WO2023073257A1 - Equipo y procedimiento de enfriamiento y separación de escorias de aluminio - Google Patents

Equipo y procedimiento de enfriamiento y separación de escorias de aluminio Download PDF

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WO2023073257A1
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trommel
aluminum slag
slag
vibrating
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Juan Carlos DÍAZ QUIROGA
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Quiroga Beltrán Inversiones, S.L.
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the object of the present invention is related to the technical field corresponding to mechanical engineering, specifically to the metallurgy sector.
  • the present invention refers to an equipment and method using said equipment for the cooling and separation of aluminum slag for its subsequent packaging and stowage, with its corresponding use as raw material, all automatically according to temperature and time parameters.
  • Aluminum is a non-ferromagnetic metal and is the third most common element that can be found in the earth's crust.
  • This metal is extracted only from the ore known as bauxite, first by transformation into alumina using the Bayer process and then into metallic aluminum by electrolysis.
  • Alloyed with other metals it is used to create load-bearing structures in architecture and to manufacture industrial parts for all types of vehicles and boilers. It is also present in household items such as kitchen utensils and tools.
  • furnaces are used where aluminum at high temperatures is used molten for molding parts or in alloys with other metals. During this aluminum casting process, slag is generated that has a metallic content that is difficult to use.
  • the slags coming from the foaming/slagging of smelting furnaces react exothermically emitting incandescent particles and fumes into the atmosphere when they are extracted from the furnace chamber at high temperatures (650 oC -950 oC ).
  • the slag contains a mixture of liquid metal (5%-50%) and metallic oxides (95%-50%) that, in contact with air, generates an oxidative reaction on the aluminum, losing its metallic characteristics and therefore its value. .
  • the aluminothermy reaction can feed back since the oxidative process is exothermic, losing the metal content of the slag if the cooling process is not stabilized.
  • the temperature must drop below 400 ° C as quickly as possible, since, during this cooling time, the oxides adhere to the metallic fraction and continue to rise until sufficient temperature is lost to neutralize. the aluminothermic reaction.
  • the slags when they have lost enough temperature to be handled, are transferred to a slag heap or container for use, to be subsequently transferred to a waste manager.
  • a slag heap or container for use, to be subsequently transferred to a waste manager.
  • a waste manager In the cooling process, as they contain a large metallic fraction, they may have turned into blocks of irregular composition and format, making handling and stowage difficult.
  • Document DE2713281 describes an aluminum cooling equipment, however, it does not separate the metallic fractions from the oxide and nitride fractions existing in the generated slag, nor does it guarantee a sufficient residence time for the metal to extract solids, and there may be discharges of dangerous liquid aluminum
  • Document ES2010575 proposes a method for improving slag cooling facilities, however, it does not eliminate the transfer of slag in containers from the smelting furnaces to the equipment, so that during that time the slag enters a state of aluminothermy and oxidizes the metal, though it also solidifies the metal part at the bottom of the proposed container turning into blocks that hit the team when flipped on it.
  • the cooling system in turn is by cloud of water, arising the problem of generating corrosive atmospheres and possible reactions of ammonia and chlorides when in contact with the environment of the facility.
  • document ES2060480 presents a procedure for cooling hot slag and a cooler using said procedure, but it does not correct the problem arising from the intermediate transfer of slag from the furnaces, since this transfer is carried out using transfer boxes, without resolving either the danger of solidification and aluminothermic processes of the slag during the operation. Likewise, it is only applicable to large slag productions.
  • the document EP1640464 exposes a procedure and installation for the cooling of aluminum slag, although it still does not eliminate the transfer in containers from the slag, entering said slag in aluminothermy and oxidizing the metal, although it solidifies the metallic part at the bottom of the container becoming in blocks.
  • the system proposed in the patent does not have forced refrigeration, so lowering the temperature below 400 ° C to avoid aluminothermy when it has already arisen is only achieved with oxygen isolation, and the system is not waterproof, so it does not avoid the same. Likewise, it is a slow system and does not allow continuous use, waiting for cooling cycles and considerably increasing production time.
  • Document JP2001020020A describes a refrigerated double-chamber rotary system for slag cooling.
  • the system does not solve or describe the conditionality of the height of evacuation of the slag from the furnace, therefore it conditions the construction and design of furnaces to provide the necessary height to incorporate an immediate cooling process. out of the ovens.
  • the described system incorporates a cooling liquid feeding system that does not guarantee a sufficient heat exchange for the stabilization of the slag in a short time, so it resorts to injecting argon into the atmosphere of the chamber in order to avoid aluminotherms.
  • the system includes hatches and flaps which, with semi-molten materials (liquid aluminum inside the slag from the furnaces) are technically unfeasible.
  • Document US3534910 mentions transport and crushing by means of a vibrating system with a refrigerated chamber.
  • the system proposes mechanical cams for crushing the slag and does not solve the plastic behavior of the molten metal of the slag that ends up clogging the cams.
  • the system is portable to avoid occupying the slag exit mouth of the furnaces but it does not resolve the operations of the foundries, conditioning the cooling water and energy connections with hoses or flexible connections that in foundries is technically unfeasible in the environment of the furnace mouths, and interfering with the system in slagging processes by conditioning access in slagging operations.
  • the equipment object of the invention and the method used for the cooling and separation of aluminum slag aims to solve the problems raised, by means of a continuous cooling of the slag collected from the furnaces until it is ground to separate the metallic portion from the oxide portion. , favoring the reduction of the temperature below 400 ° C as soon as possible in order to avoid the process of aluminothermy or fire of said slags, and without interfering in the constructive design of the furnaces (height and access) to operate during the scumbag.
  • the slag cooling and separation equipment includes a slag extraction tray located under the slag extraction door of a melting furnace, where the slag falls immediately through an opening that is part of the tray. extraction, to a vibrating duct, located under said extraction tray, with the possibility of incorporating an internal refrigeration chamber through which a coolant circulates and allows the cooling of the slag while it is transported along said duct, favoring cooling continuous.
