MXPA06004364A - Un segmento de tuberia para una linea de transferencia para el transporte de material caliente en particulas - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un segmento de tubería que incluye una sección (4) de tubería exterior (2) y de tubería interior, con la sección de tubería interior estando colocada dentro de la sección de tubería exterior, y unos medios de soporte (44, 14, 64) sosteniendo la sección de tubería interior en relación con la sección de tubería exterior de manera que la sección de tubería interior se puede expandir axialmente con relación a la sección de tubería exterior en respuesta a cambios de temperatura en el material que estásiendo transportado en el segmento de tubería. Además, la presente invención se refiere a una línea de transferencia para transportar material caliente en partículas, tal como finos de mineral de fierro, en un gas transportador, la cual incluye una pluralidad de tales segmentos de tubería, asícomo también a un proceso para la transportación de material caliente en partículas en un gas transportador en una planta de fundición directa para producir metal fundido a partir de un material de alimentación metalífero, en particular entre una unidad de pre-tratamiento y medios de distribución de sólidos en la forma de lanzas para la inyección del material en un recipiente de fundición directa.

Description

UN SEGMENTO DE TUBERÍA PARA UNA LINEA DE TRANSFERENCIA PARA EL TRANSPORTE DE MATERIAL CALIENTE EN PARTÍCULAS Campo de la Invención La presente invención se refiere a un segmento de tubería para el transporte de un material caliente en partículas, tal como finos de mineral de fierro caliente, en un gas transportador en una línea de transferencia, a una línea de transferencia para transportar material caliente en partículas la cual incluye una pluralidad de tales segmentos de tubería, así como también a un proceso para la transportación de material caliente en partículas en un gas transportador en una planta de fundición directa para producir metal fundido a partir de un material de alimentación metalífero, en particular entre una unidad de pre-tratamiento y medios de distribución de sólidos en la forma de lanzas para la inyección del material en un recipiente de fundición directa.

Antecedentes de la Invención Un solicitud provisional Australiana a nombre de la solicitante y depositada el mismo día que la presente solicitud describe una planta de fundición directa para la producción de metal fundido, tal como fierro fundido, a partir de material de alimentación metalífero, tal como finos de mineral de fierro, la cual incluye: a) una unidad de pre-tratamiento para el pre-tratamiento de material de alimentación metalífero y producción de material de alimentación pre-tratado que tiene una temperatura de cuando menos 200 °C; b) un recipiente de fundición directa para fundir material de alimentación metalífero pre-tratado a metal fundido, el recipiente estando adaptado para que contenga un baño fundido de metal y escoria, el recipiente incluye unos medios de distribución de sólidos para recibir y posteriormente suministrar material de alimentación metalífero pre-tratado a una presión por arriba de la presión atmosférica y a una temperatura de cuando menos 200 °C dentro del recipiente; c) un aparato de transferencia de material de alimentación caliente para transferir material de alimentación metalífero pre-tratado procedente de la unidad de pre- tratamiento hacia los medios de distribución de sólidos del recipiente de fundición directa, el aparato de transferencia comprendiendo: i) unos medios de almacenamiento de material de alimentación caliente para almacenar material de alimentación metalífero pre- tratado a cuando menos 200 °C y a una presión por arriba de la presión atmosférica; ii) una línea de transferencia de material de alimentación caliente para transferir material de alimentación metalífero pre-tratado a cuando menos 200 °C bajo presión hacia los medios de distribución de sólidos del recipiente de fundición directa; iii) unos medios de presurización para suministrar gas a una presión por arriba de la presión atmosférica a los medios de almacenamiento de material de alimentación caliente para presurizar los medios de almacenamiento y a la línea de transferencia de material de alimentación caliente para que actúe como un gas transportador para transportar material de alimentación metalífero pre-tratado a lo largo de la línea hacia los medios de distribución de sólidos. Una planta de fundición directa de escala comercial, del tipo descrito en la solicitud provisional Australiana que está siendo actualmente construida incluirá una unidad de pretratamiento que pre-calentará finos de mineral de fierro de 6-8 mm de tamaño máximo a una temperatura del orden de los 680 °C. El mineral caliente será transportado caliente, esto es, a temperaturas del orden de los 680 °C, mediante el aparato en transferencia de material de alimentación caliente hacia los medios de distribución de sólidos del recipiente de fundición directa y posteriormente es inyectado, suspendido dentro de un gas transportador que tiene una velocidad en el rango de 70 - 120 m/s dentro del recipiente. El diseño actual de la planta incluye cuatro medios de distribución de sólidos en la forma de lanzas de inyección de sólidos y dos líneas de transferencia para suministrar finos de mineral caliente a las lanzas, con una línea de transferencia suministrando finos de mineral caliente a un par de lanzas. La planta está diseñada para procesar una cantidad importante de finos de mineral de fierro. De manera específica, cada línea de transferencia está diseñada actualmente para transportar 110 - 120 tph de finos de mineral caliente a cada par de lanzas, con los finos de mineral caliente siendo transportados a lo largo de las líneas mediante gas nitrógeno suministrado a 20 °C a una velocidad de 3,100 Nm3/hr. La planta de fundición directa anteriormente descrita presenta importantes cuestiones de manejo de materiales para el aparato de transferencia de material de alimentación caliente. De manera específica, los finos de mineral de fierro son abrasivos y, por lo tanto, es una cuestión importante el desgaste de las líneas de transferencia. Además, si bien la planta de fundición directa está diseñada para trabajar durante largas temporadas, típicamente de más de 12 meses, la temperatura de las líneas de transferencia no permanecerá constante durante una temporada y, como consecuencia, otra cuestión importante de diseño para las líneas de transferencia es el acomodo de la expansión térmica mientras se mantiene la integridad del sello de la línea. Además, la presión dentro de las líneas de transferencia no permanecerá constante durante una temporada y puede variar de manera bastante considerable, particularmente en situaciones en donde se utilizan aumentos y reducciones deliberadamente repentinas en las presiones internas para despejar bloqueos en las líneas de transferencia. En consecuencia, el acomodo de las variaciones de la presión interna dentro de las líneas de transferencia, mientras se mantiene la integridad de sello de la línea, es otra cuestión de diseño importante para las líneas de transferencia.

