Sistema de Control del flujo térmico en horno eléctrico de arco.

Sistema mediante el cual, el flujo gaseoso existente en el interior del horno eléctrico, es conducido controladamente a través de la chatarra, que actúa como filtro, donde los gases ceden su energía, realizando de está forma el adecuado auto-precalentamiento de la carga en el interior del recipiente. El sistema se basa en la incorporación de al menos dos (6) captadores o salidas de gases, situados en cualquier parte de la cuba del horno, conectados estas salidas o captadores, con la instalación de depuración de humos

Sistema de Control del flujo térmico en horno eléctrico de arco.

Sistema mediante el cual, el flujo gaseoso existente en el interior del horno eléctrico, es conducido controladamente a través de la chatarra, que actúa como filtro, donde los gases ceden su energía, realizando de esta forma el adecuado auto-precalentamiento de la carga en el interior del recipiente. El sistema se basa en la incorporación de al menos dos captadores o salidas de gases, situados en cualquier parte de la cuba del horno, conectados estas salidas o captadores, con la instalación de depuración de humos.

Sector de la técnica

La invención se encuadra en el campo de la fabricación de acero y dentro del mismo, en el Horno Eléctrico de Arco, alimentado este por corriente continua o alterna, pero es aplicable a cualquier tipo de horno que utilice la energía generada por el arco eléctrico, como fuente energética del Proceso, tal como lo es la fabricación de ferroaleaciones.

Estado de la técnica

En el Horno Eléctrico de Arco utilizado principalmente en la fabricación de acero, la transmisión de la energía térmica a la carga, se realiza de forma casi exclusiva, por radiación.

Durante el Proceso de agujereado de la carga o "boye down" originado por la energía del arco eléctrico y a lo largo de todo el período de fusión, se produce un hueco o espacio progresivo entre electrodo(s) y chatarra - o mezcla de chatarra con material férrico - que sirve de vía prioritaria para la conducción de gases calientes. Gran parte de la energía contenida en estos gases, se evacua con ellos, a través del captador de gases, elemento situado en la parte superior de la bóveda, debido a la elevada velocidad con que los mencionados gases abandonan el horno, consecuencia tanto de su densidad como del diferencial de presión existente dentro y fuera del mismo.

Con el fin de optimizar el consumo energético e incrementar la productividad en las Acerías eléctricas, se han desarrollado sistemas y/o técnicas, basados en diferentes conceptos, que van desde la masiva utilización de energías fósiles, hasta el intento de confinamiento de gases dentro del mismo; desde el precalentamiento de chatarra en instalaciones autónomas, hasta el aprovechamiento de la energía de los gases de escape del horno, para precalentar la chatarra, ubicada esta tanto en recipientes externos a la cuba del horno, como en sistemas de alimentación continua o semi-continua.

El estado de la técnica (patente US 5375139) presenta un sistema de inyección, para modificar el flujo gaseoso dentro del horno, precalentado así la chatarra. Esta patente hace referencia a su vez, a otro desarrollo anterior con el mismo objetivo (patente EP 0462898-US 5166950).

El estado de la técnica (patente US 6748004) también indica que es habitual actuar sobre los elementos de Control de la instalación de aspiración-depuración de humos con el fin de mantener una correcta depresión y extraer del horno la menor energía posible, prolongando la permanencia de los gases en el interior del horno, lo que se traduce en un precalentamiento de la chatarra.

La pérdida de energía en los procesos indicados en los casos mencionados anteriormente (US 5375139 y otros) es elevada. Los gases actúan "barriendo" o evacuando tanto más energía, cuanto mayor sea el volumen aportado, debido al aumento de la presión en el interior del recipiente que incrementa la velocidad de evacuación, puesto que el flujo gaseoso transita prioritariamente por los lugares libres de obstáculos, conectados con el captador de gases situado en la bóveda, hecho que ocurre ya desde el inicio de la fusión, debido, como se ha comentado anteriormente, a las cavidades producidas en la carga, por la acción de los electrodos, mecheros o lanzas a tal efecto.

Además, los gases, en estos casos, interaccionan solamente con la superficie de la carga, ya de por si muy caliente, lo que representa un bajo gradiente térmico gas/chatarra, que reduce sensiblemente el intercambio o cesión energética.

