ES2242855T3 - REFRIGERATION ELEMENT TO REFRIGERATE A METAL OVEN. - Google Patents
REFRIGERATION ELEMENT TO REFRIGERATE A METAL OVEN.Info
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Abstract
Description
Elemento de refrigeración para refrigerar un horno metalúrgico.Cooling element to cool a metallurgical furnace
La invención se refiere a un elemento de refrigeración para refrigerar un horno metalúrgico, especialmente la zona de las escorias y/o la zona del metal de este horno, de modo que a la coraza del horno se le aporta material ignífugo en el lado dirigido al espacio interior del horno, y el elemento de refrigeración comprende una parte fría por la que fluye medio de refrigeración, la cual presenta una alimentación y una evacuación de medio refrigerante, así como una parte caliente refrigerada mediante una conducción del calor, de modo que la parte caliente del elemento de refrigeración en el estado montado termina enrasada con el lado frontal del material ignífugo que se dirige al espacio interior del horno. Además, la invención se refiere a un sistema para la refrigeración de un horno metalúrgico que se compone de al menos uno de estos elementos de refrigeración, así como un horno de fusión equipado con un sistema de este tipo.The invention relates to an element of cooling to cool a metallurgical furnace, especially the slag zone and / or the metal zone of this furnace, so that the fire shell is provided with fire retardant material on the side directed to the interior space of the oven, and the element of cooling comprises a cold part through which medium flows from refrigeration, which presents a feeding and an evacuation of cooling medium, as well as a hot part cooled by a conduction of heat, so that the hot part of the element cooling in the mounted state ends flush with the side front of the flame retardant material that goes to the interior space of the oven. In addition, the invention relates to a system for the cooling of a metallurgical furnace consisting of at least one of these cooling elements, as well as a melting furnace equipped with such a system.
Este tipo de hornos metalúrgicos se emplean en la fabricación de metales no férreos y hierro bruto. Para ello se emplean hornos redondos o rectangulares en los que la energía necesaria se aplica mediante electrodos de autococción del tipo Söderberg. En muchos casos, el proceso de fundición comienza mediante la aplicación de la energía por medio de un arco voltaico que prende libremente, el cual, tras formarse una escoria esponjosa, se introduce en ésta. Cuando los electrodos se introducen en la escoria líquida conductora, la energía emitida se transmite por completo al baño de metal mediante el calentamiento por resistencia de la escoria. En otros casos, sólo se aplica una parte de la energía al baño de metal mediante el calentamiento por resistencia de la escoria. La transmisión de energía se consigue mediante pequeños arcos voltaicos que se forman entre los electrodos y la columna que los rodean ("brush arcing"). En ambos casos, existe una escoria caliente y líquida de aproximadamente 1.400 a 1.700ºC, la cual circula en el recipiente del horno a causa de los efectos térmicos y magnéticos. La circulación térmica se estimula especialmente mediante fuerzas de empuje ascendente ocasionadas por los cambios de densidad debidos al enfriamiento en la pared del horno.This type of metallurgical furnaces are used in the manufacture of non-ferrous metals and raw iron. To do this employ round or rectangular ovens in which energy necessary is applied by self-cooking electrodes of the type Söderberg. In many cases, the casting process begins by applying energy through a voltaic arc that turns on freely, which, after forming a spongy scum, You enter it. When the electrodes are introduced into the conductive liquid slag, the emitted energy is transmitted by complete to the metal bath by resistance heating of the scum. In other cases, only part of the energy to the metal bath by resistance heating of the scum. The transmission of energy is achieved by small voltaic arcs that form between the electrodes and the surrounding column ("brush arcing"). In both cases, there is a hot and liquid slag of approximately 1,400 at 1,700 ° C, which circulates in the oven container because of the effects Thermal and magnetic. The thermal circulation is stimulated especially by upward pushing forces caused by density changes due to cooling in the wall of oven.
Mediante esta circulación de la escoria hacia la pared del horno, y también debido al ataque químico provocado por la escoria, se produce en la pared del horno un desgaste especialmente alto del material ignífugo con el que está revestido el horno de fusión. Este desgaste sólo se produce en el estado parado cuando, con la carga calorífica proporcionada, la pared del horno de material ignífugo está tan bien enfriada que en su lado caliente, es decir, el lado que se dirige hacia el interior del horno, se forma una costra de escoria solidificada. Una costra de este tipo se conoce bajo el concepto "freeze line". La capa de escoria solidificada protege al material ignífugo de la erosión o corrosión adicional de la escoria y, por tanto, es una capa protectora deseada. Cuanto mayor sea la potencia de fundición del horno y, con ello, los flujos de calor que van a evacuarse, más fino es el grosor restante de la pared de material ignífugo.Through this slag circulation to the oven wall, and also due to the chemical attack caused by the slag, especially wear on the oven wall high of the flame retardant material with which the furnace is coated fusion. This wear only occurs in the stopped state when, With the heat load provided, the furnace wall of Flame retardant material is so well cooled that on its hot side, it is that is, the side that goes into the oven is formed a crust of solidified slag. A scab of this type is known under the concept "freeze line". Slag layer solidified protects the flame retardant material from erosion or corrosion additional slag and therefore is a protective layer desired. The higher the melting power of the oven and, with this, the heat fluxes to be evacuated, the thinner the thickness Remaining wall of fire retardant material.
Se presentan mayores densidades de potencia de fundición (kW/m^{2} superficie de solera) especialmente cuando en hornos existentes debe aumentarse la aportación de potencia eléctrica para elevar la productividad pero, por motivos de costes, no debe aumentarse de forma correspondiente la superficie de solera. Además del re-equipamiento de hornos existentes, surge el problema también en el caso de hornos nuevos que van a construirse y que deben presentar una densidad de potencia mayor en comparación con los hornos conocidos.Higher power densities of cast iron (kW / m2 surface area) especially when in Existing furnaces should be increased power input electricity to increase productivity but, for cost reasons, the floor area must not be increased accordingly. In addition to the re-equipment of existing ovens, the problem arises also in the case of new ovens that are going to be constructed and must have a higher power density in Comparison with known furnaces.
