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ES2997484T3 - Improved process and plant for preheating a metal charge fed in continuous to an electric melting furnace - Google Patents

Improved process and plant for preheating a metal charge fed in continuous to an electric melting furnace Download PDF

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ES2997484T3
ES2997484T3 ES19756254T ES19756254T ES2997484T3 ES 2997484 T3 ES2997484 T3 ES 2997484T3 ES 19756254 T ES19756254 T ES 19756254T ES 19756254 T ES19756254 T ES 19756254T ES 2997484 T3 ES2997484 T3 ES 2997484T3
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ES
Spain
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tunnel
preheating
nozzles
gas
bell
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Active
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ES19756254T
Other languages
English (en)
Inventor
Silvio Maria Reali
Cesare Giavani
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Tenova SpA
Original Assignee
Tenova SpA
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Publication date
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Abstract

Procedimiento y planta para precalentar una carga metálica (11) alimentada en continuo a un horno eléctrico de fusión (12) a través de un túnel de precalentamiento (16) provisto de un transportador horizontal (13), en donde dicha carga metálica (11) es golpeada, en contracorriente, por los humos o gases de escape (17) que salen de dicho horno eléctrico de fusión (12) y por chorros de gas expulsados a través de una pluralidad de boquillas (15) posicionadas sobre la campana de dicho túnel (16) provisto de paredes laterales y dicha campana. Dichas toberas (15) están dispuestas en grupos interespaciados entre sí en dirección longitudinal respecto del túnel, y generan una turbulencia de pequeña escala o inyectan pequeños chorros rápidos de gas que pueden penetrar la corriente principal de gas (17) que pasa por el túnel de precalentamiento (16), y dichas toberas (15) generan simultáneamente una estructura de "vórtice de herradura", constituida por un flujo central de gas descendente ("downwash"), y flujos ascendentes ("upwash") próximos a las paredes laterales del túnel de precalentamiento (16) que permiten la necesaria circulación de los gases. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento e instalación mejorados para el precalentamiento de una carga metálica alimentada en continuo a un horno eléctrico de fusión
La presente invención se refiere a un proceso mejorado para precalentar un material de carga metálica alimentado en continuo a un horno eléctrico para la producción de metal fundido.
La invención también se refiere a una instalación para llevar a cabo este proceso.
Un proceso y una instalación para precalentar una carga metálica (generalmente chatarra) son bien conocidos por los expertos en la técnica, en el que dicha carga se alimenta en continuo a un horno eléctrico de fusión por medio de un transportador horizontal; dicho proceso de precalentamiento facilita el posterior proceso de fusión.
El precalentamiento de la carga tiene lugar durante el paso por el interior de un túnel en el que se aprovecha el calor sensible y el calor de combustión de los gases de escape del proceso de fusión (en algunos casos particulares el precalentamiento también podría favorecerse mediante quemadores auxiliares adecuados). A continuación, los gases de escape se evacuan del túnel de precalentamiento y se envían a un sistema de tratamiento adecuado. El calor de combustión que se aprovecha en el proceso de precalentamiento procede esencialmente de la finalización de la combustión del CO (monóxido de carbono) y del H<2>(hidrógeno) liberados por el proceso en curso en el horno de fusión, mientras que el oxígeno necesario se aporta generalmente con el suministro de aire ambiental.
Un procedimiento y una instalación tal como los descritos brevemente anteriormente se describen, por ejemplo, en la patente de EE.UU. US 5,400,358, que describe la inyección del aire necesario para la combustión de manera uniforme a lo largo del túnel de precalentamiento. Esta solución enseña la inyección de aire distribuido a lo largo del túnel de precalentamiento en una cantidad tal que garantice un exceso de oxígeno del orden del 3-5% para asegurar la combustión completa de los gases no quemados, suponiendo que la estanqueidad entre el horno y el túnel sea casi perfecta. En la práctica de la construcción de instalaciones, se ha visto que esta situación no puede alcanzarse y que siempre hay infiltraciones importantes de aire exterior (en particular en la interfaz entre el horno y el túnel), a menudo en una medida ya más que suficiente para garantizar la combustión completa de los gases de proceso que salen del horno; también se ha observado que estas infiltraciones de aire no pueden alcanzar condiciones de turbulencia suficientes, ya que este aire tiende a seguir las paredes internas del túnel de calentamiento, y la mezcla y la combustión con los gases de proceso se producen lentamente. Debe evitarse absolutamente una infiltración excesiva de aire ambiente en el túnel de precalentamiento, ya que disminuiría en exceso la temperatura de los gases, y si esta temperatura alcanza un valor muy próximo o incluso inferior al límite de ignición del CO, se corre el riesgo de no completar su combustión con la consiguiente liberación de este gas tóxico al medio ambiente, además de la importante pérdida de eficacia del sistema de precalentamiento de la carga.
