ES2260496T3 - Electrodo, en particulas para hornos siderurgicos de arco electrico y similares, y metoso de operacion correspondiente. - Google Patents
Electrodo, en particulas para hornos siderurgicos de arco electrico y similares, y metoso de operacion correspondiente.Info
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Abstract
Un electrodo (10), en particular para hornos siderúrgicos de arco eléctrico y similares, el cual comprende: un cuerpo columnar en forma de cilindro (16) de material conductor, parcialmente revestido con una capa protectora (17) de material aislante, y una cavidad axial (19) formada en la parte del fondo (26) de dicho cuerpo columnar (16), medios (20, 23) para proyectar el fluido eyector (22) hacia el baño de metal del horno, comprendiendo dicho fluido un componente combustible rico en carbono descomponible por el calor, caracterizado porque dichos medios para el fluido proyectado comprenden: una lanza (20) deslizable alojada dentro de dicha cavidad axial (19) que finaliza con un cabezal de tobera para la proyección de dicho fluido el cual produce una nube que protege la punta (14) del electrodo (10) y recubre con una capa sólida (27) la super- ficie del electrodo; y toberas colocadas sobre la superficie en forma de cilindro del electrodo (10) para la proyección de otro fluido (24) a manerade fondo del cuerpo columnar (16) para interaccionar con la superficie, para efectuar una acción protectora.
Description
Electrodo, en particular para hornos
siderúrgicos de arco eléctrico y similares, y método de operación
correspondiente.
La presente invención se refiere a un electrodo
y al método de operación correspondiente, dirigidos en particular a
los hornos siderúrgicos de arco eléctrico y similares.
Para plantas siderúrgicas de fabricación de
acero se emplean hornos eléctricos que funden la materia prima como
p. ej., chatarra metálica y similar, mediante el calor procedente
(directa o indirectamente) de uno o más arcos eléctricos AC ó
DC.
Dichos arcos están generados por efecto del
voltaje aplicado entre los electrodos de grafito y la carga del
metal.
Estos hornos eléctricos emplean electrodos cuyo
extremo del fondo, definido como punta del electrodo, está situado
a una distancia del metal (chatarra o baño) bajo fusión la cual
aumenta proporcionalmente al valor del voltaje aplicado entre los
electrodos y la carga.
Los electrodos convencionales están sometidos
durante su operación a fenómenos de desgaste de la punta (desgaste
de la punta) y sobre la pared lateral del electrodo (desgaste por
oxidación).
Como puede inferirse de diferente literatura
técnica, entre las cuales p. ej., "The Electric Arc Furnace"
("El horno de arco eléctrico") - 1997, publicado por el
Instituto Internacional del Hierro y el Acero, el desgaste
por oxidación depende de la temperatura y de la atmósfera que rodea
los mismos electrodos, mientras que el desgaste de la punta aumenta
proporcionalmente con el valor de la densidad de corriente que
atraviesa los electrodos.
En general, el desgaste del grafito de un
electrodo de un horno eléctrico de fabricación de acero puede
valorarse como sigue:
- \text{*}
- desgaste oxidante: a razón de aproximadamente 50 - 70% del desgaste total para hornos de alta productividad; y
- \text{*}
- desgaste de la punta: el restante 30% - 50%.
Estos desgastes, cuando son demasiado altos,
implican también frecuentes pérdidas de tiempo necesarias para
restaurar la funcionalidad del electrodo.
El desgaste y las pérdidas de tiempo, juntamente
con el consumo de energía eléctrica representan el coste más
importante de la fabricación de acero.
Con el fin de reducir los problemas enunciados
más arriba, y en particular el desgaste por oxidación, los
electrodos fueron modificados refrigerando su superficie externa
mediante pulverizadores de agua. Sin embargo, esto último no dio
resultado al no poderse alcanzar la parte del electrodo interna al
horno.
