ES2235105T3 - Horno metalurgico y cesta de material para un horno metalurgico. - Google Patents

Abstract

Horno metalúrgico, con una vasija (10), una tapa (20) para la vasija, un dispositivo cargador (30) para cargar en la vasija el material de carga que se trata de fundir, el cual presenta un medio de retención (31), giratorio, y un volumen (C) para alojamiento del material de carga, y una prolongación (40) que va en la boca de carga (42) y que está situada en la tapa (20) o en la vasija (10), presentando el horno una altura de llenado máxima (H2), donde el medio de retención giratorio se gira a la prolongación para efectuar la carga, donde la vasija, la tapa, el dispositivo cargador, el órgano de retención y la prolongación están dimensionados de tal manera que la zona de giro del órgano de retención queda por encima de la altura de llenado máxima (H2), caracterizado porque el dispositivo cargador presenta por lo menos dos cestas de material (32) autoportantes que se pueden posicionar de forma retirable encima de la prolongación (40) y que presentan respectivamente un espacio interior que sepuede cerrar por la cara inferior de la cesta del material (32) por el medio de retención (31), de tal manera que sea posible el paso de gas, y que tenga el volumen (C) para alojar el material de carga, y porque está previsto un dispositivo cambiador (32) para cambiar y posicionar las cestas de material (32).

Description

Horno metalúrgico y cesta de material para un horno metalúrgico.

La invención se refiere a un horno metalúrgico, en particular a un horno de arco eléctrico conforme al preámbulo de la reivindicación 1, así como a una cesta de material para la técnica siderúrgica.

Un horno metalúrgico, tal como un horno de arco eléctrico, como se conoce por la patente WO 98/08041 A1, presenta una vasija, que se compone preferentemente de una vasija inferior y de una vasija superior, una tapa para la vasija y un dispositivo de carga realizado como tolva, dentro de la cual está dispuesto un medio de retención basculable. En el dispositivo se carga de una sola vez todo el material de carga (p.e. chatarra) para un proceso de fusión. Dado que el volumen del material fundido es considerablemente menor que en estado no fundido, en particular en el caso de chatarra, el volumen limitado por la vasija y la tapa no es suficiente para alojar todo el material de carga para un proceso de fusión. Por ello, una parte del material de carga no fundido queda en forma de columna dentro de la tolva.

Como consecuencia, el medio de retención, que está formado por varios dedos de apoyo giratorio, no se puede volver a llevar a la posición de cierre hasta que la columna del material de carga se haya fundido hasta una magnitud tal, que la cara superior de la columna quede por debajo del campo de giro del medio de retención (véase en particular la Figura 4 de la patente WO 98/08041 A1).

Para poder cargar de una vez en el horno todo el material de carga, es preciso que, o bien la tolva tenga el volumen correspondiente, lo cual debido a las condiciones de espacio, en particular la disposición de los electrodos en el horno de arco eléctrico, da lugar a que es preciso realizar la tolva de muy gran altura. Alternativamente la tolva sólo puede estar realizada para alojar una parte del material de carga que se vaya a cargar de una vez. A continuación es preciso cargar a través de la tolva más material de carga, por medio de una grúa y de una cesta de material (p.e. una cesta de chatarra). En cualquier caso se carga la tolva también desde arriba con el material de carga, de manera que es preciso que quede todavía suficiente espacio encima de la tolva para el dispositivo de carga, tal como una grúa o similar. En conjunto, esta disposición da lugar a una altura muy grande que tiene que existir en el edificio de la acería encima de la tolva. Al cargar la tolva con el material de carga, p.e. con chatarra, el material de carga cae desde una altura de 4 a 6 m, ya que hay que dejar caer el material desde arriba dentro de la tolva. Esto da lugar a la posibilidad de dañar el órgano de retención y/o las paredes de la tolva.

Debido a la altura de construcción necesaria, un horno de arco eléctrico de la clase tal como se describe en la patente WO 98/08041 A1 se construye normalmente con una tolva diseñada para la mitad de la cantidad de material de carga necesario. El resto del material de carga para un proceso de fusión se carga en el horno desde arriba a través de la tolva mediante una cesta de material (cesta de chatarra). Dado que solamente está precalentada aquella parte del material de carga (chatarra) que se encontraba en la tolva durante el período de afinado de la carga anterior, hay una parte importante del material de carga que al comienzo del proceso de fusión se encuentra a una temperatura relativamente baja, de manera que los gases de escape que pasan a través de la tolva están a una temperatura muy baja. Por motivos conocidos esto es un inconveniente en cuanto a sustancias nocivas, en particular los denominados VOCs (Volatile Organic Compounds - Compuestos Orgánicos Volátiles). Los VOCs se han de quemar p.e. a una temperatura de unos 700-800ºC, y los gases de escape resultantes se han de enfriar a continuación bruscamente para que no se produzca una nueva formación de sustancias nocivas. Los gases de escape que pasan a través de la tolva y del material de carga frío no tiene ni con mucho la temperatura correspondiente, de manera que en una cámara de postcombustión es necesario aplicar una energía considerable para destruir los VOCs. Esto da lugar a unos gastos de explotación superiores.

Puesto que durante todos los ciclos de trabajo, la tolva y el medio de retención formado por los dedos, se encuentran encima del horno, se necesita por razones térmicas un enfriamiento del medio de retención y por lo menos de la parte inferior de la tolva. La correspondiente realización de la tolva da lugar a que se necesita un andamiaje de soporte para la tolva, que soporte por una parte el sistema de enfriamiento y las alimentaciones necesarias, y que por otra forme un contrafuerte suficiente para la chatarra cargada a través de la tolva. Durante la carga del material de carga, en particular de la chatarra a través de la tolva, se producen además unos esfuerzos dinámicos considerables debido a la gran altura de caída, que entrañan consigo el riesgo de daños de la tolva y de los dedos, y en particular el sistema de enfriamiento. Debido a los grandes esfuerzos dinámicos existe también la necesidad de apoyar los dedos del órgano de retención de forma compleja, p.e. mediante paquetes de muelles, de forma individual e intercambiable. Esto da lugar a una mayor complejidad del diseño y del volumen necesario para el medio de retención.