Objetivos y Compendio de la Invención La presente invención se enfoca en las líneas de transferencia y, más particularmente, en segmentos de tubería para la construcción de las líneas de transferencia, para el aparato de transferencia del material caliente de alimentación de la planta de fundición directa descrita anteriormente. La presente invención no está limitada a esta aplicación y se extiende de manera general a líneas de transferencia de material caliente en partículas y a segmentos de tubería para la construcción de las líneas de transferencia. De acuerdo con la presente invención se provee un segmento de tubería para la transportación de material caliente en partículas, tal como finos de mineral de fierro caliente, en un gas transportador en una línea de transferencia, segmento de tubería el cual incluye: a) una sección de tubería exterior b) una sección de tubería interior que define un pasadizo para un material caliente en partículas y un gas transportador, la sección de tubería interior estando colocada dentro de la sección de tubería exterior, y la sección de tubería interior estando formada a partir de o teniendo un revestimiento interior de un material resistente a la abrasión; y c) unos medios de soporte que sostienen la sección de tubería interior en relación con la sección de tubería exterior de manera tal que la sección de tubería interior puede expandirse axialmente con relación a la sección de tubería exterior en respuesta a cambios de temperatura en el material que está siendo transportado en el segmento de tubería, los medios de soporte incluyendo unos primeros medios de soporte ubicados en un extremo del segmento de tubería, los primeros medios de soporte incluyendo un miembro de soporte que puede recibir un extremo de un sección de tubería interior de un segmento de tubería adyacente cuando el segmento de tubería adyacente es colocado en uso en una relación de extremo a extremo con dicho segmento de tubería y puede permitir la expansión axial de esa sección de tubería interior con relación a la sección de tubería exterior de dicho segmento de tubería adyacente en respuesta a cambios de temperatura en el material que está siendo transportado en el mencionado segmento de tubería adyacente. Preferiblemente el miembro de soporte encierra y se extiende axialmente desde un extremo de la sección de la tubería interior de dicho segmento de tubería y puede recibir y encerrar el extremo de la sección de tubería interior del segmento de tubería adyacente cuando el mencionado segmento de tubería adyacente es colocado en uso en una relación de extremo a extremo con dicho segmento de tubería y puede permitir la expansión axial de cuando menos esa sección de tubería interior en tanto que los extremos permanecen encerrados dentro del miembro de soporte. El arreglo anterior hace posible que las secciones de tubería interior de dicho segmento de tubería y el mencionado segmento de tubería adyacente sean colocadas en una relación de extremo a extremo con aberturas entre los extremos de la secciones de tubería interior que pueden permitir la expansión axial de una o ambas de las secciones de tubería interior con relación a la sección o secciones de tubería exterior en respuesta a la expansión o contracción térmica de la sección o secciones de tubería interior y mientras se mantiene un sello apropiado entre los extremos de las secciones de tubería interior. Preferiblemente el miembro de soporte forma un sello con los extremos de las secciones de tubería interior de dicho segmento de tubería y el mencionado segmento de tubería adyacente. Preferiblemente el miembro de soporte incluye una superficie cilindrica que da la cara hacia adentro para entrar en contacto con las superficies exteriores de los extremos de las secciones de tubería interior del citado segmento de tubería y el mencionado segmento de tubería adyacente. Preferiblemente el miembro de soporte está en la forma de un mango que tiene la superficie cilindrica dando la cara hacia dentro. En una modalidad el miembro de soporte está directamente unido solo a la sección de tubería exterior del mencionado segmento de tubería, por medio de lo cual la sección de tubería interior puede moverse axialmente con relación al miembro de soporte y la sección de tubería exterior en respuesta a la expansión o contracción térmica de la sección de tubería interior. Preferiblemente los primeros medios de soporte también sostienen la sección de tubería interior en relación a la sección de tubería exterior de manera que la sección de tubería interior puede expandirse radialmente con relación a la sección de tubería exterior.

