediante el elemento refrigerante al agua, por lo que el desgaste en el revestimiento se reduce significativamente comparado con un reactor que no se enfria. El desgaste reducido se provoca por el efecto del enfriamiento, lo cual lleva a la formación del revestimiento autogénico asi llamado, el cual se fija a la superficie del revestimiento resistente al calor y el cual se forma a partir de escoria y otras sustancias precipitadas a partir de las fases en fundición. Convencionalmente, los elementos refrigerantes se fabrican en tres formas: en primer lugar, los elementos pueden fabricarse mediante fundido en arena, donde las tuberías de enfriamiento hechas de un material altamente termoconduct ivo tal como cobre se establece en un molde formado de arena, y se enfrian con aire o agua durante la fundición alrededor de las tuberías. La colada de elemento alrededor de las tuberías también es de material altamente termoconduct ivo , preferiblemente cobre. Este tipo de método de fabricación se describe en por ejemplo, la patente GB no. 1386645. Un problema con este método es la unión desnivelada de la tuberia que actúa como canal de enfriamiento para el material de colada que lo rodea. Algunas de las tuberías pueden estar completamente libres de la colada de elemento alrededor de la misma y parte de la tuberia puede estar completamente fundida y de este modo fusionada con el elemento. Si no se hace ningún enlace metálico entre la tuberia de enfriamiento y el resto del elemento de colada alrededor de la misma, la transferencia de calor no será eficiente. Nuevamente, si la tuberia se funde completamente, eso evitará el flujo de agua refrigerante. Las ventajas de este método son los costos de fabricación comparativamente bajos y la independencia de las dimensiones. Otro método de fabricación de elemento refrigerante del tipo anterior es fabricar elementos mediante fundición en arena, con tuberías refrigerantes hechas de algún otro material diferente a cobre. El cobre se funde alrededor de las tuberías en lecho de arena, y después, al sobrecalentar el cobre fundido se logra un buen contacto entre el cobre y las tuberías. Sin embargo, en general, la conductividad térmica de las tuberías solo está en el orden de 5-10% que del cobre puro. Esto debilita la capacidad de enfriamiento de los elementos, especialmente en situaciones dinámicas. La patente Norteamericana 4,382,585 describe otro método más utilizado de fabricación de elementos refrigerantes, de acuerdo con el cual el elemento se fabrica por ejemplo de placa de cobre laminada o forjada al maquinar los canales necesarios en la misma. La ventaja de un elemento fabricado de este modo, es su estructura densa, . * _. __. _.-&-_, . fuerte y buena transferencia de calor del elemento a un medio refrigerante tal como agua. Sus desventajas son las limitaciones dimensionales (tamaño) y el costo elevado . La debilidad más grande en los elementos de enfriamiento fabricados con los métodos antes mencionados, es que es difícil obtener un buen contacto en la etapa de ajuste entre el revestimiento cerámico para hornos que se da a entender para proteger (el revestimiento a prueba de fuego) y el elemento. Esto quiere decir que el efecto protector del elemento refrigerante en el revestimiento cerámico depende grandemente del éxito del ajuste, y con frecuencia no es posible tomar gran ventaja de las propiedades de enfriamiento del elemento . Ahora un método se ha desarrollado por lo que se hace un contacto metálico fijo entre el revestimiento cerámico del reactor metalúrgico y una placa de cobre detrás del mismo equipado con tuberia de agua refrigerante, juntos formando un elemento refrigerante compuesto. Esto ocurre mejor cuando las secciones del revestimiento cerámico tal como los ladrillos cocidos refractarios, se unen entre si mediante la fundición de cobre fundido entre los i^ ?? ? ?. ,. »,..,__t . _. ladrillos y al mismo tiempo fundiendo una placa de cobre detrás de la superficie formada por las unidades cerámicas. La placa de cobre de la sección posterior se equipa con canales de agua refrigerante, preferiblemente canales dobles. La invención también se refiere al elemento refrigerante compuesto mismo, con una sección de superficie formada de ladrillos cerámicos entre los cuales el cobre de alta conductividad térmica se funde, y en donde una placa de cobre equipada con canales de agua refrigerante se funde al mismo tiempo detrás de la sección de superficie. Las características esenciales se volverán aparentes en las reivindicaciones de la patente anexas. En la práctica, el elemento refrigerante se forma para que el cobre se funda alrededor de los ladrillos cerámicos cocidos para que el enladrillado cerámico se forme en su mayor parte durante la fundición y haga un buen contacto con el cobre fundido. Debido a la gran conducti idad térmica del cobre, el efecto protector de las juntas de cobre en el enladrillado es efectivo. Para que el calor no se transfiera innecesariamente, las juntas de cobre entre los ladrillos se hacen tan delgadas como sea posible, preferiblemente por razones técnicas de t_é _-<- &___,! ______ A_ 0.5-2 cm de espesor. Si las juntas son más gruesas, conducirán demasiado calor desde el horno hasta el