Horno de soleras múltiples que comprende: una pluralidad de cámaras de solera (12) dispuestas unas encima de las otras;

un árbol giratorio vertical hueco (20) que se extiende centralmente a través de dichas cámaras de solera (12), incluyendo dicho árbol (20) una envuelta (50) exterior; en cada una de dichas cámaras de solera (12) por lo menos un brazo agitador (26) fijado a dicho árbol (20); un sistema de refrigeración con gas para dicho árbol (20) y dichos brazos agitadores (26), incluyendo dicho sistema de refrigeración con gas dentro de dicha envuelta (50) exterior un canal de distribución principal anular (54, 54') para suministrar un gas de refrigeración a dichos brazos agitadores (26) y un canal de escape central (56) para evacuar el gas de refrigeración que sale de dichos brazos agitadores (26); y unos medios de conexión para conectar dichos brazos agitadores (26) a dicho árbol (20), incluyendo cada uno de dichos medios de conexión unos medios de suministro de gas de refrigeración en comunicación directa con dicho canal de distribución principal anular (54, 54') y unos medios de retorno de gas de refrigeración en comunicación directa con dicho canal de escape central (56); caracterizado porque dicho sistema de refrigeración con gas comprende además: un canal de suministro principal anular (52, 52') que rodea dicho canal de distribución principal anular (54, 54') y que está delimitado exteriormente por dicha envuelta exterior (50); una entrada de gas de refrigeración (44', 44'') conectada a dicho canal de suministro principal anular (52, 52'); y un paso de gas de refrigeración (60', 60''') entre dicho canal de suministro principal anular (52, 52') y dicho canal de distribución principal anular (54, 54'), estando separado dicho paso de gas de refrigeración (60', 60'') de dicha entrada de gas de refrigeración (44', 44''), de manera que el gas de refrigeración suministrado a dicha entrada de gas de refrigeración (44', 44'') debe fluir a través de dicho canal de suministro principal anular (52, 52') a través de varias cámaras de solera (12) antes de que fluya a través de dicho paso de gas de refrigeración (60', 60'') al interior de dicho canal de distribución principal anular (54, 54')

Horno de soleras múltiples.

Campo técnico

La presente invención se refiere generalmente a un horno de soleras múltiples (MHF).

Antecedentes de la técnica

Se han utilizado hornos de soleras múltiples (MHF) desde hace aproximadamente un siglo para calentar o tostar muchos tipos de material. Comprenden una pluralidad de cámaras de solera dispuestas unas encima de las otras. Cada una de estas cámaras de solera comprende una solera circular que presenta alternativamente un orificio de caída de material central o una pluralidad de orificios de caída de material periféricos en la misma. Un árbol giratorio vertical se extiende centralmente a través de todas estas cámaras de solera superpuestas y presenta en cada una de ellas un nodo de fijación de brazo agitador. Están conectados brazos agitadores en voladizo a un nodo de fijación de agitador de ese tipo (normalmente se encuentran de dos a cuatro brazos agitadores por cámara de solera). Cada brazo agitador comprende una pluralidad de dientes agitadores que se extienden hacia abajo en el material de la solera. Cuando el árbol giratorio vertical gira, los brazos agitadores surcan el material en la solera con sus dientes agitadores o bien hacia el orificio de caída central o bien hacia los orificios de caída periféricos en la solera. Por tanto, se hace que el material cargado en la cámara de solera superior se mueva lentamente hacia abajo a través de todas las cámaras de solera sucesivas, empujándose mediante los brazos agitadores giratorios sobre las soleras sucesivas de manera alterna desde la periferia hasta el centro (en una solera con un orificio de caída de material central) y desde el centro hasta la periferia (en una solera con orificios de caída de material periféricos). Al llegar a la cámara de solera inferior, el material tostado o calentado sale del MHF a través de una abertura de descarga de horno.

Se apreciará que el árbol giratorio vertical y los brazos agitadores no sólo están sometidos a intensas tensiones mecánicas, sino que también deben soportar altas temperaturas y atmósferas muy corrosivas. En consecuencia, es particularmente importante garantizar que la rigidez estructural de estos elementos no resulte afectada por el sobrecalentamiento, y que la corrosión a alta temperatura (en particular corrosión por cloruros acelerada debida a sobrecalentamiento) así como la corrosión a baja temperatura (en particular corrosión debida a condensación de ácido como consecuencia directa del sobreenfriamiento) se eviten de manera fiable. Además, distribuciones de temperatura no uniformes pueden dar como resultado tensiones mecánicas que provocan deformaciones o incluso la ruina mecánica del árbol o los brazos agitadores.