Preferiblemente los primeros medios de soporte definen una barrera al movimiento del gas axialmente a lo largo del espacio que existe entre las secciones de tubería interior y exterior de los segmentos de tubería. En el caso de que escape gas transportador desde las secciones de tubería interior de una línea de transferencia hacia el espacio, el flujo de gas axialmente a lo largo del espacio puede resultar en el pandeo de las secciones de tubería exterior de los segmentos de tubería causando puntos calientes sobre la superficie de las secciones de tubería exterior. Los puntos calientes son una cuestión de seguridad importante y pueden tener un impacto substancial sobre la viabilidad de una línea de transferencia y es necesario el reemplazo de los segmentos de tubería dañados. Al proveer cada segmento de tubería con la barrera se hace posible confinar el flujo de gas dentro de cada segmento de tubería para ese segmento de tubería únicamente y se reduce de esta manera el impacto del escape del gas transportador dentro del espacio que existe entre las secciones de tubería interior y exterior de los segmentos de tubería. Preferiblemente los primeros medios de soporte incluyen un miembro de barrera frusto-cónico que tiene un extremo con diámetro más grande y que está soldado o unido de alguna otra forma a la sección de tubería exterior de dicho segmento de tubería y un extremo de diámetro más pequeño que está soldado o unido de alguna otra manera al miembro de soporte. Preferiblemente el miembro de barrera frusto-cónico está dispuesto de manera que el extremo de diámetro más grande esté ubicado en el extremo de la sección de tubería exterior y el extremo de diámetro más pequeño esté ubicado hacia adentro del extremo del segmento de tubería interior. En otra modalidad el miembro de soporte está conectado directamente tanto a la sección de tubería exterior como a la sección de tubería interior, por medio de lo cual el extremo de la sección de tubería interior (pero no el resto de la sección de tubería interior) está impedido de expansión axial con relación a la sección de tubería exterior en ese extremo del segmento de tubería. Con este arreglo, la expansión axial en respuesta a la expansión o contracción térmica de la sección de tubería interior está limitada al otro extremo del segmento de tubería. Preferiblemente los medios de soporte incluyen unos segundos medios de soporte colocados en una ubicación a lo largo de la longitud del segmento de tubería entre los extremos del segmento de tubería y soportan la sección de tubería interior en relación con la sección de tubería exterior para la expansión axial con relación a la sección de tubería exterior. Preferiblemente los segundos medios de soporte también sostienen la sección de tubería interior en relación a la sección de tubería exterior de manera tal que la sección de tubería interior puede expandirse radialmente con relación a la sección de tubería exterior. En una modalidad los segundos medios de soporte están soldados o unidos de alguna otra manera a la sección de tubería exterior y la sección de tubería interior.

En otra modalidad los segundos medios de soporte están soldados o unidos de alguna otra manera a la sección de tubería exterior únicamente, por medio de lo cual la sección de tubería interior puede moverse axialmente con relación a la sección de tubería exterior y los segundos medios de soporte. En otra modalidad los segundos medios de soporte están soldados o unidos de alguna otra manera a la sección de tubería interior únicamente por medio de lo cual la sección de tubería interior y los segundos medios de soporte pueden moverse axialmente con relación a la sección de tubería exterior. Preferiblemente los segundos medios de soporte funcionan como un resorte que proporciona una resistencia a la expansión radial de la sección de tubería interior con relación a la sección de tubería exterior. Más preferiblemente los segundos medios de soporte están en la forma de una pluralidad de varillas, cada una de las cuales se dobla a fin de que funcione como un resorte, que están colocadas en intervalos espaciados alrededor de la circunferencia de las secciones de tubería interior y exterior en una ubicación a lo largo de la longitud del segmento de tubería. Preferiblemente la sección de tubería interior (4) esta hecha de un material resistente al desgaste y/o resistente a la abrasión, por ejemplo, fierro fundido, y no comprende un revestimiento interior y/o exterior. Más particularmente el material resistente a la abrasión es un fierro fundido blanco.

Preferiblemente la sección de tubería exterior se formada a partir de un acero. Preferiblemente el segmento de tubería además incluye aislamiento térmico en el espacio que existe entre las secciones de tubería interior y exterior. Típicamente el material en partículas consiste en finos de mineral de fierro, por ejemplo, finos de menas de fierro con un grado de reducción de entre 0 y 100%, preferiblemente un grado de reducción de entre 8 y 95%. Típicamente el material en partículas se encuentra a una temperatura de entre 200 y 850°C y preferiblemente entre 300 y 850°C. De acuerdo con la presente invención también se provee una línea de transferencia para el transporte de material caliente en partículas, tal como finos de mineral de fierro, en un gas transportador, línea de transferencia la cual incluye una pluralidad de los segmentos de tubería anteriormente descritos, colocados en una relación de extremo a extremo con los extremos de secciones de tubería exterior adyacentes soldados o unidos de alguna otra manera y en forma conjunta, y el extremo de cada uno de cada par de secciones de tubería interior adyacentes extendiéndose dentro de y acoplando el miembro de soporte del otro de los pares de secciones de tubería interior adyacente. Como se indicó anteriormente, la línea de transferencia de la presente invención está dirigida de forma particular, aunque de ninguna manera en forma exclusiva, al transporte de finos de mineral de hierro calientes entre una unidad de pre-tratamiento y medios de distribución de sólidos que se presentan en la forma de lanzas para la inyección de los finos de mineral caliente dentro de un recipiente de fundición directa en una planta de fundición directa. Con este arreglo, preferiblemente los finos de mineral de fierro son precalentados a una temperatura de 680°C en la unidad de pre-tratamiento, el gas transportador es cuando menos sustancialmente nitrógeno y se suministra a la línea de transferencia a una temperatura ambiente, y las condiciones de operación son controladas para que los finos de mineral de fierro calientes sean transportados a lo largo de la línea de transferencia a una velocidad mínima de cuando menos 19 m/s por el gas transportador, y son inyectados en el recipiente de fundición directa con el gas transportador teniendo un velocidad de punta de lanza en el intervalo de 70-120 m/s. Generalmente el tamaño máximo de los finos de mineral de fierro cae dentro del intervalo de entre 6 y 8 milímetros. Preferiblemente cuando menos 30% de los finos de mineral de fierro tienen una tamaño de partícula de menos de 0.5 mm, en tanto que el diámetro d_50 cae entre 0.8 y 1.0 mm con una distribución amplia de tamaño de partícula. De esta manera por ejemplo 95% de las partículas proveen un tamaño de partícula de menos de 6.3 mm. El espacio anular que existe entre las secciones de tubería exterior e interior se encuentra típicamente aislado a fin de que la temperatura de la tubería exterior sea menor a los 100°C. Preferiblemente la presión estática tanto en la secciones interior como exterior de la línea de transferencia es sustancialmente igual.