enfriamiento, incrementando innecesariamente las pérdidas de calor y los costos de operación. La cantidad preferible de cobre en la sección de superficie del elemento refrigerante, (la sección que va dentro del interior del reactor) en proporción al revestimiento cerámico es 30% máximo del área de superficie, es decir, la cantidad de material de unión no debe volverse demasiado abultado, ya que el objetivo no es incrementar las pérdidas de calor sino proteger el enladrillado. Los ladrillos cocidos adecuados para la fundición se utilizan como el material de re estimiento cerámico, es decir el material de ladrillo, ya que tienen tradicionalmente buenas propiedades contra las fusiones metalúrgicas. El cobre es un grado con una alta conductividad eléctrica, preferiblemente mayor de 85% IACS, puesto que existe una dependencia directa de la conductividad eléctrica y térmica del cobre. Mientras los ladrillos están siendo unidos juntos, una placa de cobre en la cual los canales de agua refrigerantes se trabaja, se funde detrás del revestimiento cerámico. Los canales se hacen como _,,___ ._ _____.____________. ___ canales de doble tuberia en la sección posterior del elemento formado por la placa de cobre, por ejemplo, mediante perforación para que primero la tuberia exterior se perfore, con paredes perfiladas para incrementar la superficie de transferencia de calor. Una tuberia interior con un diámetro más pequeño se coloca dentro de la tuberia exterior y el agua se alimenta a través de la tuberia interior hasta el elemento y fuera a través de la tuberia exterior perfilada. Utilizando perfiles, tales como ranuras, estrias, roscas o similares en la superficie interior del tubo, la superficie en transferencia de calor de la pared puede incrementarse por tanto como el doblemente comparada con una superficie lisa. Los canales se hacen en el elemento de transferencia de calor para que exista una distancia de 0.5-1.5 veces máximo el diámetro del canal entre los canales, y por lo tanto es una parte fija del elemento. Si los canales se acercan más, no se obtendrá beneficio alguno, puesto que entonces la superficie de transferencia de calor de la parte posterior de los elementos de los canales puede utilizarse innecesariamente y también la estructura puede debilitarse. Por otro lado, si la canalación se hace más lejos, el aumento de la superficie de . _^_&__..__^- A transferencia de calor no se utilizará y entonces la capacidad de enfriamiento se verá disminuida. Como se menciona en lo anterior, una tuberia interior se coloca dentro de cada tubo perforado en el elemento de transferencia de calor, a través del cual el agua refrigerante se transporta en el elemento. A partir de la tuberia interior, el agua fluye en el canal en forma de anillo formado por las tuberías exterior e interior y fuera a la circulación. La estructura de tuberia doble facilita una reducción en el área en corte transversal de flujo para que se logre una proporción mayor con una cierta cantidad de agua que si solo una tuberia se utilizara. Una velocidad de flujo mayor tiene a su vez un efecto significativamente positivo en la transferencia de calor entre el elemento y el agua. Si se optimiza la superficie de transferencia de calor utilizando tuberías lisas convencionales, dicho incremento en la superficie de transferencia de calor no se podria obtener puesto que las cantidades de agua pueden ser excesivamente mayores. Los elementos de transferencia de calor se unen entre si herméticamente al hacer los lados de los elementos enmachihembrados o traslapándolos para que las rajas en los elementos adyacentes formen un _______t____t_ í_______i ____________ laberinto . Un elemento de transferencia de calor de acuerdo con esta invención se describe además por medio de los diagramas anexos, en donde La Figura 1 muestra un elemento de transferencia de calor como visto a partir de la parte frontal, la Figura 2 muestra un elemento de transferencia de calor como visto desde el lado en corte transversal, la Figura 3 es otro elemento de transferencia de calor de acuerdo con la invención como visto desde el lado en corte transversal, y la Figura 4 es una gráfica que muestra las pérdidas de calor como una función de la cantidad de cobre en la superficie cerámica. Las Figuras 1 y 2 muestran que la parte de superficie del elemento 1 de transferencia de calor, en otras palabras la pared que va dentro del reactor se forma de revestimiento 2 cerámico. El revestimiento cerámico a su vez se forma de por ejemplo ladrillos 3 cocidos, que se unen entre si al fundir cobre como un material 4 de junta entre los ladrillos para que la relación de material de junta al área de superficie cerámica sea como máximo 30/70. Mientras los ladrillos se unen entre si para formar un revestimiento cerámico uniforme, una placa 5 de cobre se funde detrás del revestimiento, en la cual los canales 6 de refrigerante requeridos se trabajan. Para poder unir los elementos refrigerantes entre si, el borde de un extremo del elemento siempre puede hacerse más delgado, por lo que los elementos se colocan traslapando los adyacentes. Otra opción es equipar los elementos con pastillas y ranuras (una junta de enmachihembrado ) para poder obtener el contacto más