ES2244354A1 - Horno con sistema de marmita tubular rotativa y combustion indirecta para la deshidratacion del mineral destinado a la fabricacion de yeso y escayola u otros materiales. - Google Patents

Horno con sistema de marmita tubular rotativa y combustion indirecta para la deshidratacion del mineral destinado a la fabricacion de yeso y escayola u otros materiales.

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Horno con sistema de marmita tubular rotativa y combustión indirecta para la deshidratación del mineral destinado a la fabricación de yeso y escayola u otros materiales, constituido por una marmita formada por una cámara central (1), una cámara intermedia (2) y una cámara externa (3), concéntricas y solidarias que realiza la deshidratación del material en dos fases simultáneas; un pre-secado en la cámara central (1) aprovechando los gases conducidos a través de una tubería exterior (24) a su interior, y la deshidratación final en la cámara externa (3) mediante la acción directa de los gases de combustión.

Description

Horno con sistema de marmita tubular rotativa y combustión indirecta para la deshidratación del mineral destinado a la fabricación de yeso y escayola u otros materiales.
Objeto de la invención
El objeto de la presente invención, se refiere a un horno, de los del tipo denominados marmitas rotativas de fuego indirecto y de carga y descarga intermitente cíclica, en los que para realizar la deshidratación del material (piedra de yeso o el material que sea en forma pulverulenta), este se introduce en el interior del mismo, que a su vez se encuentra dentro del hogar que lo envuelve y donde se produce la combustión, que incorpora un sistema de marmita tubular rotativa de tres cámaras concéntricas.
Concretamente, el sistema de cocción del horno que la invención propugna, consiste en una combustión indirecta de acción intermitente, estando la marmita preparada para conseguir la deshidratación del material en dos fases simultáneas; una de pre-secado y otra de deshidratación final, todo ello mediante la incorporación de las tres cámaras mencionadas unificadas en el mismo horno, consiguiendo una considerable reducción en los tiempos de cocción y aprovechamiento de energía calorífica con el consiguiente ahorro energético y de costos de producción.
Campo de aplicación de la invención
El campo de aplicación del horno con sistema de marmita tubular rotativa y combustión indirecta para la deshidratación del mineral destinado a la fabricación de yeso y escayola u otros materiales objeto de la invención es el de la industria dedicada a la construcción de maquinaria y hornos en general y concretamente la de hornos para la deshidratación de mineral en la fabricación de yesos y escayolas o la de otros materiales.
Antecedentes de la invención
Son de sobra conocidos los problemas que existen en nuestro planeta por culpa de la contaminación atmosférica producida por el desarrollo tecnológico e industrial (en particular, por el deterioro que sufre la capa de ozono). Esta contaminación es producida por las emisiones a la atmósfera de CO_{2} (dióxido de carbono) procedentes de la combustión de hidrocarburos del sector industrial en general.
Todo ello ha obligado a los gobiernos de los estados desarrollados a tomar medidas para, en lo posible, reducir dicha contaminación, tales como los acuerdos derivados del protocolo de Kyoto de 1997 de reciente entrada en vigor.
En los hornos actuales, aunque se ha llegado a un alto grado tecnológico (entre los cuales se emplean recuperadores de calor), estas medidas no son suficientes para aprovechar al máximo dicha energía que va directamente destinada a la atmósfera, con el consiguiente perjuicio para la capa de ozono.
Por tanto se hacía necesaria la investigación e innovación de formas de reducción del consumo de combustibles empleados sin perjuicio en la producción, como es el caso de la presente invención, que, tal como se describirá, presenta ventajas funcionales que contribuyen a mejorar el rendimiento energético reduciendo la contaminación y proporcionando un sistema más económico y rápido para la función que se destina.
Explicación de la invención
De esta forma, con la presente invención, se ha logrado la confección de un horno que reduce sustancialmente el consumo de combustible (gas, fuel-oil, gasoil o petróleo), basando su funcionamiento esencialmente en aprovechar al máximo las calorías producidas por la combustión de los carburantes empleados para tal fin.
Con el nuevo horno se consigue reducir el consumo en kilocalorías necesarias para la deshidratación del mineral en la fabricación de yeso y escayola, del orden de entre un 30% y un 50%, tomando como referencia los hornos actuales.