En el contexto de la solución técnica descrita, el aire inyectable procedente de la campana es, en consecuencia, extremadamente bajo, si no nulo; este hecho agrava el problema relacionado con la escasa turbulencia, e impide el mejor aprovechamiento de la energía disponible en el interior del túnel de precalentamiento.
El objetivo general de la presente invención es superar los inconvenientes de la técnica conocida y, en vista de este objetivo, de acuerdo con la invención, mejorar el aprovechamiento de la energía presente en los humos para calentar la carga.
Más concretamente, el objetivo de la presente invención es aumentar el intercambio de calor entre los humos calientes del proceso y la carga metálica.
Los objetivos anteriores se logran mediante un proceso y una instalación producidos de acuerdo con las reivindicaciones independientes y las reivindicaciones subordinadas adjuntas.
Gracias a la presente invención, se mejora el intercambio de calor entre los humos calientes del proceso y la carga metálica al aumentar la turbulencia y la mezcla de la corriente gaseosa en el interior del túnel de precalentamiento, con la consiguiente aceleración de los procesos de combustión y el aumento de los coeficientes de intercambio de calor convectivo entre dichos gases de combustión y el material de carga. Este efecto se obtiene con chorros de gas a alta velocidad; el gas utilizado es generalmente aire, pero no se excluye el uso de un gas diferente, si es necesario para gestionar la composición química en el interior del túnel de precalentamiento; este gas también puede precalentarse ventajosamente.
En particular, un objeto de la presente invención se refiere a un proceso e instalación para precalentar una carga metálica alimentada en continuo a un horno eléctrico de fusión a través de un túnel de precalentamiento provisto de un transportador horizontal, en el que dicha carga metálica es golpeada, en contracorriente, por los humos o gases de escape que salen de dicho horno eléctrico de fusión y por chorros de gas eyectados a través de una pluralidad de toberas posicionadas en la campana de dicho túnel provisto de paredes laterales y dicha campana. Dichas toberas están dispuestas en grupos intercalados entre sí en dirección longitudinal respecto al túnel, y generan una turbulencia a pequeña escala o inyectan pequeños chorros rápidos de gas que pueden penetrar en la corriente, y dichas toberas generan simultáneamente una estructura de "vórtice de herradura", consistente en un flujo de gas central descendente ("flujo hacia abajo"), y flujos ascendentes ("flujo hacia arriba") próximos a las paredes laterales del túnel de precalentamiento que permiten la necesaria circulación de los gases.
De acuerdo con la presente invención, dichas toberas están dispuestas en grupos, en cada uno de los cuales las toberas están alineadas en correspondencia con determinadas secciones transversales de la campana del túnel, convenientemente espaciadas entre sí. Esto permite generar una turbulencia a pequeña escala y, simultáneamente, una estructura de vórtices a gran escala: la primera corresponde al hecho de que los pequeños chorros rápidos de gas son capaces de penetrar en la corriente principal de gas que atraviesa el túnel, acelerando considerablemente la mezcla y la combustión de los gases; la estructura de vórtice a gran escala, que aumenta el intercambio de calor entre los humos y la carga, se define comúnmente como "vórtice de herradura" y se caracteriza por un flujo central descendente ("flujo hacia abajo"), que aumenta el intercambio de calor en el centro del túnel de precalentamiento, y flujos ascendentes ("flujo hacia arriba") próximos a las paredes laterales del túnel que permiten la necesaria circulación de los gases y que, tras transferir parte de su energía térmica a la carga metálica en la fase descendente, limitan el intercambio de calor con las paredes laterales del túnel y el transportador horizontal. Contrariamente a lo que se divulga en la técnica conocida, los chorros de gas mencionados anteriormente no están dispuestos uniformemente a lo largo del túnel de precalentamiento, sino que están dispuestos en grupos, al menos dos, convenientemente intercalados; esto es para evitar interferencias de naturaleza fluido-dinámica y permitir, en primer lugar, una buena mezcla de los gases y un rápido desarrollo de la combustión (con un efecto de turbulencia a pequeña escala) y posteriormente empujarlos hacia la carga metálica (con el efecto de "vórtice de herradura").