  • the invention does not interfere with the design of the kilns where it is installed, nor the conditionality that these systems may represent when coupling them to the kiln mouths during the slag extraction process.
  • the equipment object of the invention is located at approximately 90 e with respect to the outlet of the slag, avoiding interfering with the descaling operations.
  • the invention also comprises a vibrating elevator connected to the vibrating duct, with a channel equipped with a lower inlet and an upper outlet, receiving the slag from the vibrating duct through the lower inlet and moving it vertically to its upper outlet, from where it can start. a ramp that allows access to a refrigeration trommel.
  • the vibrating elevator can also incorporate another refrigeration chamber that allows the slag to cool while it ascends and continuously if it has not cooled below 400 ° C in the vibrating duct, the temperature from which the slag is not in danger of entering the aluminothermic phase. Thanks to the incorporation of the vibrating elevator, the equipment can be installed at any height and in any type of oven because the trommel is fed by said elevator, only scaling the height of the connections to it.
  • the refrigeration trommel receives the slag in a guided manner through an access conduit located between said access mouth and the upper exit of the vibrating elevator or extended from the exit ramp.
  • the access conduit divides the manhole into an inlet section through which the slag is introduced and an outlet section, through which the slag is evacuated by overflow from the trommel when it accumulates until it reaches the level of said outlet section. and collected in some drawers for later categorization.
  • the refrigeration trommel is arranged on a bench and has a body that has the ability to rotate on its axis, and the incorporation of rollers in the head can favor this rotation.
  • bench being motor turning rollers or rotation transmission derived from one or more reducers.
  • the internal wall comprises an internal space limited by an internal wall, said internal wall presenting a preferably polygonal configuration, favoring autogenous grinding and the separation of aluminum slag into metallic fractions and oxide fractions due to the irregular shock of the same during the process.
  • the internal wall is surrounded by a refrigeration chamber that incorporates the refrigeration trommel, located in said chamber some tubes through which refrigerant liquid circulates.
  • the tubes are coupled to a distributor plate, with the ability to rotate jointly with the rotation of the cooling trommel, said distributor plate embedded in the refrigeration chamber of the trommel body.
  • the distributor plate is a circular or essentially circular body that has an internal chamber, where the tubes that extend longitudinally along the refrigeration chamber of the trommel body are received, communicating with the refrigeration chamber and with the internal chamber of the trommel. distributor plate.
  • the rotating union is an element that is equipped with two internal pipes, a delivery pipe and a return pipe, specifically. Said rotating union allows collecting coolant liquid driven from a hydraulic pump that is connected to a liquid tank, said pump connected to the rotating union by means of hydraulic connection elements, specifically to the drive line.
  • This liquid is directed to the internal chamber of the distributor plate and, consequently, to the cooling tubes, which distribute the liquid through the trommel cooling chamber until it is completely filled and thus increase the heat exchange between the aluminum slag located in the trommel and the refrigeration chamber.
  • the distributor plate rotates around its own axis in solidarity with the body of the trommel, achieving a forced and homogeneous distribution throughout the refrigeration chamber, so that the aluminum slag housed in the trommel is refrigerated at the same time that it is ground, making possible and favoring the separation for the use of the metallic fraction.
  • the distribution system (joint, distributor plate, ducts) is pressurized and the pressure and flow rate of the coolant is regulated by means of the regulation ramp outside the equipment.
  • the water inlet is connected directly to the foundry's pressurized water network, and the flow rate is regulated by means of a valve at the outlet of the circuit.
  • a suction unit intervenes, equipped with suction ducts, a motor connected to said ducts and one or more separator filters to classify the oxide fraction aspirated, opening said suction ducts at the upper outlet of the vibrating elevator and/or at the access mouth of the refrigeration trommel.
  • the object invention is associated with a slag extraction and separation process in which the stages of: depositing the aluminum slag in the extraction tray, transferring the aluminum slag to the vibrating duct, transferring the aluminum slag through the vibrating duct to the vibrating elevator, and from there, to the refrigeration trommel.
  • These stages can be carried out with continuous refrigeration by incorporating refrigeration chambers both in the duct and in the vibrating elevator.
  • the filtering system by releasing the solid particles captured by aspiration, are collected in the lower hopper by bag blowing, and these are channeled through a conduit that can be discharged at the same outlet as the slag from the grinding trommel through from the ramp box or drive through another exit, changing the trouser clapper. This is done to take advantage of the recovery of this filtered dust that contains between 15 and 30% aluminum and which, depending on said content, can be recovered together with the treated slag or separated in another container to be treated separately.
  • the slag reaches the cooling trommel, by colliding it against the polygonally arranged walls and continuous cooling thanks to the cooling chamber, it is ground and separated into metallic and oxide portions, depositing by overflowing the metallic portion in drawers for its treatment and reuse or use as raw material and vacuuming the oxide portion to treat it separately.
  • This described process allows obtaining metal fractions from aluminum slag for its subsequent use as raw material, reducing the waste generated in conventional processes, where the total amount of slag generated is classified as waste, wasting its metal content for recycling or future use in metallurgical processes.
  • Figure 1 Shows a perspective view of the slag extraction and cooling equipment.
  • Figure 2. Shows a front view of the slag extraction and cooling equipment.
  • Figure 3. Shows a perspective view of the front section of the refrigeration trommel.
  • Figure 4.- Shows a side sectional view of the refrigeration trommel.
  • Figure 1 shows a perspective view of the slag extraction and cooling equipment comprising an aluminum slag extraction tray (1) intended to be positioned under the slag extraction door of a melting furnace, presenting an opening ( 32) that allows the passage of slag up to a certain size, limited by the vibrating duct section, a vibrating duct (2) equipped with a first end (3) and a second end (4) that is holed under the extraction tray ( 1) through an area close to the first end (3) and which transfers the aluminum slag from the first end (3) to the second end (4).