Debido a las circunstancias anteriores, el volumen de la tolva es relativamente grande, en particular debido a la presencia del andamiaje, del sistema de enfriamiento, etc., de forma que es preciso disponer la tolva alejada del centro, en dirección hacia el borde de la tapa de la vasija, para poder mantener la distancia necesaria con los electrodos situados en el centro de la tapa de la vasija.

Por la patente EP 0 672 881 A1 se conoce un horno de arco eléctrico en el que están previstas dos tolvas de carga, presentando éstas unos orificios de carga dispuestos lateralmente en las paredes laterales de la unidad formada por al vasija y la tapa.

Por las patentes DE 44 24 324 A1 y DE 43 26 369 A1 se conocen respectivamente medios de retención para una tolva formadas por dedos divididos. En la patente DE 44 24 324 A1 se representa en la Fig. 1 la situación en un horno de arco eléctrico convencional, en el que hay una cesta de material 27 situada encima de la tolva para continuar cargando material de carga, lo que da lugar a la altura útil necesaria sobre la tolva que se ha descrito anteriormente.

Por la patente JP 7-332836 (A) se conoce un horno de arco eléctrico con una tolva en la que se mantienen dos cargas superpuestas, retenidas respectivamente por los correspondientes órganos de retención. Por el Steel Times International de Noviembre de 1995 se conoce el denominado "Daido MSP-DCArc Furnace", que también ha sido publicado en una Ponencia relativa a la SESISI 1996 THAILAND
CONFERENCE, con el titulo "Development of MSP-DC EAF Process". Este horno presenta un dispositivo de carga realizado como tolva. En la tolva están dispuestas verticalmente una sobre otras dos cámaras. Cada una de las cámaras se puede cerrar por la parte inferior con un medio de retención basculable. Para efectos de mantenimiento o similares se puede desplazar el conjunto de la tolva lateralmente con respecto a la vasija del horno. Las cámaras de la tolva se cargan desde arriba mediante una cesta de chatarra.

El objetivo de la presente invención es el de presentar un horno metalúrgico mejorado y una cesta de material autoportante adaptada a ese horno.

Este objetivo se resuelve mediante un horno según la reivindicación 1 o una cesta de material autoportante según la reivindicación 15.

Otros perfeccionamientos de la invención se describen en las subreivindicaciones.

En el horno metalúrgico se puede volver a bascular hacia atrás el medio de retención, inmediatamente después de efectuar la carga, con el fin de cerrar el dispositivo de carga. Esto da lugar por una parte a que en una realización del dispositivo de carga con las correspondientes cestas de material intercambiables, se pueda sustituir la cesta de material correspondiente inmediatamente después de la descarga, y por otra parte a que en la zona superior de la prolongación haya un espacio vacío en el cual eventualmente se pueda influir en los gases de escape.

Al realizar el dispositivo de carga con las cestas de material intercambiables desaparece la necesidad de enfriamiento del medio de retención y de la tolva, puesto que debido al tiempo de permanencia relativamente corto encima de la prolongación, éstos no se calientan tanto que sea necesario su enfriamiento.

Al realizar el dispositivo de carga con las cestas de material intercambiables desaparece además la necesidad de la gran altura útil encima del horno, ya que las cestas de material se pueden sustituir conduciéndolas lateralmente por encima de la prolongación.

Puesto que en el espacio vacío de la prolongación, encima del material de carga que se ha cargado, reina normalmente siempre la temperatura de inflamación para la combustión de polvo de carbón y/o CO, se puede ajustar la temperatura de los gases de escape/composición de los gases de escape de forma muy sencilla y económica, simplemente alimentando polvo de carbón y/o oxígeno.

Al realizar el dispositivo de carga con las cestas de material intercambiables, desaparece la necesidad del andamiaje de la tolva y del enfriamiento por agua, de manera que las correspondientes cestas de material se pueden disponer, a igualdad de volumen de carga, considerablemente más próximas a los electrodos, que las tolvas convencionales. Por eso existe la posibilidad de utilizar una forma de vasija, que vista en planta sea redonda en lugar de tener forma de herradura.

Otras características y ventajas se deducen de la descripción de ejemplos de realización sirviéndose de las figuras. Las Figuras muestran:

Fig. 1 un horno metalúrgico de la primera forma de realización de la invención en una vista frontal a) en sección, una vista lateral b) en sección, tomada desde la izquierda de la Fig. 1a), y una vista en planta c) en sección;

Fig. 2 la vista frontal de la Fig. 1a), a mayor escala;

Fig. 3 la vista lateral de la Fig. b), a mayor escala;

Fig. 4 la vista en planta de la Fig. 1c), a mayor escala;

Fig. 5 el horno metalúrgico de la primera forma de realización de la Fig. 1 que para el funcionamiento como horno de arco eléctrico sin tolva está cerrado mediante una tapa, en una vista frontal a) en sección, una vista lateral b) en sección, tomada desde la izquierda de la Fig. 5a) y una vista en planta c) en sección;

Fig. 6 la vista frontal de la Fig. 5a), a mayor escala;

Fig. 7 la vista lateral de la Fig. 5b), a mayor escala;

Fig. 8 la vista en planta de la Fig. 5c), a mayor escala;

Fig. 9 una segunda forma de realización del horno metalúrgico en una vista frontal a) en sección en una acería, una vista lateral b) en sección, tomada desde la izquierda de la Fig. 9a), y una vista en planta c) en sección; y

Fig. 10 una cesta de material según una forma de realización de la invención, sobre un carro de transporte en una vista en sección.