Contrariamente a lo que existe en la técnica conocida, las toberas no están dimensionadas para suministrar todo el aire de combustión de manera distribuida y uniforme, sino que, por el contrario, están dimensionadas como pequeños chorros rápidos cuya función principal es suministrar energía cinética y modificar el campo de movimiento de acuerdo con lo descrito anteriormente; por este motivo, los chorros mencionados pueden definirse más exactamente como "generadores de turbulencia fluidodinámica" o, más sencillamente, "turbuladores fluidodinámicos".
El uso de "turbuladores fluidodinámicos" es mucho más sencillo y barato que la solución alternativa de aumentar la turbulencia dentro del túnel de precalentamiento mediante la inserción de paneles deflectores, o los llamados "turbuladores estáticos"; estos deflectores deben operar dentro de un flujo de gas caracterizado por una alta temperatura y un alto contenido de polvo, por lo que normalmente se construyen como paneles metálicos refrigerados por agua, lo que no es una solución eficiente desde el punto de vista térmico; independientemente de cómo se construyan estos paneles deflectores, su uso ha sido prácticamente abandonado debido a su rápido desgaste y frecuentes roturas.
La técnica conocida no tiene en cuenta el hecho de que, en la práctica, siempre hay una infiltración significativa de aire ambiente en el túnel de precalentamiento de la carga a través de aberturas inevitables, y que la cantidad de aire de combustión es variable durante el proceso, mientras que la necesidad de una buena mezcla es sustancialmente constante.
Por lo tanto, es evidente la ventaja derivada de la presente invención, por la que el funcionamiento de los chorros para el control de la turbulencia en el interior del túnel de precalentamiento está sustancialmente desacoplado por el control del suministro de aire de combustión posible.
Las características estructurales y funcionales de la invención y sus ventajas con respecto a la técnica conocida aparecerán más evidentes a partir de la siguiente descripción, referida a los dibujos adjuntos, que ilustran una posible realización no limitativa de la invención propiamente dicha aplicada a un horno de arco eléctrico (EAF) para la fusión de chatarra metálica cargada en continuo.
En los dibujos:
- la figura 1 ilustra una instalación de acuerdo con la técnica conocida;
- la figura 2 ilustra una instalación de acuerdo con la técnica conocida provista de inyectores de aire de combustión distribuidos uniformemente a lo largo del túnel de precalentamiento;
- la figura 3 ilustra una instalación de acuerdo con la técnica conocida provista de una sección de precalentamiento con quemadores y una sección de calentamiento mediante gas de escape conectada por una sección de aspiración/evacuación de los humos;
- las figuras 4a, 4b y 4c muestran, con una vista lateral (4a) y vistas desde arriba (4b y 4c), el flujo de gases en el túnel de precalentamiento de una instalación fabricada de acuerdo con la técnica conocida sin inyectores de aire de alta velocidad, en particular la vista desde arriba de la figura 4c muestra la ausencia de turbulencias en correspondencia con los inyectores de aire fabricados y dispuestos de acuerdo con la técnica conocida;
- la figura 5 ilustra una instalación de acuerdo con la presente invención;
- la figura 6 ilustra la disposición de los inyectores de aire en un túnel de precalentamiento de una instalación de acuerdo con la técnica conocida;
- la figura 7 ilustra la disposición de las toberas en un túnel de precalentamiento de una instalación de acuerdo con la presente invención;
- la figura 8 ilustra la disposición de las toberas en un túnel de precalentamiento de una instalación de acuerdo con la presente invención;
- las figuras 9a y 9b muestran los diferentes flujos de gases en una instalación producida de acuerdo con la presente invención con el uso de "turbuladores fluidodinámicos" formados con chorros de alta velocidad;
- la figura 10 ilustra una vista lateral del túnel de precalentamiento con las boquillas previstas en cada sección de acuerdo con la presente invención;
- la figura 11 ilustra, en sección transversal, una porción del túnel de precalentamiento con las toberas previstas de acuerdo con la presente invención;
- la figura 12 ilustra un grupo de boquillas, de acuerdo con la presente invención, que pueden colocarse en una sección del túnel de precalentamiento.