Dicha reducción se consigue gracias al diseño y configuración del nuevo horno en el cual la deshidratación se produce en dos fases simultáneas, en lugar de realizar una única carga por ciclo de deshidratación y una cocción a partir del material completamente crudo en cada ocasión como se venía realizando en los hornos actuales, es decir, dada su configuración estructural y mecánica, con el nuevo horno se logra que la deshidratación del material se efectúe en dos cámaras independientes pero unidas solidariamente entre sí, en las que se aprovecha la misma energía calorífica al tiempo que se acelera el proceso, reduciendo notablemente los tiempos de cocción.
El nuevo horno con sistema de marmita tubular rotativa y combustión indirecta para la deshidratación del mineral destinado a la fabricación de yeso y escayola u otros materiales, está constituido básicamente por una estructura metálica conformante de un cuerpo tubular longitudinal, situado horizontalmente, en cuyos extremos incorpora sendos aros de rodadura, estando acoplados de forma concéntrica y solidariamente al mencionado cuerpo tubular y entre dichos aros, dos tubos de diámetro mayor, que giran conjuntamente con el tubo principal de rodadura y que se hallan unidos al mismo y entre sí mediante soportes adecuados, formando un solo bloque dividido en tres cámaras.
La primera de dichas cámaras o cámara central es donde se deposita el material en crudo.
La segunda es una cámara receptora donde se deposita el material procedente de la cámara central, durante el intervalo entre un ciclo y el siguiente, y que de esta forma evita que se mezcle el material que ha recibido el tratamiento de pre-secado con el material de ya ha recibido el tratamiento de deshidratación final. Su misión, por tanto, es retener el material pre-secado en su interior hasta que el horno haya dejado de girar en el sentido de descarga del material terminado.
La tercera cámara es en la que se produce el proceso de deshidratación final del material que procedente de la segunda cámara ya ha sido pre-secado anteriormente en la primera cámara.
De este modo, el aprovechamiento de la energía en el nuevo horno objeto de la invención, se realiza gracias a la configuración de sus tres cámaras concéntricas mediante ciclos que repiten en la siguiente secuencia:
- En la primera cámara o cámara interna, en la que se realiza la deshidratación primaria o pre-sacado, se introducen los gases de combustión, a través de una conducción exterior, ya que envolviendo el conjunto de las tres cámaras está el hogar de combustión donde hay la máxima temperatura, haciendo un recorrido por su interior y calentando el material en crudo que aloja hasta una determinada temperatura.
- En la tercera cámara o cámara externa en la que se realiza la deshidratación final, se recibe el material, después de haber pasado por la segunda cámara o cámara de recepción, con la temperatura que se ha alcanzado en la primera cámara durante el ciclo anterior, procediéndose ha terminar la deshidratación del material (en este caso las calorías necesarias para la deshidratación final llegan procedentes de hogar que la envuelve donde se alcanza la máxima temperatura, a través de la chapa metálica que conforma su estructura exterior).
- Los gases procedentes de esta combustión son los que se han introducido a través de la conducción exterior directamente en la primera cámara de deshidratación primaria antes descrita, repitiéndose de nuevo el ciclo.
En los hornos conocidos y utilizados hasta ahora se expulsan los gases directamente a la atmósfera o se reaprovechan únicamente para la propia cocción del material, la cual se realiza en intervalos independientes en los que cada vez se debe alcanzar la temperatura adecuada partiendo de un material totalmente crudo que una vez deshidratado debe ser extraído para dar paso a una nueva carga, mientras que el horno de la invención aprovecha dichos gases para la primera fase de deshidratación o pre-secado lo que supone un importante ahorro de tiempo y energía, ya que el proceso de deshidratación final se realiza en menor tiempo al haber sido pre-secado el material en la fase anterior y al mismo tiempo que se realizaba la deshidratación final de la carga anterior.
Es decir, en régimen de rotación del nuevo horno y en proceso de deshidratación del material, la cámara central va deshidratando el material de una carga por medio de la corriente de gases calientes procedentes del hogar de combustión que llegan a su interior a través de un conducto exterior. La cámara intermedia o receptora del material pre-secado está vacía y la cámara externa donde se termina la deshidratación del material contiene el material de la carga anterior en proceso de deshidratación final, el cual es calentado a su vez por las calorías que proceden del hogar de combustión irradiadas hacia el interior del mismo a través de la chapa metálica que conforma la estructura tubular exterior de dicha cámara.
