ES2914380T3

ES2914380T3 - Caja de descarga de un horno de fabricación de acero y sistema de horno de fabricación de acero que comprende la caja de descarga

Info

Publication number: ES2914380T3
Application number: ES18817174T
Authority: ES
Inventors: Richard Manasek
Original assignee: Amerifab Inc
Current assignee: Amerifab Inc
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2022-06-10
Anticipated expiration: 2038-06-13
Also published as: CA3067027A1; JP7042850B2; US20180363984A1; BR112019026115A2; JP2020524250A; EP3638969A1; US12181221B2; EP3638969B1; US11365936B2; PT3638969T; US20220364792A1; EP4047294B1; DK3638969T3; EP3638969A4; CN110914621A; BR112019026115B1; WO2018231895A1; ES2968219T3; PT4047294T; EP4047294A1

Abstract

Una caja de descarga (300) de un sistema de horno de fabricación de acero, que comprende: una estructura de soporte (302) que comprende un armazón que define un interior de la caja de descarga; una línea de suministro (310) para suministrar un líquido refrigerante desde un depósito; una línea de retorno (312) acoplada de manera fluida a la línea de suministro y al depósito; y una pluralidad de paneles (308) que comprende tuberías sinuosas que tienen una entrada y una salida, la entrada que se acopla de manera fluida a la línea de suministro (310) y la salida que se acopla de manera fluida a la línea de retorno (312); en donde el armazón comprende una pluralidad de miembros de soporte (706, 710) separados entre sí, donde cada uno de la pluralidad de miembros de soporte (706, 710) define una ranura; en donde cada uno de la pluralidad de paneles (308) se recibe de manera desmontable y deslizante con la ranura para acoplarse al armazón; caracterizado porque la estructura de soporte (302) comprende una columna de anclaje (402) y un panel protector (508), el panel protector (508) dispuesto en un lado interior de la columna de anclaje (402); y en donde cada uno de la pluralidad de paneles (308) se dispone entre la columna de anclaje (402) y el panel protector (508).

Description

DESCRIPCIÓN

Caja de descarga de un horno de fabricación de acero y sistema de horno de fabricación de acero que comprende la caja de descarga

Solicitudes relacionadas

Campo de la descripción

La presente descripción se refiere a un horno y, en particular, a un horno de arco eléctrico que tiene una pluralidad de paneles enfriados por agua.

Antecedentes de la invención

En general, existen varios métodos para diseñar y fabricar cubiertas superiores enfriadas por agua para hornos de arco eléctrico (EAF) y cámaras de combustión, cajas de descarga y conductos para EAF, centrales eléctricas, hornos de oxígeno básico y otros tipos de hornos, estufas y plantas de proceso. Debido al calor generado dentro de un horno, por ejemplo, es necesario proporcionar un medio de enfriamiento para controlar la generación de calor. Además, los conductos o recintos convencionales pueden incluir equipos diseñados como una estructura monolítica fabricada con tubería o placa que tenga todas las tuberías de suministro y retorno unidas a las paredes exteriores del equipo. En este diseño, todo el dispositivo debe retirarse en caso de daños incidentales.

El documento de la técnica anterior EP2167896 se refiere a dispositivos de intercambio de calor, y más específicamente a dispositivos de intercambio de calor para su uso en el procesamiento de metales. Tal dispositivo de intercambio de calor, por ejemplo, puede usarse en un horno metalúrgico y/o cualquiera de sus componentes de soporte, así como también en otras industrias, tales como por ejemplo, las industrias energética y química.

El documento de la técnica anterior US2016116214 se refiere a un panel de enfriamiento multicapa para un horno industrial tal como un horno de arco eléctrico y al propio horno.

En casi todos los casos, este equipo se instala en áreas de difícil acceso dentro de un edificio de una instalación de fabricación o es un equipo de proceso de planta completamente integrado. El lado de trabajo del elemento enfriado por agua interior de estos dispositivos tiene una vida útil limitada y solo se puede acceder desde el interior del equipo. Debido a la vida útil limitada de los elementos interiores enfriados por agua, la reparación y el reemplazo de porciones dañadas del equipo requieren un tiempo de inactividad programado o no programado para implementar o requieren que se retire todo el dispositivo del proceso o edificio y se reemplace. Retirar o reemplazar el equipo puede ser costoso desde una perspectiva de mano de obra, equipo y material.