Con referencia a las figuras, las figuras 1-3 ilustran tres instalaciones realizadas de acuerdo con la técnica conocida, en particular, la figura 1 ilustra una instalación tradicional con un túnel de precalentamiento sin inyectores de gas; la figura 2 ilustra una instalación con inyectores de aire dispuestos en el túnel de precalentamiento de acuerdo con la técnica conocida; la figura 3 ilustra una instalación con una sección de calentamiento y otra de precalentamiento, con quemadores, conectadas por una sección de aspiración/evacuación de los humos.
En las figuras, 1 indica en su conjunto una instalación de alimentación continua de una carga metálica de chatarra 11 a un Horno de Arco Eléctrico (HAE) 12 en el que está presente un baño de metal fundido en estado líquido.
En estas configuraciones, el flujo 17 de humos procedentes del horno 12 sigue una trayectoria sustancialmente lineal, que tiende a alinearse con las paredes del túnel de precalentamiento, alejándose así de la carga 11 metálica. También en la configuración de la figura 2, con los inyectores de aire 19 de combustión, el flujo 17 no sufre desviaciones significativas, ya que el aire de combustión introducido por los inyectores 10 es normalmente muy limitado, debido a las infiltraciones de aire 18 frío que están presentes en la interfaz entre el horno 12 y el túnel y que casi siempre son suficientes para completar la combustión de los humos 17 procedentes del horno 12.
Una instalación 1 de este tipo se describe, por ejemplo, en la patente US 5,183,143.
La instalación 1 comprende al menos un transportador 13 horizontal apto para desplazar de forma continua la carga metálica de chatarra 11 hacia el horno eléctrico de fusión EAF 12, definiendo la respectiva línea de alimentación horizontal continua de la carga 11 hacia una zona de carga IV del propio horno 12.
Como puede verse claramente en los dibujos, el transportador 13 horizontal forma la base de un túnel 16 de precalentamiento de la carga metálica de chatarra 11.
Más concretamente, la instalación 1 se compone de una sección de precalentamiento III que introduce la carga metálica de chatarra 11 en el horno eléctrico de fusión EAF 12, de una sección de evacuación de los humos II presentes en la instalación 1, situada, teniendo en cuenta la dirección de desplazamiento de la chatarra 11, aguas arriba de dicha sección de precalentamiento III, y de una sección I que recibe la carga metálica de chatarra 11 con un sistema convencional de recepción de la chatarra 11.
El transportador 13 horizontal transporta la carga metálica de la chatarra 11 por oscilación y la transfiere desde la sección de precalentamiento III a una sección terminal móvil, denominada "vagón de conexión", que conduce la chatarra 11 al horno eléctrico de fusión EAF 12.
De acuerdo con la presente invención, en el capó del túnel de la sección de precalentamiento III (túnel 16 de precalentamiento) hay toberas para la inyección de gas 15.
En particular, se trata de boquillas para la inyección a alta velocidad de gas 15.
Dichas toberas 15 se distribuyen de manera que se obtenga un movimiento turbulento en el interior del túnel 16 de precalentamiento para mejorar el intercambio de calor entre los gases 17 de escape y la carga metálica de chatarra 11.
Como se ilustra en las figuras 9a y 9b, las toberas 15 situadas en la campana del túnel 16 de la sección de precalentamiento III aumentan la turbulencia de los gases 17 de escape, lo que permite obtener lo siguiente:
- una mayor velocidad de mezcla de los gases reaccionantes y su combustión;
- mejores condiciones para completar la combustión de CO, H<2>y otros gases y posibles partículas carbonosas procedentes del horno eléctrico de fusión EAF 12;
- una distribución mejorada y más uniforme de la temperatura en el interior del túnel 16 de precalentamiento, - un mejor intercambio térmico entre los gases de combustión y la carga 11 metálica en el transportador 13 horizontal dentro del túnel 16 de precalentamiento.
En las instalaciones de la técnica conocida desprovistas de dichas toberas o "turbuladores fluidodinámicos" 15, el aire que entra en la instalación a través de las porciones de conexión lo hace de forma incontrolada, y con una turbulencia y vorticidad limitadas, sin mezclarse adecuadamente con los gases (figuras 4a, 4b y 4c), y provocando por tanto una combustión lenta y a menudo incompleta en el interior del túnel 16 de precalentamiento.
