Ménsula y procedimiento de reparación de una ménsula de hornos de coque.

Una ménsula que comprende:

una primera hilera que tiene primeros bloques (48),

comprendiendo cada uno de los primeros bloques (48) unaprimera abertura (horizontal) (72) que se extiende a través del primer bloque (48) desde una superficie delanterahasta una superficie trasera y una segunda abertura (vertical) (74) formada a través de una superficie superior delbloque (48), que se prolonga hasta la primera abertura (horizontal) (72), estando dispuestos los primeros bloques(48) en una superficie sustancialmente plana para alinear las respectivas primeras aberturas (horizontales) (72) paradefinir un primer conducto (horizontal) (32); y

una segunda hilera (50) que tiene segundos bloques (50e, 50i), comprendiendo cada uno de los segundos bloques(50i) una tercera abertura (vertical) (80) que se extiende a través del segundo bloque (50i) desde una superficiesuperior hasta una superficie inferior, estando dispuestos los segundos bloques (50i) encima de la primera hilera debloques (48) para alinear la tercera abertura (vertical) (80) de cada uno de los segundos bloques (50i) con lasegunda abertura (vertical) (74) de los primeros bloques (48) para formar un segundo conducto (vertical) (30).

Ménsula y procedimiento de reparación de una ménsula de hornos de coque

La presente invención se refiere a una reparación de la sección de ménsula de un horno de coque y, más en particular, a un modo novedoso, más rápido y más eficaz de reconstruir dicha sección, en el que se utilizan módulos monolíticos moldeados de gran tamaño que tienen alta estabilidad dimensional, imperceptible dilatación por calentamiento, buena resistencia a la compresión y buena resistencia al choque térmico en el intervalo de -20 grados a 1565 grados centígrados.

Normalmente, el coque se produce calentando carbón en una batería de hornos de coque. Dicha batería puede tener entre 40 y más de 100 hornos o cámaras de coquización, en paralelo, separados entre sí por paredes de calentamiento. Dentro de las paredes se quema gas para calentar el carbón. Los ladrillos de suelo de cada horno apoyan en ménsulas. Debajo de las ménsulas hay un área denominada el regenerador. El regenerador está lleno de ladrillos que tienen un área de superficie relativamente grande por volumen, generalmente debido a ranuras formadas en los ladrillos. En el regenerador, se usa calor residual de escape para precalentar el aire entrante que enfría el calor residual de escape antes de la descarga. Los ladrillos con ranuras se denominan ladrillos aplantillados y facilitan la transferencia de calor del calor residual de escape a los materiales de combustión.

El regenerador soporta las ménsulas. A su vez, las ménsulas soportan los ladrillos de suelo del horno de coque y las paredes de calentamiento. Las ménsulas tienen conductos a través de los que se dirigen, desde el regenerador hasta las paredes de calentamiento y viceversa, el gas, el aire entrante y el calor residual de escape. Tradicionalmente, las paredes de calentamiento, los ladrillos de suelo y las ménsulas se hacían de ladrillo de sílice.

La mayoría de baterías de hornos de coque de los Estados Unidos y, de hecho, muchas de todo el mundo, tienen más de cincuenta años y es necesario repararlas periódicamente. Los ladrillos de sílice que forman las paredes, suelos y ménsulas del horno empiezan a degradarse con el tiempo debido a los ciclos de calentamiento y enfriamiento a los que se someten. Para mantener los hornos en funcionamiento se hacen reparaciones mínimas y pueden incluir reparar los ladrillos de los extremos de las paredes o sustituir las partes de extremo de las paredes (reparaciones de paredes de extremo) . Cuando la degradación de la pared de calentamiento es considerable, puede ser necesario sustituir toda la pared entre dos hornos. En casos extremos, la parte de ménsula del horno debajo del suelo del horno puede sufrir el mismo tipo de degradación que las paredes de calentamiento del horno. Las grietas se pueden hacer tan grandes que el gas puede salir a través de fracturas o de las juntas entre ladrillos y quemarse en el regenerador. Esto tiene como resultado menor rendimiento y mayores costes de funcionamiento. Cuando ocurre esto, puede ser necesario reparar o sustituir total o parcialmente la ménsula.