Haciendo referencia a las Figs. 1 a 8 se describe a continuación una primera forma de realización de un horno metalúrgico conforme a la invención, que representa la forma de realización preferida.

En las Figs. 1 a 4 está representada la primera forma de realización en una primera configuración, en la que se emplean como tolva las cestas de material 32 que se pueden posicionar mediante un dispositivo cambiador 30 encima de una prolongación 40.

En las Figs. 5 a 8 está representada una segunda configuración de la primera forma de realización en la que el orificio de carga 52 de la prolongación 50 va cerrado durante el proceso de fusión mediante una tapa 43, a la manera de un horno de arco eléctrico convencional sin tolva. Esta configuración se puede emplear para mantener la producción cuando es necesario efectuar trabajos de mantenimiento en el dispositivo cambiador y/o en las cestas de material o similares.

Se describe a continuación la primera configuración haciendo referencia a las Figs. 1 a 4.

La primera forma de realización está constituida por un horno de arco eléctrico con una vasija del horno 10 apoyada sobre una cuna del horno 2. La vasija del horno 10 se compone de una parte inferior de la vasija 11, formada por un crisol de obra de fábrica, y una parte superior de la vasija 12 formada de manera convencional por elementos refrigerados por agua. La vasija del horno presenta un salidizo 13 con una piquera 15 y un dispositivo de cierre 16 para la misma.

El horno tiene además una tapa 20, formada de manera convencional por elementos refrigerados por agua y que presenta en la forma usual orificios para la entrada y salida de los electrodos 71 dentro de y fuera de la vasija del horno. En la primera forma de realización representada en las Figs. 1 a 4, la tapa presenta una prolongación 40 dispuesta en la vista en planta de la vasija y de la tapa 20, a un lado de los electrodos. La prolongación 40 está formada por elementos refrigerados por agua y está unida a la tapa 20.

De acuerdo con una realización alternativa, la prolongación 20 también puede estar realizada independiente de la tapa 20. En ese caso, la prolongación 20 se puede realizar como pieza independiente o como parte de la vasija 10.

Se prefiere la realización como parte de la tapa 20, puesto que en ese caso la prolongación se puede levantar y echar a un lado o retirar junto con la tapa 20 con el dispositivo de elevación de la tapa, p.e. para trabajos de mantenimiento.

La prolongación 40 es esencialmente cilíndrica y tiene una sección esencialmente rectangular en dirección horizontal. En la primera forma de realización representada en las Figs. 1 a 4, la prolongación 40 tiene unas paredes esencialmente verticales en la posición no basculada de la vasija del horno. Tal como se puede ver por las Figs. 2 y 4, la adaptación de la forma esencialmente rectangular de la prolongación a la sección esencialmente redonda, resultante de una sección en dirección horizontal (línea de trazos 14 en la Fig. 2) de la vasija del horno, se realiza esencialmente mediante la correspondiente configuración de las paredes laterales de la vasija superior.

Alternativamente se puede realizar la correspondiente adaptación en la forma de la prolongación 40, de manera que las paredes de la vasija 12 ya estén adaptadas verticalmente y a la forma de la vasija inferior. Esta realización alternativa que no está representada en las Figs. 1 a 4 es la preferida, ya que con ella se evita la altura de caída del material de carga sobre las paredes inclinadas, y la correspondiente carga dinámica de éstas.

La prolongación 40 presenta lateralmente, encima de la altura H2 y debajo de la altura H1, un orificio 41 que sirve como orificio de aspiración para aspirar los gases de escape. El orificio de aspiración 41 está comunicado a través de una conducción de gases de escape 61 con una conducción principal de gases de escape 62 que desemboca en una cámara de postcombustión 60. En la conducción de gases de escape 61 está prevista una clapeta de válvula controlada 64. La prolongación 40 presenta un orificio 42 abierto hacia arriba que constituye un orificio de carga para el horno.

Un dispositivo de carga 30 que presenta una torre giratoria 33 como realización de un dispositivo cambiador, está previsto para cargar material de carga, en el caso presente de chatarra como material empleado.

En la primera forma de realización existe una disposición de electrodos 70 con un dispositivo de sujeción y desplazamiento de los electrodos 72 para sujetar y desplazar los electrodos 71, en uno de los lados (el lado izquierdo en la Fig. 2) y el dispositivo de carga 30 en el correspondiente otro lado de la vasija del horno 10 (el lado derecho en la Fig. 2).

El dispositivo cambiador 33, que está realizado como torre giratoria, presenta dos brazos 34, decalados 180º con respecto al eje de giro vertical 38 de la torre giratoria 33, que están realizados respectivamente para soportar una cesta de material 32. Los brazos 34 están dimensionados de tal manera que una cesta de material 32 soportada por ellos se pueda posicionar encima del orificio de carga 42 de la prolongación 40. El dispositivo cambiador está realizado de tal manera que los brazos 34, y con ellos las cestas de material 32, se puedan levantar hacia arriba en el sentido de la flecha A (véase la Fig. 2) o se puedan descender hacia abajo en el sentido opuesto.

El dispositivo de carga 30 está realizado de tal manera que al levantarlo en el sentido de la flecha A, la cesta de material vacía 32 (a la izquierda en la Fig. 2) se levanta, se sustituye por la cesta de material llena 32 (a la derecha en la Fig. 2), al girar el dispositivo cambiador 180º alrededor del eje 38, y se pueda descender la cesta de material llena 32, al bajarla en sentido opuesto a la flecha A sobre la prolongación 40 encima del orificio de carga 42. Para ello las cestas de material 32 son soportadas en todo momento por los brazos 34 del dispositivo cambiador 30, y no van soportados por la prolongación 40. La transición entre las cestas de material 32 y la prolongación 40 se puede sellar de forma adecuada, p.e. mediante faldones.