Por el contrario, gracias a la presencia de los "turbuladores fluidodinámicos" 15 en el interior del túnel 16 de precalentamiento, se obtiene una mayor mezcla de los gases junto con una mayor intensidad de la llama, lo que también contribuye a limitar el enfriamiento debido a la entrada de aire procedente del exterior de la instalación, en particular en el túnel 16 de precalentamiento.
Como se ilustra en las figuras 7 y 9a, 9b, la disposición de las toberas o "turbuladores fluidodinámicos" 15 permite concentrar la parte del campo de movimiento denominada "flujo hacia abajo" en la porción central del transportador 13 horizontal, donde se obtiene por tanto el máximo intercambio térmico entre la carga 11 metálica y los gases/humos 17 presentes en el túnel 16 de precalentamiento.
Para obtener la configuración de movimiento giratorio mencionada, las toberas 15, y por tanto los chorros, se distribuyen transversalmente en la campana del túnel 16 de precalentamiento de forma no uniforme con una mayor concentración en la parte superior de la campana del túnel 16.
La disposición de los chorros de gas es, por tanto, tal que se obtiene una estructura de torbellino bien definida (figuras 9a, 9b) en el interior del túnel 16 de precalentamiento, caracterizada por:
- una zona de flujo descendente en la zona central, inmediatamente aguas abajo de la sección en la que están presentes las toberas 15, con el fin de aumentar el intercambio de calor con la carga metálica de chatarra 11 en esta zona,
- zonas ascendentes en los laterales, para limitar el intercambio de calor con las paredes del túnel 16 de precalentamiento y del transportador 13 horizontal.
Esta estructura arremolinada de los gases en el túnel 16 de precalentamiento se denomina comúnmente "vórtice en herradura" y se obtiene, de acuerdo con una realización de la presente invención, disponiendo las toberas 15, y por tanto los chorros, sobre aproximadamente 2/3 de la sección transversal del túnel 16 de precalentamiento, dejando libres las dos paredes laterales, próximas a las paredes laterales de la campana de dicho túnel 16.
La disposición de las toberas en la campana del túnel 16 de precalentamiento puede variar en función de los problemas específicos de la instalación (véase, por ejemplo, la solución de la realización mostrada en la figura 8), manteniendo de todos modos el requisito de que los chorros de alta velocidad intercepten siempre la porción central del flujo de gases 17 de escape, dejando libres las porciones laterales y favoreciendo así el establecimiento de una circulación ascendente de los gases y la formación de un movimiento de remolino en herradura en el flujo de arrastre.
Los chorros de alta velocidad que actúan como "turbuladores fluidodinámicos" no están uniformemente distribuidos longitudinalmente en la campana del túnel 16 de precalentamiento, sino de acuerdo con "secciones de inyección" adecuadamente espaciadas entre sí, a fin de evitar fenómenos de interferencia fluidodinámica; la distancia entre dos secciones de inyección adyacentes debe ser de 4-6 metros en función de la velocidad de los gases que atraviesan el túnel de precalentamiento. El espacio entre dos secciones de inyección adyacentes es necesario para permitir que la llama de alta intensidad producida por la sección aguas arriba tenga tiempo de desarrollarse antes de ser empujada hacia la carga por la sección de inyección inmediatamente aguas abajo.
A fin de aprovechar al máximo la longitud del túnel 16 de precalentamiento para mejorar la recuperación de calor y completar la combustión del CO y el H<2>y los posibles contaminantes de los gases de proceso, la primera sección de inyección se sitúa lo más cerca posible del horno eléctrico de fusión EAF 12.
El primer grupo de chorros rápidos de gas se sitúa en las proximidades del horno eléctrico de fusión 12, a una distancia de 7-10 metros del mismo.
La invención proporciona chorros de gas con velocidades y/o caudales que aumentan entre las subsiguientes "secciones de inyección de gas". El número de secciones de inyección varía de dos a cuatro, en función de la cantidad de gas combustible producido por el proceso de fusión considerado.
Como se ilustra en la figura 11, partiendo del horno eléctrico de fusión EAF 12 y siguiendo el flujo de gases hacia la instalación de aspiración de humos (flujo de gases opuesto a la dirección de movimiento de la carga 11 metálica), la pluralidad de toberas 15 que forman la primera sección de inyección puede situarse por encima del carro de conexión (primera campana refrigerada por agua), mientras que las toberas 15 que forman las demás secciones de inyección pueden disponerse al principio de cada segmento de la sección refractaria del túnel 16 de precalentamiento (campana revestida de refractario).