Para generar o configurar de la forma más gruesa posible esta capa protectora (freeze-line) a pesar de los altos flujos de calor, a partir del informe de la conferencia "Furnace Cooling Design for Modern High-Intensity Pyrometallurgical Processes", de Copper 99-Cobre 99 Interbational Conference, vol. V, The Minerals, Metals & Materials Society, 1999 de N. Voermann, F. Ham, J. Merry, R. Veenstra y K. Hutchinson ha de desprenderse el emplear cuerpos de cobre refrigerados en la pared ignífuga del horno. Además de los denominados "dedos" y "refrigeradores de planchas", se propone especialmente el empleo de los denominados refrigeradores "waffle coolers". Dichos refrigeradores "waffle coolers" son cuerpos en forma de planchas hechos de cobre con tubos incorporados que están dotados en su lado caliente con ranuras y nervaduras en forma de cola de milano. En estas ranuras se introducen ladrillos de material ignífugo o están apisonadas masas de material ignífugo. El efecto de refrigeración de las nervaduras en los refrigeradores "waffle coolers" provoca que al entrar en contacto directo el material ignífugo con la escoria líquida se forme la protección "freeze line" deseada. Mientras que este tipo de refrigeradores "waffle coolers" asumen ventajosamente una función de soporte, como desventaja presentan un peso elevado, así como los altos costes de fabricación que resultan de ello.To generate or configure in the thickest way possible this protective layer (freeze-line) despite of high heat fluxes, from the conference report "Furnace Cooling Design for Modern High-Intensity Pyrometallurgical Processes ", from Copper 99-Copper 99 Interbational Conference, vol. V, The Minerals, Metals & Materials Society, 1999 by N. Voermann, F. Ham, J. Merry, R. Veenstra and K. Hutchinson have to let go of using bodies of Cooled copper on the oven's fireproof wall. Besides called "fingers" and "plate coolers", it especially proposes the use of so-called refrigerators "waffle coolers". These "waffle coolers" refrigerators they are bodies in the form of plates made of copper with tubes built-in that are equipped on its hot side with grooves and dovetail ribs. In these slots you they introduce bricks of fire retardant material or masses are rammed of flame retardant material. The cooling effect of the ribs in "waffle coolers" refrigerators it causes that when entering direct contact the flame retardant material with the liquid slag is form the desired "freeze line" protection. While this type of refrigerators "waffle coolers" advantageously assume a support function, as a disadvantage has a high weight, as well as the high manufacturing costs that result from it.
Los "dedos" y "refrigeradores de planchas" se describen por D. Tisdale, D. Brian, R. Sriram y R. McMeekin, en "Upgrading Falconbridge's No. 2 furnace crucible", publicado en "Challenges in Process Intensification", Montreal PQ, Canada, Instituto Canadiense de Minería, Metalurgia y Petróleo, 1996. Por "dedos" se entienden tubos de cobre con una sección transversal redonda. Sin embargo, se muestra como una dificultad el incorporar estos tubos a los ladrillos en forma de paralelepípedo de material ignífugo. Esta desventaja no la presentan los refrigeradores de planchas conocidos. Sin embargo, éstos, al igual que los dedos, deben realizarse pesados y macizos dado que sus dimensiones vienen determinadas por el diámetro de los orificios que discurren dentro de ellos para el agua de refrigeración, lo cual hace que la fabricación sea costosa. Los dedos, los refrigeradores de planchas y los refrigeradores "waffle coolers" en el estado nuevo no atraviesan todo el grosor de la pared ignífuga del horno, sino que aún requieren de muro delante de su pared frontal por el lado del horno. Además, no están conectados a la pared exterior del horno, la denominada "coraza", con lo que se evita una compresión por las diferentes dilataciones térmicas del muro ignífugo y la coraza.The "fingers" and "refrigerators of plates "are described by D. Tisdale, D. Brian, R. Sriram and R. McMeekin, in "Upgrading Falconbridge's No. 2 furnace crucible", published in "Challenges in Process Intensification", Montreal PQ, Canada, Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum, 1996. By "fingers" are understood copper pipes with a section round cross. However, it is shown as a difficulty the incorporate these tubes into the parallelepiped shaped bricks of flame retardant material. This disadvantage is not presented by known plate coolers. However, these, like that the fingers should be heavy and solid since their dimensions are determined by the diameter of the holes that they run inside them for cooling water, which It makes manufacturing expensive. Fingers, refrigerators of irons and waffle coolers in the state again they do not cross the entire thickness of the fire retardant wall of the oven, but they still require a wall in front of their front wall because of the oven side. In addition, they are not connected to the outer wall of the oven, the so-called "shell", which avoids a compression by the different thermal expansion of the wall Flame retardant and armor.
A partir de E. Granberg, G. Carlsson, "Development of a device for cooling of the safety-zone in the electric arc furnace", expuesto y publicado en el 3^{rd}European Electric Steel Congress, 2-4 octubre 1989, Bournemouth, se conocen elementos de refrigeración para la zona de seguridad en hornos eléctricos de fusión para la fabricación de acero cuya acción se basa en el transporte calorífico desde el lado caliente del interior del horno a un medio de refrigeración por fuera de la coraza del horno.From E. Granberg, G. Carlsson, "Development of a device for cooling of the safety-zone in the electric arc furnace", exhibited and published in the 3rd European Electric Steel Congress , 2-4 October 1989 Bournemouth, cooling elements are known for the safety zone in electric melting furnaces for the manufacture of steel whose action is based on the heat transport from the hot side of the interior of the oven to a cooling medium outside the shell of the oven.
El documento US-A-1724098 da a conocer una plancha de refrigeración para hornos de cuba dotados de revestimiento ignífugo, la cual está hecha de cobre con canales dispuestos para el medio de refrigeración y dotados de nervios de cobre planos enfriados mediante conducción térmica y que se dirigen al interior del horno.The document US-A-1724098 discloses a cooling plate for Cuba furnaces equipped with flame retardant coating, which is made of copper with channels arranged for the cooling medium and equipped with ribs of copper planes cooled by thermal conduction and directed inside the oven.