En documentos que describen hornos de soleras múltiples muy tempranos, se menciona algunas veces que los brazos agitadores pueden refrigerarse o bien con agua o bien con gas. No obstante, los hornos de solera en funcionamiento incluyen exclusivamente, por lo que conocen los solicitantes, brazos agitadores refrigerados con gas. De hecho, si existe una fuga en un brazo agitador refrigerado con agua, debe apagarse todo el horno con el fin de encontrar y reparar la fuga, mientras que una fuga en un brazo agitador refrigerado con gas no requiere necesariamente una intervención directa. Sin embargo, los MHF refrigerados con gas presentan también graves inconvenientes. Por ejemplo, un circuito de refrigeración con gas no siempre puede garantizar un control preciso de la temperatura de superficie. Se deduce que algunas superficies del árbol giratorio vertical o los brazos agitadores pueden sobrecalentarse o sobreenfriarse, lo que conduce a los inconvenientes mencionados anteriormente.

En la mayoría de los MHF, el árbol giratorio vertical así como los brazos agitadores son estructuras tubulares que se refrigeran mediante un fluido de refrigeración gaseoso, generalmente aire ambiental presurizado. (Por motivos de simplicidad, el fluido de refrigeración gaseoso se denominará en la presente memoria "gas de refrigeración", aunque puede ser una mezcla de varios gases, tal como por ejemplo aire). El árbol giratorio vertical incluye un canal de distribución de gas de refrigeración para suministrar el gas de refrigeración a los brazos agitadores. Desde este canal de distribución de gas de refrigeración, el gas de refrigeración se canaliza a través de la conexión entre el brazo agitador y el nodo de fijación de brazo agitador al interior de la estructura tubular del brazo agitador. Puesto que el sistema de refrigeración del brazo agitador es normalmente un sistema cerrado, el gas de refrigeración que retorna del brazo agitador debe canalizarse a través de la conexión entre el brazo agitador y el nodo de fijación de brazo agitador al interior de un canal de gas de escape en el árbol giratorio vertical.

En los últimos cien años, se han descrito diversas formas de realización de tales árboles giratorios verticales refrigerados con gas y brazos agitadores en voladizo para un MHF. Por ejemplo:

La patente US nº 1.468.216 da a conocer un árbol hueco vertical de un MHF, en el que una pared de división central separa un conducto de distribución de gas de refrigeración de un conducto de escape, presentando cada uno de ellos una sección transversal semicircular. En cada cámara de solera, se ramifica un flujo de gas de refrigeración del flujo de gas de refrigeración en el conducto de distribución de gas de refrigeración para desviarse a través de un sistema de refrigeración de brazo agitador y para evacuarse después de eso al interior de un conducto de escape. Se deduce que en el conducto de distribución de gas de refrigeración la tasa de flujo y, en consecuencia, la velocidad del gas disminuyen fuertemente desde la parte inferior hasta la parte superior y en el conducto de escape aumentan fuertemente desde la parte inferior hasta la parte superior. Esto da como resultado una refrigeración muy poco uniforme del árbol giratorio vertical tanto longitudinalmente como en la dirección de la circunferencia.

La patente US nº 3.419.254 da a conocer árbol giratorio vertical refrigerado con gas de doble envuelta. El espacio central dentro de la envuelta interior constituye un conducto de admisión y el espacio anular entre la envuelta exterior y la envuelta interior un conducto de escape. Aunque este sistema garantiza una refrigeración más uniforme del árbol giratorio vertical en una dirección circunferencial del árbol, la refrigeración en la dirección longitudinal del árbol es todavía muy uniforme.

La patente US nº 2.332.387 da asimismo a conocer un árbol giratorio vertical refrigerado con gas de doble envuelta. En este árbol, el espacio anular entre la envuelta exterior y la envuelta interior constituye un conducto de admisión y el espacio central dentro de la envuelta interior un conducto de escape. La envuelta exterior es, excepto en los soportes de brazo agitador, de sustancialmente el mismo diámetro desde la parte inferior hasta la parte superior. Con el fin de presentar un flujo de gas de refrigeración más uniforme dentro de ambos conductos, el documento US 2.332.387 enseña a aumentar el diámetro de la envuelta interior desde la parte inferior hasta la parte superior. Una primera desventaja de este sistema es que el gas de refrigeración se calienta fuertemente desde la parte inferior hasta la parte superior del conducto de admisión anular, lo que da como resultado una mal refrigeración del árbol y los brazos agitadores en las cámaras de solera superiores. Una desventaja adicional de este sistema es que la geometría del árbol debe ser diferente en cada cámara de solera, lo que hace que su fabricación sea por supuesto más cara.

