Horno de cuba calentado eléctricamente.

Horno de cuba (5, 10) calentado eléctricamente para la reducción por fusión mediante una calefacción porinducción con al menos un inductor (12),

estando el inductor (12) conformado de conductores eléctricos compuestosde grafito, y en el cual el horno de cuba (5, 10) comprende un revestimiento interior (11) de material refractario ypresenta en su superficie interior acanaladuras (20) en las que se han previsto conductores conformados de grafito.

Horno de cuba calentado eléctricamente.

La invención se refiere a un horno de cuba calentado eléctricamente con al menos un elemento calefactor formado de conductores eléctricos.

En el documento WO 2006/079132 A1 se ha propuesto un procedimiento y un dispositivo para la reducción de escorias o escorias vitrificadas con contenido de óxidos metálicos y/o desgasificado de colada mineral, en la que las escorias fundidas han sido alimentadas a una cama de coque calentada inductivamente. En este caso, la carga ha sido suministrada a un horno de cuba y la cama de coque calentada inductivamente a temperaturas que aseguran que hasta la finalización de la sangría se forme una colada o se mantenga la temperatura de fusión. Mediante el uso de coque calentado inductivamente se puso a disposición una cama con un elevado potencial de reducción, de modo que se ha podido realizar de manera sencilla la reducción de escorias oxídicas o cargados de sustancias orgánicas y polvos metalúrgicos también con elevados contenidos de escorias de óxido de cromo u óxido de vanadio. Los hornos calentados inductivamente se conocen también como hornos de crisol. En el caso de hornos calentados eléctricamente se aprovecha, generalmente, la resistencia eléctrica de la colada y la aplicación de la energía eléctrica por medio de los electrodos inmersos en la colada. Para un calentamiento inductivo ya se habían propuesto bobinas de cobre, siendo la transmisión de calor por inducción sólo exitosa con alta eficiencia cuando entre la bobina de inducción y el medio a calentar inductivamente deben ser cubiertas sólo distancias cortas. En el caso de coladas, ello significa que el calor correspondiente es irradiado también a las bobinas de inducción, de modo que en el caso de arrollamientos de cobre se han propuesto como conductores tubos de cobre enfriados por agua. Sin embargo, los conductores enfriados por agua presentan una considerable pérdida de potencia.

Mediante el documento DE 2 235 706 se da a conocer un horno de cúpula para la producción de una colada metálica, comprendiendo el horno de cúpula una cámara de sobrecalentamiento, en la que se ha previsto un revestimiento con contenido de grafito en el que se encuentran dispuestas bobinas de inducción enfriadas mediante las que es calentado el material de carga existente en la cámara de sobrecalentamiento. Hornos similares se conocen por el documento JP 06-074.653 A, por el documento WO 2006/079132 A1 y por el documento US

2.122.241.

Por el documento CN 86-108.553 se da a conocer un horno para la fusión de metales y aleaciones, estando este horno equipado de una calefacción inductiva cuyo inductor está compuesto de una cinta de grafito. En este caso, la cinta de grafito está dispuesta detrás de una camisa de grafito prevista detrás de un aislamiento eléctrico.

Ahora bien, la invención se propone crear una configuración para el calentamiento eléctrico de un horno de cuba en el cual con una baja pérdida de potencia es posible introducir energía de alta frecuencia u, opcionalmente, realizar otras formas de calentamiento eléctrico y con la que es posible evitar el complicado enfriamiento por agua previsto en el estado actual de la técnica.

Para conseguir este objetivo se pone a disposición un horno de cuba calentado eléctricamente para la reducción por fusión mediante una calefacción por inducción con al menos un inductor, estando el inductor configurado de conductores eléctricos compuestos de grafito, y en el cual el horno de cuba comprende un revestimiento interior de material refractario y presenta en su superficie interior acanaladuras en las que se han previsto conductores conformados de grafito. La selección del grafito para el conductor, y con ello para el inductor, tiene aquí por resultado el uso de un material refractario que ya no requiere un enfriamiento complicado. La conductibilidad del grafito aumenta con temperatura creciente, de modo que un calentamiento escalonado correspondiente aparece como ventajoso, para lo cual, por ejemplo, al comienzo también el conductor puede ser conectado a la manera de un calefactor por resistencia.

De manera particularmente ventajosa, el inductor puede estar formado de anillos o segmentos anulares de grafito o, alternativamente, de barras de grafito.

El grafito tiene, generalmente, menos de la mitad de la conductibilidad del cobre, por lo cual deben ser previstos inductores de grafito o secciones de conductores de grafito correspondientemente mayores. De acuerdo con la presente invención, ello se consigue porque la configuración es tal que el revestimiento interior del horno de cuba es de material refractario y en su superficie interior presenta acanaladuras, en particular acanaladuras en forma de líneas helicoidales para el alojamiento de vías de conductores formadas de grafito. En este caso, la capa conductora o los anillos de grafito pueden ser incorporados directamente en el revestimiento refractario del horno de cuba, siendo el grafito mismo un material refractario excelente y que permanece indeformable, incluso a temperaturas muy elevadas. Debido a que en el caso de un calentamiento inductivo, las pérdidas por inducción aumentan en el cuadrado de la distancia entre el inductor y el material a acoplar, por ejemplo una cama de coque, las pérdidas por inducción pueden ser minimizadas incorporando el conductor directamente al material refractario, con lo cual solamente es necesario un aislamiento eléctrico correspondiente entre una cama de coque y el inductor, para lo cual, sin embargo, son suficientes medidas particularmente sencillas.