Breve Descripción de los Dibujos La presente invención se describe con mayor detalle más adelante, a manera de ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompañan y en donde: La Figura 1 ilustra un diagrama esquemático de las tolvas exclusa inferiores, transportadores de sinfín, líneas de transferencia, y líneas de retorno que forman parte de un aparato de transferencia de material de alimentación que contiene fierro caliente de una planta de fundición directa. La Figura 2 es una sección transversal de una modalidad de un segmento de tubería de acuerdo con la presente invención. La Figura 3 a es una vista de sección transversal y parcialmente en corte de una sección central del segmento de tubería mostrado en la Figura 2 con la sección de tubería exterior removida e ilustrando con detalle los segundos miembros de soporte del segmento de tubería. La Figura 3b es una representación pictórica de los segundos medios de soporte Las Figuras 4 a 6 son una secuencia de 3 secciones transversales que ilustran las trayectorias de flujo del gas transportador que escapa del pasadizo definido por las secciones de tubería interior en un extremo de un segmento de tubería y el espacio anular que existe entre las secciones de tubería interior y exterior y como el gas puede regresar hacia el pasadizo en el otro extremo del segmento de tubería interior; y La Figura 7 es una sección transversal y de otra modalidad de un segmento de tubería de acuerdo con la invención y el cual consiste en una forma modificada del segmento de tubería mostrado en las otras figuras e incluye un borde achaflanado que puede ser incluido en una tubería interior.

Descripción Detallada de la Modalidad Preferida La siguiente descripción está en el contexto de las líneas de transferencia para el transporte de finos de mineral de fierro caliente entre una unidad de pre-tratamiento y lanzas para la inyección de los finos de mineral caliente dentro de un recipiente de fundición directa en una planta de función directa descrita en la solicitud provisional Australiana anteriormente mencionada. Los componentes principales de la planta de fundición directa son los siguientes: a) una unidad de pre-tratamiento (no mostrada) en la forma de un precalentador para precalentar finos de mineral de fierro, típicamente teniendo un tamaño máximo de 6-8 mm, típicamente a una temperatura del orden de los 680°C; b) un recipiente 5 de fundición directa para fundir los finos de mineral de fierro pre-calentados a fierro fundido; y c) un aparato 7 de transferencia de material de alimentación que contiene fierro caliente (mostrado solo de manera parcial en la Figura 1) para almacenar finos de mineral de fierro pre-calentados y transfiriendo los finos bajo presión a lanzas de inyección de sólidos del recipiente de fundición directa. El recipiente 5 de fundición directa puede ser cualquier recipiente adecuado para llevar a cabo un proceso de fundición directa, tal como el proceso Hlsmelt descrito anteriormente. La solicitud provisional Australiana No. 2003901693 a nombre de una de las solicitantes incluye una descripción de la construcción general de un recipiente Hlsmelt y la descripción de la solicitud provisional Australiana se incorpora a la presente como referencia. El recipiente también está equipado con ocho lanzas de inyección de sólidos que se extienden hacia abajo y hacia adentro a través de las paredes laterales para la inyección de finos de mineral de fierro pre-calentados, material carbonáceo sólido, y fundentes arrastrados en un gas transportador deficiente en oxígeno dentro de un baño fundido en el recipiente. Las lanzas de inyección de sólidos se encuentran en dos grupos de 4 lanzas, con las lanzas 27 en un grupo recibiendo finos de mineral de fierro caliente pre-calentado y las lanzas (no mostradas) en el otro grupo recibiendo carbón y fundente (vía un sistema de inyección de material carbonáceo/fundente, no mostrado) durante una operación de fundición. Las lanzas que se encuentran en los dos grupos están dispuestas de manera alternada alrededor de la circunferencia del recipiente. El aparato 7 de transferencia del material de alimentación que contiene fierro caliente referido en el punto (c) anterior incluye: a) unos medios de almacenamiento de material de alimentación caliente para almacenar finos de mineral de fierro pre-calentado bajo presión, ilustrados en parte en la Figura 1 y que se identifican de manera general mediante el numeral 61; b) una serie de líneas 11 de transferencia de material de alimentación caliente para transferir finos de mineral de fierro pre-calentados bajo presión desde los medios de almacenamiento 61 hacia las lanzas de inyección de sólidos; c) una fuente de gas nitrógeno 13 y líneas 15 de gas nitrógeno para suministrar nitrógeno para presurizar los medios de almacenamiento 61 y para transportar finos de mineral de fierro pre-calentados a lo largo de las líneas de transferencia 11; y d) una línea 17 de retorno para regresar los finos de mineral de fierro pre- calentados hacia el pre-calentador 3. Los medios de almacenamiento 61 del aparato 7 de transferencia de material de alimentación que contiene fierro caliente están divididos en dos grupos 9a y 9b, con un grupo estando conectado a través de una línea de transferencia 11 a un par de lanzas 27 de inyección de sólidos y el otro grupo estando conectado a través de otra línea de transferencia 11 al otro par de lanzas 27 de inyección de sólidos. En uso, se suministran finos de