Problema técnico

Un objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un MHF con una refrigeración con gas más uniforme del árbol y los brazos agitadores.

Descripción general de la invención

Para lograr este objetivo, la presente invención propone un horno de soleras múltiples que comprende, de una manera conocida per se: una pluralidad de cámaras de solera dispuestas unas encima de las otras; un árbol giratorio vertical hueco que se extiende centralmente a través de las cámaras de solera y que incluye una envuelta exterior; en cada una de las cámaras de solera, por lo menos un brazo agitador sujeto al árbol; un sistema de refrigeración con gas para el árbol y los brazos agitadores que incluye, dentro de la envuelta exterior, un canal de distribución principal anular para suministrar un...

1. Horno de soleras múltiples que comprende:

una pluralidad de cámaras de solera (12) dispuestas unas encima de las otras;

un árbol giratorio vertical hueco (20) que se extiende centralmente a través de dichas cámaras de solera (12), incluyendo dicho árbol (20) una envuelta (50) exterior;

en cada una de dichas cámaras de solera (12) por lo menos un brazo agitador (26) fijado a dicho árbol (20);

un sistema de refrigeración con gas para dicho árbol (20) y dichos brazos agitadores (26), incluyendo dicho sistema de refrigeración con gas dentro de dicha envuelta (50) exterior un canal de distribución principal anular (54, 54') para suministrar un gas de refrigeración a dichos brazos agitadores (26) y un canal de escape central (56) para evacuar el gas de refrigeración que sale de dichos brazos agitadores (26); y

unos medios de conexión para conectar dichos brazos agitadores (26) a dicho árbol (20),

incluyendo cada uno de dichos medios de conexión unos medios de suministro de gas de refrigeración en comunicación directa con dicho canal de distribución principal anular (54, 54') y

unos medios de retorno de gas de refrigeración en comunicación directa con dicho canal de escape central (56);

caracterizado porque dicho sistema de refrigeración con gas comprende además:

un canal de suministro principal anular (52, 52') que rodea dicho canal de distribución principal anular (54, 54') y que está delimitado exteriormente por dicha envuelta exterior (50);

una entrada de gas de refrigeración (44', 44'') conectada a dicho canal de suministro principal anular (52, 52'); y

un paso de gas de refrigeración (60', 60''') entre dicho canal de suministro principal anular (52, 52') y dicho canal de distribución principal anular (54, 54'), estando separado dicho paso de gas de refrigeración (60', 60'') de dicha entrada de gas de refrigeración (44', 44''), de manera que el gas de refrigeración suministrado a dicha entrada de gas de refrigeración (44', 44'') debe fluir a través de dicho canal de suministro principal anular (52, 52') a través de varias cámaras de solera (12) antes de que fluya a través de dicho paso de gas de refrigeración (60', 60'') al interior de dicho canal de distribución principal anular (54, 54').

2. Horno según la reivindicación 1, en el que dicho sistema de refrigeración con gas comprende:

unos medios de división (58) que dividen dicho canal de suministro principal anular (52, 52') y dicho canal de distribución principal anular (54, 54') en una mitad inferior (52, 54) y una mitad superior (52', 54');

una entrada de gas de refrigeración inferior (44') conectada a dicha mitad inferior de dicho canal de suministro principal anular (52) en el extremo inferior de dicho árbol (20);

una entrada de gas de refrigeración superior (44'') conectada a dicha mitad superior de dicho canal de suministro principal anular (52') en el extremo superior de dicho árbol (20);

un paso de gas de refrigeración inferior (60') entre dicha mitad inferior de dicho canal de suministro principal anular (52) y dicha mitad inferior de dicho canal de distribución principal anular (54'), estando ubicado dicho paso de gas de refrigeración inferior (60') próximo a dichos medios de división (58), de manera que el gas de refrigeración suministrado a dicha entrada de gas de refrigeración inferior (44') debe fluir hacia arriba a través de dicha mitad inferior de dicho canal de suministro principal anular (52) hasta dichos medios de división (58) antes de que pueda fluir a través de dicho paso de gas de refrigeración inferior (60') al interior de dicha mitad inferior de dicho canal de distribución principal anular (54); y

