PROCEDIMIENTO PARA LA FUSION DE UNA CARGA FERROSA Y SISTEMA DE CONTROL DE LA CONCENTRACION DE INQUEMADOS EN UN HORNO DE FUSION.
Procedimiento para la fusión de una carga ferrosa y sistema de control de la concentración de inquemados en un horno de fusión.
El procedimiento para la fusión de una carga ferrosa en un horno de fusión comprende una carga orgánica inherente o no a la carga ferrosa y la combustión de dicha carga orgánica se lleva a cabo utilizando una relación de oxígeno/combustible en el quemador que proporciona una atmósfera oxidante en el horno de fusión.
Con dicho procedimiento se potencia el rendimiento energético y por tanto se disminuye el consumo específico de la energía característica del horno.
La invención también se refiere a un sistema de control de la concentración de inquemados en la salida de humos de un horno de fusión de una carga ferrosa que comprende medios de inyección de oxígeno y medios de detección de la variación de la temperatura en la salida de humos de dicho horno.
Con dicho sistema de control se reduce la concentración de inquemados a la salida de un horno de fusión (en chimenea) a concentraciones más reducidas
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200501064.
Solicitante: AL AIR LIQUIDE ESPAA, S.A.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: MADRID.
Inventor/es: MARLES FRANCO,JOAN, BUGEAT,BENJAMIN.
Fecha de Solicitud: 4 de Mayo de 2005.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 1 de Julio de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- F27B1/26 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F27 HORNOS; APARATOS DE DESTILACIÓN. › F27B HORNOS, ESTUFAS, HOGARES O RETORTAS DE DESTILACION, EN GENERAL; APARATOS DE SINTERIZACION A CIELO ABIERTO O APARATOS SIMILARES (aparatos de combustión F23; calefacción eléctrica H05B). › F27B 1/00 Hornos de cuba u hornos verticales similares o con un predominio vertical (para el precalentamiento, la cocción, la calcinación o el enfriamiento de la cal, magnesia o dolomita C04B 2/12). › Disposición de los dispositivos de control.
- F27B7/42 F27B […] › F27B 7/00 Hornos con tambores rotativos, es decir, horizontales o ligeramente inclinados. › Disposición de los dispositivos de control, vigilancia, alarma o dispositivos similares.
- F27D7/02 F27 […] › F27D PARTES CONSTITUTIVAS O ACCESORIOS DE LOS HORNOS, ESTUFAS, HOGARES O RETORTAS DE DESTILACION, EN LA MEDIDA EN QUE SON COMUNES A MAS DE UN TIPO DE HORNO (aparatos de combustión F23; calefacción eléctrica H05B). › F27D 7/00 Producción, mantenimiento o circulación de una atmósfera en las cámaras de calentamiento. › Alimentación de vapor de agua, de gas, o de líquido.
Clasificación PCT:
Fragmento de la descripción:
Procedimiento para la fusión de una carga ferrosa y sistema de control de la concentración de inquemados en un horno de fusión.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento para la fusión de una carga ferrosa en un horno de fusión que comprende una carga orgánica inherente o no a la carga ferrosa y por el hecho de que se lleva a cabo la combustión de dicha carga orgánica utilizando una relación de oxígeno/combustible en el quemador que proporciona una atmósfera oxidante en el horno de fusión.
En particular, el procedimiento de la invención consiste en fundir dicha carga ferrosa en un horno mediante la aportación de la energía característica de dicho horno y mediante la presencia de una carga orgánica añadida al horno o inherente a la carga ferrosa.
La presente invención también se refiere a un sistema de control de la concentración de inquemados en la salida de humos de un horno de fusión de una carga ferrosa que comprende medios de inyección de oxígeno y medios de detección de la variación de la temperatura en la salida de humos de dicho horno.
Antecedentes de la invención
Se conocen distintos tipos de hornos de fusión de productos ferrosos, los cuales disponen de un medio de energía cualitativamente determinada en función de que tipo de horno se trate.