mineral de fierro pre-calentado a través de un transportador sinfín 39 a los extremos de alimentación 45 de las líneas de transferencia 11. Gas nitrógeno bajo presión y a temperatura ambiente se alimenta también en los extremos de entrada 45 de las líneas de transferencia 11 desde la fuente de gas nitrógeno mediante las líneas 47 y levanta y transporta los finos de mineral de fierro pre-calentados a lo largo de las líneas de transferencia 11 hacia las lanzas 27 de inyección de sólidos. Cada línea de transferencia 11 se ramifica en dos sub-ramificaciones 1 la y 1 Ib en la región del recipiente 5 de fundición directa y las líneas de ramificación suministran finos de mineral de fierro pre-calentado a un par de lanzas 27 de inyección de sólidos que se oponen en forma diametral. La línea de retorno 17 para cada línea de transferencia 11 se extiende desde la línea de retorno 11 hasta el precalentador 3. Las líneas de retorno 17 incluyen válvulas A de aislamiento ubicadas de manera apropiada para controlar el flujo de los finos de mineral de fierro pre-calentados dentro de las líneas de retorno 17. El aparato 7 de transferencia de material de alimentación que contiene fierro caliente también incluye medios para controlar el flujo de finos de mineral de fierro pre-calentados a lo largo de las líneas de transferencia 11 desde los medios de almacenamiento 61 hasta las lanzas 27 de inyección de sólidos. En cualquier situación dada, las velocidades de flujo reales del gas nitrógeno y de los finos de mineral de fierro pre-calentados que se suministran a las líneas de transferencia 11 serán una función de un rango de variables que incluyen la distribución del tamaño de partícula de los finos de mineral de fierro, temperaturas del gas nitrógeno y de los finos de mineral de fierro, y las velocidades punto de objetivo para las lanzas 27 de inyección de sólidos. En una modalidad particular concebida por los solicitantes la velocidad de recolección de objetivo es de 19 m/s la velocidad punta de objetivo del gas transportador se encuentra en el intervalo de 70-120 m/s y cada grupo 9a y 9b de los medios de almacenamiento 61 suministra 123 tph de finos de mineral de fierro pre-calentados (a 680 °C) a la línea de transferencia 11 asociada y el gas nitrógeno 13 suministra 3100 Nm3/hr de gas nitrógeno a 20°C a la línea de transferencia 11. Las líneas de transferencia 11 se construyen a partir de una pluralidad de segmentos de tubería mostrados en las Figuras 2 a 6 y colocados en una relación extremo a extremo. La relación de extremo a extremo de los segmentos de tubería se ilustra en parte en la Figura 2. De manera específica, el costado izquierdo de la figura ilustra una sección de extremo de una tubería 22a que se muestra solamente en un grado limitado en la figura y que esta acoplado con el segmento 22 de tubería que se muestra con detalle en la figura. Con referencia a las figuras 2 a 6, el segmento 22 de tubería incluye: a) una sección 2 de tubería exterior formada a partir de acero, por ejemplo, formada a partir de acero al carbón SCK; b) una sección 4 de tubería interior que define un pasadizo 6 para finos de mineral de fierro caliente y gas transportador de nitrógeno, la sección 4 de tubería interior estando colocada dentro de la sección 2 de tubería exterior y estando formada a partir de un fierro fundido blanco y resistente a la abrasión; c) unos medios para soportar la sección 4 de tubería interior en relación con la sección de tubería exterior; y d) aislamiento térmico en el espacio anular que existe entre las secciones de tubería exterior e interior 2, 4. Las secciones de tubería interior y exterior (4, 2) están en una relación concéntrica una con respecto a la otra. Los medios de soporte tienen la función doble de soportar la sección 4 de tubería interior en relación con la sección 2 de tubería exterior para que: a) la sección 4 de tubería interior pueda expandirse axialmente en respuesta a cambios de temperatura en el material que está siendo transportado dentro de la sección 4 de tubería interior; y b) la sección 4 de tubería interior puede expandirse radialmente a cambios de temperatura o presión dentro de la sección 4 de tubería interior. Los medios de soporte están colocados en dos ubicaciones a lo largo de la longitud del segmento de tubería Una ubicación de los medios de soporte se encuentra en el extremo izquierdo del segmento de tubería como se observa en la Figura 2. Estos primeros medios de soporte incluyen un miembro de soporte en la forma de un mango 8 que se forma a partir del mismo material que la sección 4 de tubería interior y que se adapta alrededor de y se suelda al extremo izquierdo (como se observa en la Figura 2) de la sección 4 de tubería interior. Los primeros medios de soporte también incluyen un miembro 10 frusto-cónico que está soldado al mango 8 y al extremo izquierdo de la sección 2 de tubería exterior y que une de ésta manera el mango 8 a la sección 2 de tubería exterior y sostiene el mango 8 en relación con la sección 4 de tubería interior. El miembro 10 forma una barrera, esto es, un tabique hermético, en ese extremo del segmento de tubería, que evita el flujo de gas a lo largo de la longitud del espacio anular que existe entre las secciones de tubería exterior e interior 2, 4. El mango 8 se extiende axialmente desde el costado izquierdo de la sección 4 de tubería interior y, en uso, puede recibir un extremo de una sección 4a de tubería interior de un segmento 22a de tubería adyacente.