En la forma de realización representada en las Figs. 1 a 4, los brazos 34 se levantan en conjunto hacia arriba en el sentido de la flecha A o se descienden en sentido opuesto. Alternativamente se puede realizar el dispositivo cambiador, tal como está representado en la Fig. 9, con brazos 34 que se pueden girar individualmente alrededor de un eje horizontal 36 o con brazos 34 que se puedan girar a modo de balancín alrededor de un eje horizontal 36. La realización con los brazos 34 que se pueden girar alrededor de eje horizontal, permite obtener otro ahorro en altura de la nave de la acería. Por ese motivo se deberá preferir esta forma de realización cuando haya requisitos especiales para reducir la altura.

Una forma de realización de la cesta de material 32, realizada como cesta de chatarra, está representada en la Fig. 10 con mayor detalle, en una situación en la que la cesta de chatarra 32 está soportada sobre un carro 80. La cesta de chatarra 32 tiene una sección rectangular, tal como se reconoce bien en la vista en planta de la Fig. 4, resultante de una sección en dirección horizontal. En las paredes laterales correspondientes a los lados más largos del rectángulo están realizados unos salientes 32a que permiten enganchar los elementos de sujeción 91 de una grúa 90 (véanse las Figs. 2 y 9). En la parte inferior de estas paredes laterales más largas están previstos sendos árboles 31a, sobre los cuales están aplicados/articulados los dedos 31 del medio de retención (órgano de retención). Los dedos 31 tienen una longitud que se corresponde esencialmente con la mitad de la longitud del lado más corto de la forma rectangular (preferentemente algo más), tal como se puede ver claramente en la Fig. 10. Los dedos están separados lateralmente entre sí, p.e., con una distancia correspondiente a su anchura, de manera que quede un espacio intermedio para el paso de gas. Los dedos 31 se pueden bascular alrededor de los ejes 31a mediante un elemento de ajuste 35 para cerrar y abrir la cara inferior de la cesta de chatarra 32. El elemento de ajuste 35 dispone de un cilindro hidráulico 35a y de un conjunto de palancas 35b, mediante los cuales se giran los dedos 31 alrededor del árbol 31a en la forma descrita, tal como se puede reconocer en la Fig. 10. El elemento de ajuste 35 puede estar previsto o bien solamente en uno de los lados cortos o en ambos lados cortos de la cesta de chatarra 32.

La cesta de chatarra 32 se carga en un almacén de material de carga, p.e. en el almacén colector de chatarra de la acería. Durante esta operación se soportan por debajo los dedos 31 por sus extremos libres mediante un contrafuerte 81 que está previsto en el carro 80. Por lo tanto, al cargar la cesta de chatarra 32, los dedos 31 están firmemente apoyados en ambos extremos, con lo cual se forma un cerramiento inferior estable que limita la cesta de chatarra 32.

El espacio interior de la cesta de chatarra 32 presenta un volumen predeterminado C y está revestido de placas acumuladoras de calor (placas térmicas) 37, que en la forma de realización preferidas son placas fundidas de acero. En la forma de realización preferida, los dedos 31 están recortados de desbastes de acero y tienen una sección de unos 300 mm (horizontal) x 200 mm. Según las necesidades se pueden elegir otras dimensiones de longitud, pero no se debe ir a un espesor inferior a 100 mm.

La cesta de chatarra 32 no lleva refrigeración por agua ni en los dedos 31 ni en las paredes laterales 37. La cesta de chatarra 32 se carga además en el parque de chatarra con porciones de la cantidad de llenado total, p.e. cargando mediante una excavadora o similar, de 3 a 5 t cada vez en la cesta de chatarra, que tiene una capacidad de p.e. 50 t u 80 t, de manera que se reducen al mínimo los esfuerzos dinámicos durante la carga. Por este motivo, la estructura autoportante de la cesta de chatarra 32 no tiene que soportar unos esfuerzos dinámicos tan grandes como aparecen durante la carga simultánea de 50 t u 80 t de chatarra en la tolva del horno convencional. La estructura de la cesta de chatarra 32 está por lo tanto diseñada únicamente para soportar el peso y no para soportar los esfuerzos dinámicos que se producen cuando 80 t de chatarra caen desde 6 m de altura. Esto ahorra costes y reduce considerablemente las dimensiones exteriores con respecto a una tolva de igual volumen interior.

La cesta de chatarra 32 representada en la Fig. 2 presenta la sección sensiblemente rectangular. En otra forma de realización de la cesta de chatarra tiene forma convexa por lo menos aquella pared lateral que durante el funcionamiento en la posición sobre la prolongación 40 mira hacia la disposición de electrodos (la pared lateral izquierda de la cesta de chatarra situada encima de la prolongación 40, en la Fig. 4), teniendo esta pared exterior un radio de curvatura en dirección horizontal que corresponde al radio R (véase la Fig. 4) del movimiento de giro de la pared exterior alrededor del eje 38 durante el giro de la torre giratoria 33. De esta manera, la tolva puede tener un volumen mayor y se puede acercar más a los electrodos sin que durante el giro colisione con los electrodos 71 o la disposición de electrodos 70.

Está claro que también se pueden realizar con forma convexa una o varias de las restantes paredes exteriores, con el fin de aumentar el volumen del espacio interior. Para ello se puede elegir, o bien el mismo radio de curvatura, con el fin de poder utilizar la cesta de chatarra en las dos orientaciones posibles, o bien la pared lateral opuesta a la disposición de electrodos se adapta p.e. a la forma exterior de la pared de la vasija. En esta realización, la forma de la prolongación 40 está adaptada naturalmente también en sección horizontal a la sección horizontal de la cesta de chatarra 32, con una o varias paredes exteriores convexas.