En el ejemplo, se utilizan tres secciones de inyección, cada una compuesta por cuatro boquillas 15.
El gas inyectado es generalmente aire, pero también puede adoptarse otro gas y el gas utilizado también puede precalentarse.
En cada sección puede haber medios de control de las condiciones de funcionamiento de las toberas 15.
Los chorros liberados por las toberas 15 son pequeños y rápidos, ya que deben ser capaces de proporcionar tanto una acción de mezcla como de desviación sobre la corriente de gas que pasa por el túnel 16 de precalentamiento, permitiendo el movimiento de "flujo hacia abajo" de los gases 17 calientes hacia la carga 11 metálica, con una velocidad suficiente para penetrar en los intersticios del material (el llamado efecto "impingement", visible en la figura 5, donde el flujo de gases 17 calientes es empujado hacia abajo, hacia la carga 11 metálica), mejorando así el intercambio térmico convectivo.
Este efecto se obtiene evaluando las condiciones de caudal y velocidad de los flujos de gases que intervienen en el proceso en cuestión: definiendo el impulso de una corriente de fluido como el producto entre el caudal másico y la velocidad de la propia corriente, cada chorro individual se diseñará de forma que el conjunto de chorros tenga un impulso similar al impulso de la corriente principal de humos que pasa por el túnel 16 desde el horno 12 hasta la instalación de aspiración.
Por lo tanto, la condición de diseño es la siguiente:
En donde:
Wgas = caudal másico de los humos en el túnel (16) en una sección de inyección determinada [kg/s]
Wchorro = caudal másico del chorro único en la misma sección de inyección [kg/s]
Vgas = velocidad de los humos en el túnel en correspondencia con la misma sección de inyección [m/s]
Vchorro = velocidad del chorro único [m/s]
Nchorros = número de chorros en la sección de inyección dada [#]
A título puramente ilustrativo, en la aplicación descrita, considerando la inyección de aire a temperatura ambiente, esta condición se obtiene normalmente con chorros que tienen un caudal de aproximadamente 1,000 Nm3/h y una velocidad de descarga que oscila de 85 a 105 m/s.
Dentro de la solución técnica propuesta, debido al gas inyectado, se produce un aumento progresivo del caudal de gas que atraviesa el túnel 16 de precalentamiento, por lo que puede ser necesario considerar chorros de mayor impulso para las secciones de inyección situadas más alejadas del horno 12.
A continuación del flujo de gases que salen del horno 12 de fusión y entran en el túnel 16 de precalentamiento, las primeras secciones de inyección están diseñadas para utilizar caudales y velocidades inferiores a los de las secciones de inyección siguientes, debido al aumento general del caudal del gas que pasa por el túnel de precalentamiento.
Cada sección de inyección puede gestionarse, controlarse y regularse independientemente de las demás, en función del estado del proceso y de las características de la carga 11 presente en el túnel 16 de precalentamiento y de los gases 17 que salen del horno.
En la realización más sencilla, las toberas 15 son todas iguales y están dispuestas en la parte superior del túnel 16 de precalentamiento y su número depende básicamente de la anchura del propio túnel 16 de precalentamiento, considerando una disponibilidad de aproximadamente 2/3 de la porción central (donde debe establecerse la zona de "flujo hacia abajo") con una distancia entre cada tobera de aproximadamente 450-500 mm. Para obtener un efecto de impacto eficaz, la parte superior del túnel 16 de precalentamiento debe situarse a una distancia de aproximadamente 800-1,200 mm de la carga presente en el transportador (si la presente invención se aplica a una instalación existente, esto puede requerir un rediseño del túnel de precalentamiento). En caso de configuraciones particulares del túnel 16 de precalentamiento, por ejemplo, en presencia de limitaciones de la instalación que no permitan que las toberas 15 permanezcan a la misma distancia unas de otras, puede utilizarse una disposición y un dimensionamiento diferentes de los chorros para obtener un efecto fluidodinámico equivalente.
A diferencia de las instalaciones y procesos conocidos en los que la inyección de aire está vinculada al control del proceso de combustión desde un punto de vista estequiométrico, en la presente invención los chorros de aire u otro gas se utilizan principalmente para obtener determinadas condiciones de turbulencia en el interior del túnel 16 de precalentamiento.
