Un medio de retención de escoria para enfriar y retener escoria en una placa metálica (38) refrigerada por agua de un elemento de cierre (10),

que contiene agua, de un horno adaptado para contener un material fundido (103) que incluye escoria, estando dicha placa metálica refrigerada por agua separada por una masa de material fundido en el horno pero expuesta a una energía térmica a alta temperatura, comprendiendo dicho medio de retención de escoria un inserto (420, 425) metálico y alargado que tiene una primera y segunda porciones terminales (450, 465) con una relación de transferencia térmica, estando adaptada dicha primera porción terminal para extenderse desde un enganche sustancialmente estanco al agua en una abertura preformada (238) de dicha placa metálica (38) refrigerada por agua hasta el interior de dicho elemento de cierre (10) contenedor de agua para hacer contacto con el agua del mismo, y efectuar la consiguiente refrigeración tanto de la primera como de la segunda porciones terminales adyacentes; estando adaptada dicha segunda porción terminal para extenderse por el interior del horno en dirección opuesta a dicha placa refrigerada por agua para contactar con, y retener, la escoria (470) solidificada debido a la refrigeración de dicha segunda porción terminal

Dispositivo para mejorar la retención de escoria en elementos de horno refrigerados por agua.

Campo técnico

La presente invención se refiere a sistemas refrigerados por agua, p.ej. sistemas de hornos de arco eléctricos, y más particularmente a medios de retención de escorias en la forma de un inserto de metal alargado que se extiende desde el interior de la vasija del horno, a través de la pared de una sección de pared de un horno refrigerado por agua y hasta el agua contenida en el mismo.

Antecedentes de la técnica

Los sistemas de hornos eléctricos refrigerados por rociado del tipo descrito en las Patentes Estadounidenses 4.715.042, 4.815.096 y 4.849.987 implican la refrigeración por rociado de los elementos de cierre del horno, p.ej. la bóveda y las paredes laterales, que son unitarios, es decir formados de una sola pieza, y que tienen una forma generalmente cilíndrica u ovalada en el caso de una pared lateral u otro elemento de cierre de un horno. Debido a la geometría de los electrodos del horno y las lanzas de oxígeno, las variaciones en el calentamiento del horno, y aspectos similares, algunas zonas de la superficie de un elemento de cierre refrigerado por rociado pueden estar expuestas a temperaturas inusualmente altas y sufrir fatiga térmica, con riesgo de fallos en dichas zonas.

Un sistema de horno como el descrito anteriormente está típicamente fabricado en acero, aluminio, aleaciones de aluminio, cobre, aleaciones de cobre y metales que tengan características térmicas similares y tiene unos retenedores de escoria metálicos, fabricados con los metales anteriormente citados, unidos a la superficie de los elementos de cierre metálicos orientada hacia el horno. Estos retenedores de escoria, típicamente en forma de copa para ayudar a la retención de la escoria, al no estar protegidos contra las altas temperaturas del horno, tienen una vida útil relativamente corta debido al sobrecalentamiento y la oxidación. El uso de materiales más resistentes a la oxidación, y térmicamente conductivos, para los retenedores de escoria resultaría en un coste sustancialmente más alto sin un beneficio proporcional.

Es por tanto un objetivo de la presente invención proporcionar unos retenedores de escoria perfeccionados para un elemento de cierre de un horno refrigerado por agua, con una retención de escoria mejorada para reducir el calor perjudicial.

Descripción de la invención

La invención proporciona un medio de retención de escoria de acuerdo con la Reivindicación 1, y un horno refrigerado por agua de acuerdo con la Reivindicación 10. En las reivindicaciones dependientes se presentan las realizaciones preferidas. Se proporciona un medio de retención en un horno que contenga metal fundido y escoria, para permitir una protección por refrigeración en una sección de pared sometida a fatiga térmica de un elemento de cierre del horno refrigerado por agua, en la forma de un inserto metálico alargado que se extiende desde el interior del horno a través de la sección de pared sometida a fatiga térmica, y hacia el agua de refrigeración que sirve para reducir la fatiga térmica en el elemento de cierre refrigerado por agua. El medio de retención de la escoria está formado adecuadamente por acero, aluminio, aleaciones de aluminio, cobre, aleaciones de cobre y metales con características térmicas similares.