Otro costo significativo asociado con el diseño de este equipo es que el tiempo de retiro y reinstalación puede requerir varios días o incluso semanas de inactividad de la planta. Esto da como resultado una pérdida significativa de valioso tiempo de producción. En las modernas plantas de procesamiento y otras instalaciones de fabricación de hoy en día, es imperativo que el proceso y el tiempo de actividad del equipo se mantengan al más alto nivel posible con poco o ningún tiempo de inactividad, ya sea "planificado" o "no planificado". Las pérdidas de ganancias finales pueden ser sustanciales con cualquier tiempo de inactividad.

Resumen

En un aspecto no reivindicado de esta descripción, en la presente descripción se describe una estructura de soporte permanente que toma el lugar de una estructura de soporte convencional que se reemplaza con cada reemplazo de elemento enfriado por agua. La estructura de soporte permanente puede proporcionar un ahorro en el costo de reemplazo ya que los únicos reemplazos requeridos después de la instalación inicial son los elementos internos enfriados por agua.

En otro aspecto, esta descripción proporciona elementos enfriados por agua que pueden ser reversibles, lo que aumenta y, en algunos casos, duplica su vida útil.

Además, los elementos enfriados por agua se pueden proporcionar en un diseño de "casete" para una inserción simple en la estructura de soporte permanente.

En otro aspecto no reivindicado de esta descripción, los elementos pequeños enfriados por agua con diseño de "casete" pueden fabricarse con diferentes materiales para abordar las necesidades operativas de su ubicación dentro de la estructura de soporte.

En efecto, las modalidades de la presente descripción pueden aumentar la vida operativa de todo el sistema y reducir el mantenimiento del mismo, lo que aumenta de esta manera los niveles de productividad y rendimiento y conduce a mayores beneficios. Además, los paneles de casete descritos en la presente descripción pueden fabricarse en cualquier tipo que se desee, que incluye una pluralidad de diseños de tubería/tubo o placa, cualquier material tal como acero, aleación, fundición, materiales extruidos y cualquier estilo tal como agua a presión, enfriamiento por pulverización, etc.

En una modalidad de la presente descripción, una caja de descarga de un sistema de horno de fabricación de acero incluye una estructura de soporte que comprende un armazón que define un interior de la caja de descarga; una línea de suministro para suministrar un líquido refrigerante desde un depósito; una línea de retorno acoplada de manera fluida a la línea de suministro y al depósito; y una pluralidad de paneles que comprenden tuberías sinuosas que tienen una entrada y una salida, la entrada que se acopla de manera fluida a la línea de suministro y la salida que se acopla de manera fluida a la línea de retorno; en donde el armazón comprende una pluralidad de miembros de soporte separados entre sí, donde cada uno de la pluralidad de miembros de soporte define una ranura; en donde cada uno de la pluralidad de paneles se recibe de manera desmontable y deslizante con la ranura para acoplarse al armazón, caracterizado porque la estructura de soporte comprende una columna de anclaje y un panel protector, el panel protector dispuesto en un lado interior de la columna de anclaje; y en donde que cada uno de la pluralidad de paneles se dispone entre la columna de anclaje y el panel protector.

En un ejemplo de esta modalidad, una primera manguera flexible acopla la línea de suministro a la entrada y una segunda manguera flexible acoplar la línea de retorno a la salida. En un segundo ejemplo, un colector de suministro se acopla de manera fluida a la línea de suministro e incluye una pluralidad de orificios, donde cada uno de la pluralidad de orificios se acopla de manera fluida a una entrada de la pluralidad de paneles; y un colector de retorno se acopla de manera fluida a la línea de retorno y comprende una pluralidad de orificios, donde cada uno de la pluralidad de orificios se acopla de manera fluida a una salida de la pluralidad de paneles. En un tercer ejemplo, el colector de suministro se dispone a lo largo de una porción superior de la pluralidad de paneles y se acopla al armazón; y el colector de retorno se dispone a lo largo de una porción inferior de la pluralidad de paneles y se acopla al armazón.

En un cuarto ejemplo, la entrada de cada uno de la pluralidad de paneles se ubica en la porción superior de la pluralidad de paneles y la salida de cada uno de la pluralidad de paneles se ubica en la parte inferior de la pluralidad de paneles. En un quinto ejemplo, el colector de suministro se dispone a lo largo de una porción inferior de la pluralidad de paneles y se acopla al armazón; y el colector de retorno se dispone a lo largo de una porción superior de la pluralidad de paneles y se acopla al armazón. En un sexto ejemplo, la entrada de cada uno de la pluralidad de paneles se ubica en la porción inferior de la pluralidad de paneles y la salida de cada uno de la pluralidad de paneles se ubica en la porción superior de la pluralidad de paneles.