El documento DE-A-2924991 da a conocer un elemento refrigerado de la pared del horno que se compone de varios tubos de presión conectados entre sí para el paso a través del medio de refrigeración, los cuales están dotados en los vértices dirigidos al interior del horno con conductores de calor en forma de nervios de hierro planos soldados.The document DE-A-2924991 unveils a Refrigerated oven wall element that is made up of several pressure tubes connected to each other for passage through the medium of refrigeration, which are endowed in the directed vertices inside the oven with heat conductors in the form of nerves Iron flat soldiers.
El elemento de refrigeración de cobre fundido comprende una pieza de unión refrigerada por agua en la que están dispuestos en forma de peine varios refrigeradores macizos en forma de plancha. Entre los refrigeradores de planchas hay dispuesto material ignífugo. La pieza de unión está dispuesta fuera de la coraza del horno. El grosor y la separación central de los refrigeradores en forma de planchas pueden modificarse. En esta solución es desventajoso el hecho de que, en caso de una configuración con refrigeradores en forma de plancha delgados, la carga en el lado caliente se vuelve muy grande, unido con el riesgo de la oxidación del cobre y de una pérdida de conductividad térmica, mientras que en el caso de una configuración de refrigeradores en forma de planchas gruesos aumentan los costes de los materiales y la consecuencia es una refrigeración asimétrica.The molten copper cooling element comprises a water-cooled junction piece in which they are comb-shaped several solid shaped refrigerators of iron. Between the plate coolers there are arranged flame retardant material. The connecting piece is arranged outside the oven shell. The thickness and central separation of the Plate-shaped refrigerators can be modified. In this solution is disadvantageous the fact that, in case of a configuration with thin plate-shaped refrigerators, the load on the hot side becomes very large, coupled with the risk of the oxidation of copper and a loss of thermal conductivity, while in the case of a refrigerator configuration in shape of thick plates increase the costs of materials and the consequence is an asymmetric cooling.
Por consiguiente, la invención se basa en el objetivo de facilitar un elemento de refrigeración, así como un sistema de refrigeración para un horno metalúrgico que, evitando las desventajas citadas anteriormente, presente un lado caliente que en el estado de funcionamiento forma inmediatamente una protección freeze-line. Además, debe facilitarse un horno que, al equiparlo con un sistema de este tipo, presente una alta estabilidad mecánica.Accordingly, the invention is based on the objective of facilitating a cooling element, as well as a cooling system for a metallurgical furnace which, avoiding disadvantages cited above, present a hot side that in the operating state immediately forms a protection freeze-line In addition, an oven must be provided which, when equipped with such a system, present a high mechanical stability
Este objetivo se consigue mediante un elemento de refrigeración con las características de la reivindicación 1, sistemas de refrigeración con las características de las reivindicaciones 8 y 9, así como mediante un horno con las características según las reivindicaciones 15 y 16. En las reivindicaciones dependientes se dan a conocer perfeccionamientos ventajosos.This objective is achieved through an element of cooling with the features of claim 1, refrigeration systems with the characteristics of claims 8 and 9, as well as by an oven with the characteristics according to claims 15 and 16. In the dependent claims are disclosed perfections advantageous
Según la invención se propone que toda la parte caliente esté configurada como una (única) plancha, y que en su lado frío, es decir, en su lado opuesto al interior del horno, a la plancha esté asociada una (única) parte fría independiente dotada con alimentación y evacuación de medio de refrigeración, de modo que la parte fría es un tubo y la plancha está colocada en el tubo con su lado opuesto al interior del horno, de forma inseparable, de forma paralela al eje longitudinal del tubo.According to the invention it is proposed that the whole part hot is configured as a (single) iron, and on its side cold, that is, on its opposite side to the inside of the oven, to the iron is associated with a (single) independent cold part equipped with power and evacuation of cooling medium, so that the cold part is a tube and the iron is placed in the tube with its opposite side to the interior of the oven, inseparably, of parallel to the longitudinal axis of the tube.
Al contrario que en las soluciones conocidas, se forma un elemento de refrigeración a partir de una única plancha en la que se dispone una parte fría separada e independiente de otros elementos de refrigeración. De esta manera se consigue una relación adecuada de la superficie de la parte caliente respecto a la superficie de la parte fría, además de buenas propiedades de refrigeración. Por eso, en el estado de funcionamiento se forma directamente en el lado caliente del elemento de refrigeración, es decir, en el lado frontal del material ignífugo que se dirige al interior del horno, así como en el lado frontal de la plancha, rápidamente una capa protectora o freeze-line.Unlike in known solutions, it forms a cooling element from a single iron in which has a cold part separated and independent of others cooling elements This way you get a relationship adequate surface of the hot part with respect to the surface of the cold part, in addition to good properties of refrigeration. Therefore, in the operating state it is formed directly on the hot side of the cooling element, it is say, on the front side of the flame retardant material that goes to the inside the oven, as well as on the front side of the iron, Quickly a protective layer or freeze-line.
La unión se consigue mediante una conexión completa, preferiblemente mediante soldadura, para garantizar un buen transporte de calor. De forma ventajosa, el elemento de refrigeración se compone de una plancha de cobre y un tubo de cobre y, en este caso, de piezas de una medida estándar que están disponibles en almacén, lo cual reduce considerablemente los costes de material y, sobre todo, los costes de tratamiento. En general, se crea de esta manera un elemento de refrigeración fiable y rentable que puede emplearse de múltiples casos. También es especialmente ventajoso que los componentes utilizados (plancha, tubo), debido a su tipo de fabricación (laminado, extrusión) no presenten una estructura de fundición de grano grueso, sino una estructura uniforme de grano fino. Esto implica mejores propiedades de conductividad térmica, así como una tendencia más reducida a la formación y extensión de fisuras.The union is achieved through a connection complete, preferably by welding, to ensure a Good heat transport. Advantageously, the element of cooling consists of a copper plate and a copper tube and, in this case, of pieces of a standard measure that are available in stock, which considerably reduces costs of material and, above all, treatment costs. In general, it creates a reliable and cost-effective cooling element which can be used in multiple cases. It is also especially advantageous than the components used (iron, tube), due to its type of manufacturing (laminate, extrusion) do not present a thick grain foundry structure but a structure fine grain uniform. This implies better properties of thermal conductivity, as well as a reduced tendency to formation and extension of cracks.