Incluso en el caso más común de utilización de chorros de aire, la capacidad global de inyección del sistema descrito es casi siempre inferior al caudal de aire necesario para completar la combustión de los gases 17 de proceso procedentes del horno 12, ya que el objetivo primordial del sistema descrito es estabilizar la turbulencia; el control del suministro de aire de combustión de los gases de proceso en el interior del túnel 16 de precalentamiento se delega básicamente a la modulación de la depresión de aspiración y de la anchura del hueco entre la entrada del túnel de precalentamiento y el horno (que nunca puede eliminarse completamente desde el punto de vista de la ingeniería de la instalación). De este modo, la inyección de aire como generador de turbulencias se desacopla significativamente del suministro de aire ambiente para completar la combustión de los gases de proceso.
El objetivo final de la presente invención es aumentar la intensidad de combustión de los gases de proceso procedentes del horno y el intercambio de calor entre éstos y la carga, aumentando así la eficiencia energética global del proceso de fusión.
La mejora de la mezcla y combustión de los gases de proceso liberados por el horno conseguida con la presente invención permite obtener una mejor destrucción térmica de las sustancias contaminantes (y precursores relacionados) presentes en el mismo.
La presente invención también puede aplicarse a instalaciones como las descritas, por ejemplo, en el documento WO2012007105 provistas de un túnel de precalentamiento y un túnel de calentamiento de la carga metálica de chatarra.
Gracias a la presente invención, el calentamiento de la carga de chatarra tiene lugar a través de una turbulencia creada en el túnel 16 de precalentamiento, a diferencia de lo que ocurre en las instalaciones conocidas en las que la introducción de aire se realiza en función únicamente de las necesidades del proceso de combustión química, sin ningún vínculo con el control del campo de movimiento en el interior del túnel de precalentamiento.
Gracias a la presente invención, también puede evitarse el uso de deflectores en el interior del túnel 16 de precalentamiento. Estos deflectores presentan desventajas ya que provocan una importante caída de presión en la aspiración de los humos, requieren refrigeración y frecuentes operaciones de mantenimiento ya que funcionan dentro de un flujo de gases muy calientes y polvorientos (esto no sólo representa una complicación de la instalación y un riesgo potencial de fugas, sino que también provoca una pérdida inútil de energía térmica por parte de los gases), son difíciles de regular y gestionar desde un punto de vista práctico ya que no es fácil modificar el ángulo de incidencia y, por último, su efecto es limitado cuando la velocidad y, por tanto, los caudales a tratar son bajos.
Por lo tanto, se han alcanzado los objetivos de la invención mencionados en el preámbulo de la descripción.
El alcance de protección de la presente invención se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES 1. Un proceso de precalentamiento de una carga (11) metálica alimentada en continuo a un horno (12) eléctrico de fusión a través de un túnel (16) de precalentamiento provisto de un transportador (13) horizontal, en el que dicha carga (11) metálica es golpeada, en contracorriente por los humos o gases (17) de escape que salen de dicho horno (12) eléctrico de fusión y por chorros de gas eyectados a través de una pluralidad de toberas (15) situadas en la campana de dicho túnel (16) provisto de paredes laterales y dicha campana, caracterizadas porque dichas toberas (15) están dispuestas en grupos intercalados entre sí en dirección longitudinal respecto al túnel, e inyectan chorros de gas que pueden penetrar en la corriente (17) principal de gas que atraviesa el túnel (16) de precalentamiento, y dichas toberas (15) generan simultáneamente una estructura de "vórtice de herradura", consistente en un flujo de gas central descendente y flujos ascendentes próximos a las paredes laterales del túnel (16) de precalentamiento que permiten la necesaria circulación de los gases y caracterizado además porque los chorros de gas liberados por dichas toberas (15) se distribuyen transversalmente sobre la campana del túnel (16) de precalentamiento de forma no uniforme, con una mayor concentración en la parte superior de la campana de dicho túnel (16).
  2. 2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los chorros de gas liberados por dichas toberas (15) se distribuyen en aproximadamente 2/3 de la sección transversal del túnel (16) de precalentamiento, dejando libre al menos una parte de las paredes laterales de la campana de dicho túnel (16).