En un séptimo ejemplo, el colector de suministro se dispone a lo largo de una primera porción lateral de la pluralidad de paneles y se acopla al armazón; y el colector de retorno se dispone a lo largo de una segunda porción lateral de la pluralidad de paneles y se acopla al armazón, la primera porción lateral que es opuesta a la segunda porción lateral. En un octavo ejemplo, la entrada de cada uno de la pluralidad de paneles se ubica en la primera porción lateral del mismo y la salida de cada uno de la pluralidad de paneles se ubica en la segunda porción. En un noveno ejemplo, una válvula se acopla de manera fluida a cada entrada de la pluralidad de paneles, la válvula configurada para controlar el suministro de líquido refrigerante a cada panel.

En otro ejemplo, la pluralidad de paneles comprende una primera cara y una segunda cara que se orienta opuesta a la primera cara, la pluralidad de paneles que es reversible de manera que la primera cara o la segunda cara puede disponerse para enfrentarse hacia el interior de la caja de descarga. En aún otro ejemplo, la pluralidad de paneles comprende un primer extremo y un segundo extremo ubicado opuesto al primer extremo, con la pluralidad de paneles que se dispone dentro de la ranura de manera que el primer extremo o el segundo extremo se coloque en la parte superior de la caja de descarga.

En otra modalidad de la presente descripción, un recinto de un sistema de horno de fabricación de acero como se describe en la reivindicación 13 adjunta.

En un ejemplo de las siguientes modalidades no reivindicadas, el vástago define un eje de pivote alrededor del cual al menos un panel se acopla de manera giratoria al primer y al segundo miembro de soporte. En un segundo ejemplo, al menos un panel comprende una primera cara y una segunda cara, con al menos un panel que se acopla al primer y al segundo elemento de soporte de manera que la primera o la segunda cara se oriente hacia el interior. En un tercer ejemplo, al menos un panel puede girar alrededor del eje de pivote de manera que la primera cara se coloca hacia el interior durante un primer período de tiempo, y al menos un panel se hace girar después del primer período de tiempo de manera que la segunda cara se coloca hacia el interior. En un cuarto ejemplo, la tubería sinuosa comprende un primer circuito de tubería sinuosa y un segundo circuito de tubería sinuosa; el primer circuito de tubería sinuosa que incluye una primera entrada y una primera salida; el segundo circuito de tubería sinuosa que incluye una segunda entrada y una segunda salida; y la primera y la segunda entrada se acoplan de manera fluida a la entrada del vástago y la línea de suministro, y primera y la segunda salida se acoplan de manera fluida a la salida del vástago y la línea de retorno.

En otra modalidad no reivindicada de la presente descripción, un sistema de horno de fabricación de acero incluye un horno que comprende una solera, una cubierta superior que tiene uno o más paneles de enfriamiento y una estructura de techo desmontable para cubrir un extremo superior de la cubierta superior; un sistema de escape dispuesto en comunicación de fluidos con el horno, el sistema de escape configurado para transferir humos y gases calientes desde el horno a una cámara de escape; y una caja de descarga ubicada debajo de la cámara de escape y que define un recinto para recibir restos y otras partículas de los humos y gases calientes, la caja de descarga que incluye una estructura de armazón que define un interior del recinto; una línea de suministro para suministrar un líquido refrigerante desde un depósito; una línea de retorno acoplada de manera fluida a la línea de suministro y al depósito; y una pluralidad de paneles acoplados de manera desmontable a la estructura de armazón y que comprenden tuberías sinuosas que tienen una entrada y una salida, con la entrada que se acopla de manera fluida a la línea de suministro y la salida que se acopla de manera fluida a la línea de retorno; en donde, el armazón comprende una pluralidad de miembros de soporte separados entre sí, donde cada uno de la pluralidad de miembros de soporte define una ranura para recibir uno de la pluralidad de paneles, de manera que cada panel de la pluralidad de paneles se dispone de manera desmontable con la ranura; en donde, la pluralidad de paneles comprende un primer extremo, un segundo extremo, una primera cara y una segunda cara, con cada uno de la pluralidad de paneles que es reversible de manera que el panel se acopla al armazón con la primera cara o la segunda cara orientada hacia el interior del recinto; en donde, además, cada uno de la pluralidad de paneles puede disponerse dentro de la ranura de manera que el primer extremo o el segundo extremo se coloca más cerca de la cámara de escape.