La Fig. 1 es una vista en alzado lateral de una típica instalación de horno eléctrico que muestra una vasija del horno, una bóveda del horno en una posición elevada sobre la vasija del horno y una estructura de soporte de columna para la bóveda;

La Fig. 2 es una vista en planta superior, parcialmente recortada y parcialmente en sección, de la bóveda de horno enfriada por rociado de la Fig. 1;

La Fig. 2a es una vista fragmentada en sección transversal tomada por la línea 2a-2a de la Fig. 2, mostrando también una vista parcial en alzado de la bóveda del horno y, en líneas de trazos, a modo de ejemplo, una zona sometida a fatiga térmica y una representación esquemática de la incorporación de los insertos retenedores de escoria, térmicamente conductivos, de la presente invención;

La Fig. 3 es una vista en alzado por un extremo, en sección parcial, de la instalación de horno eléctrico de la Fig. 1, mostrando también la porción revestida interiormente de refractario, y que contiene metal fundido, de la vasija del horno y unos componentes de refrigeración por rociado de la pared lateral del horno similares a los de la bóveda de horno de la Fig. 2a;

La Fig. 3a es una vista parcial ampliada de la porción en sección de la Fig. 3;

La Fig. 4 es una vista parcial en alzado tomada en una dirección perpendicular a la placa interior de la bóveda de horno mostrada en la Fig. 2a, ilustrando esquemáticamente una zona de alta fatiga térmica y la incorporación a la zona de unos insertos retenedores de escoria, térmicamente conductivos, de la presente invención;

Las Figs. 5, 5a, 6, 6a, 7, 7a, 7b, 8, 8a, 9 y 9a muestran realizaciones específicas preferidas de la presente invención instaladas a través de la cara caliente de un componente de horno refrigerado por agua; y

Las Figs. 10 y 10a corresponden al dispositivo de la Fig. 5 y están dimensionadas para ilustrar el cálculo del área de la superficie del dispositivo.

Mejor modo de llevar a cabo la invención

Las Figs. 1-3a ilustran, a modo de ejemplo, una instalación de horno eléctrico refrigerado por rociado tal como las que se usan en la fabricación de acero, aunque el sistema de bóveda de horno refrigerada por rociado puede utilizarse en cualquier tipo de vasija de tratamiento de material fundido que contenga un material fundido que incluya escoria. Las Figs. 1, 2 y 3 ilustran una instalación de horno de arco eléctrico refrigerado por rociado del tipo mostrado en la Patente Estadounidense 4.849.987 - - F.H. Miner y A.M. Siffer, en unas vistas lateral, superior y extrema, respectivamente. La bóveda circular 10 del horno, enfriada por agua, aparece soportada por una estructura de columna 14 del horno en una posición ligeramente elevada directamente por encima de la corona 13 de la vasija 12 del horno de arco eléctrico. Tal como se muestra en las Figs. 1 y 2, la bóveda 10 es un componente de cierre unitario e integral, es decir de una sola pieza, y de forma troncocónica, que está sujeto por cadenas, cables u otros elementos de seguridad 53 de la bóveda a unos brazos 18 y 20 de la columna, que se extienden horizontalmente y se despliegan hacia fuera desde el soporte 22 de la columna. El soporte 22 de la columna puede pivotar sobre un punto 24 en la porción superior del poste vertical 16 de la columna, para girar la bóveda 10 horizontalmente hacia el lateral para descubrir la parte superior abierta de la vasija 12 del horno durante la carga o abastecimiento del horno, y en otros momentos apropiados durante el funcionamiento del horno, o después del mismo. Se muestran unos electrodos 15 extendiéndose hacia la abertura 32 desde una posición por encima de la bóveda 10. Durante el funcionamiento del horno, los electrodos 15 descienden a través de unas bocas para electrodos dispuestas en forma de delta en la abertura central 32 de la bóveda, y penetran en el interior del horno proporcionar el calor generado por el arco eléctrico para fundir la carga. Una boca de escape 19 permite eliminar los humos generados en el interior del horno durante el funcionamiento.