Para fines metalúrgicos y de proceso, se
desarrollaron también electrodos que tenían un conducto coaxial a
los mismos para la introducción de materiales sólidos hacia el baño
y directamente al interior del horno eléctri-
co.
co.
Estos materiales sólidos, como p. ej., el
carbón, han sido empleados para generar escorias espumosas y para
efectuar la reducción metalúrgica de los óxidos presentes en la
composición química de la escoria producida durante la fabricación
del acero.
Sin embargo, la introducción de estos materiales
sólidos causa otros problemas, tendiendo de hecho a hacer que la
operación del arco eléctrico sea inestable, así como ocasionando a
menudo la obstrucción de la cavidad axial opcional del electrodo a
partir de la cual se introducen dichos materiales.
La patente
US-A-3.730.961 (Bryce) describe un
método para la ignición en un horno en donde un fuel oil o un gas
se introduce a través del cuerpo del electrodo en el espacio entre
el electrodo y la carga del horno.
La patente
US-A-4.827.487 (Brotzmann et al.)
describe un horno de arco eléctrico en donde un combustible
carbonoso se introduce a través de uno o más electrodos huecos.
El problema técnico subyacente a la presente
invención es el de proporcionar nuevos electrodos que permitan
solucionar los inconvenientes antes citados, en particular
permitiendo reducir el desgaste de los mismos y por lo tanto las
intervenciones de mantenimiento.
Este problema se soluciona mediante un electrodo
como se ha definido en la reivindicación 1 del apéndice.
La principal ventaja del electrodo y del
correspondiente método operativo de acuerdo con la presente
invención, reside en que permite una importante reducción del
desgaste, tanto de la punta como de la zona oxidante, del
componente conductor del fondo (grafito) del electrodo, aumentando
con ello la vida útil y reduciendo el número de cambios del
mismo.
La presente invención será descrita en adelante
de acuerdo con una versión preferida de la misma, facilitada a
título de ejemplo no limitativo y con referencia a los dibujos
anexos, en los cuales:
* la figura 1 es una vista esquemática de un
horno eléctrico DC, que incorpora un monoelectrodo de acuerdo con la
presente invención;
* la figura 2 es una vista esquemática del
electrodo de la figura 1 en una sección longitudinal del mismo;
* la figura 3 muestra un detalle ampliado del
electrodo mostrado en la figura 2.
* la figura 4 muestra un detalle ampliado de la
punta del electrodo a partir de la cual se inyectan dos fluidos
simultáneamente.
* la figura 5 muestra un diagrama de cambio de
temperatura de un electrodo refrigerado de acuerdo con la presente
invención.
Con referencia a la figura 1, un horno
siderúrgico de arco eléctrico está indicado por 1.
En particular, el horno 1 es un horno DC
monoelectrodo que consiste en una llamada sección operativa de baño
plano, y está continuamente alimentado, p. ej., con metal de
chatarra 2, por medio de un conducto 3.
El horno 1 comprende la parte del fondo del
receptáculo 4 ó caja, la cual consta del vientre 5, que aloja el
baño de metal 12 en el cual es descargado el metal de chatarra 2,
una solera conductora 6 para el paso de la corriente, con lo cual
el acero fundido resultante se agrupa, y la parte superior 7 del
receptáculo o caja. Esta última forma la bóveda de la cámara de
fusión 8 y tiene una abertura 9 apta para la inserción de un
electrodo 10. En la presente versión, el electrodo 10 actúa como
cátodo (polo negativo) y los miembros conductores 11 de la solera
conductora actúan de ánodo (polo positivo).
El electrodo 10 y los miembros conductores 11
están eléctricamente conectados al generador 13.
Por efecto del voltaje, se produce un arco
eléctrico 15 entre la punta 14 del fondo del electrodo 10 y la
superficie del baño 12. El electrodo 10 comprende en primer lugar,
unos medios para expulsar por lo menos un fluido hacia el baño de
metal 12 contenido en el horno eléctrico 1, que se detallarán más
adelante.