Breve descripción de los dibujos

Los aspectos antes mencionados de la presente descripción y la manera de obtenerlos se harán más evidentes y la descripción misma será mejor entendida mediante referencia a la siguiente descripción de las modalidades de la descripción tomada junto con los dibujos acompañantes, en donde:

La Figura 1 es una vista esquemática de un horno de arco eléctrico de doble cubierta con un sistema de caja de descarga;

La Figura 2 es una vista esquemática frontal de la caja de descarga de la Figura 1 que incluye una estructura de panel grande enfriada por líquido;

La Figura 3 es una vista esquemática de una estructura independiente con una pluralidad de paneles modulares enfriados por líquido;

La Figura 4 es una vista esquemática superior de un proceso de carga de un elemento enfriado por líquido desde un lado frío de una estructura de panel modular;

La Figura 5 es una primera vista esquemática de un panel modular instalado entre un par de tubos colectores redondos;

La Figura 6 es una segunda vista esquemática de un panel modular instalado entre un par de tubos colectores redondos;

La Figura 7A es una vista en perspectiva parcial de una primera modalidad de paneles modulares ensamblados con una estructura independiente de un recinto;

La Figura 7B es una vista superior de los paneles modulares de la Figura 7A;

La Figura 8A es una vista en perspectiva parcial de una segunda modalidad de paneles modulares ensamblados con una estructura independiente de un recinto;

La Figura 8B es una segunda vista en perspectiva parcial de la segunda modalidad de la Figura 8A;

La Figura 9A es una vista en perspectiva parcial de una tercera modalidad de paneles modulares ensamblados con una estructura independiente de un recinto;

La Figura 9B es una vista superior de los paneles modulares de la Figura 9A;

La Figura 10A es una vista en perspectiva parcial de una cuarta modalidad de paneles modulares ensamblados con una estructura independiente de un recinto;

La Figura 10B es una segunda vista en perspectiva parcial de la cuarta modalidad de la Figura 10A;

La Figura 11 es un esquema de un panel modular de la cuarta modalidad de la Figura 10A;

La Figura 12 es un esquema en sección transversal de un horno de fabricación de acero;

La Figura 13A es un esquema de una caja de descarga de un horno de arco eléctrico que tiene una pluralidad de paneles modulares;

La Figura 13B es un esquema de la caja de descarga de la Figura 13A con un panel modular en su orientación sustancialmente vertical; y

La Figura 13C es un esquema de la caja de descarga de la Figura 13A con el panel modular en su orientación sustancialmente horizontal.

Los números de referencia correspondientes se usan para indicar partes correspondientes a través de las diversas vistas.

Descripción detallada

Las modalidades de la presente descripción descritas en la presente descripción no pretenden ser exhaustivas ni limitar la descripción a las formas precisas descritas en la siguiente descripción detallada. Más bien, las modalidades se eligen y describen de manera que otros expertos en la técnica aprecien y entiendan los principios y prácticas de la presente descripción.

La presente descripción se refiere a un horno de arco eléctrico, pero es aplicable a varios equipos e industrias. Además, la presente descripción se refiere a un método para mejorar el diseño, la fabricación, el funcionamiento, el mantenimiento y la longevidad de los equipos. Además, la presente descripción proporciona una mejora en la disponibilidad en línea del equipo de proceso.

En la Figura 1 de la presente descripción se muestra un ejemplo de una cubierta superior de EAF, donde el EAF se muestra como un horno de doble cubierta o dual 100 que tiene un primer sistema de horno 102 y un segundo sistema de horno 104. Aunque no se muestra, ambos sistemas de horno pueden compartir un solo sistema eléctrico o de energía que incluye uno o más electrodos. Se muestra el primer sistema de horno 102 que incluye una estructura de techo superior 106, una cubierta superior 108 formada por un armazón y paneles enfriados por líquido, y una primera solera 110. Puede usarse un primer sistema de plataforma 136 para acceder al primer sistema de horno 102 para realizar mantenimiento y reparaciones. De manera similar, el segundo sistema de horno 104 puede incluir una segunda estructura de techo 114, una segunda cubierta superior 116 y una segunda solera 118. Puede usarse un segundo sistema de plataforma 138 para acceder al segundo sistema de horno 104 para realizar el mantenimiento y las reparaciones. Un primer conjunto de colada 112 puede estar asociado con el primer sistema de horno 102 como se conoce comúnmente en la industria, y un segundo conjunto de colada 120 puede estar asociado con el segundo sistema de horno 104.

