MXPA06005994A - Aparato de inmersion para chatarra de metal. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de inmersion para chatarra de metal comprende un cuerpo (10) de material resistente al calor y/o refractario, que incluye una pared (12) lateral y una base (14) que define una camara (10) de inmersion. El cuerpo (10) refractario puede incluir pasajes (24) que reciben las varillas (22). Las varillas (22) pueden colocar el cuerpo (10) refractario bajo compresion. En otra modalidad, el cuerpo esta confinado por un marco (72) unido al cuerpo. La camara (10) de inmersion tambien se puede usar como una camara de inyeccion de gas.

Description

APARATO DE INMERSIÓN PARA CHATARRA DE METAL CAMPO DE LA INVENCIÓN En el reciclaje de metales, los fragmentos de chatarra de aluminio se funden para su tratamiento y procesamiento. Una gran parte de los fragmentos de chatarra de aluminio tienen pared delgada como resultado de la acción de conformado mecánico a partir de la cual se forman. Fundir los fragmentos de chatarra de pared delgada es difícil a causa de la sumersión rápida en el metal fundido se obstaculiza severamente puesto que las piezas de chatarra de pared delgada tienden a flotar sobre el metal fundido. Desafortunadamente, la exposición prolongada a la atmósfera hostil en un horno de fundición tradicional resulta en pérdidas por oxidación extremadamente altas . ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En una operación de fundición típica, se proporciona un horno de fundición con un centro cerrado y una pared lateral abierta conectada. Usualmente, la pared lateral se divide en un pozo de bombas y un compartimiento de fundición. Una bomba u otro aparato que induce el flujo del metal fundido se colocan en el pozo de bombas y bombea el metal fundido desde el centro al compartimiento de fundición. Algunas veces, el compartimiento de fundición se divide además en un crisol de carga y un crisol de espuma o escoria. Los fragmentos de chatarra metálica se alimentan al compartimiento de fundición, en particular, al crisol de carga. Se han usado una variedad de aparatos en el compartimiento de fundición, en específico en el crisol de carga para facilitar el sumergimiento de la chatarra metálica debajo de la superficie del baño de metal fundido. El primer tipo incluye sistemas mecánicos construidos principalmente de un motor que origina un flujo de metal fundido desde la superficie superior. El segundo tipo utiliza un dispositivo mecánico para empujar físicamente la chatarra debajo de la superficie fundida (patas de elefante/pasadera del crisol) . El tercer tipo de sistemas se basa en la forma de la cámara para crear un flujo de metal que sumerge los fragmentos de chatarra en el crisol de carga. En particular, el flujo de metal fundido en el crisol de carga se manipula de manera tal que se obtiene un vórtice que atrae los trozos desde la superficie superior al baño. En los sistemas conocidos que se basan en la forma de la cámara para crear un flujo de vórtice de metal, el crisol de carga se fabrica típicamente de un material refractario. Se imparte tensión significativa sobre el crisol de carga puesto que la temperatura del metal fundido dentro del crisol de carga es muy alta y la porción inferior del crisol de carga se sumerge típicamente en el horno en tanto que la porción superior del crisol de carga no. Esto origina un gradiente de temperatura amplio entre el material refractario en la porción inferior del crisol de carga y el material refractario en la porción superior del crisol de carga. Además, las fuerzas originadas por la circulación del metal a altas velocidades imparten tensiones sobre las paredes de la cámara. Como la cámara frecuentemente es un componente unitario o integral del horno, la reparación de las paredes, o de hecho aun su limpieza, puede ser una tarea difícil y costosa, en particular en forma de tiempo de inactividad del horno. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un dispositivo de sumergimiento de chatarra de materiales compuesto de un cuerpo de material resistente al calor y/o refractario incluye una pared lateral y una base que definen una cámara de sumergimiento. En una modalidad, el cuerpo incluye pasajes que reciben varillas. En otra modalidad, el cuerpo se encuentra confinado por un marco unido al cuerpo. El dispositivo también puede incluir una admisión de inyección de gases . BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La FIG. 1 es una vista transversal de un dispositivo modular para sumergimiento de chatarra metálica.

