PROCEDIMIENTO PARA HACER FUNCIONAR UN HORNO DE CUBA.

Procedimiento para hacer funcionar un horno de cuba, en el que se alimentan materias primas a una zona superior del horno de cuba,

que descienden bajo la acción de la fuerza de gravedad en el horno de cuba, fundiéndose y/o reduciéndose al menos una parte de las materias primas bajo la acción de la atmósfera que reina en el interior del horno de cuba , y alimentándose en una zona inferior del horno de cuba un gas de tratamiento, que influye al menos parcialmente en la atmósfera que reina en el interior del horno de cuba, caracterizado porque la introducción del gas de tratamiento se modula de forma cuasiperiódica, de tal modo que, durante la modulación, varíen las magnitudes de funcionamiento presión p y/o flujo volumétrico V al menos temporalmente dentro de los límites de una duración de período < 5 s

Procedimiento para hacer funcionar un horno de cuba La invención se refiere a un procedimiento para hacer funcionar un horno de cuba, en el que se alimentan materias primas a una zona superior del horno de cuba, que descienden bajo la acción de la fuerza de gravedad en el horno, fundiéndose y/o reduciéndose una parte de las materias primas bajo la acción de la atmósfera que reina en el interior del horno de cuba y alimentándose en una zona inferior del horno de cuba un gas de tratamiento, que influye al menos parcialmente en la atmósfera que reina en el interior del horno de cuba.

Un procedimiento de este tipo o el horno de cuba son en principio conocidos. Sólo para la fusión primaria de hierro se usa en gran medida como grupo principal, representando otros procedimientos sólo una parte correspondiente de sólo aprox. un 5 %. El horno de cuba puede trabajar según el principio de contracorriente. Las materias primas, como el lecho de fusión y el coque, se cargan en la zona superior del horno de cuba del tragante y descienden en el horno de cuba. En una zona inferior del horno (nivel del plano de toberas) se insufla un gas de tratamiento (llamado viento, con 800- 10.000 m3/tRE, según el tamaño del horno) mediante toberas en el horno. Durante este proceso, el viento, que habitualmente es aire calentado previamente en calentadores del viento a temperaturas entre aprox. 1000 y 1300ºC, reacciona con el coque, generándose entre otras cosas monóxido de carbono. El monóxido de carbono sube en el horno y reduce los minerales de hierro contenidos en el lecho de fusión.

Además, se insuflan habitualmente también agentes reductores sustitutivos con por ejemplo 100 – 170 kg/tRE (p.ej. polvo de carbón, aceite o gas natural) en el horno, lo cual favorece la generación de monóxido de carbono.

Además de la reducción de los minerales de hierro, las materias primas se funden por el calor generado por los procesos químicos que se producen en el horno de cuba. No obstante, es irregular la distribución de la temperatura a lo largo de la sección transversal del horno de cuba. En el centro del horno de cuba se forma el llamado “hombre muerto”, mientras que los procesos relevantes, como la gasificación (reacción de oxígeno con coque o agentes reductores sustitutivos para formar monóxido de carbono y dióxido de carbono) se producen sustancialmente sólo en la llamada zona de turbulencias, que es una zona delante de la tobera, es decir, que sólo está dispuesta en una zona marginal respecto a la sección transversal del horno. La zona de turbulencias tiene una profundidad respecto al centro del horno de aproximadamente 1 m y un volumen de aproximadamente 1, 5 m3. Habitualmente, en el nivel del plano de toberas están dispuestas varias toberas en la circunferencia de tal modo que la zona de turbulencias formada delante de cada tobera se solapa con las zonas de turbulencias formadas al lado izquierdo y derecho, de modo que la zona activa está formada sustancialmente por una zona en forma de anillo circular. Durante el funcionamiento del horno de cuba se forma el llamado “birdsnest” (nido de ave) .

Además, el viento caliente puede enriquecerse habitualmente con oxígeno, para intensificar los procesos que se acaban de describir (gasificación la zona de turbulencias, reducción de los minerales de hierro) , lo cual conduce a un aumento del rendimiento del horno de cuba. Puede enriquecerse el viento caliente, por ejemplo, con oxígeno antes de su introducción, o también puede alimentarse por separado oxígeno puro, pudiendo estar prevista para la alimentación separada una llamada lanza, p.ej. un tubo se extiende p.ej. en el interior de la tobera, que también es una pieza tubular y que desemboca en una zona de boca de la tobera en el horno. En particular, en el caso de altos hornos modernos, que se hacen funcionar con una carga de coque baja, el viento caliente se enriquece correspondientemente en alto grado con oxígeno. Por otro lado, se aumentan los costes de producción por la adición de oxígeno, de modo que no puede aumentarse la eficacia de un horno de cuba moderno simplemente mediante una concentración de oxígeno que se aumenta correspondientemente cada vez más.

También es conocido que hay una correlación entre la eficiencia, es decir, el rendimiento de un horno de cuba moderno con el llamado paso de gas en el horno de cuba. Esto se refiere generalmente al grado de funcionamiento de la gasificación en la zona de turbulencias, de la reducción de los minerales de hierro y, en general, del paso de gas en el horno de cuba desde el nivel del plano de toberas hacia arriba al tragante, donde se evacua el llamado gas de tragante. Un indicio para un mejor paso de gas es, por ejemplo, una pérdida de presión lo más baja posible en el horno.

No obstante, se ha mostrado que a pesar del enriquecimiento del viento caliente con oxígeno, el paso de gas en los altos hornos modernos no es del todo satisfactorio. Por lo tanto, la invención tiene el objetivo de indicar un procedimiento para hacer funcionar un horno de cuba que garantice un mejor paso de gas en el horno.