Alternativamente existe también la posibilidad de realizar la cesta de chatarra 32 y la prolongación 40 de tal manera que la cesta de chatarra presente una sección rectangular, resultante de una sección en dirección horizontal, de tal manera que las esquinas de la cesta de chatarra sobresalgan en la posición encima de la prolongación más allá del círculo de radio R (véase la Fig. 4), de manera que al girar la cesta alrededor del eje 38, las esquinas de la cesta de chatarra 32 colisionarían con los electrodos. Para este caso, el brazo 34 está realizado de tal manera que antes de efectuar el giro, la cesta de chatarra se desplaza radialmente en la dirección del eje de giro 38, hasta que las esquinas se encuentren sobre o dentro del radio R que justamente ya no colisiona con los electrodos. Esto se puede conseguir bien mediante un movimiento en dirección horizontal, o tal como puede realizarse p.e. con la forma de realización representada en la Fig. 9, mediante un movimiento basculante alrededor de un eje de giro horizontal 36, que también tiene un componente radial.

El horno de la primera forma de realización presenta además una capota de aspiración 50 que se puede desplazar hacia arriba y hacia abajo en dirección vertical y que va colgada esencialmente perpendicular sobre la prolongación 40.

La capota de aspiración 50 está comunicada con la conducción principal de gases de escape 62 a través de una conducción de gases de escape 63. En la conducción de gases de escape 63 está prevista una clapeta de válvula controlable 65. La capota de aspiración 50 se puede descender junto con la conducción de gases de escape 63 en el sentido de la flecha B (véase la Fig. 3), o bien se puede levantar en sentido opuesto. Este movimiento de elevación y descenso es necesario para poder disponer de suficiente espacio libre para levantar y descender la cesta de chatarra 32 encima de la prolongación 40 al cambiar la cesta de chatarra 32 o al bascular la vasija del horno para sangrarlo (véase la Fig. 3).

La capota de aspiración 50 presenta un orificio de entrada inferior, cuya sección del orificio está adaptada a la forma de la parte superior de la cesta de material 32, de manera que la capota de aspiración 50 bajada sobre la cesta de material, sella la cesta hacia arriba.

Como se ve claramente en la Fig. 3, la vasija del horno 10 se puede bascular mediante la cuna 2 para efectuar el sangrado (véase la representación de trazos de la prolongación 40 en la Fig. 3). Para ello la conducción de los gases de escape 61 está realizada de tal manera que sea de longitud variable mediante la correspondiente pieza desplazable que desliza dentro de un casquillo.

En la prolongación 40 están previstas toberas para insuflar polvo de carbón (u otro combustible) y oxígeno. En la cámara de postcombustión 60 está previsto un analizador de gases de escape (que no está representado), que mide en tiempo real la composición de los gases de escape que salen de la cámara de postcombustión 60. Las toberas (dispositivo de alimentación) para combustible y oxígeno así como las válvulas 64 y 65 y el analizador de gases de escape están unidos a un sistema de control que puede programarse para el control y la regulación de la composición de los gases de escape.

La primera configuración de la primera forma de realización representada en la Fig. 1 sirve para que el horno de arco eléctrico trabaje como horno de cubilote. La cesta de material 32 que está posicionada encima de la prolongación 40 cumple en ese caso la función de una tolva, que está cerrada por arriba por la capota de aspiración 50. El dispositivo cambiador puede cambiar la cesta de material 32 en unos 30 segundos. De este modo el material de una primera cesta de material se puede precalentar durante el período de afino del proceso de fusión precedente. Cuando después del sangrado del proceso de fusión precedente se carga de nuevo el horno se puede cargar en el horno esta carga de material precalentada (véase la Fig. 2). Entonces se puede posicionar sobre la prolongación 40 en un plazo de 30 segundos una segunda cesta de material 32 (a la derecha en la Fig. 2) que está llena de una segunda carga, de manera que esta carga se precalienta durante la fusión de la primera carga. La cesta de material 32 vuelve a servir de tolva.

Cuando sea preciso realizar trabajos de mantenimiento o reparación en el dispositivo de carga 30 o en las cestas de material 32 o similares, se puede trabajar con el horno de arco eléctrico de primera forma de realización, como horno convencional con tapa (no como horno de cubilote), en la segunda configuración representada en las Figs. 5 a 8, evitando así una parada completa.

Para ello se cierra el orificio de carga 42 de la prolongación 40 mediante una tapa 43. Para efectuar la carga, se puede, o bien levantar y abatir hacia un lado de forma convencional la tapa 20 con la prolongación 40 (la tapa 43) y los electrodos 71, o después de levantar la tapa 43 se puede cargar a través de la prolongación 40.

El espacio vacío en la prolongación 40, que está cerrado por la tapa 43, sirve en este caso como colector convencional de los gases de escape del horno.

Dado que la segunda configuración no se diferencia por lo demás de la primera configuración, se prescinde de describirlo con mayor detalle.

Una segunda forma de realización del horno de arco eléctrico objeto de la invención está representado en la Fig. 9. Como ya se ha descrito anteriormente, en esta forma de realización el dispositivo cambiador 33 está previsto con brazos 34 que se pueden girar individualmente alrededor de un eje horizontal 36. Los brazos 34 también se pueden girar juntamente alrededor del eje 36 como brazo de un balancín.

En la Fig. 9 se ve claramente, y esto es válido para todas las formas de realización de la invención, que la altura de construcción encima de la tolva se puede reducir notablemente, ya que no es necesario que exista espacio para otra cesta de chatarra o recipiente de material de carga, que sea soportado durante la carga por la grúa 90 encima de la tolva o de la cesta de material 32.

En la Fig. 9 está representada una aspiración del techo 100, que a través de una conducción de gases de escape 101 está comunicada con una eliminación de gases de escape. Esto puede ser p.e. la cámara de postcombustión 60 u otro dispositivo.