Así, por ejemplo, un horno eléctrico de arco efectúa la fusión de la carga de acero gracias al arco eléctrico gobernado desde un sistema eléctrico. Dicho arco eléctrico deposita energía sobre la carga de acero a fundir por lo que su "energía característica" es la eléctrica, aunque aportaciones de carbón y/o compuestos orgánicos añadidos, quemados debidamente con oxígeno aportan energía química complementaria que conjuntamente con la energía característica del horno mejoran los rendimientos globales del mismo.
Además de utilizar materiales ferrosos en la fabricación del acero, también pueden fundirse otros metales ferrosos en hornos que utilizan como "fuente característica" de energía, únicamente la energía química, proviniente de la combustión con oxígeno o con aire de un compuesto orgánico como son todo tipo de combustibles fósiles sólidos, líquidos o gaseosos o bien otros compuestos orgánicos sintéticos tales como plásticos aceites pinturas lacas etc. En la fusión del hierro, intervienen básicamente, dos hornos para la producción de la "fundición de hierro", denominados "hornos cubilote" y "hornos rotativos".
El "horno cubilote" es básicamente una columna tubular de acero que en función de sus características productivas puede ser de distinto diámetro, revestido interiormente por material refractario. En una zona de la columna tubular, llamada "zona de toberas", se inyecta aire, o aire enriquecido con oxígeno. La carga ferrosa es introducida en el interior del horno por la parte superior de la columna tubular alternadamente con cargas de cok y de fundentes.
El cok quema con el aire o aire enriquecido con oxígeno con desprendimiento de energía la cual sirve para fundir la carga ferrosa y los fundentes introducidos. Dicho horno utiliza, por tanto, como "energía característica" energía química proviniente de las reacciones:
Los "hornos rotativos" para la fusión de hierro, se caracterizan por disponer de un quemador y un sistema de giro sobre el eje horizontal del horno. Normalmente son hornos de fusión que trasvasan el hierro fundido a unos recipientes revestidos de refractario llamados "cucharas" o "potes" y desde éstos se cuela el hierro líquido a moldes.
En los hornos rotativos la "energía característica" es aportada mediante un mechero que quema un combustible con aire enriquecido con oxígeno o bien con oxígeno puro por lo que se trata de "energía química". Normalmente, al igual que en los hornos eléctricos de arco, se introduce junto o separadamente de la carga ferrosa, materia orgánica en forma de combustibles fósiles y/o productos orgánicos sintéticos, los cuales quemados con oxígeno producen una energía complementaria a la del quemador principal que optimiza los rendimientos globales del horno.
El rendimiento de energía de cualquier horno viene determinado por la relación entre la energía entrante en el horno y la energía saliente y normalmente el rendimiento viene expresado por la siguiente ecuación:
Donde:
R = Rendimiento del horno
EE = Energía entrante en el horno.
EH = Energía saliente con los humos.
Otras ecuaciones complementarias afinan los balances de energía de un horno:
EE = EU + EH + EP
Donde:
EU = Energía útil que toma la carga.
EP = Energía que por conducción sale a través de las paredes del horno.
EH = Energía que sale con los humos por chimenea.
Normalmente, la pérdida por paredes de un horno suele oscilar entre el 3 y el 10% de la energía entrante en función de la calidad de revestimiento refractario y su espesor.
El factor que influye de una manera directa en el rendimiento energético de un horno, es la energía a humos (EH) que en función de su cantidad y temperatura puede representar entre el 25-50% de la energía entrante en el horno. Regular y limitar el volumen de humos y su temperatura en chimenea es lo mismo que minimizar la salida de energía por chimenea y por tanto aumentar el rendimiento del horno.