El sistema de horno está montado sobre unos muñones u otros medios (no representados) para permitir bascular la vasija 12 en cualquier dirección para verter la escoria y el acero fundido. El sistema de bóveda de horno mostrado en las Figs. 1, 2 y 5 está preparado para ser usado como un sistema de giro a izquierdas por el cual la columna 14 puede levantar la bóveda 10, unitaria y de una sola pieza, y girarla horizontalmente en el sentido de las agujas del reloj (tal como se ha visto anteriormente) alejándola de la corona 13 del horno para descubrir el interior del horno, aunque esto no es esencial en la presente invención que es aplicable a todo tipo de hornos eléctricos u otros hornos que incluyan superficies enfriadas por agua. Para evitar un calentamiento excesivo de la superficie metálica inferior 38 de la bóveda 10, por estar expuesta al interior de la vasija 12 del horno, existe un sistema 98 de refrigeración de bóveda incorporado en la misma. En las Fig. 3 y Fig. 3a se muestra con el número 100 un sistema de refrigeración similar para una pared 13 de horno en la forma de un cuerpo unitario, de forma cilíndrica, y de una sola pieza. El revestimiento...

1. Un medio de retención de escoria para enfriar y retener escoria en una placa metálica (38) refrigerada por agua de un elemento de cierre (10), que contiene agua, de un horno adaptado para contener un material fundido (103) que incluye escoria, estando dicha placa metálica refrigerada por agua separada por una masa de material fundido en el horno pero expuesta a una energía térmica a alta temperatura, comprendiendo dicho medio de retención de escoria un inserto (420, 425) metálico y alargado que tiene una primera y segunda porciones terminales (450, 465) con una relación de transferencia térmica, estando adaptada dicha primera porción terminal para extenderse desde un enganche sustancialmente estanco al agua en una abertura preformada (238) de dicha placa metálica (38) refrigerada por agua hasta el interior de dicho elemento de cierre (10) contenedor de agua para hacer contacto con el agua del mismo, y efectuar la consiguiente refrigeración tanto de la primera como de la segunda porciones terminales adyacentes; estando adaptada dicha segunda porción terminal para extenderse por el interior del horno en dirección opuesta a dicha placa refrigerada por agua para contactar con, y retener, la escoria (470) solidificada debido a la refrigeración de dicha segunda porción terminal.

2. Un medio de retención de escoria de acuerdo con la Reivindicación 1, en el cual se proporciona una pluralidad de extensiones metálicas independientes (455) en dicha primera porción terminal (450) de dicho inserto metálico alargado para contactar con el agua en el interior de dicho elemento de cierre contenedor de agua.

3. Un medio de retención de escoria de acuerdo con la Reivindicación 1, en el cual la primera porción terminal está adaptada para enganchar con dicha placa metálica refrigerada por agua mediante un ajuste a presión.

4. Un medio de retención de escoria de acuerdo con la Reivindicación 1, en el cual la primera porción terminal está adaptada para enganchar con dicha placa metálica refrigerada por agua mediante una conexión roscada.

5. Un medio de retención de escoria de acuerdo con la Reivindicación 1, en el cual la primera porción terminal está adaptada para enganchar de manera deslizante con dicha placa metálica refrigerada por agua y está provista de un elemento (500) de resalto transversal que está adaptado para descansar sobre dicha placa mediante una tuerca (510) que encaja con un eje roscado (520) que se extiende desde dicha primera porción terminal, estando acoplado dicho eje roscado a dicho inserto metálico y alargado en su segunda porción terminal mediante un acoplamiento (490, 495) de cuña y surco.