  • the invention additionally comprises a vibrating elevator (5) that is linked to the vibrating conduit (2).
  • Said vibrating elevator (5) additionally comprises a central body (6) with a channel (7) arranged upwards and helically around the longitudinal axis of said central body (6) with a lower entrance (8), which receives the second end (4) of the vibrating duct (2), and an upper exit (31), from which an exit ramp (10) can start.
  • the aluminum slag extraction and suction equipment has a refrigeration trommel (9), represented in Figure 4, with the ability to rotate on a bench (33); and which receives the slag transported by the vibrating elevator (5) through the exit ramp (10).
  • the refrigeration trommel (9) comprises a front zone (19) and a rear zone (20), presenting an access mouth (11) where the exit ramp (10) ends.
  • the invention additionally comprises filtering equipment (16) that sucks the oxide portions of the slag from the upper outlet (31) and/or from the access mouth (11), said filtering equipment being equipped with (16) of suction ducts (26) that connect with the upper outlet (31) of the vibrating elevator (5) and/or with the access mouth (11) of the refrigeration trommel (9), a suction motor ( 27) connected to the suction ducts (26), and at least one separator filter (28) linked to the suction motor (27), to then classify said oxide portions.
  • FIG. 2 shows a front view of the slag extraction and cooling equipment where it is observed how the vibrating duct (2) and the vibrating elevator (5) can additionally include a vibrating duct refrigeration chamber (17) and a refrigeration chamber vibrating elevator (18), which cools the aluminum slag that is transported by said elements from the extraction tray (1) passing through the vibrating duct (2) to its second end (4), received in turn by the inlet bottom (8) of the channel (7) of the vibrating elevator (5).
  • a vibrating duct refrigeration chamber (17) and a refrigeration chamber vibrating elevator (18) which cools the aluminum slag that is transported by said elements from the extraction tray (1) passing through the vibrating duct (2) to its second end (4), received in turn by the inlet bottom (8) of the channel (7) of the vibrating elevator (5).
  • Figures 3 show a sectioned perspective view of the front area (19) of the cooling trommel (9).
  • the cooling trommel (9) comprises an internal space (13) limited by an internal wall (14), which preferably has a polygonal configuration to facilitate the grinding of the aluminum slag found in the internal space (13 ) due to irregular impact with said internal wall (14).
  • the refrigeration trommel (9) comprises a trommel refrigeration chamber (15), surrounding the internal wall (14), which cools the aluminum slag while grinding it in order to separate the aluminum slag. usable metallic portion thereof and the oxide portion that will be collected by the suction equipment (16).
  • Figure 4 shows a sectional view of the refrigeration trommel (9), where refrigeration tubes (21) are located in the trommel refrigeration chamber (15) for conducting a refrigerant liquid inside said refrigeration chamber ( 15) to reduce the temperature of the slag, a distributor plate (22) located inside the first refrigeration chamber (15) and where the refrigeration tubes (21) are coupled, with a rotation movement in solidarity with the rotation movement of the body of the refrigeration trommel (9), configured to position the refrigeration tubes (21) so that the refrigerant liquid is distributed homogeneously through the first refrigeration chamber (15) from the front area (19) to the area rear (20).
  • the distributor plate (22) comprises an internal chamber (35) that receives the coolant from the rotating union (23) and communicates with the cooling tubes (21), configured to direct the liquid towards said cooling tubes (21). .
  • the refrigeration trommel (9) also incorporates a rotating joint (23) arranged in the rear area (20) and connected to the distributor plate (22), intended to direct the coolant liquid at a lower temperature towards the refrigeration tubes (21) and to collect the refrigerant liquid at a higher temperature from the first refrigeration chamber (15) through the rear area (20).
  • Said rotating union (23) comprises a delivery line (36) that connects with the internal chamber (35) of the distributor plate, capable of directing coolant from a liquid tank towards said internal chamber (35); and a return line (37) that communicates with the trommel refrigeration chamber (15) and which receives the liquid at a higher temperature that circulates through said trommel refrigeration chamber (15).
  • the equipment object of the invention is associated with a procedure for the extraction of aluminum slag and its cooling in order to take advantage of the metallic portion and separate the oxide portion thereof. Said procedure comprises the following stages:

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Abstract

Equipo y procedimiento de enfriamiento y separación de escorias de aluminio que comprende una bandeja de extracción de escorias para recoger las escorias de aluminio desde la puerta de un horno de fusión, un conducto y un elevador vibrante que transportan la escoria hasta un trómel de refrigeración, que está dotado de un cuerpo con un espacio interno limitado por una pared interna configurada poligonalmente y por una cámara de refrigeración, provocando la separación de la fracción de metal y de la fracción de óxido de las escorias gracias al choque con la pared interna durante el giro del cuerpo del trómel de refrigeración y al enfriamiento de la misma, para posterior recogida y aprovechamiento de la fracción metálica. Finalmente, la fracción de óxido es aspirada por un equipo de filtrado para su posterior tratamiento como residuo.

Description

EQUIPO Y PROCEDIMIENTO DE ENFRIAMIENTO Y SEPARACIÓN DE ESCORIAS DE ALUMINIO
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OBJETO DE LA INVENCIÓN
El objeto de la presente invención se relaciona con el campo técnico correspondiente al de ingeniería mecánica, concretamente al sector de la metalurgia.
La presente invención se refiere un equipo y método empleando dicho equipo para el enfriamiento y separación de escorias de aluminio para su posterior envasado y estiba, con su correspondiente aprovechamiento como materia prima, todo ello de manera automática según parámetros de temperatura y tiempos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El aluminio es un metal no ferromagnético y es el tercer elemento más común que puede encontrarse en la corteza terrestre.