En la modalidad de la Figura 1, la primera y la segunda cubierta superior convencionales del EAF 108, 116 pueden denominarse comúnmente como una estructura fabricada a partir de una placa, tubería de gran diámetro y la combinación de placa y tubería que soporta paneles enfriados por agua que están suspendidos en el diámetro interior del anillo superior de la cubierta superior. Los paneles de pared lateral enfriados por agua pueden suspenderse mediante el uso de un reborde de la placa superior, rebordes interconectados, barras en T, pasadores o soportes (no mostrados) en la cara fría exterior de los paneles, todos los cuales se unen a los respectivos soportes en la cubierta superior. Una desventaja de este diseño es la dificultad para retirar y reemplazar los paneles de pared lateral cuando se experimenta un daño o tiempo de inactividad no programado. A menudo, las reparaciones de estos paneles de pared lateral requieren que el personal acceda a los paneles desde el interior de la cubierta superior, lo que da como resultado un tiempo de inactividad significativo y una pérdida de productividad.

Volviendo a la Figura 1, los humos y los gases calientes pueden salir de los respectivos sistemas de horno y del sistema de evacuación. Como se muestra, los humos pueden salir del primer sistema de horno 102 a través de un primer codo de escape 122 y entrar en una cámara de escape central 126. Igualmente, los humos y gases calientes que salen del segundo sistema de horno 104 pueden hacerlo a través de un segundo codo de escape 124 y entrar en la cámara de escape central 126. Los humos que salen de los sistemas de horno pueden fluir a alta velocidad a través de los respectivos codos, pero a medida que los humos llegan a la cámara de escape 126, el diámetro de la cámara 126 es mayor que el de cada codo, lo que da como resultado que partículas tales como polvo y otros restos más pesados se "caigan" de la corriente de gas y se recojan en un sistema de caja de descarga 128 como se muestra en la Figura 1. El sistema de caja de descarga 128 puede incluir una puerta o un par de puertas 132 para permitir que un vehículo utilitario, tractor o cargador entre y retire las partículas de polvo y otras partículas del mismo. Los humos y otros gases pueden salir de la cámara 126 y abandonar el sistema de caja de descarga 128 a través de un pasaje 134 a una cámara trasera, como se conoce en la técnica.

La cámara de combustión convencional y la caja de descarga 128 que se muestran en la Figura 1 incluyen un grupo de paneles de techo y pared enfriados por agua 130, configurados con la geometría requerida que se atornillan entre sí. En la Figura 2, el suministro de agua principal y las líneas de retorno 200, 202, respectivamente, están soldadas a cada panel 130 e interconectadas entre los paneles 130. Los paneles dañados requieren el desmontaje completo de los paneles y los sistemas colectores para su reemplazo. Igualmente, también pueden diseñarse como una estructura monolítica fabricada con tubería o placa que tiene todas las tuberías de suministro y retorno unidas a las paredes exteriores del equipo. En este diseño ilustrado, se debe retirar todo el dispositivo en caso de daño incidental. Además, el acceso para desmontar o reparar paneles dañados es desde el dentro o el interior de la cámara o caja de descarga. Por lo tanto, todo el sistema se apaga para que se lleven a cabo los trabajos de reparación o reemplazo, lo que provoca de esta manera un tiempo de inactividad significativo y una pérdida de productividad.

Aunque la presente descripción está dirigida más hacia el uso de paneles de pared y techo modulares o tipo casete enfriados por agua para una cámara de combustión, caja de descarga u otro tipo de recinto, los principios y enseñanzas de los mismos también pueden aplicarse a un EAF. Por lo tanto, se proporciona la siguiente descripción de un EAF de manera que estos principios y enseñanzas puedan aplicarse al mismo.

En un horno de arco eléctrico (EAF), una porción sobre una solera o área de fundición debe protegerse contra las altas temperaturas internas del horno. La pared, la cubierta o el techo del depósito EAF y los conductos corren un riesgo particular debido a las tensiones térmicas, químicas y mecánicas masivas causadas por la carga del acero. Tales tensiones limitan en gran medida la vida operativa del horno. El EAF generalmente se diseña y fabrica como una estructura de acero soldado que está protegida contra las altas temperaturas dentro del depósito del horno por un revestimiento refractario y paneles enfriados por agua. Los paneles de techo enfriados por agua y los paneles laterales enfriados por agua están ubicados en porciones del depósito del horno por encima del área de fusión/fundición del horno.