Con referencia a la figura 2, el electrodo 10 en
su parte superior comprende un cuerpo columnar en forma de cilindro
16 construido de grafito o un material conductor metálico. En este
último caso, el cuerpo columnar 16 está refrigerado con agua y
parcialmente revestido con una capa protectora de material de
cerámica aislante 17.
En cualquiera de las diferentes versiones, la
parte del fondo 26 del electrodo 10, incluyendo la punta 14, está
construida de grafito.
Además, en la parte del fondo 26, el electrodo
10 está provisto de una cavidad axial 19, primer medio para la
expulsión de un fluido que comprende una tobera 20 alojada en su
interior. La tobera 20, refrigerada con agua por medio de un
conducto de refrigeración 18 que corre a través de la misma, es
deslizable al interior de la cavidad 19.
Entre la tobera 20 que tiene un diámetro mínimo
de 40 mm y la cavidad axial 19 del electrodo 10 existe un vacío 40
con una holgura que oscila de 0,5 a 2,0 mm. Con respecto al fondo,
la lanza 20 termina en un cabezal de tobera 21 con una forma
adecuada para dar las deseadas características a la dinámica del
fluido, y de preferencia las de un chorro compacto a un fluido 22
descargado desde la misma. La distancia entre el cabezal de la
tobera 21 y la parte del electrodo 10 que consta del extremo de la
punta 14 más cerca al baño de metal, oscila de 100 a 1000 mm y es
tal que el fluido 22 no experimenta ningún cambio químico o físico
importante dentro del electrodo 10.
El fluido 22 comprende por lo menos un
componente combustible rico en carbono descomponible por el calor,
en particular un hidrocarburo gaseoso seleccionado del grupo que
comprende el metano, etano, propano, butano y mezclas de los
mismos, y recibe el nombre de "fluido reactivo" por ser apto
para efectuar una acción reductora/combustible, con funciones
metalúrgicas análogas a las del carbón que se encuentra
habitualmente en el interior de un horno
eléctrico.
eléctrico.
El fluido 22 sale por la tobera expulsora,
traspasando la sección del extremo de la cavidad axial del electrodo
a una velocidad adecuada, calentándose, pero no lo suficiente
despacio para experimentar transformaciones químicas substanciales,
hasta alcanzar la punta 14 del electrodo 10, con lo cual tiene lugar
su rotura molecular mediante el calor proporcionado por el arco
eléctrico.
A continuación de la demolición molecular del
fluido 22 por el calor del arco eléctrico, el arco 15 se convierte
en un arco de plasma AP (a muy alta temperatura, variando de 15.000
a 20000ºC) debido a la presencia del gas en estado iónico, el cual
al salir por la punta 14 del electrodo 10 se oxida en la atmósfera
del horno, contribuyendo térmicamente a esto último y permitiendo
con ello un ahorro de energía en la fabricación del acero.
Con el fin de permitir que todo el fluido 22
alcance la punta del electrodo sin que retroceda hacia el espacio,
existe un sistema anular adecuado, que proporciona un sellado
hermético en la parte superior del propio electrodo por el cual se
inserta la lanza.
Con referencia a la figura 2, el electrodo 10
(versiones de grafito y material metálico) comprende además unos
segúndos medios 23 para la expulsión de un segundo fluido 24. Dichos
medios 23 están colocados sobre la superficie en forma de cilindro
del electrodo 10, en el fondo del cuerpo 16.
El segundo fluido 24 destaca por sus propiedades
antioxidantes, y puede comprender o ser reemplazado por
composiciones combustibles a base de carbono, como p. ej., aceite
combustible, polvo de carbón y otros carburos como carburos de
calcio, de silicio, de aluminio.
Los aceites combustibles pueden comprender el
gas oil, aceite diesel, petróleos, aceites ligeros a partir de la
refinación del petróleo o incluso aceites de drenaje derivados de la
lubricación de componentes mecánicos, fangos, aceite para cuchillas,
emulsiones conteniendo carbono e hidrógeno.