Durante los intervalos de cocción entre un ciclo y el siguiente, el horno se detiene y cambia su sentido de giro, procediendo al vaciado o descarga del material deshidratado. Al mismo tiempo el material procedente de la cámara central que ha recibido el tratamiento de pre-secado, pasa a la cámara intermedia donde es depositado hasta la finalización del giro en sentido de descarga.
Una vez descargado el material cocido y estando la cámara intermedia llena y la cámara exterior vacía, el horno se detiene y cambia de nuevo su sentido de giro, comenzando entonces un nuevo ciclo, en el que este material depositado en la cámara intermedia pasa a la cámara de deshidratación final quedando dicha cámara vacía y simultáneamente se introduce en la cámara central una nueva carga de material crudo, dando paso a una nueva cocción de pre-secado en la cámara central y de deshidratación final en la cámara externa.
Adicionalmente, para que el material pueda desplazarse dentro del horno (ya que trabaja a nivel y en posición horizontal en su conjunto), la invención prevé la existencia de unas espirales y palas de agitación dentro de los tubos que conforman las cámaras. Dichas espirales y palas se hallan convenientemente soldadas a la pared interior de las cámaras.
Finalmente, la instalación eléctrica del nuevo horno, dispone de detectores de movimiento, fotocélulas, detectores de flujo, sondas de temperatura y dispositivos de seguridad para la protección de la maquinaria así como de los operarios, cuya información es recogida por un PLC el cual ofrece un control total y exhaustivo sobre la planta, ya sea en manual o automático. La instalación dispone igualmente de un programa scada para la supervisión de temperaturas, alarmas, históricos y estado de los distintos dispositivos.
El nuevo horno con sistema de marmita tubular rotativa y combustión indirecta para la deshidratación del mineral destinado a la fabricación de yeso y escayola u otros materiales representa, por consiguiente, una estructura innovadora de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora para tal fin, razones que unidas a su utilidad práctica, le dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.
Descripción de los dibujos
Para una mejor interpretación de la invención se acompaña la presente memoria descriptiva de unos dibujos en los que se ilustra, a título de ejemplo no limitativo, una forma de realización de un horno con sistema de marmita tubular rotativa y combustión indirecta para la deshidratación del mineral destinado a la fabricación de yeso y escayola u otros materiales objeto de la invención, según los principios de las reivindicaciones.
En dichos dibujos:
Las Figuras 1 y 2, muestran sendas vistas en alzado frontal y lateral respectivamente del nuevo horno objeto de la invención en las que se aprecian exteriormente las distintas partes que lo constituyen.
La Figura 3, muestra una vista en sección longitudinal del horno en la que se observan las partes integrantes de sus componentes internos y en la que se ha indicado el recorrido que realizan los gases procedentes de la cámara de combustión a la cámara central de pre-secado.
La Figura 4, muestra igualmente una vista en sección, transversal en este caso, del horno en la que igualmente se señala el recorrido en su interior de los gases procedentes de la cámara de combustión a la cámara central de pre-secado.
Las Figuras 5 y 6, muestra con mayor detalle sendas vistas en sección longitudinal y transversal respectivamente de la marmita de tres cámaras.
Las Figuras 7 a 9, muestran esquemáticamente las distintas fases de recorrido que realiza el material a deshidratar durante cada ciclo de carga.
Descripción de un ejemplo de realización de la invención
A continuación se efectuará una descripción pormenorizada del conjunto de partes funcionales del nuevo horno con sistema de marmita tubular rotativa y combustión indirecta para la deshidratación del mineral destinado a la fabricación de yeso y escayola u otros materiales, referida a los dibujos que se acompañan, los cuales se presentan sólo como un ejemplo de posible realización y en los que se señalan las distintas partes que comprende con las referencias indicadas a continuación:
(M)
Marmita rotativa constituida por el conjunto de las tres cámaras.
(1)
Cámara central.
(2)
Cámara intermedia.
(3)
Cámara externa.
(4)
Aros de rodadura.
(5)
Rodillos de sustentación.
(6)
Moto-reductor.
(7)
Rueda dentada.
(8)
Tolva de entrada de material crudo.
(9)
Conducto de entrada de material a la cámara central (1).
(10)
Sinfín alimentador.