Por el documento WO 01/36891 A3 se conoce un procedimiento para hacer funcionar un horno de cuba. En este procedimiento se insuflan mediante toberas insumos, combustibles, un primero y un segundo oxidante en la zona de fusión. La insuflación con toberas del segundo oxidante se realiza mediante una secuencia que se repite en el tiempo de una fase de flujo y una fase de reposo. Como ejemplos, las duraciones de las fases de flujo y de las fases de reposo pueden ser de 10 s, respectivamente.

El objetivo se consigue según la invención mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1.

En cuanto al procedimiento, este objetivo se consigue mediante un procedimiento del tipo explicado al principio, en el que se modula la introducción del gas de tratamiento. La modulación del gas de tratamiento se realiza aquí de tal modo que se varían las magnitudes de funcionamiento presión p y/o flujo volumétrico V en una duración de período inferior o igual a 5 s y de forma especialmente preferible inferior o igual a 1 s. Concretamente se ha mostrado que se consigue un paso de gas claramente mejor y, por lo tanto, un aumento del rendimiento y de la eficiencia si el gas de tratamiento no se introduce de modo uniforme en el tiempo en el horno variándose la introducción por lo contrario en intervalos cortos.

Por supuesto, la introducción del gas de tratamiento varía también en los procedimientos convencionales siempre cuando se pone en marcha o se apaga el horno, cuando se ajustan parámetros de funcionamiento distintos para una nueva carga de materias primas o cuando se cambia la concentración de oxígeno del viento caliente a un valor mayor sólo para aumentar el rendimiento. No obstante, estas variaciones en el tiempo sólo son variaciones únicas, que tienen lugar en una escala de tiempo de varias horas. La modulación dinámica según la invención de la introducción del gas de tratamiento, en cambio, tiene lugar en escalas de tiempo de menos de un minuto, lo cual está relacionado con que el tiempo de permanencia medio del gas en el horno de cuba sólo es de 5 a 10 s. En comparación con la modulación dinámica según la invención, las variaciones en el tiempo de los parámetros de funcionamiento en intervalos de más de un minuto presentan un intervalo comparativamente reducido en el que los parámetros de funcionamiento no son estáticos. Es decir, el intervalo entre dos variaciones de los parámetros de funcionamiento, en el que los parámetros de funcionamiento son sustancialmente constantes, es decir, estáticos, el más largo que el intervalo que es necesario para alcanzar el estado sustancialmente estacionario. Con excepción de un tiempo de adaptación relativamente corto, las variaciones de este tipo son sustancialmente estáticas, por lo que se denominan “modulación cuasiestática”. En la modulación dinámica según la invención, el intervalo con estados no estacionarios en el horno de cuba es más largo que el intervalo con estados sustancialmente estacionarios. Por la modulación dinámica se perturban zonas muertas en la zona de turbulencias, lo cual aumenta la turbulencia total en la zona de turbulencias; esto conlleva un mejor paso de gas en la zona de turbulencias, lo cual conduce a su vez a un mejor paso de gas en la cuba.

De forma especialmente ventajosa, la modulación se realiza de forma cuasiperiódica, en particular, de forma periódica, siendo la duración de período de 5 s o más corta. Una modulación periódica está caracterizada... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para hacer funcionar un horno de cuba, en el que se alimentan materias primas a una zona superior del horno de cuba, que descienden bajo la acción de la fuerza de gravedad en el horno de cuba, fundiéndose y/o reduciéndose al menos una parte de las materias primas bajo la acción de la atmósfera que reina en el interior del horno de cuba , y alimentándose en una zona inferior del horno de cuba un gas de tratamiento, que influye al menos parcialmente en la atmósfera que reina en el interior del horno de cuba, caracterizado porque la introducción del gas de tratamiento se modula de forma cuasiperiódica, de tal modo que, durante la modulación, varíen las magnitudes de funcionamiento presión p y/o flujo volumétrico V al menos temporalmente dentro de los límites de una duración de período < 5 s.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, realizándose la modulación de forma cuasiperiódica, siendo válido para la duración de período T 5 s > T > 60 ms.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, realizándose la modulación a modo de pulsaciones, siendo válido para la anchura de impulso σ de un impulso 5 s > σ > 1 ms.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, realizándose la modulación mediante un ajuste de al menos una magnitud de funcionamiento.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, introduciéndose el gas de tratamiento por al menos dos vías diferentes en el horno de cuba y modulándose dinámicamente una primera magnitud de funcionamiento para el control de la parte del gas de tratamiento que ha de introducirse por la primera vía, modulándose además dinámicamente una segunda magnitud de funcionamiento para el control de la parte del gas de tratamiento que ha de introducirse por la segunda vía, siendo la primera y la segunda magnitud de funcionamiento la misma magnitud de funcionamiento que se somete a modulaciones diferentes o siendo la primera y la segunda magnitud de funcionamiento magnitudes de funcionamiento diferentes que se someten a la misma modulación.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, siendo moduladas la primera y la segunda magnitud de funcionamiento periódicamente con la misma duración de período T, habiéndose desplazado la fase relativa de las mismas un valor predeterminado.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 6, ajustándose la duración de período T-1 inversa en una frecuencia propia de un sistema parcial de la atmósfera en el interior del horno de cuba.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, conteniendo el gas de tratamiento al menos temporalmente en parte o por completo gas inerte, para refrigerar válvulas dispuestas en el flujo volumétrico del gas de tratamiento.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, modulándose el gas de tratamiento de tal modo que el gas de tratamiento forme una onda estacionaria en el horno de cuba.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, regulándose la introducción del gas de tratamiento de tal modo que las materias primas desciendan uniformemente en el interior del horno de cuba.