un paso de gas de refrigeración superior (60'') entre dicha mitad superior de dicho canal de suministro principal anular (52') y dicha mitad superior de dicho canal de distribución principal anular (54'), estando ubicado dicho segundo paso de gas de refrigeración (60'') próximo a dichos medios de división (58), de manera que el gas de refrigeración suministrado a dicha entrada de gas de refrigeración superior (44'') debe fluir hacia abajo a través de dicha mitad superior de dicho canal de suministro principal anular (52') hasta dichos medios de división antes de que pueda fluir a través de dicho segundo paso de gas de refrigeración (60'') al interior de dicha mitad superior de dicho canal de distribución principal anular (54').

3. Horno según la reivindicación 1 ó 2, en el que dicha envuelta exterior (50) comprende:

unos tubos de soporte de árbol (68) y unos nodos de fijación de brazo agitador colado (28) que interconectan dichos tubos de soporte de árbol (68), estando dicho nodo de fijación de brazo agitador (28) y dichos tubos de soporte de árbol (68) preferentemente soldados entre sí, en el que por lo menos un brazo agitador (26) está fijado a cada uno de dichos nodos de fijación de brazo agitador (28), estando dichos tubos de soporte de árbol (68) preferentemente realizados en tubos de acero inoxidable de pared gruesa y estando preferentemente dimensionados como elementos portantes de carga estructural entre dichos nodos de fijación de brazo agitador (28).

4. Horno según la reivindicación 3, en el que por lo menos uno de dichos nodos de fijación de brazo agitador (28) comprende un cuerpo colado con forma de anillo realizado en acero refractario.

5. Horno según la reivindicación 4, en el que por lo menos un brazo agitador (26) incluye:

una estructura tubular para hacer circular a través de la misma un gas de refrigeración; y

un cuerpo de clavija (110) conectado a dicha estructura tubular del brazo agitador (26) alojado en un casquillo (100) en dicho árbol giratorio vertical (20).

6. Horno según la reivindicación 5, en el que por lo menos uno de dichos nodos de fijación de brazo agitador (28) comprende un cuerpo colado con forma de anillo que incluye:

por lo menos un casquillo (100) para alojar en el mismo dicho cuerpo de clavija (110) de dicho brazo agitador (26);

un paso central (90) que forma dicho canal de escape central (56) para el gas de refrigeración dentro de dicho nodo de fijación de brazo agitador (28);

unos primeros pasos secundarios (92) dispuestos en una primera sección de anillo (94) de dicho cuerpo colado, de manera que se proporcionan unos pasos de gas para el gas de refrigeración que fluye a través de dicho canal de distribución principal anular (54, 54');

unos segundos pasos secundarios (96) dispuestos en una segunda sección de anillo (98) de dicho cuerpo colado, de manera que se proporcionan unos pasos de gas para el gas de refrigeración que fluye a través de dicho canal de suministro principal anular (52, 52');

estando dispuestos dichos medios de suministro de gas de refrigeración en dicho cuerpo colado de manera que interconectan el canal de suministro principal anular (52, 52') con por lo menos una abertura de salida de gas (102'') dentro de dicho casquillo (100), comprendiendo preferentemente dichos medios de suministro de gas de refrigeración por lo menos una perforación oblicua (102) que se extiende a través de dicho cuerpo colado con forma de anillo desde dicha segunda sección de anillo (98) hasta una superficie lateral que delimita dicho casquillo (100); y

estando dispuestos dichos medios de retorno de gas de refrigeración en dicho cuerpo colado de manera que interconectan el paso central (90) con por lo menos una abertura de entrada de gas dentro de dicho casquillo (100), comprendiendo preferentemente dichos medios de retorno de gas de refrigeración un orificio pasante (104) en la extensión axial de dicho casquillo (100).

7. Horno según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que por lo menos una sección de dicho árbol (20) que se extiende entre dos cámaras de solera adyacentes (12) comprende:

un tubo de soporte de árbol (68) dispuesto entre dos nodos de fijación de brazo (28) para formar la envuelta exterior (50) de dicha sección de dicho árbol (20), delimitando dicho tubo de soporte de árbol (68) dicho canal de suministro principal anular (52, 52') en el exterior;

una camisa de guiado de gas intermedia (72) dispuesta dentro de dicho tubo de soporte de árbol (68) de manera que delimita dicho canal de suministro principal anular (52, 52') en el interior y dicho canal de distribución principal anular (54, 54') en el exterior; y

una camisa de guiado de gas interior (74) dispuesta dentro de dicha camisa de guiado de gas intermedia (72) de manera que delimita dicho canal de distribución principal anular (54, 54') en el interior y dicho canal de escape central (56) en el exterior.