Para todas las formas de realización rige que un horno de arco eléctrico de esta clase está diseñado para una determinada cantidad de material a fundir. Así existen p.e. hornos de 100 t o de 160 t. Esta cantidad de material que se ha de fundir corresponde a un determinado volumen de material empleado, p.e. chatarra.

En las formas de realización de la invención, la vasija del horno y la prolongación están dimensionados preferentemente de tal manera que una cantidad de chatarra que corresponda a la mitad de la carga que se trata de fundir (es decir 50 t en el caso de un horno de 100 t) llegue, en una columna cargada a granel a través de la prolongación 40, en estado sin fundir, como máximo hasta la altura H2 (altura de llenado máxima) de la prolongación 40. Esto significa que en aproximación el volumen de la vasija del horno ocupado por una columna de vertido a granel que alcanza desde el borde inferior 44 la prolongación 40, que está más próxima a la disposición de electrodo 70, con un ángulo de 45º hasta el fondo de la vasija inferior 11, llenando la parte de vasija situada debajo de la prolongación, siendo esencialmente el volumen C de una cesta de material 32 (Fig. 2).

El borde inferior del orificio de aspiración 41 que está situado a la altura H2 se encuentra preferentemente ligeramente más alto que el borde inferior 44 de la prolongación orientada hacia los electrodos, tal como se ve claramente en la Fig. 2. En la Fig. 2, la columna de la carga vertida a granel C es ligeramente más alta que el borde inferior 44 de la prolongación 40 orientado hacia los electrodos, lo que representa una dimensión todavía tolerable, tal como quedará claro más adelante al describir el funcionamiento del horno.

A continuación se describe el funcionamiento del horno de arco eléctrico de las formas de realización de la invención de la primera configuración.

Durante el período de afinado de un proceso de fusión anterior, el dispositivo cambiador 33 soporta una cesta de chatarra llena 32 encima del orificio de carga 42 de la prolongación 40, estando los dedos 31 en posición cerrada. De esta manera se calienta el material que hay en la cesta de chatarra 32 mediante los gases calientes que ascienden entre los dedos 31 y a través de la cesta de chatarra 32. El tiempo de permanencia de la cesta de chatarra 32 es de unos 20 minutos, dependiendo del denominado tiempo tap-to-tap (intervalo de tiempo entre dos sangrados). Con esto acumulan también calor las placas de fundición 37 que revisten el espacio interior, el cual vuelven a ceder a la chatarra. La parte superior de la cesta de chatarra 32 está cerrada por la capota de recubrimiento 50, con lo cual los gases que ascienden a través de la cesta de chatarra 32 se conducen a la cámara de postcombustión 60.

Después del sangrado del proceso de fusión precedente y en un estado en el que los electrodos 71 han sido sacados fuera de la vasija, se introduce la carga que se encuentra en la cesta de material 32, abriendo para ello los dedos 31, lo que da lugar al estado representado en la Fig. 2. Como se han sacado los electrodos 71 no se puede llegar a producir una rotura de electrodos debido a la caída de la chatarra.

Después de efectuar la descarga, la columna de chatarra no tiene tanta altura que impida que los dedos 31 se vuelvan a girar a la posición de cierre.

Por eso se cierra inmediatamente la cesta de material vacía 32 y mediante el correspondiente funcionamiento del dispositivo cambiador 33 se sustituye por la cesta de chatarra llena siguiente 32. Para efectuar este cambio se levantan la capota 50 y las cestas de chatarra 32, y a continuación se giran los brazos 34 del cambiador de chatarra 33 en 180º alrededor del eje de giro vertical 38, y a continuación se desciende la cesta de chatarra llena 32 y la capota de aspiración 50 en dirección hacia la prolongación 40 (véanse las flechas B en la Fig. 3). Entre tanto se han vuelto a descender nuevamente los electrodos 71 dentro de la vasija del horno, y una vez que esté en posición la segunda cesta de chatarra 32, se alimentan los electrodos con energía para fundir la carga de la primera cesta de chatarra.

Durante el movimiento de giro de las cestas de material alrededor del eje 38 (movimiento de cambio), la disposición de electrodos 70 no se desplaza alejándola en dirección horizontal de la prolongación 40 o de las cestas de materiales 32. Como ya se ha descrito anteriormente, en una realización de la cesta de material con sección rectangular en la dirección horizontal, la disposición puede ser o bien que durante el movimiento de giro las esquinas justamente no toquen los electrodos o que la cesta de material se aleje primero de la disposición de electrodos 70 en dirección horizontal (mediante un movimiento horizontal o girando alrededor del eje horizontal 36), hasta que durante el movimiento de giro las esquinas dejen de colisionar con la disposición de electrodos 70. Alternativamente presenta por lo menos la pared lateral de la cesta de material 32 orientada hacia los electrodos una forma convexa con el radio de curvatura R de la trayectoria circular que justamente ya no colisiona con la disposición de electrodos 70. En los tres casos se evita que la disposición de electrodos 70 se tenga que desplazar horizontalmente para alejarla de la prolongación 40.

Al fundir la carga de la primera cesta se realiza de la misma manera el precalentamiento del material de la segunda cesta de chatarra 32, que está posicionada encima de la boca de carga 42.

Cuando se ha fundido el material de la primera cesta, se carga en la vasija del horno la carga de la segunda cesta, abriendo para ello los dedos 31, después que los electrodos 71 han sido sacados nuevamente fuera de la vasija (para evitar la rotura por la caída de la chatarra).

Puesto que en la vasija inferior 11 existe un baño fundido relativamente grande, la chatarra de la segunda carga flota más en dirección hacia el lado de la vasija alejado en dirección horizontal de la prolongación 40, de forma que la columna vertida a granel no alcanza la altura que está representada en la Fig. 2, sino que es notablemente más baja.