Finalmente, el fluido expulsado 24 puede
comprender completa o parcialmente, agua.
Dicho fluido interacciona con la superficie de
grafito en forma de cilindro, de manera que efectúa una acción
protectora que reduce fuertemente la oxidación del grafito sobre la
superficie del cuerpo 26.
Además, junto a dichos agentes reductores
(producidos a partir de materiales a base de carbono, conteniendo
hidrógeno), el fluido 24 puede comprender también, óxidos
opcionalmente suspendidos, altamente estables, como p. ej., CaO,
MgO, Al_{2}O_{3} ó carbonatos de los mismos, cuya función es la
de recubrir la superficie de grafito del electrodo con una capa de
material protector. Debido a la alta temperatura del horno, este
fluido así formado, deslizándose a lo largo de la superficie del
electrodo permite que su fase fluida se evapore depositando la
fracción sólida sobre el electrodo, formando con ello un
revestimiento impermeable al oxígeno, al que se llama "barrera
antioxidante" 27.
Esto evita el contacto con la atmósfera oxidante
opcionalmente presente en el horno.
El segundo medio 23 para la expulsión, consiste
en un anillo de toberas periferales que son alimentadas
separadamente con respecto a la tobera 20, mediante un bucle de
alimentación adecuado indicado mediante 25 en la figura 2.
Con referencia a las figuras 2, 3 y 4, se
aprecia como por medio del cabezal de tobera 21 se expulsa el primer
fluido 22, el cual reacciona con el baño de metal y con la
atmósfera que está situada encima del mismo en un entorno con una
temperatura muy alta.
El cabezal de tobera 21 puede tener una única
entrada, a partir de la cual se inyecta un fluido, opcionalmente
una mezcla formada por lo menos con un componente fluido reactivo, o
puede comprender una pluralidad de salidas, cada una
correspondiente a un fluido reactivo expulsado y alimentado
separadamente de los otros fluidos.
El cabezal de tobera 21 puede variar su posición
en el interior del orificio axial 19 en conexión con el desgaste de
la punta 14. Por lo tanto, la tobera 20 debe ser deslizable a lo
largo de la cavidad axial 19 aunque estacionaria con respecto al
electrodo.
Puramente a título de ejemplo, la figura 4
representa una sección de la punta del electrodo 10 y del cabezal
de tobera 20 cuando se desea inyectar simultáneamente un segundo
fluido 24 (p. ej., aceite), y un primer fluido 22 (gas) dentro de
la cavidad del electrodo, manteniendo todavía separados los dos
fluidos en la punta de la lanza.
La inyección del primero y del segundo fluido
produce una región 28 que alberga transformaciones químicas, en la
proyección del cabezal de tobera 21 entre la punta 14 del electrodo
10 y la superficie del baño 12, y un volumen de aspiración 29,
generado por el gas de reacción de los dos fluidos que lleva
partículas de sólido/líquido capturadas por la superficie libre del
baño fundido 12 y partículas sólidas producidas por la demolición
molecular de los fluidos. Retrocediendo a lo largo del electrodo,
dicho volumen de aspiración 29 deposita dichas partículas sobre la
superficie del mismo, formando una capa de material sólido que tiene
una función análoga a la de dicha barrera antioxidante 27 cubriendo
toda la superficie de la parte del fondo del electrodo 10 la cual
comprende la punta 14. Con referencia a las figuras 2, 3 y 4, de
aquí en adelante se describirá el método de operación del nuevo
electrodo objetivo de la presente invención, aclarando las
principales características técnicas del mismo subdivididas de
acuerdo con los aspectos concernientes al desgaste del electrodo,
longitud del arco eléctrico, metalurgia y ecología.
Con el fin de reducir el desgaste por oxidación
del electrodo, debido a la presencia de aire o de oxígeno, se
efectuaron los siguientes pasos de operación.