Preferiblemente, la plancha está configurada muy delgada, en el sentido de una chapa. El grosor de las planchas se sitúa preferiblemente en el intervalo de 10 a 40 mm, preferiblemente de 20 a 40 mm.Preferably, the iron is configured very thin, in the sense of a sheet. The thickness of the plates is preferably in the range of 10 to 40 mm, preferably from 20 to 40 mm.
Para evitar alabeos de la plancha o chapa delgada debido a una dilatación térmica diferente a lo largo de la superficie de la plancha, se propone hacer hendiduras en la plancha o chapa perpendiculares al eje longitudinal del tubo de refrigeración. Debido a la separación en tiras de plancha individuales independientes y, además, debido al reducido grosor, se consigue una adaptación flexible a los movimientos de dilatación del material ignífugo. Esto también tiene la ventaja especial de que se evita la formación intersticios de aire aislantes entre el material ignífugo o muro ignífugo y la plancha.To avoid warping of the plate or thin sheet due to a different thermal expansion along the plate surface, it is proposed to make indentations in the plate or sheet perpendicular to the longitudinal axis of the tube refrigeration. Due to the separation in iron strips independent individuals and, in addition, due to the reduced thickness, achieves a flexible adaptation to the dilation movements of the flame retardant material. This also has the special advantage of being prevents the formation of insulating air interstices between the material Fire retardant or fire retardant wall and iron.
Las separaciones entre las hendiduras se aplican preferiblemente de modo uniforme. Se recomiendan separaciones de aproximadamente 100 a 400 mm con anchos de hendiduras de 2-5 mm.The separations between the slits are applied preferably evenly. Separations of approximately 100 to 400 mm with groove widths of 2-5 mm
En el caso de los sistemas de refrigeración propuestos, pueden resultar los siguientes tipos: sistema de refrigeración según el tipo I, con elementos de refrigeración dispuestos de forma vertical cuya parte fría o tubo está dispuesta por fuera de la coraza del horno; sistema de refrigeración según el tipo II, con elementos de refrigeración dispuestos de forma vertical cuya parte fría o tubo está dispuesta dentro de la coraza del horno; sistema de refrigeración según el tipo III con elementos de refrigeración dispuestos de forma horizontal cuya parte fría o tubo está dispuesta por fuera de la coraza del horno; sistema de refrigeración según el tipo IV con elementos de refrigeración dispuestos de forma horizontal cuya parte fría o tubo está dispuesta dentro de la coraza del horno.In the case of cooling systems proposed, the following types may result: cooling according to type I, with cooling elements arranged vertically whose cold part or tube is arranged outside the oven shell; cooling system according to Type II, with cooling elements arranged vertically whose cold part or tube is arranged inside the oven shell; cooling system according to type III with elements of horizontally arranged refrigeration whose cold part or tube it is arranged outside the oven shell; system of cooling according to type IV with cooling elements arranged horizontally whose cold part or tube is arranged inside the oven shell.
Los sistemas de refrigeración se diseñan en función de la densidad de potencia de fundición y de la separación de los electrodos respecto a la pared del horno y, concretamente, seleccionando la geometría de las planchas y/o de la separación entre el lado caliente y la parte fría y/o de la separación de las planchas entre sí. En relación con los refrigeradores de planchas conocidos, la plancha de la parte caliente está configurada delgada. La separación entre el lado caliente y la parte fría, es decir, el tubo, es relativamente corta. Preferiblemente, la plancha presenta una geometría cuadrangular.The cooling systems are designed in function of foundry power density and separation of the electrodes with respect to the oven wall and, specifically, selecting the geometry of the plates and / or the separation between the hot side and the cold part and / or the separation of the irons with each other. In relation to plate coolers known, the hot part plate is set thin. The separation between the hot side and the cold side, that is, the tube, is relatively short. Preferably, the iron has a quadrangular geometry.
En estos sistemas de refrigeración, la separación vertical u horizontal de los elementos de refrigeración respecto a su siguiente elemento de refrigeración contiguo se dimensiona como material ignífugo de forma correspondiente al múltiplo o a un múltiplo del formato de la altura o anchura de los ladrillos ignífugos. Esto tiene la ventaja, en el caso de la disposición horizontal, de que el número de elementos de refrigeración dispuestos unos encima de otros puede adaptarse de forma flexible de la altura de la zona de escorias o de la zona de metal. Se suprimen los trabajos de corte de los ladrillos ignífugos; se reduce el gasto de montaje.In these cooling systems, the separation vertical or horizontal of the cooling elements with respect to its next adjacent cooling element is sized as flame retardant material corresponding to the multiple or a multiple of the bricks height or width format flame retardant This has the advantage, in the case of the provision horizontal, that the number of cooling elements arranged on top of each other can be flexibly adapted from the height of the slag zone or the metal zone. Are suppressed the cutting works of fireproof bricks; expense is reduced mounting
Preferiblemente, se propone conectar los elementos de refrigeración de un sistema de refrigeración en serie unos detrás de otros por el lado del agua, de modo que la evacuación del medio de refrigeración de un elemento de refrigeración está unida con la alimentación de medio de refrigeración de un elemento de refrigeración contiguo, dado el caso, mediante un tubo de conexión rígido o tubos de conexión flexibles. El número de elementos de refrigeración que pueden conectarse en serie unos detrás de otros depende de la calidad del agua de refrigeración disponible y/o de la máxima temperatura permitida del agua de refrigeración.Preferably, it is proposed to connect the cooling elements of a series cooling system one behind the other by the water side, so that the evacuation of the cooling medium of a cooling element is linked to the supply of an element's cooling medium of adjacent cooling, if necessary, by means of a tube rigid connection or flexible connection tubes. The number of cooling elements that can be connected in series about behind others depends on the quality of the cooling water available and / or the maximum allowed water temperature of refrigeration.