Cuando es necesario reparar o sustituir la ménsula, se apagan las cámaras de coquización más cercanas y se extraen la pared de encima de la ménsula y la parte de la ménsula que hay que sustituir. Antes, los albañiles sustituían la ménsula o parte de la misma usando ladrillos de sílice. El procedimiento supone cientos o miles de ladrillos de sílice de múltiples formas, tamaños y disposiciones diferentes. Dado que se necesitan numerosos orificios para permitir que el gas, el aire y el calor residual de escape fluyan a través de la ménsula, es necesario unir los ladrillos de sílice de un modo similar a un puzle en 3 dimensiones a fin de obtener la forma y configuración adecuada de la ménsula. Este procedimiento requiere mucha mano de obra y lleva mucho tiempo. Adicionalmente, cada empalme de ladrillos adyacentes crea una junta y cada junta es un posible punto de fuga cuando la pared o ménsula empieza a deteriorarse con el uso. Debido a la gran cantidad de ladrillos que se usan, hay cientos y a veces miles de posibles puntos de rotura en las ménsulas que se construyen usando los ladrillos de sílice y las técnicas convencionales.

En la patente estadounidense 6.539.602 se describe un procedimiento de reparación de una pared de horno de coque usando partes preensambladas de ladrillo. No obstante, si bien este procedimiento se podría aplicar para reparar ménsulas, tendría muchas más juntas que el procedimiento de esta invención y, por lo tanto, con el tiempo, sería propenso a los mismos problemas de fugas a los que son propensas las reparaciones tradicionales.

Módulos o bloques de gran estabilidad térmica de un material no dilatable con alta estabilidad dimensional, buena carga de compresión y buena resistencia al choque térmico en un intervalo de 0 grados a 2850 grados Fahrenheit (17, 8 a 1565, 6º C) se muestran en las patentes estadounidenses Nº 5.227.106 y Nº 5.423.152. Estos se han desarrollado para reparaciones de paredes de extremo y recientemente se han usado para llevar a cabo sustituciones de paredes de calentamiento. Actualmente, parece que también es posible usar bloques similares para sustituir o reparar ménsulas. Si bien cada conjunto de bloques se debe hacer a medida para cada instalación, sigue siendo una reparación más económica y duradera que las que se llevan a cabo con ladrillos tradicionales. Además, es un procedimiento más rápido de efectuar las reparaciones que el procedimiento tradicional, lo que tiene como resultado menos tiempo de inactividad.

En el documento WO-A-2009/056843 se describe un procedimiento para reparación o sustitución de paredes de calentamiento dañadas.

Un objetivo de esta invención es reconstruir la ménsula de un horno de coque, total o parcialmente, con módulos o bloques monolíticos moldeados, de gran tamaño, no dilatables y térmicamente estables. Será más rentable construir la ménsula de sustitución y no se degradará tan rápido como los ladrillos de sílice a los que está sustituyendo. Por lo tanto, bloques o módulos grandes ahorrarán cantidades considerables de dinero durante su vida útil, tanto por cuanto se refiere a los costes de instalación reducidos como a una vida útil más prolongada. En caso de que fueran necesarias se necesitarían muy pocas reparaciones, a diferencia de las ménsulas hechas de ladrillos de sílice. Adicionalmente, aumentará el rendimiento del horno dado que se reducirán al mínimo o se eliminarán las fugas de gas.

Más en particular, es un objetivo de esta invención usar los módulos moldeados de gran tamaño en una sustitución de ménsula, módulos que están hechos de material que tendrá una alta estabilidad dimensional, imperceptible dilatación por calentamiento, buena resistencia a la compresión y buena resistencia al choque térmico en el intervalo de 0 grados a 2850 grados Fahrenheit (-17, 8 a 1565, 6º C) . Los módulos de gran tamaño permiten llevar a cabo las reparaciones en aproximadamente la mitad de tiempo que las reparaciones con ladrillos de sílice y las reparaciones las puede realizar personal de la planta en lugar de albañiles, proporcionando, de ese modo, un ahorro de costes adicional. Además, debido a la estabilidad dimensional de los bloques en un intervalo más amplio de temperaturas, la ménsula debería durar bastante más tiempo y necesitar menos reparaciones durante su vida útil que las ménsulas de ladrillos de sílice.