6. Un medio de retención de escoria de acuerdo con la Reivindicación 1, en el cual se proporciona un elemento metálico (475), transversal y extendido hacia fuera, en la segunda porción terminal (465) de dicho inserto (425) metálico y alargado, dentro del sistema de horno para contactar con, y retener, la escoria.

7. Un medio de retención de escoria de acuerdo con la Reivindicación 1, en el cual dicho inserto metálico y alargado está provisto de una porción intermedia (415) de forma cilíndrica entre la primera y la segunda porciones terminales (450, 465), que tiene un diámetro uniforme ligeramente mayor que el diámetro inicial de la abertura preformada (238) en dicha placa metálica (38), estando dicha porción intermedia adaptada para ser insertada en la abertura preformada tras la expansión térmica de la misma, para establecer un ajuste por compresión entre dicha porción intermedia y dicha placa metálica al enfriarse dicha placa metálica.

8. Un medio de retención de escoria de acuerdo con la Reivindicación 1, en el cual dicha primera porción terminal (450) está adaptada para enganchar de manera deslizante con dicha placa metálica y está provista de un elemento transversal (550) de resalto que puede quedar en contacto con dicha placa metálica por fuera de dicho elemento de cierre contenedor de agua y está adaptado para ser apretado contra dicha placa mediante una tuerca (570) que encaja con una sección roscada (575) de la primera porción terminal por dentro de dicho elemento de cierre contenedor de agua.

9. Un medio de retención de escoria de acuerdo con la Reivindicación 1, el cual está formado por un metal seleccionado entre cobre, aleaciones de cobre, aluminio, aleaciones de aluminio y acero; y/o en el cual el área de la superficie de la primera porción terminal del inserto metálico y alargado está entre un 17% y un 80% del área de la superficie total de la primera y segunda porciones terminales.

10. Un horno refrigerado por agua que contiene material y escoria fundidos, y que tiene un elemento de cierre (10) contenedor de agua el cual incluye una placa metálica (38) refrigerada por agua en combinación con un medio de retención de escoria para enfriar y retener la escoria, comprendiendo dicho medio de retención de escoria un inserto (420, 425) metálico y alargado, que tiene una primera y segunda porciones terminales (450, 465) adyacentes con una relación de transferencia térmica, extendiéndose dicha primera porción terminal (450) desde un enganche sustancialmente estanco al agua en una abertura preformada (238) en dicha placa (38) de acero refrigerada por agua hasta el interior de dicho elemento de cierre (10) contenedor de agua para hacer contacto con el agua del mismo, y efectuar la consiguiente refrigeración tanto de la primera como de la segunda porciones terminales adyacentes; extendiéndose dicha segunda porción terminal (465) por el interior del horno en dirección opuesta a dicha placa refrigerada por agua para contactar con, y retener, la escoria solidificada (470).

11. Un horno de acuerdo con la Reivindicación 10 en el cual dicho inserto metálico y alargado está provisto de una porción intermedia (415) de forma cilíndrica entre la primera y la segunda porciones terminales (450, 465), la cual tiene un diámetro ligeramente mayor que el diámetro inicial de la abertura preformada (238) en dicha placa metálica (38), siendo insertada dicha porción intermedia en la abertura preformada tras la expansión térmica de la misma, para establecer un ajuste por compresión entre dicha porción intermedia y dicha placa metálica al enfriarse dicha placa metálica.

12. Un horno de acuerdo con la Reivindicación 10 en el cual la primera porción terminal (450) está enganchada de manera deslizante con dicha placa metálica y está provista de un elemento transversal (550) de resalto que queda en contacto con dicha placa metálica por fuera de dicho elemento de cierre contenedor de agua y queda apretado con firmeza contra dicha placa mediante una tuerca (570) que encaja con una sección roscada (575) de la primera porción terminal por dentro de dicho elemento de cierre contenedor de agua.