- -
- generación alrededor del electrodo de grafito, de una capa de gas reductor (o al menos no oxidante) extendida por toda la longitud del electrodo,
- -
- generación de una delgada barrera de material sólido 27, tal como la superficie de grafito del electrodo, física y químicamente separada de la atmósfera circundante.
La barrera antioxidante 27 puede estar formada
por los óxidos presentes en el segundo fluido de expulsión 24, ó
mediante el gas resultante de la demolición molecular del fluido
formado por gases/líquidos descargados de la tobera 20 cuando
dichos gases/líquidos interaccionan con el arco de plasma 15 y con
la superficie libre del baño, en donde hay generalmente una
escoria. En este último caso, con el fin de generar la barrera
antioxidante sólida 27, la entrada de substancias sólidas en el
fluido 24 salido de la tobera 20 por la entrada 30 es innecesaria
puesto que dichas substancias están ya notablemente presentes en la
escoria.
La reacción del combustible (gas) 22 del fluido
(aceite) 24 con la escoria, y el derivado de carbono de la
demolición del combustible 22 y el fluido 24 genera un volumen opaco
de aspiración 29, el cual protege también la punta 14 del electrodo
10 de la energía radiante del arco eléctrico 15.
Las reacciones químicas que tienen lugar en la
región 25 por debajo de la tobera 14 del electrodo 10, son válidas
para todos los hidrocarburos de ratios adecuados y están
representadas como sigue, haciendo referencia a la inyección del
combustible metano.
- (1)
\hskip0.5cm
CH_{4} \rightarrow C + 2H_{2}
- reacción endotérmica
\vskip1.000000\baselineskip
- (2)
\hskip0.5cm
C + 2H_{2} + 3/2 \ O_{2} \rightarrow CO + 2H_{2}O
- reacción exotérmica
La primera reacción (1) que determina la rotura
(crack) de los enlaces carbono-hidrógeno permite el
enfriamiento de la punta 14, reduciendo su desgaste.
La segunda reacción (2) que tiene lugar cuando
los productos de la primera reacción (1) se encuentran con el
oxígeno presente en la atmósfera del horno o el oxígeno contenido en
el baño de metal debido a la reducción en marcha, contribuye a
calentar el baño de metal, más convenientemente cuando este metal es
la chatarra de alimentación.
Como las temperaturas del arco eléctrico son muy
altas, el oxígeno requerido para efectuar la segunda reacción puede
ser suministrado parcialmente por los óxidos (FeO, SiO_{2}, MnO,
etc.) presentes en la escoria, con lo cual estos últimos se
reducen.
Esto produce efectos metalúrgicos positivos,
como la desulfuración del acero, recuperación del manganeso, cromo y
silicio, mediante la reducción de los correspondientes óxidos de la
escoria.
Las reacciones 1 y 2 generan el volumen de
aspiración 29, el cual es opaco debido a la presencia de partículas
sólidas, y limita también la radiación del arco de plasma 15 hacia
la punta 14, contribuyendo a una temperatura más baja de este último
y por lo tanto a reducir el desgaste de grafito.
La tobera refrigerada con agua 20 contribuye a
reducir el desgaste por oxidación puesto que disminuye la
temperatura media del electrodo.
A esta temperatura más baja del electrodo
corresponde una resistividad eléctrica menor del grafito del
electrodo 10 y por lo tanto un menor calentamiento del mismo debido
al efecto Joule.
La computación de un ejemplo considerando
meramente la refrigeración y el efecto Joule, muestra que la
temperatura media del electrodo 10 es alrededor de 250ºC más baja
con respecto a la del electrodo sin refrigerar (figura 5).
Con este valor más bajo de la temperatura, la
correspondiente resistencia eléctrica del grafito así como la
potencia calorífica es aproximadamente 5% menor.