Este metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrólisis.
Posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería de materiales, tales como su baja densidad y su alta resistencia a la corrosión; y mediante aleaciones adecuadas con otros metales se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica, siendo el metal más empleado en ingeniería mecánica después del acero.
La utilización industrial del aluminio ha hecho de este metal uno de los más importante, tanto en cantidad como en variedad de usos, siendo hoy en día un material polivalente que se aplica en ámbitos económicos muy diversos.
Aleado con otros metales, se utiliza para la creación de estructuras portantes en la arquitectura y para fabricar piezas industriales de todo tipo de vehículos y calderería. También está presente en enseres domésticos tales como utensilios de cocina y herramientas. En los procesos de producción del aluminio, se utilizan hornos donde el aluminio en altas temperaturas se aprovecha fundido para el moldeo de piezas o en aleaciones con otros metales. Durante ese proceso de fundición de aluminio, se generan unas escorias que presentan un contenido metálico difícilmente aprovechable
Las escorias provenientes del espumado/escoriado de hornos de fusión reaccionan exotérmicamente emitiendo partículas incandescentes y humos a la atmósfera cuando son extraídos de la cámara del horno a altas temperaturas (650eC-950eC).
La escoria contiene una mezcla de metal líquido (5%-50%) y óxidos metálicos (95%-50%) que, en contacto con el aire, genera una reacción oxidativa sobre el aluminio, perdiendo su característica metálica y por tanto su valor.
Si la temperatura de extracción de las escorias es muy alta, la reacción de aluminotermia puede retroalimentarse ya que el proceso oxidativo es exotérmico, perdiéndose el contenido metálico de las escorias si no se estabiliza el proceso de enfriamiento.
Para evitar esta reacción oxidativa, la temperatura ha de bajar de los 400eC tan rápido como sea posible, ya que, durante ese tiempo de enfriamiento, los óxidos se adhieren a la fracción metálica y siguen aumentando hasta que se pierde temperatura suficiente para neutralizar la reacción aluminotérmica.
La técnica aplicada de manera habitual actualmente en las fundiciones es el simple depósito en contenedores de las escorias extraídas de los hornos, esperando a su enfriamiento. Si el proceso se realiza descontroladamente, las escorias pueden incendiarse produciéndose la reacción anteriormente comentada.
Las escorias, cuando han perdido suficiente temperatura para poder ser manipuladas, son trasladadas a un escorial o contenedor al uso, para ser posteriormente trasladadas a un gestor de residuos. En el proceso de enfriamiento, al tener una fracción metálica importante, puede que se hayan convertido en bloques de irregular composición y formato, dificultando su manipulación y estiba.
La problemática surgida es que no existe ninguna aplicación funcional y estandarizada para la mejora del proceso, con resultados irregulares. El documento DE2713281 describe un equipo de enfriamiento de aluminio, sin embargo, no separa las fracciones metálicas de las fracciones de óxidos y nitruros existentes en las escorias generadas ni garantiza un tiempo de residencia del metal suficiente para que se extraiga sólido, pudiendo existir vertidos de aluminio líquido peligrosos.
El documento ES2010575 propone un método de perfeccionamiento de instalaciones enfriadoras de escorias, sin embargo, no elimina el trasvase en contenedores de la escoria desde los hornos de fusión al equipo, de forma que la escoria durante ese tiempo entra en estado de aluminotermia y oxida el metal, aunque también solidifica la parte metálica en el fondo del contenedor propuesto convirtiéndose en bloques que golpean al equipo cuando se voltea sobre él. El sistema de enfriamiento a su vez es por nube de agua, surgiendo la problemática de generar atmósferas corrosivas y con posibles reacciones de amoniacos y cloruros al estar en contacto con el ambiente de la instalación.
Por otra parte, el documento ES2060480 presenta un procedimiento de enfriado de escorias calientes y un enfriador empleando dicho procedimiento, pero no corrige la problemática surgida del traslado intermedio de las escorias procedentes de los hornos, ya que ese traslado es realizado mediante cajones de trasvase, sin resolver tampoco la peligrosidad de solidificación y procesos aluminotérmicos de las escorias durante la operación. Asimismo, sólo es aplicable a grandes producciones de escorias.
El documento EP1640464, expone un procedimiento e instalación para el enfriado de escorias de aluminio, aunque sigue sin eliminar el trasvase en contenedores desde la escoria, entrando dicha escoria en aluminotermia y oxidando el metal, aunque solidifica la parte metálica en el fondo del contenedor convirtiéndose en bloques.
El sistema propuesto en la patente no tiene refrigeración forzada, por lo que disminuir la temperatura por debajo de 400eC para evitar aluminotermia cuando ésta ya ha surgido sólo se consigue con aislamiento de oxígeno, y el sistema no es estanco por lo que no evita la misma. Igualmente, es un sistema lento y no permite el uso en continuo, esperando ciclos de enfriamiento y aumentando considerablemente el tiempo de producción.
El documento JP2001020020A, describe un sistema rotativo de doble cámara refrigerada para el enfriamiento de escorias. El sistema no soluciona ni describe la condicionalidad de la altura de evacuación de las escorias del horno por lo que condiciona la construcción y diseño de hornos para dotar de altura necesaria para incorporar un proceso de refrigeración inmediata a la salida de los hornos. El sistema descrito incorpora un sistema de alimentación de líquido refrigerante que no garantiza un intercambio térmico suficiente para la estabilización de la escoria en poco tiempo, por lo que recurre a inyección de argón en la atmósfera de la cámara con el fin de evitar aluminotermias. El sistema incluye trampillas y clapetas que, con materiales semifundidos (aluminio líquido dentro de las escorias procedentes de los hornos) son inviables técnicamente.