El mango 8 se forma de manera que la superficie interior del mango 8 entra en contacto con las superficies exteriores de la sección 4 terminal interior del segmento 22 de tubería y la sección 4a de tubería interior del segmento de tubería adyacente y permite el movimiento deslizante de la sección 4a de tubería interior dentro del mango 8 en respuesta a la expansión/contracción térmica de las secciones de tubería interior mientras mantiene un sello con las secciones de tubería interior 4, 4a. Esta es una forma efectiva de una junta de expansión. La sección 4 de tubería interior en el extremo derecho del segmento 22 de tubería, como se observa en la Figura 2, se extiende más allá de la sección 2 de tubería exterior en ese extremo y forma un extremo que puede extenderse en uso a una posición de tubería sucesiva en una relación de extremo a extremo con el segmento 22 de tubería (ver Figura 6). En este arreglo, la sección 4 de tubería interior en el extremo derecho del segmento de tubería puede expandirse axialmente para dar acomodo a la expansión o contracción térmica de la sección 4 de tubería interior en la misma forma que la sección 4a del extremo interior del segmento de tubería en el extremo izquierdo de la Figura 2. La ubicación de los otros medios de soporte es a la mitad del camino a lo largo de la longitud del segmento de tubería como se aprecia en la Figura 2. Los segundos medios de soporte incluyen un mango 44 y 3 varillas 14 de acero inoxidable que están soldadas al mango 44 y que se extienden desde ahí hacia fuera. Los medios de soporte también incluyen almohadillas 64 de resbalón, curvadas, que están soldadas a los extremos exteriores de las varillas 14. Como puede apreciarse de mejor manera en las Figuras 3a y 3b, las varillas 14 están espaciadas en forma equidistante alrededor de la circunferencia del mango 44. El mango 44 está fijo a la sección 4 de tubería interior por medio de tornillos 46 sin cabeza (Figuras 3a y 3b) o similares. Los segundos medios de soporte se forman de manera que las almohadillas 64 de resbalón y curvadas entran en contacto con la superficie interior de la sección 2 de tubería exterior del segmento de tubería. De esta manera, la sección 4 de tubería interior y los medios de soporte pueden moverse axialmente en relación a la sección 2 de tubería exterior.

Los segundos medios de soporte ubican la sección 4 de tubería interior en relación a la sección 2 de tubería exterior. Esto es importante teniendo en cuenta la longitud del segmento de tubería y el objetivo de esta modalidad de proveer un arreglo en la que la sección 4 de tubería interior pueda moverse axial y radialmente, con relación a la sección 2 de tubería exterior. Con relación a este último punto, las varillas 14 de los segundos medios de soporte están dobladas en una forma de "V" y de esta manera funcionan como resortes que pueden responder a cambios en la temperatura o presión interna en la sección 4 de tubería interior del segmento 22 de tubería y proveen un fuerza de restauración que resiste la expansión radial hacia fuera de la sección 4 de tubería interior. El aislamiento en el espacio anular que se encuentra entre las secciones de tubería interior y exterior 2,4 puede ser cualquier aislamiento adecuado. La Figura 2 indica que el aislamiento está en la forma de un aislamiento 36 de tablero de fibra a lo largo de una parte importante de la longitud del segmento de tubería. Además, la modalidad de la Figura 2, también incluye un aislamiento 38 "de paquete húmedo" adyacente al miembro 10 frusto-cónico. Las Figuras 4 a 6 indican que el aislamiento está en la forma de un tapete 40 de fibra cerámica tejida envuelto alrededor de las secciones 4, 4a de tubería interior y un aislamiento 42 de silicato de calcio que ocupa el resto del espacio anular a lo largo de una parte importante de la longitud del segmento de tubería. Como es el caso de la modalidad de la Figura 2, la modalidad de las Figuras 4 a 6 también incluye aislamiento 46 "de paquete húmedo" adyacente al miembro 10 frusto-cónico. Las Figuras 4 a 6 ilustran la función del tabique hermético 10 de los primeros medios de soporte como una barrera al flujo de gas. La junta de expansión definida por el mango 8 y los extremos de las secciones 4 y 4a de tubería interior de los segmentos 22 y 22a de tubería adyacente no forman un sello hermético al gas sobre todo el rango de la presión de operación de la línea de transferencia. Como consecuencia, pueden haber situaciones en las que el gas transportador que fluye dentro del pasadizo 6 a lo largo de la longitud de la línea de transferencia escape del pasadizo 6 a través de la junta de expansión y fluya a través del aislamiento que ocupa el espacio anular entre las secciones 2 y 4 de tubería interior y exterior. Como se indicó anteriormente, dicho flujo de gas es indeseable. Las Figuras 4 a 6 ilustran que los tabiques herméticos 10 evitan el flujo de gas en el espacio anular a lo largo de la línea de transferencia más allá de los tabiques herméticos 10 y finalmente los tabiques herméticos 10 redirigen el flujo de gas de regreso al pasadizo 6. De esta manera, los tabiques herméticos 6 reducen el impacto adverso del escape de gas. La Figura 7 indica un borde achaflanado que puede estar incluido cuando menos en un extremo de la sección 4 de tubería interior. El bisel 48 es preferiblemente del orden de los 30° (pero puede ser de cualquier otro ángulo adecuado) y puede estar localizado en uno o ambos extremos de la tubería interior. En donde el bisel 48 está ubicado solo sobre un extremo de una sección 4 de tubería interior, la sección preferiblemente está orientada de manera que el bisel 48 se ubica sobre el costado corriente