De acuerdo con una forma de realización preferente de la invención, una ménsula comprende una primera hilera que tiene primeros bloques. Cada uno de los primeros bloques comprende una primera abertura (horizontal) que se extiende a través del primer bloque desde una superficie delantera hasta una superficie trasera y una segunda abertura (vertical) formada a través de una superficie superior del bloque. La segunda abertura (vertical) se prolonga hasta la primera abertura (horizontal) . Los primeros bloques están dispuestos en una superficie sustancialmente plana para alinear las respectivas primeras aberturas (horizontales) para definir un primer conducto (horizontal) . Una segunda hilera tiene segundos bloques, cada uno de los segundos bloques comprende una tercera abertura (vertical) que se extiende a través del segundo bloque desde una superficie superior hasta una superficie inferior, los segundos bloques están dispuestos encima de la primera hilera de bloques para alinear la tercera abertura (vertical) de cada uno de los segundos bloques con la segunda abertura (vertical) de los primeros bloques para formar un segundo... [Seguir leyendo]

1. Una ménsula que comprende:

una primera hilera que tiene primeros bloques (48) , comprendiendo cada uno de los primeros bloques (48) una primera abertura (horizontal) (72) que se extiende a través del primer bloque (48) desde una superficie delantera hasta una superficie trasera y una segunda abertura (vertical) (74) formada a través de una superficie superior del bloque (48) , que se prolonga hasta la primera abertura (horizontal) (72) , estando dispuestos los primeros bloques

(48) en una superficie sustancialmente plana para alinear las respectivas primeras aberturas (horizontales) (72) para definir un primer conducto (horizontal) (32) ; y

una segunda hilera (50) que tiene segundos bloques (50e, 50i) , comprendiendo cada uno de los segundos bloques (50i) una tercera abertura (vertical) (80) que se extiende a través del segundo bloque (50i) desde una superficie superior hasta una superficie inferior, estando dispuestos los segundos bloques (50i) encima de la primera hilera de bloques (48) para alinear la tercera abertura (vertical) (80) de cada uno de los segundos bloques (50i) con la segunda abertura (vertical) (74) de los primeros bloques (48) para formar un segundo conducto (vertical) (30) .

2. La ménsula según la reivindicación 1, caracterizada porque la primera hilera comprende además bloques laterales (64) dispuestos cerca de laterales de los primeros bloques (48) .

3. La ménsula según la reivindicación 2, caracterizada por comprender además al menos un bloque de cimentación (46) , estando posicionadas la primera hilera y la segunda hilera (50) encima del bloque de cimentación (46) .

4. La ménsula según la reivindicación 3, caracterizada porque cada uno de los bloques laterales (64) tiene una hendidura longitudinal (70) ,

en la que al menos un bloque de cimentación (46) tiene bordes laterales levantados (68) , y

en la que los primeros bloques (48) están dispuestos en el bloque de cimentación (46) entre los bordes laterales (68) de manera que la hendidura longitudinal (70) coincide con los bordes laterales levantados (68) del bloque de cimentación (46) .

5. La ménsula según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizada porque los bloques laterales (64) incluyen una muesca en ángulo (71) que se extiende a lo largo de una parte de cada una de una superficie superior y una superficie lateral de los bloques laterales (64) , alineándose la muesca (71) con una abertura (78) de los segundos bloques (50e, 50i) para formar un conducto de aire.

6. La ménsula según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por comprender además un tercer conducto (diagonal) (28) que se extiende diagonalmente desde la superficie superior de uno de los segundos bloques (50i) hasta un lateral de al menos uno de los primeros y segundos bloques (48, 50i) .

7. La ménsula según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por comprender además una tercera hilera (52) que tiene terceros bloques (52e, 52i) , comprendiendo cada uno de los terceros bloques (52e, 52i) al menos una cuarta abertura (82) formada a través del tercer bloque (52e, 52i) desde una superficie superior hasta una superficie inferior, dispuestos los terceros bloques (52e, 52i) encima de los segundos bloques (50e, 50i) de manera que cada cuarta abertura (82) se alinea sustancialmente con el segundo conducto (30) .