La construcción del horno, especialmente la pared del horno, debe estar adaptada, según la invención, a los sistemas de refrigeración individuales y sus particularidades. Para un sistema de refrigeración del tipo III se propone un horno de fundición redondo o rectangular cuya coraza está conformada replegada en la zona de refrigeración en dirección al interior del horno y presenta planchas de mampara para apoyar la zona superior de la parte del horno que ahora sobresale. Esta construcción de la coraza del horno consigue que la debilitación de su capacidad de carga mecánica debida a las hendiduras horizontales necesarias para los elementos de refrigeración se compense con una separación vertical relativamente reducida.The furnace construction, especially the wall of the oven, it must be adapted, according to the invention, to the systems individual refrigeration and its peculiarities. For a Type III cooling system is proposed a furnace round or rectangular cast iron whose shell is shaped folded in the cooling zone towards the interior of the oven and screen screens to support the upper area of the part of the oven that now stands out. This construction of the furnace shell gets the weakening of its ability to mechanical load due to the horizontal grooves necessary for the cooling elements are compensated with a separation relatively small vertical
En la disposición horizontal, se aplican en la coraza del horno hendiduras con una longitud correspondiente a la dilatación horizontal del elemento de refrigeración. La altura de las hendiduras se selecciona en este caso de forma ventajosa de manera que el elemento de refrigeración correspondiente puede aguantar la dilatación térmica inevitable del material ignífugo sin verse obstaculizado en este movimiento por el canto superior o inferior de la hendidura. Por tanto, resulta una altura relativamente grande de la hendidura.In the horizontal arrangement, they are applied in the Oven shell slits with a length corresponding to the horizontal expansion of the cooling element. The height of the slits are selected in this case advantageously from so that the corresponding cooling element can withstand the inevitable thermal expansion of the flame retardant material without be hindered in this movement by the upper edge or bottom of the slit. Therefore, it is a height relatively large cleft.
En el sistema de refrigeración según el tipo IV deben aplicarse, en relación con el tipo III, únicamente aberturas más pequeñas y, con ello, puntos de debilitamiento más pequeños, en la coraza del horno para los circuitos de admisión y evacuación del medio de refrigeración de la parte fría o tubo. En el caso de esta solución, sólo se reduce un poco la capacidad de carga estática de la coraza del horno. No obstante, aún es posible un aumento de la capacidad de carga mediante la disposición desplazada unos respecto a otros de los elementos de refrigeración dispuestos unos encima de otros.In the cooling system according to type IV only openings should be applied in relation to type III smaller and, with it, smaller weakening points, in the furnace shell for the intake and evacuation circuits of the cooling medium of the cold part or tube. In the case of this solution, only the static load capacity of The shell of the oven. However, an increase in the load capacity by displaced arrangement about to other cooling elements arranged one above others.
Los sistemas de refrigeración del tipo I y II se consideran especialmente para hornos redondos. La geometría de las planchas, concretamente su longitud, está adaptada preferiblemente a la altura de la zona de escorias. En el tipo I, en el que la plancha de la parte caliente se extiende a través de la coraza del horno y la parte fría o tubo se encuentra fuera de la coraza del horno, una coraza del horno con una estabilidad debilitada debido a las hendiduras verticales puede reforzarse mecánicamente mediante nervaduras o anillos para absorber las tensiones periféricas procedentes de la dilatación térmica del material ignífugo, de modo que se garantiza que las hendiduras verticales en la coraza del horno permiten un movimiento libre de los elementos de refrigeración integrados en el material ignífugo, especialmente hacia arriba.Type I and II refrigeration systems are Consider especially for round ovens. The geometry of the plates, specifically their length, are preferably adapted to the height of the slag area. In type I, in which the iron of the hot part extends through the furnace shell and the cold part or tube is outside the shell of the oven, a oven shell with weakened stability due to vertical grooves can be reinforced mechanically by ribs or rings to absorb peripheral stresses from thermal expansion of the flame retardant material, so which guarantees that the vertical indentations in the shell of the oven allow free movement of the cooling elements integrated into the flame retardant material, especially upwards.
Otras particularidades y ventajas de la invención se desprenden de las reivindicaciones dependientes y de la siguiente descripción en la que se explican detalladamente las formas de realización de la invención mostradas en las figuras. En este caso, además de las combinaciones de características expuestas anteriormente, también son esenciales para la invención características aisladas o en otras combinaciones. Muestran:Other particularities and advantages of the invention they follow from the dependent claims and the following description in which the forms of embodiment of the invention shown in the figures. In this case, in addition to the combinations of exposed features previously, they are also essential for the invention isolated features or in other combinations. They show:
la figura 1, una vista lateral de un detalle de un elemento de refrigeración propuesto según la invención que se compone de una plancha y un tubo;Figure 1, a side view of a detail of a cooling element proposed according to the invention which is It consists of an iron and a tube;
la figura 2, una sección transversal del elemento de refrigeración según la figura 1 a lo largo de la línea A-A;Figure 2, a cross section of the element cooling according to figure 1 along the line A-A;
la figura 3, un corte vertical a través de una pared del horno con sistema de refrigeración integrado del tipo III y coraza de horno conformada;Figure 3, a vertical section through a oven wall with integrated cooling system type III and shaped oven shell;
la figura 4, un corte horizontal B-B a través de una pared del horno con un sistema de refrigeración según la figura 3;Figure 4, a horizontal section B-B through an oven wall with a system cooling according to figure 3;
la figura 5, una sección vertical a través de una pared del horno con sistema de refrigeración del tipo IV integrado;Figure 5, a vertical section through a furnace wall with type IV cooling system integrated;
la figura 6, un corte horizontal B-B a través de una pared del horno con un sistema de refrigeración según la figura 5;Figure 6, a horizontal section B-B through an oven wall with a system cooling according to figure 5;
la figura 7, la representación de un sistema de refrigeración según el tipo IV, de modo que los elementos de refrigeración que se disponen unos sobre otros están dispuestos desplazados;Figure 7, the representation of a system of cooling according to type IV, so that the elements of refrigeration that are arranged over each other are arranged displaced;
la figura 8, una sección vertical a través de una pared del horno con sistema de refrigeración del tipo I integrado.Figure 8, a vertical section through a furnace wall with cooling system type I integrated.