Ahora se vuelven a levantar nuevamente la cesta de chatarra vacía 32 y la capota 50, y la cesta de chatarra vacía 32, se sustituye por una cesta de chatarra llena 32, que entre tanto había sido colocada por la grúa 90 sobre el otro brazo 34. De esta manera se realiza durante la fusión de la segunda carga el precalentamiento de la carga siguiente que ya está prevista para el siguiente proceso de fusión.

A continuación y después de descender nuevamente los electrodos 71 se funde la segunda carga, de manera que después existe un baño fundido formado por la primera y la segunda carga.

En la forma de realización descrita, la vasija del horno y las cestas de chatarra están realizadas de tal manera, que para el llenado completo del horno basta con dos cargas. Naturalmente existe también la posibilidad de modificar las correspondientes dimensiones del horno de tal manera que se cargue de una vez un tercio u otra fracción de la carga total del horno.

Al cambiar las cestas de material, la boca de carga 42 está abierta hacia arriba. En esta situación, se aspiran a través del orificio de aspiración 41 aproximadamente del 40 al 50% de los gases de escape. Los gases restantes ascienden debido a su temperatura y son recogidos en su mayor parte por la capota de aspiración superior 50. Los gases restantes llegan hasta la aspiración del techo 100 (véase la Fig. 9).

En comparación con los hornos de cubilote convencionales se reduce notablemente la aspiración del techo 100 gracias al orificio de aspiración 41 y a la capota de aspiración superior 50, tal como se describirá más adelante.

Después del período de afino del baño fundido compuesto por la primera y segunda carga fundidas se realiza de forma convencional un sangrado.

Seguidamente se repite el funcionamiento antes descrito.

En el caso de que no fuese posible trabajar con el cambio de cestas de chatarra, p.e. a causa de trabajos de reparación, entonces el horno de arco eléctrico según las formas de realización de la invención puede trabajar en la segunda configuración, que está representada en las Figs. 5 a 8. El funcionamiento en esta configuración no se diferencia del funcionamiento de un horno de arco eléctrico convencional, por lo que se omite aquí la descripción.

La realización del horno de arco eléctrico según las formas de realización de la invención y la posibilidad resultante del funcionamiento correspondiente descrito permiten conseguir las siguientes ventajas.

Debido al tiempo de permanencia relativamente corto de las cestas de material 32 encima de la prolongación 40 (aprox. 20 minutos durante un proceso de fusión) y su sustitución por otra cesta de material que ha sido llenada en otro sitio con material de carga, la carga térmica de los dedos 31 y de las paredes 37 es tan reducida que se puede renunciar al enfriamiento con agua.

Por el hecho de que en lugar de la tolva convencional se emplean las cestas de material 32 intercambiables, y que por lo tanto al cargar no es necesario, como era habitual, cargar la cantidad total de la chatarra que se ha de cargar de una sola vez desde arriba a través de la tolva sino que en el parque de chatarra se va cargando en porciones menores en la cesta de materiales, se reduce drásticamente la altura de caída de la chatarra que se ha de cargar en dirección hacia los dedos 31 así como también la cantidad que se ha de cargar simultáneamente en la cesta de materiales. Por este motivo se puede renunciar a un sistema de apoyo complejo de los dedos, lo que da lugar a una construcción más reducida y a considerables ahorros de costes. Puesto que se puede renunciar al enfriamiento por agua de los dedos y de las paredes laterales, tampoco surgen problemas que podrían estar causados por fugas debidas a la caída de la chatarra. Las cestas de material 32 sustituyen a las cestas de chatarra que en cualquier caso existen en las acerías que trabajan con chatarra, por lo que a este respecto no hay ningún gasto adicional.

También en los hornos de cubilote convencionales existía la necesidad de prever una posibilidad de desplazar la tolva para fines de reparación. Esta función la realiza también el dispositivo cambiador, por lo que no resulta ningún gasto adicional apreciable.

En los hornos de cubilote convencionales existía al principio de la fusión una columna de chatarra que llegaba a entrar dentro de la tolva. Por este motivo, por una parte estaban fríos los gases de escape encima de la columna de chatarra, y por otra parte no había ninguna posibilidad de regular la temperatura de los gases de escape y/o la composición de los gases de escape, aprovechando el calor que siempre existe en el horno.

Debido al espacio vacío que existe siempre en la prolongación 40, donde están situados el orificio de aspiración 41 y las toberas para combustible y/o oxígeno, se tiene una posibilidad sencilla de controlar y regular la composición de los gases de escape en todo momento del proceso de fusión. Si la temperatura de los gases de escape, en particular también la de aquella parte que se recoge mediante la capota 50 y/o la aspiración del techo 100, es p.e. demasiado baja, se puede generar gas de escape caliente encima de la columna de chatarra, sobre la que siempre reina una temperatura de inflamación de unos 500ºC (aunque sólo sea por la chatarra precalentada a unos 500ºC), insuflando para ello carbón y/o oxígeno, y que a través del orificio de aspiración 41 y el conducto de gases de escape 61 se conduce a la cámara de postcombustión 60. En la cámara de postcombustión está el analizador de gases de escape, de manera que por medio del control a través de la regulación de la alimentación de combustible, de oxígeno, y de la posición de las válvulas 64 y 65, se puede ajustar la composición óptima de los gases de escape que se han de someter a una postcombustión en la cámara de postcombustión 60. De la misma manera se puede destruir por ejemplo lo que se llama una corteza de CO, insuflando oxígeno en la prolongación 40.

El ahorro de altura de construcción encima del horno resultante de la intercambiabilidad horizontal de las cestas de material 32 ya se ha tratado con anterioridad.