8. La ménsula según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por comprender además una hilera superior (54) dispuesta encima de la segunda hilera (50) , comprendiendo la hilera superior (54) al menos un primer bloque de hilera superior (54e, 54i) y al menos un segundo bloque de hilera superior (76) , definiendo el al menos un primer bloque de hilera superior (54e, 54i) al menos una cavidad (84) para recibir el al menos un segundo bloque de hilera superior (76) .

9. La ménsula según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque cada uno de los primeros bloques (48) tiene un reborde (34) en al menos una de la superficie delantera y la superficie trasera, que limita al menos una parte de la primera abertura (72) .

10. La ménsula según la reivindicación 9, caracterizada porque el reborde (34) está formado en una de la superficie delantera y la superficie trasera del primer bloque (48) y un entrante está formado en la otra de la superficie delantera y la superficie trasera, limitando al menos una parte del primer conducto (32) .

11. Un procedimiento de construcción de una ménsula que comprende las etapas de:

colocar una primera hilera de bloques (48) que comprende una pluralidad de primeros bloques (48) , teniendo cada uno de los primeros bloques (48)

(i) una primera abertura (72) dispuesta longitudinalmente a través de los mismos, desde una superficie delantera hasta una superficie trasera, y

(ii) al menos una segunda abertura (74) que se prolonga desde una superficie superior hasta la primera abertura (72) , y

colocar una segunda hilera (50) de bloques (50e, 50i) encima de la primera hilera de bloques (48) , comprendiendo la segunda hilera (50) de bloques (50e, 50i) una pluralidad de segundos bloques (50e, 50i) , teniendo cada uno de los segundos bloques (50i) al menos una tercera abertura (80) que se extiende a través de los mismos, desde una superficie superior hasta una superficie inferior, estando dispuesta la segunda hilera (50) de bloques (50i) encima de la primera hilera de bloques (48) para alinear sustancialmente cada una de la al menos una tercera abertura (80) con una de la al menos una segunda abertura (74) .

12. El procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por comprender además nivelar una superficie sobre la que se construirá la ménsula antes de colocar la primera hilera de bloques (48) y de colocar la segunda hilera (50) de bloques (50e, 50i) .

13. El procedimiento según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado por comprender además colocar uno

o más bloques de cimentación (46) antes de colocar la primera hilera de bloques (48) y la segunda hilera (50) de bloques (50e, 50i) , teniendo los bloques de cimentación (46) bordes laterales levantados (68) .

14. El procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque la primera hilera se coloca en el bloque de cimentación (46) de manera que los primeros bloques (48) están colocados entre los bordes levantados (68) , comprendiendo además la primera hilera de bloques (48) una pluralidad de bloques laterales (64) dispuestos a lo largo de laterales de los primeros bloques (48) , teniendo los bloques laterales (64) hendiduras (70) que coinciden con los bordes levantados (68) de los bloques de cimentación (46) .

15. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado por comprender además colocar una tercera hilera (52) de bloques que comprende terceros bloques (52e, 52i) encima de la segunda hilera (50) de bloques (50e, 50i) , teniendo cada uno de los terceros bloques (52e, 52i) al menos una cuarta abertura (82) formada a través de los mismos, desde una superficie superior hasta una superficie inferior, estando dispuestos los terceros bloques (52e, 52i) encima de la segunda hilera (50) de bloques (50e, 50i) de manera que cada cuarta abertura (82) se alinea sustancialmente con la tercera abertura (80) .

16. El procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado por comprender además colocar una hilera más alta (54) de bloques (54e, 54i) encima de la segunda hilera (50) de bloques (50e, 50i) , comprendiendo la hilera más alta (54) de bloques (54e, 54i) una serie de bloques de capa superior (54e, 54i) , definiendo los bloques de capa superior (54e, 54i) al menos una cavidad (84) alrededor de la tercera abertura (80) .

17. El procedimiento según la reivindicación 16, caracterizado por comprender además colocar un bloque de gas (76) en cada una de la al menos una cavidad (84) .