hermético para que una junta apretada se haga cuando se ajusten los elementos entre si. La Figura 2 también muestra el arreglo de doble tuberia preferido para la tuberia de agua refrigerante, por lo que el elemento mismo se trabaja al perforar un orificio 7, por ejemplo, que actúa como la tuberia exterior, y la superficie de la tuberia se perfila como se desea para lograr una sección transversal de flujo mayor. Una tuberia 8 interior más pequeña en diámetro se coloca dentro de la tuberia exterior, y el agua refrigerante se alimenta dentro del elemento a través de la tuberia interior. La tuberia interior no alcanza la parte inferior de la tuberia exterior, pero se dejas más corta, y el agua refrigerante fluye alrededor del espacio en forma de anillo formado alrededor de la tuberia interior detrás del mismo extremo del cual se alimentó para salir mediante una salida 9. El área en corte transversal del espacio en forma de anillo es la misma que la tuberia interior o preferiblemente más pequeña, para que la velocidad de flujo en la tuberia exterior incremente. Cuando la pérdida de presión incrementa en el área de transferencia de calor, esta también tiene un efecto preventivo en la ebullición de agua localizada. En algunas situaciones puede ser ventajoso acomodar el enfriamiento del elemento refrigerante en alguna otra forma que con la doble tuberia antes mencionada, por ejemplo, al fabricar la tuberia normalmente al barrenar y tapar sin la doble tuberia. En este caso también, es preferible mantener la misma relación de cobre-cerámica de 30/70. La Figura 3 representa otra fabricación alternativa de un elemento compuesto. Cuando se produce el cobre ampollado en un reactor metalúrgico, no es deseable colocar el cobre utilizado para la unión de elemento refrigerante en contacto directo con el cobre que se produce, ya que su punto de fusión es esencialmente el mismo. A pesar del enfriamiento, el cobre en el elemento puede fundirse ligeramente o la ampolla puede formar una capa sólida en la parte superior del revestimiento cerámico, y la situación es difícil de controlar. En este caso, es ventajoso hacer la fundición para que una estructura de por ejemplo acero refractario se haga en el cual se ensamblen los ladrillos. La altura de la estructura es alrededor de 1-3 cm y está entra en contacto con la cerámica (ladrillo) y el cobre para fundirse en la parte superior. De este modo, la estructura 10 forma la sección de superficie de la unión entre los ladrillos y los elementos acabados, como se muestra en la Figura 3. Es ventajoso que la estructura, es decir la superficie de la unión entre los ladrillos en el elemento acabado, que entrará en contacto con el cobre, se trabaje para que el cobre fundido que se fundirá en la parte superior se establezca en cavidades que pueden ser por ejemplo en forma de aletas. Esto incrementa la superficie de transferencia de calor entre el acero y el cobre y también une al cobre y al acero cercanamente juntos. La Figura 4 muestra co o las pérdidas de .. .__L . ' ¡ ?ir?i¡ii?í_fi=a calor (el flujo de calor como un porcentaje del flujo de calor de un revestimiento desgastado) cambia a través de la pared del reactor cuando la proporción del cobre en el elemento cambia en el elemento de transferencia de calor. Las pérdidas de calor en el caso de un revestimiento intacto disminuye casi linealmente, cuando la proporción del revestimiento cerámico incrementa y las pérdidas de calor totales disminuyen, hasta que la proporción del cobre cae debajo del 10%, en cuyo caso la pendiente se vuelve muy inclinada. Normalmente los revestimientos de las paredes del reactor se desgastan como el efecto combinado de la temperatura y la penetración del material fundido, por lo que el aislamiento se debilita y las pérdidas de calor aumentan. La temperatura de un revestimiento enfriado solamente de la parte posterior se eleva (cobre 0%) tan alto que la penetración del material fundido aumenta y la erosión es capas de proceder hasta que finalmente solo una capa delgada de ladrillos permanece estable en la superficie de un elemento de cobre a nivel. Cuando existe algo de cobre dentro del elemento, la temperatura del refractario es esencialmente menor y la penetración del material fundido disminuye. En tal caso, las pérdidas de calor caen a medida que la proporción de cobre en el revestimiento se reduce hasta un cierto limite (20-30% Cu), después de que las pérdidas de calor disminuyen abruptamente, pero incrementan nuevamente cuando la proporción de cobre cae debajo del nivel critico (aproximadamente 5%) . De acuerdo con la Figura 4, debe existir un máximo de 30 % de cobre en el revestimiento, con el revestimiento de rango óptimo entre 5-15%.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método para fabricar un elemento refrigerante compuesto para la zona de fusión de un reactor metalúrgico, caracterizado porque el elemento se fabrica al unir secciones de revestimiento cerámico del elemento entre si mediante fundición de cobre y formando al mismo tiempo una placa de cobre equipada con canales de agua refrigerante detrás del revestimiento.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las secciones de revestimiento cerámico son de ladrillo refractario.