El documento US3534910 menciona transporte y trituración mediante sistema vibrante con cámara refrigerada. El sistema propone levas mecánicas para el triturado de las escorias y no resuelve el comportamiento plástico del metal fundido de las escorias que terminan obturando las levas. El sistema es portátil para evitar ocupar la boca de salida de escorias de los hornos pero no resuelve la operativa de las fundiciones, condicionando las conexiones de agua de refrigeración y energía con mangueras o conexiones flexibles que en fundición es técnicamente inviable en el entorno de las bocas de los hornos, e interfiriendo el sistema en los procesos de escoriado al condicionar el acceso en las operaciones de desescoriado.
El documento US2016/01457716 no incorpora tratamiento mecánico alguno de las escorias, por lo que la eficiencia del sistema es baja y sólo trata de enfriar las escorias evitando el contacto con atmósfera oxidativa incorporando gas inerte en diferentes fases del proceso. Aunque puede adaptarse a la boca del horno, condiciona el diseño constructivo y ocupa el área de operación de escoriado.
En todos estos sistemas se incorporan filtros de depuración de gases mediante aspiración forzada. El contenido metálico de los efluentes gaseosos del proceso de enfriamiento y trituración de las escorias puede ser alto (de hasta un 30%) y no se describe su recuperación en ninguno de ellos.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El equipo objeto de la invención y el método empleado para el enfriamiento y separación de escorias de aluminio pretende resolver las problemáticas planteadas, mediante un enfriamiento continuo de la escoria recogida desde los hornos hasta que es molida para separar la porción metálica de la porción de óxido, favoreciendo la disminución de la temperatura por debajo de los 400eC lo antes posible con el fin de evitar el proceso de aluminotermia o incendio de dichas escorias, y sin interferir en el diseño constructivo de los hornos (altura y accesos) para operar durante el desescoriado. El equipo de enfriamiento y separación de escorias comprende una bandeja de extracción de escorias situada bajo la puerta de extracción de dichas escorias de un horno de fusión, lugar por donde caen las escorias, de forma inmediata y a través una abertura que forma parte de la bandeja de extracción, a un conducto vibrante, situado bajo dicha bandeja de extracción, con posibilidad de incorporar una cámara interna de refrigeración por donde circula un líquido refrigerante y permite la refrigeración de la escoria mientras es transportada a lo largo de dicho conducto, favoreciendo el enfriamiento continuo.
La invención no interfiere en el diseño de los hornos donde es instalada, ni la condicionalidad que estos sistemas pueden representar a la hora de acoplarlos a las bocas de los hornos durante el proceso de extracción de escorias. Concretamente, el equipo objeto de invención está situado a aproximadamente 90e respecto de la salida de las escorias, evitando interferir en las operaciones de desescohado.
Seguidamente, la invención comprende además un elevador vibrante conectado al conducto vibrante, con un canal dotado de una entrada inferior y una salida superior, recibiendo por la entrada inferior las escorias desde el conducto vibrante y trasladándolas verticalmente hasta su salida superior, de donde puede partir una rampa que posibilita el acceso a un trómel de refrigeración. El elevador vibrante también puede incorporar otra cámara de refrigeración que permita el enfriamiento de la escoria mientras asciende y de forma continuada en caso de que no se hubiera enfriado por debajo de los 400eC en el conducto vibrante, temperatura a partir de la cual la escoria no corre peligro de entrar en fase aluminotérmica. Gracias a la incorporación del elevador vibrante, el equipo puede instalarse a cualquier altura y en cualquier tipo de horno debido a que el trómel es alimentado por dicho elevador, escalando la altura únicamente de las conexiones hacia él.
El trómel de refrigeración recibe las escorias de manera guiada mediante un conducto de acceso localizado entre dicha boca de acceso y la salida superior del elevador vibrante o extendido desde la rampa de salida. El conducto de acceso divide la boca de acceso en una sección de entrada por donde es introducida la escoria y en una sección de salida, por donde es evacuada la escoria por rebose desde el trómel cuando se acumula hasta alcanzar el nivel de dicha sección de salida y recogida en unos cajones para su posterior categohzación.
El trómel de refrigeración está dispuesto sobre una bancada y presenta un cuerpo que posee capacidad de giro sobre su eje, pudiendo favorecer este giro la incorporación de rodillos en la bancada, siendo rodillos de giro motrices o de transmisión de giro derivado de una o varias reductoras.
A su vez comprende un espacio interno limitado por una pared interna, presentando dicha pared interna una configuración preferentemente poligonal, favoreciendo la molienda autógena y la separación de las escorias de aluminio en fracciones metálicas y fracciones de óxido debido al choque irregular de las mismas durante el giro. La pared interna está envuelta por una cámara de refrigeración que incorpora el trómel de refrigeración, localizándose en dicha cámara unos tubos por los que circula líquido refrigerante.
Los tubos están acoplados a un plato distribuidor, con capacidad de giro solidario al giro del trómel de refrigeración, encastrado dicho plato distribuidor en la cámara de refrigeración del cuerpo del trómel. El plato distribuidor es un cuerpo circular o esencialmente circular que presenta una cámara interna, donde son recibidos los tubos que se prolongan longitudinalmente a lo largo de la cámara de refrigeración del cuerpo del trómel, comunicando con la cámara de refrigeración y con la cámara interna del plato distribuidor.
La junta rotativa es un elemento que está dotado de dos conducciones internas, una conducción de impulsión y una conducción de retorno, concretamente. Dicha junta rotativa permite recoger líquido refrigerante impulsado desde una bomba hidráulica que está conectada a un depósito de líquido, conectada dicha bomba a la junta rotativa mediante elementos de conexión hidráulica, concretamente a la conducción de impulsión.
Ese líquido es dirigido a la cámara interna del plato distribuidor y, en consecuencia, a los tubos de refrigeración, que distribuyen el líquido por la cámara de refrigeración de trómel hasta llenarla por completo y así aumentar el intercambio de calor entre las escorias de aluminio localizadas en el trómel y la cámara de refrigeración.