Puede lograrse otra refrigeración del electrodo
10 sacando el electrodo al final de cada colada antes de que
alcance el estado de equilibrio térmico, y poniéndolo en un
contenedor en una atmósfera no oxidante en la cual se deja enfriar
antes de volver a utilizarlo. En el intermedio, se empleará para la
producción un segundo electrodo previamente enfriado o nuevo y se
colocará en la posición de trabajo mediante un segundo brazo con
electrodo, independiente del primero.
De esta forma, antes de la reinserción del
electrodo en el horno puede disminuirse la temperatura del mismo a
valores próximos a 600-800ºC, valores que
corresponden a una resistividad aproximadamente el 20% inferior a la
del electrodo no extraído y que se ha mantenido en el horno.
Por lo tanto, el electrodo en cuestión permite
lograr un aumento de la productividad del horno mediante el aumento
de la potencia térmica transferida al baño del metal y debida a la
opción de emplear, manteniendo iguales las intensidades de
corriente, más altos voltajes del arco eléctrico, y por lo tanto
mayores potencias eléctricas.
En resumen, el desgaste del electrodo, el cual
depende de la temperatura y es proporcional a la densidad de
corriente que incide sobre la punta del mismo y ocasiona su
calentamiento, se reduce en virtud de los siguientes tres efectos
combinados:
1. Mayor diámetro de la punta 14 debido al menor
desgaste por oxidación obtenido sobre todo el electrodo
10.
10.
2. Deposición sobre la superficie del electrodo
10 y sobre la punta 14, del carbono generado por la demolición
molecular de los fluidos inyectados por medio de la tobera de la
lanza, el cual se oxida en lugar del grafito del último, en caso de
una reacción con una atmósfera oxidante.
3. Efecto refrigerante de la punta inducido por
las reacciones de disociación del fluido inyectado. Dichas
reacciones de disociación, que son endotérmicas, reducen el efecto
de sublimación del grafito debida a las muy altas temperaturas del
arco eléctrico.
La inyección de fluidos a través del electrodo
permite alcanzar un 20%-60% de acortamiento del arco eléctrico
15.
De esta forma el arco eléctrico 15 irradia menos
hacia las paredes refractarias del horno 1, reduciendo los daños
producidos a las mismas, y aumentando también la transmisión de
calor al baño 12.
Los resultados mencionados han sido
constantemente buscados en los hornos eléctricos de acerías durante
los pasos de operación de baño plano, mediante la generación de
escorias espumantes o reduciendo la potencia eléctrica, ocasionando
la oxidación del baño y la disminución de la productividad,
respectivamente.
En el caso de los aceros al carbono el
acortamiento del arco eléctrico conseguido por este método disminuye
la necesidad de emplear materiales (C, CaCO_{3}, carburos) para
generar escorias espumosas. En el caso de la fabricación de acero
inoxidable, la generación de escoria espumante es extremadamente
difícil y costosa en términos de producción de Cr, siendo el Cr
oxidado por el oxígeno requerido por la generación. Por lo tanto,
mediante este nuevo método se consigue el acortamiento deseado del
arco eléctrico 15, aumentando simultáneamente el rendimiento en
Cr.
Empleando el electrodo objeto de la presente
invención los productos de reacción de los fluidos inyectados, que
consisten principalmente en gases del craquing de los hidrocarburos,
tienen el efecto de limitar con respecto a una atmósfera normal, el
contenido de aire de la atmósfera del arco en un horno de
fundición.
En esta nueva atmósfera, los iones de nitrógeno
generados por efecto de las muy altas temperaturas del arco
eléctrico ejercen una presión (concentración) menor que la ejercida
con un arco generado al aire libre. Esto ocasiona que también el
acero que se fabrica esté expuesto en menor grado en la zona de
impacto del arco eléctrico, a la entrada de nitrógeno.
La ventaja de este efecto es que el contenido
final de nitrógeno del acero fabricado en el horno eléctrico de
fundición pueda alcanzar valores comparables a los que se logran en
la fabricación de acero de ciclo integrado (20 - 50 ppm).