En el Horno Eléctrico de Arco, en el que junto con su "Energía característica" se introduce carbón y/o sistemas de combustión de hidrocarburos y/o materia orgánica, se producen combustiones parciales de los unos y otros según las siguientes ecuaciones:
Los inquemados que no acaban de quemar dentro del horno ascienden por la chimenea y el oxígeno del aire parásito aspirado por el sistema de extracción de humos los quema aumentando la temperatura en chimenea.
En el horno cubilote la masa de aire o aire enriquecido inyectado por "toberas" quema el carbón de cok en primera instancia parcialmente según la siguiente ecuación:
A medida que los gases de combustión ascienden por el horno hacia la chimenea a contracorriente con la carga, parte de la energía de dichos gases es cedida a la carga pero buena parte del CO producido de no estar el cubilote en secuencia ideal, se quema en la zona de "boca de carga" produciendo calentamiento en chimenea sin aprovechamiento de energía de ningún tipo.
En el horno rotativo para la fusión de hierro el quemador que produce la "energía característica" quema un hidrocarburo según la siguiente ecuación:
La carga fósil o sintética inherente o añadida en el proceso a la carga del horno reaccionará según las siguientes ecuaciones.
(*) fracción combustible de los compuestos orgánicos tales como plásticos, pinturas, lacas aceites, taladrinas.
Las partes inquemadas como en los anteriores casos quemarán en chimenea con aumento de temperatura de los humos y disminuyendo el rendimiento del horno.
Descripción de la invención
Un objetivo de la presente invención es resolver los inconvenientes de la técnica anterior, desarrollando un procedimiento que permita aprovechar la energía de la carga orgánica inherente o no...
Reivindicaciones:
1. Procedimiento para la fusión de una carga ferrosa en un horno de fusión, caracterizado por el hecho 5 de que comprende una carga orgánica y por el hecho de que se lleva a cabo la combustión de dicha carga orgánica utilizando una relación de oxígeno/combustible en el quemador que proporciona una atmósfera oxidante en el horno de fusión.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que además dispone de un sistema de control que comprende medios de inyección de oxígeno y medios de detección de la variación de la temperatura, en donde se llevan a cabo las siguientes etapas:
i) inyectar oxígeno a presión y caudal conocidos en un punto cualquiera de la salida de humos del horno de fusión;
ii) detectar la variación de temperatura;
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la carga orgánica y/o fósil es inherente a la carga ferrosa.
4. Procedimiento según de la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la carga orgánica y/o fósil se añade a la carga ferrosa.
5. Procedimiento según de la reivindicación 1 y/o 4, caracterizado por el hecho de que la carga orgánica y/o fósil se introduce en el horno mediante un procedimiento de carga en continuo.
6. Procedimiento según de la reivindicación 1 y/o 4, caracterizado por el hecho de que la carga orgánica y/o fósil se introduce en el horno en una vez.
7. Procedimiento según de las reivindicaciones anteriores, en el cual el ratio de oxígeno así como su caudal instantáneo se corrige automáticamente y a tiempo real, según temperatura de los humos en la chimenea.
8. Sistema de control de la concentración de inquemados en la salida de humos de un horno de fusión de una carga ferrosa que comprende medios de inyección de oxígeno y medios de detección de la variación de la temperatura donde el sistema de control se sitúa lo más cerca posible a la salida del horno de fusión.
9. Sistema de control según la reivindicación 8, donde los medios de inyección suministran oxígeno a caudal reducido.
10. Sistema de control según la reivindicación 8 y/o 9, donde los medios de inyección de oxígeno presentan íntimamente o exteriormente los medios de detección de la variación de la temperatura.
11. Utilización de un sistema de control según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 para reducir la concentración de inquemados en un horno de fusión.
12. Utilización de un exceso de oxígeno para quemar la carga orgánica y/o fósil inherente a dicha carga ferrosa o añadida a la misma según cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 ó 7, para aumentar el rendimiento energético y disminuir la emisión de reductores en la chimenea de un horno de fusión.
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