(11)
Soporte tubular central.
(12)
Palas del soporte tubular central (11).
(13)
Toberas para el paso del material y los gases de la cámara central (1) a la cámara intermedia (2).
(14)
Toberas para el paso del material y los gases de la cámara intermedia (2) a la cámara externa (3).
(15)
Carcasa receptora.
(16)
Toberas para el paso del material de la cámara externa (3) a la carcasa receptora (15).
(17)
Sinfín transportador del material al exterior.
(18)
Sonda control temperatura de la cámara central (1).
(19)
Sonda control temperatura de la cámara externa (3).
(20)
Quemadores.
(21)
Ventiladores.
(22)
Cámara de combustión.
(23)
Estructura externa del hogar.
(24)
Tubería exterior de conducción de gases.
(25)
Conducción de entrada de gases a la cámara central (1).
(26)
Tubo de salida de gases al exterior.
(m)
Material en proceso de pre-secado.
(m')
Material en proceso de deshidratación final.
(m'')
Material en crudo.
De esta forma, tal y como puede apreciarse en las figuras que se acompañan, el horno con sistema de marmita tubular rotativa y combustión indirecta para la deshidratación del mineral destinado a la fabricación de yeso y escayola u otros materiales está formado básicamente por una estructura, construida en su totalidad con materiales metálicos convenientemente reforzados, que comprende una marmita (M) constituida por el conjunto de tres cuerpos tubulares concéntricos rotativos unidos solidariamente mediante soportes adecuados y dispuestos horizontalmente formada por una cámara central (1) de longitud sensiblemente mayor, una cámara intermedia (2) y una cámara externa
(3).
Cerca de sus extremos, la mencionada cámara central (1) incorpora sendos aros de rodadura (4) que junto a los rodillos de sustentación (5) facilitan el giro de la marmita (M) en su conjunto mediante la acción que efectúa el moto-reductor (6) sobre la rueda dentada (7) que está acoplada en uno de sus extremos, estando dicho moto reductor (6) gobernado por los dispositivos de control del horno y que gira en un sentido u otro o se detiene en función de las necesidades de cada momento del ciclo de cocción.
El material en crudo, es introducido a través de una tolva (8) en la cámara central (1) mediante un conducto de entrada (9) que incorpora un sinfín alimentador (10). Un soporte tubular (11) situado en el centro de dicha cámara y provisto de palas acodadas (12) dispuestas radialmente, al girar la marmita elevan el material en su interior favoreciendo su contacto con los gases en la fase de pre-secado que se produce en esta cámara.
Las toberas (13) permiten el paso del material pre-secado desde la cámara central (1) a la cámara intermedia (2), pasando posteriormente a través de las toberas (14) a la cámara externa (3) donde tiene lugar el proceso de deshidratación final. Una vez concluida la cocción, el material entra en la carcasa receptora (15) a través de las toberas (16) para ser dirigido fuera de la instalación mediante un sinfín transportador (17).
Sendas sondas (18) y (19) situadas respectivamente en la cámara central (1) y en la cámara externa (3) detectan la temperatura del material, en proceso de pre-secado en una y de deshidratación final en la otra, para su registro y control mediante los dispositivos pertinentes de que dispone el horno.
Por otra parte, tal como se observa en las figuras 3 y 4, la acción de los quemadores (20), dotados de sus correspondientes ventiladores (21) destinados a facilitar la combustión de la llama en la cámara de combustión (22), que se halla en la zona inferior del horno, bajo la marmita (M), en el interior de la estructura del hogar (23) adecuadamente recubierta interiormente de material aislante compuesto de fibra refractaria, provoca el calentamiento de los gases que circulan en movimiento ascendente en torno a la marmita (M) y son conducidos a través de una tubería exterior (24) hacia la conducción de entrada (25) al interior de la cámara central (1).
En el interior de dicha cámara, estos gases procuran el calor necesario en el proceso de pre-secado del material que contiene, recorriendo posteriormente las distintas cámaras a través las toberas (13), (14) y (16) hacia la carcasa receptora (15) sobre la que se encuentra el tubo (26) de salida de gases al exterior, los cuales, antes de su expulsión a la atmósfera, pasarán por un filtro depurador de partículas.