La figura 1 muestra un detalle de un elemento 1 de refrigeración que se compone de una parte 2 fría por la que fluye a través un medio de refrigeración, por ejemplo, agua de refrigeración, en forma de un tubo 3 con un diámetro d_{i} interior y un grosor d_{w} de pared, así como de una parte 4 caliente refrigerada únicamente mediante conducción térmica. La parte 4 caliente que, por tanto, no es atravesada por agua de refrigeración, se compone de una plancha 5 delgada de cobre, que se denominará en los sucesivo "chapa de cobre". El tubo 3 también está hecho de cobre y corresponde a una medida estándar o normalizada de tubos de cobre. La chapa de cobre está soldada con su lado 6 longitudinal del lado frío al revestimiento 7 del tubo de forma paralela al eje longitudinal del tubo y, partiendo del lado 8 caliente, está dotada con hendiduras 9 que, en el caso de la forma de realización mostrada, se extienden hasta la unión 10 de soldadura. El calor del espacio O_{i} interior del horno que incide en el lado 8 caliente se desprende mediante conducción térmica a través de la chapa de cobre al tubo 3 y, aquí, al medio de refrigeración que fluye a través del tubo 3. La conexión completa que permite un transporte térmico sin perturbaciones entre la chapa de cobre y el tubo 3, aquí en forma de la unión 10 de soldadura, se aclara también en la figura 2. La chapa de cobre está configurada de forma relativamente delgada, preferiblemente entre 20 a 40 mm. De forma ventajosa, también se emplea una chapa de cobre de una medida normalizada. En combinación con las hendiduras 9 resulta una chapa de cobre flexible que posibilita un alto transporte térmico y, al mismo tiempo, puede soportar dilataciones térmicas del material ignífugo.Figure 1 shows a detail of an element 1 of cooling that consists of a cold part 2 through which it flows through a cooling medium, for example, water from cooling, in the form of a tube 3 with a diameter d_ {i} interior and wall thickness d_ {w}, as well as a part 4 hot cooled only by thermal conduction. The hot part 4 which, therefore, is not crossed by water from cooling, it consists of a thin copper plate 5, which he will name in the successive "copper plate". Tube 3 too It is made of copper and corresponds to a standard measure or normalized copper pipes. The copper plate is welded with its longitudinal side 6 of the cold side to the lining 7 of the tube parallel to the longitudinal axis of the tube and, starting from side 8 hot, it is equipped with slits 9 which, in the case of the shape of embodiment shown, extend to junction 10 of welding. The heat of the space O_ {i} inside the oven that it hits the hot side 8 it comes off by driving thermal through the copper plate to tube 3 and, here, to the middle of cooling flowing through the tube 3. The complete connection which allows a thermal transport without disturbances between the sheet copper and tube 3, here in the form of solder joint 10, is It also clarifies in Figure 2. The copper plate is configured as relatively thin form, preferably between 20 to 40 mm. From advantageously, a copper sheet of a size is also used normalized In combination with the grooves 9 a sheet is flexible copper that allows high thermal transport and, at At the same time, it can withstand thermal expansion of the material flame retardant
En la figura 3 se muestra la disposición de una pluralidad de elementos 101 de refrigeración para formar un sistema de refrigeración. En el sistema de refrigeración del tipo III (11), aquí mostrado, los elementos 101 de refrigeración están dispuestos de forma horizontal, es decir, la parte 104 caliente configurada como chapa de cobre se incorpora en la pared 112 del horno de tal manera que el plano de la plancha se extiende de forma perpendicular al eje longitudinal del horno.Figure 3 shows the layout of a plurality of cooling elements 101 to form a system of refrigeration. In the type III refrigeration system (11), shown here, the cooling elements 101 are arranged horizontally, that is, the hot part 104 configured as copper plate is incorporated into the wall 112 of the furnace of such so that the planar plane extends perpendicularly to the longitudinal axis of the oven.
La pared 112 del horno se compone de la coraza 113 del horno y de material 114 ignífugo con el que se dota al horno en su lado dirigido al interior O_{i} del horno. En la forma de realización aquí mostrada, la coraza 113 del horno está revestida de ladrillos 115 ignífugos de una altura H_{F} determinada y se rellena con masa 116 ignífuga apisonada el paso a los ladrillos 115 ignífugos. Los elementos 101 de refrigeración individuales se disponen en la zona de refrigeración de tal manera que el lado 108 caliente de la plancha 105 de cobre delgada o chapa de cobre, es decir, el lado frontal expuesto directamente a la atmósfera del horno, en un estado montado termina enrasado con el lado 117 frontal de los ladrillos 115 ignífugos dirigidos al espacio O_{i} interior del horno, es decir, no se necesita ningún material ignífugo antes del lado frontal de las planchas de cobre.The oven wall 112 is made up of the shell 113 of the oven and of flame retardant material 114 with which the oven is equipped on its side directed to the interior O_ {i} of the oven. In the way of embodiment shown here, the furnace shell 113 is coated with 115 fire bricks of a certain height H_ {F} and are filled with fireproof mass 116 rammed into bricks 115 flame retardant The individual cooling elements 101 are arranged in the cooling zone such that side 108 Hot plate 105 thin copper or copper plate, it is that is, the front side exposed directly to the atmosphere of the oven, in a mounted state ends flush with the front side 117 of the fireproof bricks 115 directed to the interior space O_ {i} of the oven, that is, no flame retardant material is needed before from the front side of the copper plates.
Los elementos 101 de refrigeración están dispuestos en esta forma de realización unos encima de otros con una separación de dos ladrillos 115 ignífugos, de modo que el revestimiento se sujeta en cada caso en la coraza 113 del horno por un elemento 118 de anclaje del ladrillo. Gracias a su forma estructural y a la disposición entre los ladrillos ignífugos, los elementos de refrigeración son en gran medida auto-portantes, lo cual ahorra elementos de fijación.The cooling elements 101 are arranged in this embodiment on top of each other with a separation of two fireproof bricks 115, so that the lining is held in each case in shell 113 of the oven by an anchor element 118 of the brick. Thanks to its shape structural and available among fireproof bricks, the cooling elements are largely self-supporting, which saves elements of fixation.