A la par que se realiza esa distribución de líquido, para favorecer el proceso de enfriamiento de escorias de aluminio, el plato distribuidor gira alrededor de su propio eje de manera solidaria al cuerpo del trómel, consiguiendo una distribución forzada y homogénea a lo largo de la cámara de refrigeración, de forma que la escoria de aluminio alojada en el trómel es refrigerada a la par que molida, posibilitando y favoreciendo la separación para el aprovechamiento de la fracción metálica. Una vez se ha distribuido el líquido refrigerante a mayor temperatura y ha absorbido el calor de las escorias de aluminio, éste es recogido por la junta rotativa nuevamente, por la conducción de retorno, que comunica directamente con la cámara de refrigeración del trómel, siendo la distribución de fluido bidireccional, iniciando continuamente un proceso cíclico de refrigeración de escorias.
El sistema de distribución (junta, plato distribuidor, conductos) está presurizado y regulada presión y caudal del líquido refrigerante mediante la rampa de regulación exterior al equipo. La entrada de agua se conecta directamente a la red de agua a presión de la fundición, y la regulación de caudal se hace por medio de válvula en la salida del circuito.
Durante el transporte entre los diferentes elementos y su depósito en el trómel de refrigeración, interviene un equipo de aspiración, dotado de unos conductos de aspiración, un motor conectado a dichos conductos y uno o más filtros separadores para catalogar la fracción de óxido aspirada, embocando dichos conductos de aspiración en la salida superior del elevador vibrante y/o en la boca de acceso del trómel de refrigeración.
Asimismo, la invención objeto está asociada a un proceso de extracción y separación de escorias en donde se distinguen las etapas de: depositar la escoria de aluminio en la bandeja de extracción, traspasar la escoria de aluminio al conducto vibrante, trasladar la escoria de aluminio por el conducto vibrante hasta el elevador vibrante, y de ahí, al trómel de refrigeración. Estas etapas pueden realizarse con refrigeración continua mediante la incorporación de las cámaras de refrigeración tanto en el conducto como en el elevador vibrante.
El sistema de filtrado, al soltar las partículas sólidas capturadas mediante la aspiración, se recogen en la tolva inferior por soplado de mangas, y éstas se canalizan por un conducto que puede descargar en la misma salida de la escoria proveniente del trómel de molienda a través de la caja de rampas o conducirse por otra salida cambiando la clapeta del pantalón. Esto se hace para aprovechar la recuperación de este polvo filtrado que contiene entre un 15 y un 30% de aluminio y que, en función de dicho contenido puede recuperarse junto con las escorias tratadas o separarlo en otro envase para ser tratado aparte.
Una vez llega la escoria al trómel de refrigeración, mediante choque de las mismas contra las paredes dispuestas poligonalmente y enfriamiento continuo gracias a la cámara de refrigeración, ésta es molida y separa en porciones metálicas y de óxido, depositando mediante rebose la porción metálica en cajones para su tratamiento y reutilización o aprovechamiento como materia prima y aspirando la porción de óxido para tratarla separadamente.
Este proceso descrito permite la obtención de fracciones de metal de las escorias de aluminio para su posterior aprovechamiento como materia prima, disminuyendo los residuos generados en procesos convencionales, donde la cantidad de escorias generadas totales son catalogadas como residuos, desaprovechando su contenido metálico para reciclaje o futuro aprovechamiento en procesos metalúrgicos.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1 .- Muestra una vista en perspectiva del equipo de extracción y enfriamiento de escorias. Figura 2.- Muestra una vista frontal del equipo de extracción y enfriamiento de escorias.
Figura 3.- Muestra una vista en perspectiva de la zona delantera del trómel de refrigeración seccionada.
Figura 4.- Muestra una vista seccionada lateral del trómel de refrigeración.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A continuación, con ayuda de las figuras 1 a 4, se describe una realización preferente del equipo de extracción y enfriamiento de escorias de aluminio.
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva del equipo de extracción y enfriamiento de escorias que comprende una bandeja de extracción (1 ) de escorias de aluminio destinada a estar posicionada bajo la puerta de extracción de escorias de un horno de fusión, presentando una abertura (32) que permite el paso de escorias hasta cierto tamaño, limitado por la sección de conducto vibrante, un conducto vibrante (2) dotado de un primer extremo (3) y un segundo extremo (4) que está embocado bajo la bandeja de extracción (1 ) por una zona cercana al primer extremo (3) y que traslada las escorias de aluminio desde el primer extremo (3) hasta el segundo extremo (4). Asimismo, la invención comprende adicionalmente un elevador vibrante (5) que está vinculado al conducto vibrante (2). Dicho elevador vibrante (5) comprende adicionalmente un cuerpo central (6) con un canal (7) dispuesto de forma ascendente y helicoidalmente alrededor del eje longitudinal de dicho cuerpo central (6) con una entrada inferior (8), que recibe al segundo extremo (4) del conducto vibrante (2), y una salida superior (31 ), de la que puede partir una rampa de salida (10).
Adicionalmente, el equipo de extracción y aspiración de escorias de aluminio presenta un trómel de refrigeración (9), representado en la figura 4, con capacidad de giro sobre una bancada (33); y que recibe las escorias transportadas por el elevador vibrante (5) a través de la rampa de salida (10). El trómel de refrigeración (9) comprende una zona delantera (19) y una zona trasera (20), presentando una boca de acceso (11 ) donde desemboca la rampa de salida (10).