La secuencia representada en las figuras 7 a 9 muestra esquemáticamente las distintas fases que se repiten en cada ciclo de cocción, de este modo:
- En una primera fase, al girar el horno y gracias a la circulación de los gases, se produce simultáneamente el pre-secado de una carga de material (m) en la cámara central (1) y la deshidratación final de otra porción de material (m') en la cámara externa (3) (Figura 7).
- En una segunda fase del ciclo, la marmita invierte el sentido de giro y descarga el material (m') de la cámara externa (3) a la carcasa receptora (15) y al exterior a través de las toberas (16), mientras el material (m) pre-secado de la cámara central (1) pasa a través de las toberas (13) a la cámara intermedia (2) (Figura 8).
- Finalmente, el material (m) pre-secado pasa de la cámara intermedia (2) a la cámara externa (3) a través de las toberas (14), al mismo tiempo que una nueva carga de material (m'') crudo es introducida en la cámara central (1) a través del sinfín alimentador (10) situado en el conducto de entrada (9) de dicha cámara para volver a iniciar el ciclo (Figura 9).
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims (4)

1. Horno con sistema de marmita tubular rotativa y combustión indirecta para la deshidratación del mineral destinado a la fabricación de yeso y escayola u otros materiales, del tipo de los denominados de carga y descarga intermitente cíclica, en los que para realizar la deshidratación del material (piedra de yeso o el material que sea), este se introduce en el interior del mismo en forma pulverulenta, que comprende una estructura constituida por un horno cilíndrico de eje horizontal que se extiende en el interior del hogar que lo envuelve, dotado en de sus extremos de aros de rodadura que gira mediante la acción que efectúa un moto-reductor sobre una rueda dentada acoplada en uno de sus extremos caracterizado por comprender una marmita (M) constituida por el conjunto de tres cuerpos tubulares concéntricos rotativos unidos solidariamente mediante soportes adecuados y dispuestos horizontalmente que conforman una cámara central (1) de longitud sensiblemente mayor, una cámara intermedia (2) y una cámara externa (3), en que la marmita (M) está preparada para conseguir la deshidratación del material en dos fases que tienen lugar simultáneamente; una de pre-secado en la cámara central (1) mediante el aprovechamiento de los gases de combustión que son conducidos desde la cámara de combustión (22) a través de una tubería exterior (24) hacia la conducción de entrada (25) al interior de dicha cámara central (1), y otra de deshidratación final en la cámara externa (3) mediante la acción directa de los gases producidos en la cámara de combustión (22) que circulan por la estructura envolvente del hogar (23).
2. Horno con sistema de marmita tubular rotativa y combustión indirecta para la deshidratación del mineral destinado a la fabricación de yeso y escayola u otros materiales, según la reivindicación 1, caracterizado porque al invertir la marmita (M) el sentido de giro, descarga el material ya deshidratado de la cámara externa (3) a la carcasa receptora (15) y a través de las toberas (16) es dirigido fuera de la instalación mediante un sinfín transportador (17), al mismo tiempo que el material pre-secado de la cámara central (1) pasa a través de las toberas (13) a la cámara intermedia (2).
3. Horno con sistema de marmita tubular rotativa y combustión indirecta para la deshidratación del mineral destinado a la fabricación de yeso y escayola u otros materiales, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el material de la cámara intermedia (2) pasa a través de las toberas (14) a la cámara externa (3) al mismo tiempo que una nueva carga de material crudo es introducida a través el conducto de entrada (9) mediante el sinfín alimentador (10) para iniciar un nuevo ciclo de cocción.
4. Horno con sistema de marmita tubular rotativa y combustión indirecta para la deshidratación del mineral destinado a la fabricación de yeso y escayola u otros materiales, según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la mencionada marmita (M) es apta para recibir en la cámara central (1) mediante un conducto de entrada (9) que incorpora un sinfín alimentador (10) el material en crudo a través de una tolva (8), existiendo en el centro de dicha cámara central (1) un soporte tubular (11) provisto de palas acodadas (12) dispuestas radialmente que al girar la marmita elevan el material en su interior y favorecen la acción de la fase de pre-secado de los gases sobre el material, y porque sendas sondas (18) y (19) situadas respectivamente en la cámara central (1) y en la cámara externa (3) detectan la temperatura del material, en proceso de pre-secado en una y de deshidratación final en la otra, para su registro y control mediante los dispositivos pertinentes de que dispone el horno.
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