Se han desarrollado otros sistemas, que realizan el precalentamiento fuera del propio recinto del horno. A tal efecto el estado de la técnica (patente US 6157664) muestra un sistema, que tiene por objeto, aprovechar la energía que se evacua del horno a través del captador de gases, situado en la bóveda del mismo y cuya aplicación se basa en la utilización de recipientes cargados de chatarra, conectados en línea entre la mencionada salida y la instalación hbox{captadora de humos.}

Esta patente, pone de manifiesto los problemas de operatividad que suponen un serie de desarrollos anteriores (patente EP 225939-patente WO 95/12690-patente WO 96/32616-patente EP 636698) todos ellos referidos al precalentamiento de chatarra ubicada en recipientes externos al horno.

El estado de la técnica (patente US 6274081) muestra también, el desarrollo llevado a efecto sobre el precalentamiento de chatarra, mediante la instalación de una tolva de carga situada fuera de la cuba del horno (insertada en la bóveda del mismo y en línea con la depuración de humos) En este caso, los gases que abandonan el horno, transitan a través de la masa de chatarra, ubicada en la citada tolva, cediendo así gran parte de su energía a la misma y realizando el consiguiente precalentamiento de la carga.

En otros Sistemas de alimentación continua (patente EP 0190313-WO-8610130) se recurre al precalentamiento de la chatarra, aprovechando la energía de los gases que abandonan el horno, haciéndoles circular a contracorriente con la dirección de alimentación de carga en forma continua, proceso que se lleva a cabo a través de un largo túnel, donde está instalado el sistema a tal efecto.

Los sistemas de precalentamiento de chatarra fuera del propio horno, mencionados anteriormente, presentan inconvenientes, que van desde la dificultad de obtener un lecho fluido a través del cual circulen los gases (US 6157664) y todos los problemas operativos indicados en esta patente acerca de las mencionadas en la misma (EP 225939 etc.) hasta las dificultadas para controlar la caída de carga desde la tolva de carga al recipiente o cuba del horno (US 6274081) situación que provoca rotura de electrodos. También existen inconvenientes comunes a las patentes (US 6274081) y (EP 0190313) en los cuales la ausencia de chatarra en las zonas del horno mas alejadas a la de la caída de la carga, durante el proceso de fusión, provoca el descubierto prematuro de las paredes de la vasija, que son expuestas a la acción agresiva del arco eléctrico. Esta circunstancia, impide la utilización de altas potencias eléctricas, disminuyendo por tanto la productividad, a la vez que conduce a un deterioro del refractario. Además, en estos Sistemas, no es posible utilizar cualquier tipo de chatarra, por problemas operativos (paliar las caídas incontroladas de carga-controlar la alimentación continua) requiriéndose una selección de materias primas, que conllevan el encarecimiento del producto.

Aparte de las dificultades mencionadas, estos sistemas requieren monumentales instalaciones, que suponen elevados costos de inversión y mantenimiento.

Ante todas estas circunstancias, la solución a los problemas planteados, pasaría por utilizar un sistema eficaz de precalentamiento de la carga dentro del horno, obviando la construcción de elementos onerosos fuera del recipiente y su dificultad operativa.

El invento que aquí se presenta, resuelve de forma simple los inconvenientes citados, con la incorporación de un nuevo sistema para la captación, regulación y control de los gases, procedentes tanto de la combustión de los productos orgánicos incluidos en la propia chatarra, o materiales de carga, como de los gases producidos debido a la combustión de adiciones aportadas tanto en forma sólida como gaseosa. Este invento permite conducir el flujo gaseoso, desde el punto de generación de dichos gases, hasta la instalación depuradora de humos siempre a través de la carga sólida, poniendo en íntimo contacto sus masas y realizando de esta forma, la función de precalentamiento del material de partida dentro del propio horno.

Descripción de la invención

Este invento se basa en un cambio total de criterio en el concepto de precalentamiento de la carga, definiendo como tal, el hecho de hacer pasar energía térmica a través de la chatarra, para producir el efecto citado. El estado de la técnica sintetizado anteriormente, indica que el precalentamiento de la chatarra en las instalaciones actuales, se lleva a cabo casi siempre en recipientes o conductos...