La FIG. 2 es otra vista transversal del dispositivo para sumergimiento de chatarra de la FIG. 1. La FIG. 3 es una vista en elevación frontal, parcialmente transversal, de una bomba de metal fundido. La FIG. 4 es una vista plana del dispositivo para sumergimiento de chatarra metálica de la FIG. 1. La FIG. 5 es una vista plana de una modalidad alternativa de una base para un dispositivo para sumergimiento de chatarra metálica, similar al dispositivo representado en la FIG. 1. La FIG. 6 es una vista transversal de la base de la FIG. 5 mostrando un pasaje de descarga. La FIG. 7 es una vista transversal de la base de la FIG. 5 mostrando un pasaje de admisión. La FIG. 8 es una vista en elevación lateral de la base de la FIG. 5 mostrando una abertura de salida del pasaje de descarga. La FIG. 9 es una vista plana de una modalidad alternativa de una base para un dispositivo de sumergimiento de chatarra metálica similar al dispositivo representado en la FIG. 1. La FIG. 10 es una vista transversal de la base de la FIG. 9 mostrando un pasaje de admisión.

La FIG. 11 ßß una vista plana ¡ u a moAJíJU. alternativa de un dispositivo de sumergimiento de chatarra metálica similar al dispositivo representado en la FIG. 1. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con referencia a la FIG. 1, un dispositivo 10 para el sumergimiento o inmersión de chatarra metálica incluye una pared 12 lateral montada en una base 14 separada. La pared lateral y la base se fabrican de un material refractario, un ejemplo no limitante es el grafito. En la modalidad representada en la FIG. 1, la base 14 incluye una ranura 16 que recibe una proyección 18 cooperativa de la pared 12 lateral. En una modalidad alternativa, la base puede incluir una proyección y la pared lateral puede incluir una ranura o canal conformado apropiadamente para recibir la proyección. En aun otra modalidad alternativa, un dispositivo 10 para sumergimiento de chatarra metálica incluye un cuerpo de material refractario que tiene una pared 12 lateral y una base 14. En este caso, la pared 12 lateral y la base 14 no se pueden desmontar una de la otra. El dispositivo de sumergimiento de chatarra metálica no se limita simplemente a las modalidades representadas, sino que puede incluir los dispositivos de sumergimiento descritos en las Patentes Norteamericanas Nos. 6,217,823; 6,036,745 y 4,286,985, cada una de las cuales se incorpora aquí como referencia. Los dispositivos 10 de sumergimiento pueden ser recibidos dentro de una pared que se conocería típicamente como un crisol de carga, tal como aquella descrita en la Patente Norteamericana No. 6,217,823 en la FIG. 1. En la modalidad representada en la FIG. 1, se proporcionan las varillas 22 para asegurar la pared 12 lateral a la base 14. En una modalidad alternativa la pared lateral y la base pueden ser un sólo cuerpo de material refractario, por ejemplo, grafito. En ese caso, las varillas 22 no aseguran la pared 12 lateral a la base, sino más bien las varillas ponen el cuerpo unitario en compresión. Las varillas pueden ser similares a las varillas descritas en la Patente Norteamericana No. 6,451,247, la cual se incorpora aquí como referencia en su totalidad. La pared 12 lateral incluye pasajes 24 substancialmente verticales dentro de los cuales se insertan las varillas 24. La base 14 también incluye pasajes 26 substancialmente verticales que se alinean con los pasajes 24 de la pared lateral y reciben las varillas 22. La base también incluye cavidades 28 que se alinean con los pasajes 24 y 26. Las cavidades 28 permiten que una tuerca u otro elemento 32 de retención sea unida a la varilla 22. Un tapón 34 que puede ser fabricado de material refractario se puede insertar en la cavidad 28 para proteger la varilla 22 y el elemento de retención. Se pueden usar otras formas de unión para unir las varillas 22 a la base 14, incluyendo aquellas descritas en la solicitud de patente con Número de Serie 10/244,883, en tramitación junto con la presente, presentada el 16 de septiembre del 2002 e incorporada aquí como referencia. Se puede proporcionar un miembro 36 de desviación en la parte superior de cada varilla 22. El miembro 26 de desviación puede comprender una pluralidad de arandelas-muelle del tipo Bellville que incluyen una abertura a través de la cual se reciben las varillas 22. Una tuerca 38 se fija arriba de los muelles 36 y cuando se aprieta la tuerca, el miembro 36 de desviación aplica una fuerza compresiva sobre la pared 12 lateral y la base 1 . Otros miembros de desviación convencionales se pueden usar en lugar de las arandelas-muelle del tipo Bellville. Aunque no para estar comprometidos por la teoría, se cree que colocar la pared 12 lateral (FIG. 1) y/o el cuerpo unitario en compresión extiende la vida del dispositivo 10 de sumergimiento. Colocando el cuerpo y/o la pared 12 lateral en compresión, se puede reducir el efecto de las tensiones térmicas sobre el material refractario. Para limitar el efecto de las tensiones térmicas sobre el material refractario la fuerza compresiva necesaria no es tan grande cuando las varillas y el cuerpo refractario se ensamblan originalmente .