debajo de la junta de expansión. El chaflán 48 se extiende a través de la cara terminal de la tubería interior desde un punto adyacente a la superficie exterior de la tubería hasta un punto adyacente a la superficie interior de la tubería. El punto adyacente de la superficie exterior de la tubería se localiza adyacente a la cara terminal y el punto adyacente a la superficie de tubería interior está ubicada de manera interna del tubo. En esta forma el chaflán 48 forma parte de la superficie interior de la tubería que en uso provee contención del gas transportador y los finos. Esta ubicación del chaflán 48 permite que cualesquiera finos que puedan haberse acumulado en la junta de expansión entre secciones adyacentes de la tubería interior fluyan a lo largo de la superficie del chaflán 48 con cualquier expansión subsiguiente de las secciones de tubería interior. El bisel 48 ayuda a evitar la acumulación de finos en una junta de expansión obstruyendo el movimiento relativo de las tuberías interiores cuando estas experimentan expansión. Pueden hacerse muchas modificaciones a la modalidad de la presente invención anteriormente descrita sin apartarse de espíritu y alcance de la invención.

Claims (29)

1. Reivindicaciones 1. Un segmento (22) de tubería para la transportación de material caliente en partículas, tal como finos de mineral de fiepo caliente, en un gas transportador en una línea de transferencia, segmento (22) de tubería el cual incluye: a) una sección (2) de tubería exterior b) una sección (4) de tubería interior que define un pasadizo (6) para un material caliente en partículas y un gas transportador, la sección (4) de tubería interior estando colocada dentro de la sección (2) de tubería exterior, y la sección (4) de tubería interior estando formada a partir de o teniendo un revestimiento interior de un material resistente a la abrasión; y c) unos medios de soporte que sostienen la sección (4) de tubería interior en relación con la sección (2) de tubería exterior de manera tal que la sección (4) de tubería interior puede expandirse axialmente con relación a la sección (2) de tubería exterior en respuesta a cambios de temperatura en el material que está siendo transportado en el segmento (22) de tubería, los medios de soporte incluyendo unos primeros medios de soporte ubicados en un extremo del segmento (22) de tubería, los primeros medios de soporte incluyendo un miembro de soporte que puede recibir un extremo de una sección (4a) de tubería interior de un segmento (22a) de tubería adyacente cuando el segmento (22a) de tubería adyacente es colocado en uso en una relación de extremo a extremo con dicho segmento (22) de tubería y puede permitir la expansión axial de esa sección (4a) de tubería interior con relación a la sección de tubería exterior de dicho segmento (22a) de tubería adyacente en respuesta a cambios de temperatura en el material que está siendo transportado en el mencionado segmento (22a) de tubería adyacente.
2. 2. Un segmento de tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que el miembro de soporte encierra y se extiende axialmente desde un extremo de la sección (4) de la tubería interior de dicho segmento (22) de tubería y puede recibir y encepar el extremo de la sección (4a) de tubería interior del segmento (22a) de tubería adyacente cuando el mencionado segmento (22a) de tubería adyacente es colocado en uso en una relación de extremo a extremo con dicho segmento (22) de tubería y puede permitir la expansión axial de cuando menos esa sección (4) de tubería interior en tanto que los extremos permanecen encerrados dentro del miembro de soporte.
3. 3. Un segmento de tubería de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado en que el miembro de soporte forma un sello con los extremos de las secciones de tubería (4 y 4a) interior de dicho segmento (22) de tubería y el mencionado segmento (22a) de tubería adyacente.
4. 4. Un segmento de tubería de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que el miembro de soporte incluye una superficie cilindrica que da la cara hacia adentro para entrar en contacto con las superficies exteriores de los extremos de las secciones (4, 4a) de tubería interior del citado segmento (22) de tubería y el mencionado segmento (22a) de tubería adyacente.
5. 5. Un segmento de tubería de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que el miembro de soporte está en la forma de un mango (8) que tiene la superficie cilindrica que da la cara hacia adentro.
6. 6. Un segmento de tubería de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que el miembro de soporte está unido directa y únicamente a la sección (2) de tubería exterior de dicho segmento (22) de tubería.
7. 7. Un segmento de tubería de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado en que el miembro de soporte está conectado directamente tanto a la sección (2) de tubería exterior como a la sección (4) de tubería interior, de manera que el extremo de la sección (4) de tubería interior, pero no el resto de la sección (4) de tubería interior, está impedido de expansión axial con relación a la sección de tubería exterior en ese extremo del segmento (22) de tubería.
8. 8. Un segmento de tubería de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que los primeros medios de soporte también sostienen la sección (4) de tubería interior en relación con la sección (2) de tubería exterior.
9. 9. Un segmento de tubería de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que los primeros medios de soporte definen una barrera al movimiento del gas axialmente a lo largo del espacio que existe entre las secciones de tubería interior y exterior (4, 2) del segmento (22) de tubería.