Por otra parte, la invención comprende adicionalmente un equipo de filtrado (16) que aspira las porciones de óxido de las escorias desde la salida superior (31 ) y/o desde la boca de acceso (1 1 ), estando dotado dicho equipo de filtrado (16) de unos conductos de aspiración (26) que conectan con la salida superior (31 ) del elevador vibrante (5) y/o con la boca de acceso (11 ) del trómel de refrigeración (9), un motor de aspiración (27) conectado a los conductos de aspiración (26), y al menos un filtro separador (28) vinculado al motor de aspiración (27), para seguidamente clasificar dichas porciones de óxido..
La Figura 2 muestra una vista frontal del equipo de extracción y enfriamiento de escorias donde se observa como el conducto vibrante (2) y el elevador vibrante (5) pueden incluir adicionalmente una cámara de refrigeración de conducto vibrante (17) y una cámara de refrigeración de elevador vibrante (18), que enfrían las escorias de aluminio que son transportadas por dichos elementos desde la bandeja de extracción (1 ) pasando por el conducto vibrante (2) hasta su segundo extremo (4), recibido a su vez por la entrada inferior (8) del canal (7) del elevador vibrante (5).
Las Figuras 3 muestra una vista en perspectiva seccionada de la zona delantera (19) del trómel de refrigeración (9). Se observa que el trómel de refrigeración (9) comprende un espacio interno (13) limitado por una pared interna (14), que tiene una configuración preferentemente poligonal para facilitar la molienda de las escorias de aluminio que se encuentran en el espacio interno (13) por el choque irregular con dicha pared interna (14). Asimismo, el trómel de refrigeración (9) comprende una cámara de refrigeración de trómel (15), envolvente a la pared interna (14), que enfría la escoria de aluminio mientras se produce la molienda de la misma para poder realizar la separación de la porción metálica aprovechable de la misma y de la porción de óxido que será recogida por el equipo de aspiración (16).
La Figura 4 muestra una vista seccionada del trómel de refrigeración (9), donde en la cámara de refrigeración de trómel (15) están ubicados unos tubos de refrigeración (21 ) destinados a conducir un líquido refrigerante por el interior de dicha cámara de refrigeración (15) para disminuir la temperatura de las escorias, un plato distribuidor (22) localizado en el interior de la primera cámara de refrigeración (15) y donde están acoplados los tubos de refrigeración (21 ), con movimiento de giro solidario al movimiento de giro del cuerpo del trómel de refrigeración (9), configurado para posicionar los tubos de refrigeración (21 ) de manera que el líquido refrigerante se distribuya de manera homogénea por la primera cámara de refrigeración (15) desde la zona delantera (19) a la zona trasera (20).
El plato distribuidor (22) comprende una cámara interna (35) que recibe el líquido refrigerante procedente de la junta rotativa (23) y comunica con los tubos de refrigeración (21 ), configurada para dirigir el líquido hacia dichos tubos de refrigeración (21 ).
El trómel de refrigeración (9) también incorpora una junta rotativa (23) dispuesta en la zona trasera (20) y conectada al plato distribuidor (22), destinada a dirigir el líquido refrigerante a menor temperatura hacia los tubos de refrigeración (21 ) y a recoger el líquido refrigerante a mayor temperatura procedente de la primera cámara de refrigeración (15) por la zona trasera (20). Dicha junta rotativa (23) comprende una conducción de impulsión (36) que conecta con la cámara interna (35) del plato distribuidor, con capacidad de dirigir líquido refrigerante procedente de un depósito de líquido hacia dicha cámara interna (35); y una conducción de retorno (37) que comunica con la cámara de refrigeración de trómel (15) y que recibe el líquido a mayor temperatura que circula por dicha cámara de refrigeración de trómel (15).
Seguidamente se observa con más detalle la disposición de unos rodillos (30) que posibilitan el giro del trómel de refrigeración (9) sobre su propio eje, así como una división de la boca de acceso (11 ) por el conducto de acceso (12) en un acceso superior (24) por donde entra la escoria de aluminio procedente del elevador vibrante (5) y un acceso inferior (25) por donde escapa por rebose la porción metálica obtenida tras la molienda y enfriamiento de dicha escoria. Se destaca que el equipo objeto de la invención está asociado a un procedimiento para la extracción de escorias de aluminio y su enfriamiento con el fin de aprovechar la porción metálica y separar la porción de óxido de las mismas. Dicho procedimiento comprende las siguientes etapas:
- depositar la escoria de aluminio en la bandeja de extracción (1 ),
- traspasar la escoria de aluminio al conducto vibrante (2),
- trasladar la escoria de aluminio por el conducto vibrante (2) hasta el elevador vibrante (5),
- transportar la escoria de aluminio por el elevador vibrante (5) hasta el trómel de refrigeración (9),
- refrigerar y moler la escoria de aluminio en el espacio interno (13) del trómel de refrigeración (9) separándose dicha escoria de aluminio en una porción metálica y en una porción de óxido por colisión contra la pared interna (14) del trómel de refrigeración (9), y
- recoger la porción metálica de la escoria de aluminio que es expulsada del espacio interno (13) por rebose por el acceso inferior (25) de la boca de acceso (11 ) del trómel de refrigeración (9) en unos cajones (34).
Pudiéndose realizar las etapas de aspirar la porción de óxido de la escoria de aluminio mediante el equipo de filtrado (16) o trasladar la escoria de aluminio por el conducto vibrante (2) y por el elevador vibrante (5) de forma refrigerada gracias a la presencia de la segunda y tercera cámara de refrigeración (17, 18) incorporadas respectivamente en el conducto vibrante (2) y en el elevador vibrante (5).