Con referencia a la FIG. 5, se muestra una vista superior de la base 14 que tiene cinco pasajes 26 que pueden recibir las varillas 22 (FIG. 1) . La base 14 incluye un pasaje 42 de admisión (mostrado en la FIG. 5) que permite al metal fundido entrar a una cámara 44 de sumergimiento (FIG. 1) definida por la pared 12 lateral y la base. El pasaje 42 de admisión comienza en una abertura 46 de admisión del pasaje definida en una pared 48 lateral de la base 14. La pared 48 lateral de la base en combinación con la pared 12 lateral forma el lado completo del aparato 10. El pasaje 42 de admisión termina en una abertura 50 de admisión de la cámara que se define en una superficie superior de la base 14. La abertura 46 de admisión del pasaje se adapta para recibir un tubo de transferencia (no se muestra) que está en comunicación con una salida de descarga de una bomba de metal fundido, tal como la bomba 52 de metal fundido representada en la FIG. 3, la cual se conoce en la técnica. La abertura 50 de admisión de la cámara es substancialmente elíptica debido a la pendiente lineal hacia arriba del pasaje 42 de admisión a través' de la base. El pasaje 42 de admisión es substancialmente tangencial a una superficie interna de la al menos una pared 12 lateral substancialmente circular. Tal configuración promueve la creación de un flujo de vórtice de metal fundido dentro de la cámara 44 de sumergimiento.

La base 14 también incluye un pasaje 54 de descarga (mostrado en líneas discontinuas en la FIG. 5) . El pasaje 54 de descarga se comunica con una abertura 56 de salida de la cámara en la superficie superior de la base 14 y una abertura 58 de salida del pasaje de descarga en la pared 48 lateral de la base 14. Como se muestra en la FIG. 6, el pasaje 54 de descarga incluye una curva de 90 grados. En la modalidad representada en las FIGs. 5-8, la abertura 56 de salida de la cámara está en el mismo nivel horizontal que la abertura 50 de admisión de la cámara. Se pueden proporcionar depresiones 60 circulares alrededor y concéntricas con los pasajes 56 de las varillas. El metal fundido entra a la cámara 44 a través del pasaje 42 de admisión tangencialmente a la pared 12 lateral. En las modalidades representadas en las FIGs. 1-8, el flujo hacia arriba del metal fundido, debido al pasaje 42 de admisión inclinado, y la entrada del metal fundido tangencialmente a la pared 14 lateral circular resultan en un vórtice que se forma en la cámara 44 de sumergimiento. En otra modalidad representada en las FIGs. 9 y 10, se proporciona una rampa 62 con forma de espiral, similar a la descrita en la Patente Norteamericana No. 6,217,823, la cual se incorpora aquí como referencia. El metal fundido viaja a través del pasaje 42 de admisión y a través de la abertura 50 de admisión de la cámara hasta la rampa 62 con forma de espiral y se derrama sobre un borde interior de la rampa hacia la abertura 56 de salida de la cámara. En otra modalidad, representada en la FIG. 1, el metal fundido fluye hacia arriba a través del pasaje 42 de admisión, similar a la modalidad descrita arriba; sin embargo, en esta modalidad, una salida vertical 64 se proyecta hacia arriba desde la base 14 y se comunica con el pasaje 54 de descarga. En esta modalidad, el metal fundido entra a la cámara 44 en una tangente a la pared 12 lateral, resultando en un patrón de flujo de vórtice. El metal fundido sigue fluyendo hacia arriba en un patrón de vórtice antes de derramarse dentro de la salida vertical y saliendo a través del pasaje 52 de descarga.

En otra modalidad, un desviador de flujo o alabe 66 (FIG. 11) se pueden proporcionar junto y/o unido a la pared 12 lateral del aparato 10, similar a la descrita en la Patente Norteamericana No. 6,036,745. En esta modalidad, el flujo de vórtice del metal fundido en la cámara 44 se controla por el desviador de flujo para dirigir el metal fundido hacia el pasaje 52 de descarga. En otra modalidad, el flujo de vórtice del metal fundido puede ser dividido por otro flujo de metal fundido, tal como aquel descrito en la Patente Norteamericana No. 4,286,985.