3. Método de acuerdo la rei indicación 1, caracterizado porque los canales de agua refrigerante se hacen por barreno.

4. Método de acuerdo con la rei indicación 1, caracterizado porque la superficie interior de los canales de agua refrigerante se perfila.

5. Método de acuerdo con la rei indicación 1, caracterizado porque los canales de agua refrigerante se equipan con tuberías interiores

6. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los canales de agua refrigerante del elemento están a una distancia entre si de 0.5-1.5 veces el diámetro del canal.

7. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la cantidad de cobre en la sección de superficie del elemento refrigerante es de 30 % máximo .

8. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las juntas de cobre entre los ladrillos cerámicos en la sección de superficie del elemento refrigerante son de 0.5-2 cm de espesor .

9. Método de acuerdo con la rei indicación 1, caracterizado porque el cable utilizado en el elemento es cobre con una conducti idad eléctrica de al menos 85% IACS .

10. Método de acuerdo con la rei indicación 1, caracterizado porque las secciones de revestimiento cerámico del elemento refrigerante se colocan en una estructura hecha de acero, después de que la estructura y las secciones de revestimiento cerámico se unen entre si utilizando fundición de cobre, por lo que la estructura forma la junta de la superficie de elemento y el cobre forma las juntas interiores y la placa de cobre detrás del revestimiento .

11. Método de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el espesor de la estructura hecha de acero refractario es de 1-3 cm.

12. Método de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque la estructura se forma con aletas paralelas al cobre fundido.

13. Elemento refrigerante compuesto para la zona de fusión de un reactor metalúrgico, caracterizado porque las secciones de revestimiento cerámico del elemento se unen entre si y a la placa de cobre equipada con tuberías de agua refrigerante detrás del revestimiento por fundición de cobre.

14 Elemento refrigerante de acuerdo con la . . ? ¿. í _ & ______ _ reivindicación, 13, caracterizado porque las secciones de revestimiento cerámico se hacen de ladrillos ref actarios.

15. Elemento refrigerante de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque los canales de agua refrigerante del elemento están a una distancia entre si de 0.5-1.5 veces el diámetro del canal .

16. Elemento refrigerante de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque los canales de agua refrigerante se hacen por barrenado.

17. Elemento refrigerante de acuerdo con la rei indicación 13, caracterizado porque la superficie interior de los canales de agua refrigerante se perfila.

18. Elemento refrigerante de acuerdo con la rei indicación 13, caracterizado porque los canales de agua refrigerante se equipan con tuberías interiores .

19 Elemento refrigerante de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque la cantidad de cobre en la sección de superficie del elemento refrigerante es de 30% máximo.

20. Elemento refrigerante de acuerdo con la rei indicación 13, caracterizado porque las juntas de cobre entre los ladrillos cerámicos en la sección de superficie del elemento refrigerante son de 0.5-12 centímetro de espesor.

21. Elemento refrigerante de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el cobre utilizado en el elemento es cobre con una conducti idad eléctrica de al menos 85% IACS .

22. Elemento refrigerante de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el material de unión que une las secciones de revestimiento cerámico del elemento refrigerante está compuesto de acero en la sección de superficie de elemento y detrás de este el material de unión es de cobre fundido, el cual también forma una placa de cobre detrás del revestimiento durante la fundición.

23. Elemento refrigerante de acuerdo con la •"•••- * reivindicación 22, caracterizado porque el espesor de la sección de superficie de unión hecha de acero refractario es de 1-3 cm.

24. Elemento refrigerante de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado porque la superficie de acero refractario que entra en contacto con el cobre se trabaja en aletas.