8. Horno según la reivindicación 7, en el que dicha camisa de guiado de gas intermedia (72) comprende:

una primera sección de tubo (72₁) con un primer extremo fijado a dicho primer nodo de fijación y un segundo extremo libre;

una segunda sección de tubo (72₂) con un primer extremo fijado a dicho segundo nodo de fijación y un segundo extremo libre;

unos medios de estanqueidad que proporcionan una conexión estanca entre el segundo extremo libre de dicha primera sección de tubo y el segundo extremo libre de dicha segunda sección de tubo,

mientras que tolera el movimiento relativo en la dirección axial de ambos segundos extremos libres.

9. Horno según la reivindicación 7 u 8, en el que dicha camisa de guiado de gas interior (74) comprende:

una primera sección de tubo (74₁) con un primer extremo fijado a dicho primer nodo de fijación y un segundo extremo libre;

una segunda sección de tubo (74₂) con un primer extremo fijado a dicho segundo nodo de fijación y un segundo extremo libre;

unos medios de estanqueidad que proporcionan una conexión estanca entre el segundo extremo libre de dicha primera sección de tubo y el segundo extremo libre de dicha segunda sección de tubo,

mientras que tolera el movimiento relativo en la dirección axial de ambos segundos extremos libres.

10. Horno según la reivindicación 8 ó 9, en el que dichos medios de estanqueidad comprenden:

un manguito de estanqueidad (78, 80, 82) fijado al segundo extremo libre de una de dichas primera o segunda secciones de tubo y que se acopla de manera estanca con el segundo extremo libre de la otra sección de tubo.

11. Horno según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dicho árbol hueco giratorio (20) comprende además:

un aislamiento térmico externo sobre su envuelta exterior (50), incluyendo dicho aislamiento térmico externo una capa refractaria interior de material microporoso, una capa refractaria intermedia de material colable aislante y una capa refractaria exterior de material colable denso.

12. Horno según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que por lo menos uno de dicho brazo agitador (26) comprende:

un cuerpo de clavija (110) para fijar dicho brazo agitador (26) a dicho árbol hueco giratorio (20), siendo preferentemente dicho cuerpo de clavija (110) un cuerpo colado sólido que incluye por lo menos un canal de suministro de gas de refrigeración y por lo menos un canal de retorno de gas de refrigeración;

un tubo de soporte de brazo (120) fijado a dicho cuerpo de clavija (110); y

un tubo de guiado de gas (124) dispuesto en el interior de dicho tubo de soporte de brazo (120) y

que actúa conjuntamente con este último para definir entre ellos un pequeño espacio anular (126) para canalizar el gas de refrigeración desde el árbol (20) hasta el extremo libre del brazo agitador (26), en el que la sección interior del tubo de guiado de gas forma un canal de retorno (128) para el gas de refrigeración desde el extremo libre del brazo agitador (26) hasta el árbol (20).

13. Horno según la reivindicación 12, en el que dicho cuerpo de clavija (110) es un cuerpo colado sólido que incluye por lo menos un canal de suministro de gas de refrigeración y por lo menos un canal de retorno de gas de refrigeración y en el que dicho por lo menos un canal de suministro de gas de refrigeración y dicho por lo menos un canal de retorno de gas de refrigeración están previstos como perforaciones en dicho cuerpo colado sólido.

14. Horno según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que por lo menos uno de dicho brazo agitador (26) comprende además:

un tubo de soporte de brazo (120);

una capa de aislamiento térmico microporosa (194) dispuesta sobre dicho tubo de soporte de brazo (120); y

una camisa de protección metálica (186) que cubre dicha capa de aislamiento térmico microporosa (194).

15. Horno según la reivindicación 14, en el que dicho brazo agitador (26) comprende además:

unos dientes agitadores metálicos (30) fijados a dicha camisa de protección metálica (186) mediante soldadura; y

unos medios antirrotación (196) dispuestos entre dicho tubo de soporte de brazo (120) y dicha camisa de protección metálica (186).