Los tubos 103 de cobre asignados a cada chapa de cobre individual que forman un canal 119 de refrigeración están dispuestos por fuera de la coraza 113 del horno. En el extremo de cada uno de los tubos 103 están previstas secciones 120, 121 de tubo o transiciones a alimentaciones 122 de medio de refrigeración o evacuaciones 123 de medio de refrigeración, véase para ello también la figura 4. En conjunto, mediante la relación apropiada de la superficie de la parte 104 caliente a la superficie de la parte 102 fría de los elementos 101 de refrigeración individuales a lo largo del lado caliente de la coraza, se configura rápidamente una capa de protección o freeze-line 124 (sólo se muestra una sección de la protección freeze-line). De esta manera, el grosor de pared restante de los ladrillos 115 ignífugos no atacados por la erosión es grande.The copper pipes 103 assigned to each sheet of individual copper forming a cooling channel 119 are arranged outside shell 113 of the oven. At the end of each of the tubes 103 are provided sections 120, 121 of tube or transitions to feeds 122 of cooling medium or evacuations 123 of cooling medium, see also Figure 4. Together, by the appropriate relationship of the surface of part 104 hot to the surface of part 102 cold of the individual cooling elements 101 along on the hot side of the shell, a layer of protection or freeze-line 124 (only one is shown freeze-line protection section). This way, the remaining wall thickness of the fireproof bricks 115 not attacked by erosion is large.
Dado que los tubos 103 de cobre de los elementos
101 de refrigeración individuales se disponen por fuera de la coraza
113 del horno, en la coraza 113 del horno están aplicadas aberturas
125 o hendiduras correspondientes que son algo más largas que la
longitud de la chapa de cobre y cuya altura H_{\ddot{O}} no debe
ser demasiado baja para que no se obstaculice la chapa de cobre
durante los movimientos de los ladrillos 115 ignífugos en la
abertura 125 de la hendidura. Para compensar el debilitamiento de la
coraza 113 del horno ocasionado por la abertura, la coraza 113 del
horno en la zona de refrigeración formada por el sistema 11 de
refrigeración, que puede corresponderse aproximadamente con la zona
de escorias, está configurada abombada hacia dentro (véase la figura
3). Las fuerzas de partes de la estructura 126 del horno que se
disponen más arriba y que actúan sobre la coraza 113 del horno son
captadas por chapas 127 de mampara o son conducidas adicionalmente
hacia
abajo.Since the copper pipes 103 of the individual cooling elements 101 are arranged outside the shell 113 of the oven, openings 125 or corresponding grooves are applied to the shell 113 of the oven that are somewhat longer than the length of the sheet metal. copper and whose height H _ \ ddot {O} must not be too low so that the copper plate is not obstructed during the movements of the flame retardant bricks 115 in the opening 125 of the groove. To compensate for the weakening of the furnace shell 113 caused by the opening, the furnace shell 113 in the cooling zone formed by the cooling system 11, which can approximately correspond to the slag zone, is configured domed inwards (see Figure 3). The forces of parts of the furnace structure 126 that are arranged above and acting on the furnace shell 113 are captured by bulkheads 127 or are additionally directed towards
down.
La zona de metal que sigue a continuación por debajo de la zona de escorias también puede estar configurada con un sistema 11 de refrigeración de este tipo o, tal como se muestra aquí, con una refrigeración 128 de riego que actúa desde fuera en la coraza 113 del horno. Para ello, la coraza 113 del horno se reviste en su lado opuesto al interior del horno de tal manera que se forma un espacio 129 intermedio. El agua de refrigeración se aporta mediante un tubo 130 de alimentación al espacio 129 intermedio, de manera que se asperje a lo largo del lado exterior de la coraza 113 del horno.The metal zone that follows next by below the slag area can also be configured with a refrigeration system 11 of this type or, as shown here, with a 128 irrigation cooling that acts from outside in the shell 113 of the oven. To do this, the shell 113 of the oven is coated on its side opposite the interior of the oven in such a way that it forms an intermediate space 129. The cooling water is supplied by means of a feeding tube 130 to the intermediate space 129, of so that it sprinkles along the outer side of the shell 113 from the oven.
La disposición de las chapas 127 de mampara anteriormente mencionadas se aclara especialmente en la figura 4, la cual muestra un corte horizontal a través del sistema 11 de refrigeración mostrado en la figura 3 en la pared 112 de un horno de fusión a lo largo de la línea B-B. La longitud de los tubos 103 de cobre, que puede adquirir valores entre un metro y varios metros, o también inferiores a un metro, se corresponde aproximadamente a la longitud de la chapa de cobre.The arrangement of screen plates 127 mentioned above is clarified especially in figure 4, the which shows a horizontal cut through system 11 of cooling shown in figure 3 on the wall 112 of an oven of fusion along the B-B line. The length of copper pipes 103, which can acquire values between one meter and several meters, or also less than one meter, corresponds approximately to the length of the copper plate.
El tipo de sistema de refrigeración III (11), descrito anteriormente, con tubos de cobre que se disponen por fuera de la coraza del horno se emplea especialmente en hornos de fusión que están dotados de material ignífugo, el cual, en caso de altas temperaturas, reacciona con agua, tal como, por ejemplo, óxido de magnesio. Si puede aceptarse una disposición de tubos conductores de agua de refrigeración dentro de la coraza del horno, se emplea un sistema de elementos de refrigeración según el tipo IV (12), el cual se muestra detalladamente en las figuras 5 y 6. La figura 5 muestra una sección vertical a través de una pared 212 del horno, mientras que la figura 6 muestra una sección horizontal.The type of cooling system III (11), described above, with copper pipes that are arranged on the outside The furnace shell is especially used in melting furnaces which are equipped with fire retardant material, which, in case of high temperatures, reacts with water, such as, for example, oxide of magnesium. If an arrangement of conductive pipes of cooling water inside the oven shell, a cooling element system according to type IV (12), which It is shown in detail in Figures 5 and 6. Figure 5 shows a vertical section through a wall 212 of the oven, while that figure 6 shows a horizontal section.