En este caso, la configuración es adoptada, ventajosamente, para que el revestimiento interior esté recubierta de unmaterial refractario o lámina o estera aislante, estando el material refractario y/o capa aislante formado, preferentemente, de MgO o Al2O3. Alternativamente a este uso de una lámina, con acanaladuras correspondientemente estrechas y un apropiado dimensionamiento de las vías de conductores o de los anillos de grafito con, simultáneamente, una granulometría apropiada de la carga de coque, es posible proceder de manera que la profundidad de las acanaladuras en el revestimiento se escoja mayor que la anchura de las vías de conductores o anillos de grafito y la distancia radial de las vías de conductores del eje o del diámetro interior de los anillos de grafito esté escogido mayor que el diámetro interior del revestimiento del horno de cuba.

De manera particularmente sencilla, la conexión eléctrica a las vías de conductores se consigue cuando los anillos de grafito están configurados abiertos en su circunferencia y los extremos libres de los anillos son aplicables en paralelo o en serie a una fuente de corriente. En este caso, la configuración puede ser realizada, ventajosamente, de tal manera que las vías de conductores estén compuestas de polvo de grafito apisonado o sustancias electroconductoras, en particular provistas de sales térmicamente disociantes.

Alternativamente a la configuración descrita, en la que el inductor está formado de vías de carbono a lo largo de una línea helicoidal o en forma de anillo circular, la configuración puede estar realizada de manera particularmente sencilla para que el inductor esté formado de barras de grafito. En este caso, la configuración está adoptada, preferentemente, de manera que las barras estén, esencialmente, dispuestas paralelas al eje del horno de cuba tubular, estando el horno de cuba configurado cilíndrico y se encuentre una pluralidad de barras dispuestas sobre un círculo concéntrico al eje. En esta configuración es posible trabajar con barras de grafito como las que también se usan como electrodos en hornos eléctricos. El material de electrodos correspondiente puede ser grafitado y se destaca por una estabilidad extremadamente elevada, incluso mecánica. La disposición de tales barras paralelas al eje de un horno de cuba permite, para colmo, realizar cualquier circuito de estas barras, pudiendo la configuración ser realizada, ventajosamente, de tal manera que las barras estén conectadas, en cada caso, en un extremo con el extremo adyacente de una barra contigua en sentido circunferencial del horno de cuba. En una configuración de este tipo es posible, ventajosamente, la conexión de barras adyacentes, pudiendo las barras ser conectadas, opcionalmente, entre sí o separadas a la fuente de corriente. Por lo tanto, visto en sentido circunferencial, es posible operar diferentes barras conectadas en serie o en paralelo, pudiendo, para colmo, ser usadas para el calentamiento inductivo barras individuales o grupos de barras con frecuencias diferentes.

El diseño como horno de cuba en el que todo el revestimiento tiene elementos calefactores inductivos con... [Seguir leyendo]

1. Horno de cuba (5, 10) calentado eléctricamente para la reducción por fusión mediante una calefacción por inducción con al menos un inductor (12) , estando el inductor (12) conformado de conductores eléctricos compuestos de grafito, y en el cual el horno de cuba (5, 10) comprende un revestimiento interior (11) de material refractario y presenta en su superficie interior acanaladuras (20) en las que se han previsto conductores conformados de grafito.

2. Horno de cuba según la reivindicación 1, caracterizado porque el inductor (12) está formado de conductores de grafito dispuestos en sentido circunferencial en forma de anillos, segmentos de anillos (1) o en una línea helicoidal.

3. Horno de cuba según la reivindicación 1, caracterizado porque el inductor está formado de barras de grafito (12) .

4. Horno de cuba según la reivindicación 3, caracterizado porque las barras de grafito (12) están dispuestas paralelas al eje (22) del horno de cuba tubular (5, 10) .

5. Horno de cuba según las reivindicaciones 3 o 4, caracterizado porque el horno de cuba (5, 10) está configurado cilíndrico y sobre un círculo concéntrico al eje (22) están dispuestas una pluralidad de barras de grafito (12) .

6. Horno de cuba según una de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado porque las acanaladuras está realizado como acanaladuras helicoidales.

7. Horno de cuba según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la camisa interior (11) está revestida de una capa o folio o estera aislante (17) refractaria.

8. Horno de cuba según la reivindicación 7, caracterizado porque el material refractario y/o la capa aislante está formada de MgO, Al2O3 o chamota.

9. Horno de cuba según la reivindicación 2, caracterizado porque los anillos de grafito (1) están configurados abiertos en su circunferencia y los extremos libres (2, 3) de los anillos de grafito (1) son aplicables en paralelo o en serie a una fuente de corriente.

10. Horno de cuba según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque las vías de conductores están compuestas de polvo de grafito apisonado o provistas de sustancias electroconductoras.

11. Horno de cuba según la reivindicación 10, caracterizado porque las vías de conductores están provistas de sustancias térmicamente disociantes.

12. Horno de cuba según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la profundidad de las acanaladuras (20) en el revestimiento (11) es mayor que la anchura de las vías de conductores (21) , preferentemente de los anillos de grafito (1) , y la distancia radial de las vías de conductores (21) del eje (22) , preferentemente el diámetro interior de los anillos de grafito (1) , ha sido escogida mayor que el diámetro interior del revestimiento (11) del horno de cuba (5, 10) .

13. Horno de cuba según una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque las barras de grafito (12) están conectadas, en cada caso, en un extremo con el extremo adyacente de una barra de grafito (12) contigua en sentido circunferencial del horno de cuba.

14. Horno de cuba según la reivindicación 13, caracterizado porque la conexión de barras de grafito (12) adyacentes es conmutable y las barras de grafito (12) pueden ser conectadas, opcionalmente, entre sí o separadas con la fuente de corriente.

15. Uso de un horno de cuba según las reivindicaciones 1 a 14 para la fusión reductora de Si, SiC, FeSi o P.