10. 10. Un segmento de tubería de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado en que los primeros medios de soporte incluyen un miembro (10) de barrera frusto-cónico que tiene un extremo con diámetro más grande y que está soldado o unido de alguna otra forma a la sección (2) de tubería exterior de dicho segmento (22) de tubería y un extremo de diámetro más pequeño que está soldado o unido de alguna otra manera al miembro de soporte.
11. 11. Un segmento de tubería de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado en que el miembro (10) de barrera frusto-cónico está dispuesto de manera que el extremo de diámetro más grande esté ubicado en el extremo de la sección (2) de tubería exterior y el extremo de diámetro más pequeño esté ubicado hacia adentro del extremo del segmento (4) de tubería interior.
12. 12. Un segmento de tubería de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que los medios de soporte incluyen unos segundos medios de soporte colocados en una ubicación a lo largo de la longitud del segmento (22) de tubería entre los extremos del segmento (22) de tubería y soportan la sección (4) de tubería interior en relación con la sección (4) de tubería exterior para la expansión axial con relación a la sección (2) de tubería exterior.
13. 13. Un segmento de tubería de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado en que los segundos medios de soporte también sostienen la sección (4) de tubería interior en relación a la sección (2) de tubería exterior de manera tal que la sección (4) de tubería interior puede expandirse radialmente con relación a la sección (2) de tubería exterior.
14. 14. Un segmento de tubería de conformidad con las reivindicaciones 12 o 13, caracterizado en que los segundos medios de soporte están soldados o unidos de alguna otra manera a la sección (2) de tubería exterior y la sección (4) de tubería interior.
15. 15. Un segmento de tubería de conformidad con las reivindicaciones 12 o 13, caracterizado en que los segundos medios de soporte están soldados o unidos de alguna otra manera a la sección (2) de tubería exterior únicamente.
16. 16. Un segmento de tubería de conformidad con las reivindicaciones 12 o 13, caracterizado en que los segundos medios de soporte están soldados o unidos de alguna otra manera a la sección (4) de tubería interior únicamente.
17. 17. Un segmento de tubería de conformidad con las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado en que los segundos medios de soporte funcionan como un resorte que proporciona una resistencia a la expansión radial de la sección de tubería interior con relación a la sección de tubería exterior.
18. 18. Un segmento de tubería de conformidad con las reivindicaciones 12 a 17, caracterizado en que los segundos medios de soporte están en la forma de una pluralidad de varillas (14), cada una de las cuales se dobla a fin de que funcione como un resorte, que están colocadas en intervalos espaciados alrededor de la circunferencia de las secciones (4, 2) de tubería interior y exterior en una ubicación a lo largo de la longitud del segmento (22) de tubería.
19. 19. Un segmento de tubería de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que el material resistente a la abrasión de la sección (4) de tubería interior es un fierro fundido.
20. 20. Un segmento de tubería de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado en que la sección (4) de tubería interior está hecha de un material resistente a la abrasión y/o resistente al desgaste, por ejemplo, fierro fundido.
21. 21. Un segmento de tubería de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que la sección (2) de tubería exterior está formada a partir de un acero.
22. 22. Un segmento de tubería de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado en que el segmento (22) de tubería además incluye aislamiento térmico (36, 38, 42, 46) en el espacio que existe entre las secciones (4, 2) de tubería interior y exterior.
23. 23. Una línea de transferencia para el transporte de material caliente en partículas, tal como finos de mineral de fierro, en un gas transportador, línea de transferencia la cual incluye una pluralidad de los segmentos (22) de tubería de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22.
24. 24. Una línea de transferencia de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado en que los segmentos (22) de tubería están colocados en una relación de extremo a extremo con los extremos de secciones (22a) de tubería exterior adyacentes soldados o unidos de alguna otra manera y en forma conjunta, y el extremo de cada uno de cada par de secciones (4, 4a) de tubería interior adyacentes extendiéndose dentro de y acoplando el miembro de soporte del otro de los pares de secciones (4, 4a) de tubería interior adyacente.
25. 25. Un proceso para la transportación de material caliente en partículas en un gas transportador en una planta de fundición directa para producir metal fundido a partir de un material de alimentación metalífero, en particular entre una unidad de pre-tratamiento y medios de distribución de sólidos en la forma de lanzas para la inyección del material en un recipiente de fundición directa, caracterizado en que el material se transporta en cuando menos una línea de transferencia de conformidad con la reivindicación 23 o 24.
26. 26. Un proceso de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado en que el material en partículas consiste en finos de mineral de fierro con un grado de reducción de entre 0 y 100%, preferiblemente un grado de reducción de entre 8 y 95%.
27. 27. Un proceso de conformidad con la reivindicación 25 o 26, caracterizado en que el material en partículas se encuentra a una temperatura de entre 200 y 850 °C y preferiblemente entre 300 y 850 °C.
28. 28. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 25 a 27, caracterizado en que el gas transportador es cuando menos substancialmente nitrógeno.
29. 29. Un proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 25 a 28, caracterizado en que los finos de mineral de fierro calientes son transportados a lo largo de la línea de transferencia a una velocidad mínima de cuando menos 19 m/s por el gas transportador, y son inyectados en el recipiente de fundición directa con el gas transportador teniendo un velocidad de punta de lanza en el intervalo de 70-120 m/s.