Los tubos 203 de cobre con el canal 219 de refrigeración de los elementos 201 de refrigeración están dispuestos dentro de la masa 216 ignífuga apisonada que se encuentra entre la coraza 213 del horno y los ladrillos 215 ignífugos. Igual que en el caso del sistema de refrigeración según el tipo III (11), las planchas 205 o chapas de cobre delgadas están dispuestas entre los ladrillos 215 ignífugos individuales. La coraza 213 del horno se dota de aberturas 225 para el paso a través de las dos secciones 220, 221 de tubo para la alimentación 222 correspondiente de medio de refrigeración y la evacuación 223 correspondiente de medio de refrigeración de cada uno de los tubos 203 de cobre. Aunque en el caso de este sistema 12 de refrigeración la coraza 213 del horno se debilita mucho menos, pueden preverse chapas 227 de mampara para aumentar la estabilidad (véase la figura 6), que se extienden en el lado frío de la coraza 213 del horno en el recipiente 230 del horno.Copper pipes 203 with channel 219 cooling of cooling elements 201 are arranged inside the rammed fire retardant mass 216 that lies between the shell 213 of the oven and the fireproof bricks 215. As in the case of the cooling system according to type III (11), the 205 plates or thin copper plates are arranged between the 215 individual fire retardant bricks. The shell 213 of the oven is provides openings 225 for passage through the two sections 220, 221 of tube for the corresponding feeding 222 of medium cooling and the corresponding evacuation 223 of means of cooling of each of the copper pipes 203. Although in the case of this cooling system 12 the shell 213 of the oven is weakens much less, sheet screens 227 can be provided for increase stability (see figure 6), which extend in the cold side of the shell 213 of the oven in container 230 of the oven.
Además, en el caso de un sistema de refrigeración del tipo IV (12) se consigue un aumento de la estabilidad mediante una disposición desplazada de las capas de elementos 201 de refrigeración dispuestas unas encima de otras, lo cual se muestra en la figura 7. La figura 7 muestra, vista desde el lado frío de la coraza del horno, un sistema de refrigeración del tipo IV (12) con tubos 203 de cobre que se disponen dentro de elementos 201 de refrigeración dispuestos horizontalmente unos encima de otros de un nivel primero, segundo, tercero y cuarto. Por medio de un canal 231 de alimentación común entra agua de refrigeración, a través de las secciones 220 de tubo de entrada que sobresalen a través de aberturas correspondientes en la coraza del horno, en los tubos 203 de cobre de los elementos 201 de refrigeración del primer nivel o nivel inferior para volver a salir a través de secciones 221 correspondientes de tubo de salida. Sin embargo, en el caso de la forma de realización aquí mostrada, el agua de refrigeración no sale inmediatamente sino que se transporta mediante un tubo 232 de conexión que se dispone dentro, también encastrado en la masa ignífuga apisonada, a las secciones 220 de tubo de entrada del tubo 203 de cobre de los elementos 201 de refrigeración del siguiente nivel más alto. Este transporte de agua de refrigeración se continua hasta que haya pasado a través de los tubos 203 de cobre de los elementos 201 de refrigeración del cuarto nivel o nivel superior y el agua de refrigeración salga a través de secciones 221 de tubo de salida y circuitos 223 de evacuación de agua de refrigeración en un canal de recirculación común para ser conducida desde allí a un sistema de refrigeración mediante agua de refrigeración (no mostrado).In addition, in the case of a cooling system Type IV (12) achieves an increase in stability through an offset arrangement of the layers of elements 201 of refrigeration arranged on top of each other, which is shown in Figure 7. Figure 7 shows, seen from the cold side of the Oven shell, a type IV refrigeration system (12) with copper pipes 203 that are arranged within elements 201 of refrigeration arranged horizontally on top of each other a First, second, third and fourth level. Through a channel 231 Common water enters cooling water, through the 220 sections of inlet tube protruding through corresponding openings in the oven shell, in tubes 203 copper of the first level cooling elements 201 or lower level to exit again through sections 221 corresponding outlet pipe. However, in the case of the embodiment shown here, the cooling water does not come out immediately but is transported by a tube 232 of connection that is arranged inside, also embedded in the mass fireproof rammed, to sections 220 of tube inlet pipe 203 copper of the cooling elements 201 of the following highest level. This transport of cooling water is continued until it has passed through the copper pipes 203 of the cooling elements 201 of the fourth level or upper level and the cooling water exits through sections 221 of tube outlet and circuits 223 of evacuation of cooling water in a common recirculation channel to be conducted from there to a cooling system by cooling water (no shown).
Los sistemas de refrigeración según el tipo III
(11) y IV (12) se utilizan especialmente en hornos cuadrangulares,
mientras que los sistemas de refrigeración según el tipo I y II se
utilizan especialmente en el caso de hornos redondos. Una sección
vertical de los elementos de refrigeración de un sistema según el
tipo I (13) se muestra en la figura 8. En este tipo de sistema de
refrigeración, los elementos 301 de refrigeración se disponen de tal
manera en la pared del horno que plano de las planchas 305 o el eje
longitudinal de los tubos 303 de cobre discurre paralelos al eje
longitudinal del horno. La parte 302 fría o el tubo 303 de cobre de
cada uno de los elementos 301 de refrigeración se encuentra fuera de
la coraza 313 del horno. La longitud de las chapas de cobre se
corresponde preferiblemente a la altura de la zona de las escorias.
Con 309 se indican las hendiduras de la chapa de cobre. Para montar
los elementos 301 de refrigeración se aplican en la coraza 313 del
horno aberturas 325 o hendiduras estrechas pero alargadas en la
dirección vertical. La coraza 313 del horno se refuerza
preferiblemente mediante nervaduras o
anillos 335a, b.Refrigeration systems according to type III (11) and IV (12) are especially used in quadrangular furnaces, while refrigeration systems according to type I and II are especially used in the case of round furnaces. A vertical section of the cooling elements of a system according to type I (13) is shown in Figure 8. In this type of cooling system, the cooling elements 301 are arranged in such a way on the wall of the oven that flat of the plates 305 or the longitudinal axis of the copper pipes 303 run parallel to the longitudinal axis of the furnace. The cold part 302 or the copper tube 303 of each of the cooling elements 301 is outside the shell 313 of the oven. The length of the copper plates preferably corresponds to the height of the slag area. The grooves of the copper plate are indicated with 309. To mount the cooling elements 301, openings 325 or narrow but elongated grooves in the vertical direction are applied to the shell 313 of the oven. The shell 313 of the oven is preferably reinforced by ribs or
rings 335a, b.
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