  3. 3. El proceso de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los chorros de gas están distribuidos de forma no uniforme longitudinalmente a lo largo de dicho túnel (16) de precalentamiento, por lo que dichas toberas (15) están dispuestas en tramos, denominados "tramos de inyección de gas", espaciados con tramos longitudinales de túnel (16) sin dichas toberas (15) para evitar fenómenos de interferencia.
  4. 4. El proceso de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el primer grupo de chorros de gas se proporciona cerca del horno (12) eléctrico de fusión, a una distancia de 7-10 metros del mismo.
  5. 5. El proceso de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los chorros de gas están diseñados para que la velocidad y/o el caudal aumenten entre las subsiguientes "secciones de inyección de gas".
  6. 6. El procedimiento de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el chorro único de una tobera (15) está dimensionado de tal manera que el conjunto de chorros tiene un impulso similar al impulso de la corriente principal de los humos que están pasando a lo largo del túnel (16) de precalentamiento de acuerdo con la siguiente condición de dimensionamiento:
    En donde: Wgas = caudal másico de los humos en el túnel (16) en una sección de inyección determinada [kg/s] Wchorro = caudal másico del chorro único en la misma sección de inyección [kg/s] Vgas = velocidad de los humos en el túnel (16) en correspondencia con la misma sección de inyección [m/s] Vchorro = velocidad del chorro único [m/s] Nchorros = número de chorros en la sección de inyección dada.
  7. 7. Un instalación para la realización de un proceso de precalentamiento de una carga (11) metálica alimentada en continuo a un horno (12) eléctrico de fusión a través de un túnel (16) de precalentamiento provisto de un transportador (13) horizontal, en el que dicha carga (11) metálica es golpeada, en contracorriente por los humos o gases de escape que salen de dicho horno (12) eléctrico de fusión y por chorros de gas eyectados a través de una pluralidad de toberas (15) colocadas en la campana de dicho túnel (16) provisto de paredes laterales y dicha campana, caracterizado porque en la campana de dicho túnel (16) de precalentamiento hay al menos dos grupos de toberas (15) intercaladas entre sí en dirección longitudinal respecto al túnel, e inyectan chorros de gas que pueden penetrar en la corriente (17) principal de gas que atraviesa el túnel (16) de precalentamiento, y dichas toberas (15) generan simultáneamente una estructura de "vórtice de herradura", consistente en un flujo de gas central descendente, y flujos ascendentes próximos a las paredes laterales del túnel (16) de precalentamiento que permiten la necesaria circulación de los gases y caracterizado además porque dichas toberas (15) se distribuyen transversal y no uniformemente sobre la campana del túnel (16) de precalentamiento, con una mayor concentración en la parte superior de la campana de dicho túnel (16).
  8. 8. La instalación de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada porque dichas boquillas (15) están distribuidas en aproximadamente 2/3 de la sección transversal del túnel (16) de precalentamiento, dejando libre al menos parte de las paredes laterales de la campana de dicho túnel (16).
  9. 9. La instalación de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores de 7 a 8, caracterizada porque dichas toberas (15) están distribuidas longitudinalmente y de forma no uniforme en la campana del túnel (16) de precalentamiento, por lo que dichas toberas (15) están dispuestas en tramos a lo largo de dicho túnel (16) de precalentamiento, denominados "tramos de inyección de gas", espaciados con tramos longitudinales de túnel (16) sin dichas toberas (15) para evitar fenómenos de interferencia.
  10. 10. La instalación de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizada porque hay de 2 a 4 de dichas "secciones de inyección de gas" espaciadas unos 4-6 metros entre sí en una dirección longitudinal con respecto al túnel.
  11. 11. La instalación de acuerdo con la reivindicación 9 o 10, caracterizada porque la primera "sección de inyección de gas" está situada cerca del horno (12) eléctrico de fusión, a una distancia de 7-10 metros del mismo.
  12. 12. La instalación de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores de 9 a 11, caracterizada porque a lo largo del túnel (16) de precalentamiento hay tres "secciones de inyección de gas", con cuatro toberas (15) por sección.
  13. 13. La instalación de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores de 8 a 11, caracterizada porque las toberas (15) están diseñadas para una velocidad y/o un caudal que aumentan entre las "secciones de inyección de gas" subsiguientes.
  14. 14. La instalación de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las toberas (15) son todas iguales y están dispuestas en la parte superior del túnel de precalentamiento (16) en un número que depende de la anchura del propio (16) túnel de precalentamiento, con una distancia de aproximadamente 450-500 mm entre cada tobera.
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