En comparación con un horno de arco eléctrico convencional se puede reducir la potencia total de la depuración de los gases de escape aproximadamente en un 60%, ya que la inmensa mayoría de los gases de escape que salen son recogidos a través del orificio de aspiración 41 y la capota de aspiración 50, incluso si no está presente la cesta de material 32.

Debido a la ausencia del andamiaje de soporte de la tolva se puede acercar la cesta de materiales 32 considerablemente más próxima a la disposición de electrodos 70. De ahí se deduce que la forma de herradura que es necesaria en los hornos de cubilote convencionales se puede reducir notablemente a favor de las formas redondas, más favorables bajo los aspectos energético y de construcción.

Claims (16)

1. Horno metalúrgico, con

una vasija (10),

una tapa (20) para la vasija,

un dispositivo cargador (30) para cargar en la vasija el material de carga que se trata de fundir, el cual presenta un medio de retención (31), giratorio, y un volumen (C) para alojamiento del material de carga, y

una prolongación (40) que va en la boca de carga (42) y que está situada en la tapa (20) o en la vasija (10),

presentando el horno una altura de llenado máxima (H2),

donde el medio de retención giratorio se gira a la prolongación para efectuar la carga,

donde la vasija, la tapa, el dispositivo cargador, el órgano de retención y la prolongación están dimensionados de tal manera que la zona de giro del órgano de retención queda por encima de la altura de llenado máxima (H2),

caracterizado porque

el dispositivo cargador presenta por lo menos dos cestas de material (32) autoportantes que se pueden posicionar de forma retirable encima de la prolongación (40) y que presentan respectivamente un espacio interior que se puede cerrar por la cara inferior de la cesta del material (32) por el medio de retención (31), de tal manera que sea posible el paso de gas, y que tenga el volumen (C) para alojar el material de carga, y

porque está previsto un dispositivo cambiador (32) para cambiar y posicionar las cestas de material (32).

2. Horno según la reivindicación 1, caracterizado por estar previsto en la prolongación (40) un orificio de aspiración (41).

3. Horno según la reivindicación 2, caracterizado porque el orificio de aspiración (41) está previsto por debajo de la zona de giro del medio de retención.

4. Horno según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el orificio de aspiración (41) está situado por encima de la altura de llenado máxima (H2).

5. Horno según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las paredes laterales inferiores de la cesta de material autoportante (32) están revestidas con placas acumuladoras de calor, preferentemente placas de función.

6. Horno según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el medio de retención (31) dispuesto en la cesta de material autoportante (32) está realizado como una multitud de dedos basculables, que están articulados por debajo de las paredes laterales de la cesta de material.

7. Horno según la reivindicación 7, caracterizado porque los dedos son dedos de acero que tienen un diámetro mínimo de 100 mm.

8. Horno según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el medio de retención (31) se puede girar por medio de un elemento de ajuste (35), dispuesto en la cesta de material autoportante (32), para abrir y cerrar la cara inferior de la cesta de material.

9. Horno según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la boca de carga (42) se puede cerrar por medio de una tapa (43).

10. Horno según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por un dispositivo de aspiración (50) que está dispuesto esencialmente en la prolongación vertical de la prolongación (40) encima del dispositivo de carga (30), y está realizado para aspirar los gases de escape que ascienden hacia arriba a través de la prolongación (40).

11. Horno según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por un dispositivo para introducir combustible tal como polvo de carbón y/o oxígeno en la prolongación (40).

12. Horno según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por una cámara de postcombustión (60) para la combustión posterior de sustancias nocivas de los gases de escape del horno.

13. Horno según las reivindicaciones 11 y 12, caracterizado por un analizador de gases de escape en la cámara de postcombustión y un sistema de control que está unido al analizador de gases de escape y al dispositivo para la alimentación de combustible y/o de oxígeno, donde el sistema de control reacciona al resultado del análisis del analizador de gases de escape, controlando el dispositivo de alimentación de combustible y/o de oxígeno, de tal manera que se regula la temperatura de los gases de escape a unos valores predeterminados y/o se efectúa una adición de combustible y/o una adición de oxígeno como reacción ante unos tipos de gases de escape predeterminados.

14. Horno según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el dispositivo cargador presenta un dispositivo cambiador (33) para cambiar y posicionar una o varias cestas de materiales autoportantes, y que gira una cesta de material posicionada encima de la prolongación (40), en un plano horizontal y/o en un plano vertical para efectuar el cambio y posicionamiento.

15. Cesta de material autoportante para alojamiento de chatarra, con paredes laterales (37) que limitan un espacio interior con una sección en dirección horizontal esencialmente rectangular o poligonal convexa, y un medio de retención (31) que para cerrar y abrir la cara inferior del espacio interior se puede bascular mediante un elemento de ajuste (35),

donde el medio de retención está formado por una multitud de dedos (31),

teniendo cada uno de los dedos una dimensión en dirección longitudinal que corresponda aproximadamente a la mitad de la dimensión de una primera pared lateral en dirección horizontal, donde en la cara inferior de las paredes laterales, que transcurren esencialmente perpendiculares a la primera pared lateral, están previstos sendos árboles (31a), donde en cada uno de los árboles (31a) va fijada abatible una parte de la multitud de los dedos, y

los dedos (31) están realizados y articulados de tal manera que en la posición cerrada tengan sus extremos en un plano esencialmente horizontal, de manera que los extremos exteriores de los dedos se puedan soportar en esta posición cerrada por medio de un contrafuerte (81), y porque los dedos están lateralmente separados entre sí de tal manera que quede un espacio intermedio para el paso de gas.

16. Cesta de material según la reivindicación 15, caracterizada porque la cesta de material está adaptada para poder ser soportada por un dispositivo cambiador (30) y girada mediante un movimiento de giro, y porque por lo menos una de las paredes laterales está realizada de forma convexa con un radio de curvatura en dirección horizontal que corresponda esencialmente al radio (R) del movimiento de giro.