Claims

Figure imgf000014_0001
Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio que comprende:
- una bandeja de extracción (1 ) de escorias de aluminio destinada a estar posicionada bajo la puerta de extracción de escorias de un horno de fusión,
- un conducto vibrante (2) dotado de un primer extremo (3) y un segundo extremo (4), embocado bajo la bandeja de extracción (1 ) por una zona cercana al primer extremo (3),
- un elevador vibrante (5) vinculado con el conducto vibrante (2) y que comprende un cuerpo central (6) dotado de un canal (7) ascendente de forma helicoidal alrededor de su eje longitudinal con una entrada inferior (8) y una salida superior (31 ); y una rampa de salida (10) que parte y se prolonga desde la salida superior (31 ), caracterizado por que comprende adicionalmente:
- un trómel de refrigeración (9) situado a continuación del elevador vibrante (5), que está dispuesto con capacidad de giro sobre una bancada (33), y que comprende: o una zona delantera (19), o una zona trasera (20), o una boca de acceso (11 ) en la zona delantera (19) que recibe a la rampa de salida (10) del elevador vibrante (5), o una pared interna (14) que limita un espacio interno (13), o una cámara de refrigeración de trómel (15) envolvente a la pared interna (14), o unos tubos de refrigeración (21 ) localizados en la cámara de refrigeración de trómel (15) y destinados a conducir un líquido refrigerante por el interior de dicha cámara de refrigeración (15) hasta la zona delantera (19), o un plato distribuidor (22) localizado en el interior de la cámara de refrigeración de trómel (15) al que se acoplan los tubos de refrigeración (21 ), con movimiento de giro solidario al movimiento de giro del cuerpo trómel de refrigeración (9), destinado a posicionar los tubos de refrigeración (21 ) para que el líquido refrigerante se distribuya de manera homogénea por la primera cámara de refrigeración (13), y o una junta rotativa (23) dispuesta en la zona trasera (20) y conectada al plato distribuidor (22), destinada a dirigir el líquido refrigerante a menor temperatura hacia los tubos de refrigeración (21 ) y a recoger el líquido refrigerante a mayor temperatura procedente de la cámara de refrigeración de trómel (15) por la zona trasera (20) del trómel de refrigeración (9). 2.- Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 1 que comprende adicionalmente un equipo de filtrado (16) que está vinculado con la salida superior (31 ) del elevador vibrante (5) y/o con la boca de acceso (1 1 ) del trómel de refrigeración (9), comprendiendo dicho equipo de filtrado (16):
- unos conductos de aspiración (26) que conectan con la salida superior (31 ) del elevador vibrante (5) y/o con la boca de acceso (11 ) del trómel de refrigeración (9),
- una tolva de recogida de las partículas filtradas que descarga en la misma salida de la escoria refrigerada (26)
- un motor de aspiración (27) conectado a los conductos de aspiración (26), y
- al menos un filtro separador (28) vinculado al motor de aspiración (27).
3.- Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 1 en donde la bandeja de extracción (1 ) está dotada de una abertura (32) que permite el paso controlado de escorias impidiendo la obstrucción del conducto vibrante (2).
4.- Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 1 en donde el conducto vibrante (2) comprende una cámara de refrigeración de conducto vibrante
(17).
5.- Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 1 o 4 en donde el elevador vibrante (5) incorpora una cámara de refrigeración de elevador vibrante
(18).
6.- Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 1 en donde la pared interna (14) del espacio interno (13) tiene una configuración poligonal.
7.- Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 1 donde la boca de acceso (1 1 ) del trómel de refrigeración (9) está seccionada por la rampa de salida (10) en un acceso superior (24) y un acceso inferior (25).
8.- Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 7 en donde el trómel de refrigeración (9) incorpora una rampa de desalojo (39) en el acceso inferior (25) que permite la circulación controlada de la parte metálica de la escoria de aluminio hasta unos cajones (34) localizados interiormente a dicho acceso inferior (25). 14
9.- Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 1 en donde el plato distribuidor (22) comprende una cámara interna (35) que recibe el líquido refrigerante procedente de la junta rotativa (23) y comunica con los tubos de refrigeración (21 ), configurada para dirigir el líquido hacia dichos tubos de refrigeración (21 ).
10.- Equipo de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 8 en donde la junta rotativa (23) comprende una conducción de impulsión (36) que conecta con la cámara interna (35) del plato distribuidor, con capacidad de dirigir líquido refrigerante procedente de un depósito de líquido hacia dicha cámara interna (35); y una conducción de retorno (37) que comunica con la cámara de refrigeración de trómel (15) y que recibe el líquido a mayor temperatura que circula por dicha cámara de refrigeración de trómel (15).
11 .- Proceso de enfriamiento y separación de escorias de aluminio que utiliza el equipo de la descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 -9 caracterizado por que comprende las etapas de:
- depositar la escoria de aluminio en la bandeja de extracción (1 ),
- traspasar la escoria de aluminio al conducto vibrante (2),
- trasladar la escoria de aluminio por el conducto vibrante (2) hasta el elevador vibrante (5),
- transportar la escoria de aluminio por el elevador vibrante (5) hasta el trómel de refrigeración (9),
- refrigerar y moler la escoria de aluminio en el espacio interno (13) del trómel de refrigeración (9) separándose dicha escoria de aluminio en una porción metálica y en una porción de óxido por colisión contra la pared interna (14) del trómel de refrigeración (9), y
- recoger la porción metálica de la escoria de aluminio que es expulsada del espacio interno (13) por rebose por el acceso inferior (25) de la boca de acceso (11 ) del trómel de refrigeración (9) en unos cajones (34).
12.- Proceso de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 10 que comprende adicionalmente la etapa de aspirar la porción de óxido de la escoria de aluminio mediante el equipo de filtrado (16).
13.- Proceso de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 10 en donde la etapa de traslada la escoria de aluminio por el conducto vibrante (2) se realiza 15 refrigerando dicha escoria de aluminio mediante el empleo de la segunda cámara de refrigeración (17).
14.- Proceso de enfriamiento y separación de escorias de aluminio según la reivindicación 11 en donde la etapa de transportar la escoria de aluminio por el elevador vibrante (5) se realiza refrigerando dicha escoria de aluminio mediante el empleo de la tercera cámara de refrigeración (18).
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