De esta forma, se reduce la necesidad de los
tratamientos de desnitrificación requeridos para alcanzar los
objetivos analíticos de la mayoría de aceros. De hecho, para estos
últimos el contenido en nitrógeno debe ser el más bajo
posible.
posible.
Además, los productos de la entrada de estos
fluidos, dado que están esencialmente constituidos por substancias
capaces de combinarse con el oxígeno presente, tienen un reducido
efecto en su interacción con la escoria presente sobre el baño de
fundición 12.
\newpage
Este efecto produce las siguientes consecuencias
metalúrgicas:
- \text{*}
- aumento de calidad del acero, en particular, por la reducción del contenido de nitrógeno y azufre;
- \text{*}
- recuperación de metales (Cr, Si, Fe, Mn) de la escoria.
Por lo tanto, se confirma un aumento general de
la calidad del acero.
El empleo del electrodo objetivo de la presente
invención ha permitido disminuir generalmente el impacto ambiental,
debido a la reducida:
- \bullet
- generación de NO_{x}, debido a la escasa presencia de iones nitrógeno en el arco de plasma;
- \bullet
- generación de CO_{2} dado que el acortamiento del arco eléctrico reduce la necesidad de generar óxidos de carbono para formar escorias espumosas. Además, ha disminuido la necesidad de introducir carbón con el fin de efectuar la reducción de la escoria.
Ejemplo
Con el fin de comprobar los efectos de un
electrodo de acuerdo con el objeto de la presente invención, se
efectuaron ensayos en un horno eléctrico mono electrodo de baño
plano DC, ensayando diferentes electrodos objeto de la presente
invención así como electrodos tradicionales.
\vskip1.000000\baselineskip
| Parámetro operativo | Electrodo tradicional | Electrodo de la invención | Ejemplo |
| Potencia eléctrica | 0,5-60 MW | 0,5-60 MW | 1,5 MW |
| Diámetro del electrodo de grafito | 650 mm | 650 mm | 250 mm |
| Longitud de la columna del electrodo | 8000 mm | 8000 mm | 4100 mm |
| Velocidad del flujo de fuel oil | - - - | 20 y 200 kg/hora | 27 kg/hora |
| Velocidad del flujo de gas | - - - | 3 y 300 Nm^{3}/hora | 15 Nm^{3}/hora |
| Velocidad de salida del gas a partir de | - - - | 0,5 y 50 m/seg | 2,5 m/s |
| la cavidad del electrodo | |||
| Diámetro de la tobera de gas | - - - | 1-5 mm | 3 mm |
| Horno de 60 MW | |||
| Desgaste de la punta de grafito | \approx 80 kg/hora | \approx 30 kg/hora | \approx 7 kg/hora |
| Desgaste del grafito por oxidación | \approx 120 kg/hora | \approx 50 kg/hora | |
| Productividad | 60 t/hora | 60 t/hora | - - - |
| Calidad del acero | (Mn, Si, Cr) < > | (Mn, Si, Cr) > | (Mn, Si, Cr) > |
| \hskip1.3cm '' | (S_{2}N_{2})< > | (S_{2}N_{2})< | (S_{2}N_{2})< |
| Humo de NO_{x} | Presente | Ausente | Ausente |
Debe comprenderse que pueden lograrse análogas
ventajas con diferentes configuraciones de electrodos y con la
adopción del método de operación correspondiente descrito más
arriba. Una persona experta en la técnica puede efectuar
modificaciones y variantes en el electrodo descrito más arriba, con
el fin de satisfacer más e inesperadas necesidades, coincidiendo
todas ellas sin embargo, dentro del ámbito protector de la presente
invención, como se define en las reivindicaciones del apéndice.