El aparato 10 se puede retirar fácilmente de un sistema de sumergimiento de chatarra y se limpia o repara. Para facilitar la colocación del aparato en el sistema de sumergimiento de chatarra y la remoción del aparato del sistema de sumergimiento de chatarra, se puede proporcionar un par de receptáculos 68 de carretilla elevadora (FIG. 2) . Se puede proporcionar un marco 72 de acero que rodea la porción superior de la pared 12 lateral y los receptáculos 68 se pueden fijar al marco. El marco 72 puede tener una configuración general con forma de caja donde la anchura de la caja es igual a un diámetro exterior de la porción superior de la pared 12 lateral . El marco también podría tener otra configuración, tal como cilindrica. El marco se puede fijar a la porción superior de la pared 12 lateral en una manera convencional y también puede retener la porción superior de la pared superior, la cual puede controlar el efecto de las tensiones térmicas sobre la pared lateral . También, el marco puede incluir un reborde que tenga aberturas 76 alineadas con los pasajes. El muelle 36 y la tuerca 38 pueden intercalar el reborde 74 entre el muelle y la parte superior de la pared 12 lateral cuando las varillas se reciben a través de las aberturas . El dispositivo 10 de sumergimiento de materiales también se puede usar como una cámara de inyección de gases para una operación de "desmagnetización" o "desgasificación" . Como se observa en la FIG. 2, se puede proporcionar una admisión 80 de inyección de gas en la pared lateral 12. Sin embargo, la admisión 80 de inyección de gas se puede localizar en cualquier parte en el dispositivo, por ejemplo, en el pasaje 42 de admisión, antes del pasaje de admisión, cerca o en el pasaje 54 de descarga, etc. La admisión 80 de inyección de gas puede recibir un tubo 82 de inyección de gas que está en comunicación con una fuente de gas (típicamente cloro en una operación de "desmagnetización"). En una operación de "desmagnetización" típica, se produce un material insoluble, de desperdicios, que típicamente se recoge del baño. Como el dispositivo 10 de sumergimiento de materiales se puede retirar del horno, cualquier material insoluble que se recolecte dentro de la cámara 44 de sumergimiento se puede remover sin tener que parar el horno por un periodo de tiempo prolongado. Un dispositivo 10 de sumergimiento se puede retirar del horno para limpieza se puede colocar en el horno otro dispositivo de sumergimiento limpio mientras el primero esta siendo limpiado. Aun cuando se ha descrito una operación de "desmagnetización", el dispositivo de sumergimiento se puede usar con otras operaciones de inyección de gases . También, como el dispositivo 10 de sumergimiento se puede retirar del horno, también se puede proporcionar un tubo 84 de extensión de admisión que se comunica con el pasaje 42 de admisión y un tubo 86 de extensión de la descarga que se comunica con el pasaje 54 de descarga. Como se observa en la FIG. 2, los tubos de extensión 84 y 86 se extienden fuera de la base 14 y pueden ser integrales con o bien pueden estar conectados a (usando los métodos de fijación convencionales conocidos en la técnica) la base 14. El tubo 86 de extensión de la salida asegura o al menos impulsa al metal fundido (y toda la escoria) a fluir por debajo de un arco que separa el pozo que recibe el dispositivo 10 de sumergimiento y un crisol de escoria o espuma adyacente. El dispositivo de sumergimiento de chatarra descrito arriba aumenta la flexibilidad de operación de la planta. Una ventaja de una dispositivo de sumergimiento de materiales removible es la flexibilidad de alimentación de la chatarra. Por ejemplo, las partículas finas o de baja densidad pueden ser adecuadas para un dispositivo de sumergimiento de materiales que crea un flujo de metal de vórtice, pero las partículas más densas típicamente no necesitan el flujo de vórtice del metal para sumergirse en el baño de metal fundido. En una situación donde se están sumergiendo las partículas más densas, el dispositivo de sumergimiento de chatarra puede ser retirado del horno. La remoción del dispositivo de sumergimiento de chatarra también puede aumentar la eficiencia de la bomba de recirculación, dado que la bomba ya no necesita generar el flujo de vórtice en el dispositivo de sumergimiento de materiales. También, como el dispositivo de sumergimiento de chatarra es removible, este se puede limpiar fácilmente. Esto permite que el dispositivo de sumergimiento de chatarra sea usado en una cámara de inyección de gases, y cualquier escoria u otros sólidos que puedan acumularse en los lados del dispositivo puedan ser removidos mientras que otro dispositivo se coloca en el horno, limitando así el tiempo muerto del horno . El aparato se ha descrito con referencia a las modalidades preferidas . Se les ocurrirán modificaciones a aquellos que lean la descripción precedente, junto con las referencias incorporadas cono referencia. Se pretende que esta descripción cubra todas las modificaciones descritas por la descripción precedente, las referencias incorporadas y los equivalentes de las mismas .