1. Sistema de Control del flujo térmico en horno eléctrico de arco mediante el cual, el flujo gaseoso existente en el interior del horno eléctrico de arco, es conducido controladamente a través de la chatarra que actúa como filtro, donde los gases ceden energía térmica, realizando de esta forma, el adecuado auto-precalentamiento de la carga en el interior del recipiente. El sistema se basa en la incorporación de al menos dos captadores o salidas de gases situados en cualquier parte de la cuba del horno, en lugar de la bóveda conectados estas salidas o captadores con la instalación de depuración de humos caracterizado porque el sistema comprende además, las siguientes particularidades:

- Los captadores o salida de gases están dotados, todos o parte de ellos, de compuertas o válvulas accionados con sistemas de apertura/cierre y regulación.

2. Sistema de Control del flujo térmico en horno eléctrico de arco, según la 1ª reivindicación, caracterizado porque dichas salidas o captadores están conectados todas o parte de ellas a un colector general por donde los gases son conducidos hacia la instalación depuradora de humos.

3. Sistema de Control del flujo térmico en horno eléctrico de arco, según la 1ª reivindicación, caracterizado porque dichas salidas o captadores pueden estar conectadas independientemente a la instalación depuradora de humos, sin utilizar un colector general.

4. Sistema de Control del flujo térmico en horno eléctrico de arco, según la 1ª a 3ª reivindicaciones, caracterizado porque todas o cualquiera de las salidas o captadores pueden estar conectadas a cualquier conducto fijo o retráctil, montado o no sobre elementos o carros fijos o móviles.

5. Sistema de Control del flujo térmico en horno eléctrico de arco, según la 1ª a 4ª reivindicaciones, caracterizado porque las compuertas o válvulas se pueden ubicar en cualquier parte de los conductos por donde transitan los gases.

6. Sistema de Control del flujo térmico en horno eléctrico de arco, según la 1ª a 5ª reivindicaciones, caracterizado porque el sistema, permite, si se cree oportuno, mantener el tradicional captador de gases en la bóveda.

7. Sistema de Control del flujo térmico en horno eléctrico de arco, según la 1ª a 6ª reivindicaciones, caracterizado porque las salidas o captadores se pueden ubicar en cualquier parte de la cuba del horno, incluyendo la puerta de desescoriado y/o la parte superior de la piquera u orificio de colada del horno.

8. Sistema de Control del flujo térmico en horno eléctrico de arco, según la 1ª a 7ª reivindicaciones, caracterizado porque el sistema permite disponer, si fuese necesario, de dos salidas o captadores, que abarquen todo o parte del perímetro de la cuba del horno, conectados con la instalación de depuración de humos.

9. Sistema de Control del flujo térmico en horno eléctrico de arco, según la 1ª a 8ª reivindicaciones, caracterizado porque tanto las salidas o captadores como las compuertas o válvulas y colectores presentan cualquier geometría y dimensiones en su construcción.

10. Sistema de Control del flujo térmico en horno eléctrico de arco, según la 1ª a 9ª reivindicaciones, caracterizado porque las salidas o captadores pueden estar libres o incorporar Sistema de regulación.

11. Sistema de Control del flujo térmico en horno eléctrico de arco, según la 1ª a 10ª reivindicaciones, caracterizado porque en caso de incorporar Sistema de regulación, el accionamiento puede ser: eléctrico, neumático o hidráulico, tanto manual como automático.

12. Sistema de Control del flujo térmico en horno eléctrico de arco, según la 1ª a 11ª reivindicaciones caracterizado porque el sistema de regulación y control de las compuertas o válvulas y por tanto del flujo gaseoso, puede llevar incorporados detectores de temperatura o de cualquier medida de referencia.

13. Sistema de Control del flujo térmico en horno eléctrico de arco, según la 1ª a 12ª reivindicaciones precedentes caracterizado porque la carga del horno puede ser chatarra, materiales férricos, minerales o mezcla de todos o parte de ellos, destinados a la producción de acero, hierro fundido o ferroaleaciones.