Claims (15)
1. Un electrodo (10), en particular para hornos
siderúrgicos de arco eléctrico y similares, el cual comprende: un
cuerpo columnar en forma de cilindro (16) de material conductor,
parcialmente revestido con una capa protectora (17) de material
aislante, y una cavidad axial (19) formada en la parte del fondo
(26) de dicho cuerpo columnar (16), medios (20, 23) para proyectar
el fluido eyector (22) hacia el baño de metal del horno,
comprendiendo dicho fluido un componente combustible rico en
carbono descomponible por el calor, caracterizado porque
dichos medios para el fluido proyectado comprenden: una lanza (20)
deslizable alojada dentro de dicha cavidad axial (19) que finaliza
con un cabezal de tobera para la proyección de dicho fluido el cual
produce una nube que protege la punta (14) del electrodo (10) y
recubre con una capa sólida (27) la superficie del electrodo; y
toberas colocadas sobre la superficie en forma de cilindro del
electrodo (10) para la proyección de otro fluido (24) a manera de
fondo del cuerpo columnar (16) para interaccionar con la superficie,
para efectuar una acción protectora.
2. El electrodo (10) de acuerdo con la
reivindicación 1, en donde dicho componente combustible rico en
carbono es un hidrocarburo gaseoso seleccionado del grupo formado
por metano, etano, propano, butano y mezclas de los mismos.
3. El electrodo (10) de acuerdo con la
reivindicación 1, en donde dicho cabezal de tobera (21) comprende
una pluralidad de secciones de salida, cada una correspondiente por
lo menos a un componente proyectado y alimentado separadamente de
los otros.
4. El electrodo (10) de acuerdo con la
reivindicación 2, en donde dicho hidrocarburo gaseoso es capaz de
efectuar una acción reductora/combustible, con funciones
metalúrgicas análogas a las del carbón que habitualmente se
encuentra dentro de un horno eléctrico.
5. El electrodo (10) de acuerdo con la
reivindicación 1, en donde dicho fluido comprende combustibles
líquidos y/o sólidos.
6. El electrodo (10) de acuerdo con la
reivindicación 1, en donde dicho otro fluido comprende una
proporción de flujo que es agua.
7. El electrodo (10) de acuerdo con la
reivindicación 2, en donde la velocidad del flujo del hidrocarburo
gaseoso oscila de 3 a 300 Nm^{3}/hora, con una velocidad de salida
del gas desde la cavidad axial del electrodo, que oscila de 0,5 a
50 m/seg.
8. El electrodo (10) de acuerdo con la
reivindicación 2, en donde la sección de salida del hidrocarburo
gaseoso es \geq 80 mm^{2}.
9. El electrodo (10) de acuerdo con la
reivindicación 3, en donde el cabezal de la tobera (21) produce un
chorro rectilíneo.
10. El electrodo (10) de acuerdo con la
reivindicación 3, en donde la distancia entre la tobera (21) y la
punta (14) del electrodo (10) oscila de 100 a 1000 mm.
11. El electrodo (10) de acuerdo con la
reivindicación 1, en donde el espacio libre entre la lanza (20) y
la cavidad (19) oscila de 0,5 mm a 2,0 mm.
12. El electrodo (10) de acuerdo con la
reivindicación 11, en donde la lanza (20) tiene un diámetro mínimo
de 40 mm.
13. El electrodo (10) de acuerdo con la
reivindicación 1, en donde dicho otro fluido (24) comprende
composiciones de combustible a base de carbono y/o carburos.
14. El electrodo (10) de acuerdo con la
reivindicación 13, en donde dichas composiciones de combustible a
base de carbono, comprenden polvo de carbón, aceites combustibles, a
saber, gas oil, aceite diesel, petróleos, aceites ligeros de la
refinación del petróleo, aceites de drenaje derivados de la
lubricación de componentes mecánicos, fangos, aceites para
cuchillas, emulsiones que contienen carbono e hidrógeno; y en donde
dichos carburos comprenden carburos de calcio, sílice,
aluminio.
15. El electrodo (10) de acuerdo con la
reivindicación 1, en donde dicho fluido y/o dicho otro fluido
comprenden óxidos altamente estables (CaO, MgO, Al_{2}O_{3}) ó
carbonatos de los mismos.
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