Claims (21)

1. REIVINDICACIONES 1. Un dispositivo de sumergimiento o inmersión de chatarra, caracterizado porque comprende: un cuerpo compuesto de un material refractario que define una cámara de sumergimiento, el cuerpo que incluye al menos un pasaje; y una varilla en el pasaje, en donde la varilla se coloca bajo tensión para impartir una carga compresiva sobre el cuerpo .
2. 2. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque, comprende además un miembro de desviación dispuesto en un extremo de la varilla, para aplicar una fuerza compresiva sobre el cuerpo .
3. 3. El dispositivo de la reivindicación 2, caracterizado porque, comprende además un elemento de retensión en un extremo de la varilla opuesto al miembro de desviación.
4. 4. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterízado porque, el cuerpo incluye un pasaje de admisión inclinado hacia arriba verticalmente, para permitir que el material entre a la cámara de sumergimiento.
5. 5. El dispositivo de la reivindicación 4, caracterizado porque, el pasaje de admisión es al menos substancialmente tangencial a una superficie interna de la cámara de sumergimiento.
6. 6. El dispositivo de la reivindicación 5, caracterizado porque, el cuerpo define una abertura de salida en substancialmente la misma altura dentro de la cámara de sumergimiento que una abertura de admisión.
7. 7. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque, comprende además un elemento de pared lateral y un elemento de base interconectados por medio de la varilla.
8. 8. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque, comprende además un marco que rodea al menos parcialmente al menos una porción superior del cuerpo.
9. 9. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque, comprende además una pluralidad de varillas dentro de los pasajes en dicho cuerpo.
10. 10. Un dispositivo de sumergimiento o inmersión de chatarra metálica, caracterizado porque comprende: un cuerpo que comprende una pared lateral y una base, la pared lateral que incluye al menos un pasaje orientado substancialmente de manera vertical, y la base que incluye al menos un pasaje orientado substancialmente de manera vertical, alineado con el pasaje en la pared lateral; una varilla recibida en ambos pasajes; un pasaje de admisión dispuesto en al menos uno de la pared lateral y la base para permitir que el material fundido entre al dispositivo de sumergimiento de chatarra; y un pasaje de salida dispuesto en la base para permitir que el material fundido salga del dispositivo de sumergimiento de chatarra.
11. 11. El dispositivo de la reivindicación 10, caracterizado porque, la pared lateral se monta de manera removible a la base .
12. 12. El dispositivo de la reivindicación 11, caracterizado porque, el uno de la pared lateral y la base incluye una ranura y el otro incluye una proyección cooperativa recibida en la ranura cuando la pared lateral y la base se unen.
13. 13. El dispositivo de la reivindicación 10, caracterizado porque, comprende además medios para controlar el flujo de vórtice de metal fundido dentro del dispositivo de sumergimiento.
14. 14. El dispositivo de la reivindicación 10, caracterizado porque, comprende además un tubo de extensión de salida conectado al cuerpo y en comunicación con el pasaje de salida.
15. 15. El dispositivo de la reivindicación 10, caracterizado porque, comprende además un tubo elevador que se extiende hacia arriba desde la base y en comunicación con el pasaje de salida.
16. 16. El dispositivo de la reivindicación 10, caracterizado porque, el cuerpo define una admisión de inyección de gases en comunicación con el dispositivo de sumergimiento y una fuente de gas asociada.
17. 17. El dispositivo de la reivindicación 10, caracterizado porque, comprende además un marco conectado a la pared lateral, el marco que se adapta para limitar la expansión térmica o la contracción térmica de la pared lateral .
18. 18. Un método para extender la vida de un dispositivo de sumergimiento de materiales compuesto de un material refractario y conformado para generar un flujo de vórtice del metal, el método que comprende confinar el dispositivo de sumergimiento de materiales con una estructura fabricada de un material que tiene una resistencia a la tracción mayor que el material refractario .
19. 19. El método de la reivindicación 18, caracterizado porque, la estructura comprende una varilla bajo tensión.
20. 20. El método de la reivindicación 18, caracterizado porque, la estructura comprende un marco.
21. 21. Un horno, caracterizado porque comprende: un pozo del dispositivo de sumergimiento o inmersión; un pozo de bombas en comunicación con el pozo del dispositivo de sumergimiento; un crisol de escoria o espuma en comunicación con el dispositivo de sumergimiento o inmersión; un dispositivo de sumergimiento removible dispuesto en el pozo del dispositivo de sumergimiento.