Además, los conductos de gases de escape del horno también constan de una pluralidad de tuberías alrededor de su circunferencia que protegen el conducto de las altas temperaturas y los gases cáusticos producidos durante el funcionamiento del horno. Los paneles y conductos enfriados por agua existentes se fabrican con varios grados y tipos de placas y tuberías. El uso de paneles enfriados por agua reduce los costos refractarios, permite a los fabricantes de acero operar cada horno para una mayor cantidad de calores y permite que los hornos operen a mayores niveles de entrada de energía y energía química. Dichos paneles están diseñados para incorporar una pluralidad de tuberías en forma de serpentina y se cuelgan en la pared interior del horno de arco eléctrico por encima de la solera, lo que forma de esta manera una superficie de refrigeración entre el interior y la pared del horno.

Es importante mantener una capa de escoria en el lado caliente de los paneles enfriados por agua para protegerlos de la degradación térmica y por formación de arco durante el funcionamiento normal del horno. Pueden usarse copas de escoria, barras de escoria, pasadores de escoria y tubería extruida especialmente diseñada con estrías en la superficie del lado caliente de la tubería para retener la escoria salpicada en la superficie del lado caliente de los paneles. La escoria se solidifica sobre las tuberías, lo que forma una barrera de aislamiento entre el material de hierro fundido y las tuberías de enfriamiento y, en consecuencia, la pared del horno.

Con referencia a la Figura 12, se ilustra una modalidad de un horno como un horno de tipo EAF 180. Si bien el EAF se describe como un ejemplo, se entiende que los principios y las enseñanzas de la presente descripción pueden aplicarse fácilmente en un horno de oxígeno básico (BOF) y similares. En la Figura 12, un EAF 180 puede incluir una cubierta de horno 112, una pluralidad de electrodos 114, un sistema de escape 116, una plataforma de trabajo 118, un mecanismo basculante 120, un cilindro basculante 122 y una cámara de gases de escape. La cubierta del horno 112 puede disponerse de manera móvil sobre el balancín basculante 120 u otro mecanismo basculante. Además, el balancín basculante 120 puede ser impulsado por el cilindro de basculante 122. El balancín basculante 120 también puede asegurarse adicionalmente sobre la plataforma de trabajo 118.

La cubierta del horno 112 puede incluir una solera cóncava 124, una pared lateral generalmente cilíndrica 126, un labio de colada 128, una puerta del labio de colada 130 y un techo circular cilíndrico general 132. El labio de colada 128 y la puerta del labio de colada 130 se ubican en un lado de la pared lateral cilíndrica 126. En la posición abierta, el labio de colada 128 puede permitir que el aire intrusivo 134 entre en el hogar 124 y queme parcialmente los gases 136 producidos por la fundición. La solera 124 está formada por un material refractario adecuado. En un extremo de la solera 124 hay una caja de vertido que tiene un medio de grifo 138 en su extremo inferior. Durante una operación de fusión, el medio de grifo 138 se cierra mediante un tapón refractario o una compuerta deslizante. A continuación, se inclina la cubierta del horno 112, se retira el tapón del medio de grifo 138 o se abre y se vierte metal fundido en un cucharón, una artesa u otro dispositivo, según se desee.

La pared interior 126 de la cubierta del horno 112 puede estar equipada con paneles enfriados por agua 140 de tubería sinuosa 150. Los paneles, en efecto, sirven como una pared interior en el horno 180. Los colectores, que suministran agua fría y un retorno, están en comunicación de fluidos con los paneles 140. Típicamente, los colectores se colocan en la periferia de manera similar a los conductos de escape 144 ilustrados.

El sistema de intercambiador de calor 110 produce una operación más eficiente y prolonga la vida útil del horno EAF 110. En una modalidad ilustrativa, los paneles 140 pueden ensamblarse de manera que la tubería sinuosa tenga una orientación generalmente horizontal. La tubería 150 puede unirse con un tramo de conexión o tener una base que se monta en la pared. Alternativamente, los paneles 140 se pueden montar de manera que la tubería sinuosa 150 tenga una orientación generalmente vertical. Los extremos superiores de los paneles 140 pueden definir un borde circular en el borde superior de la porción de la pared lateral 126 del horno 180.

El sistema de intercambiador de calor 110 puede instalarse en el techo 132 del horno 180, en donde los paneles enfriados por agua 140 tienen una curvatura que sigue sustancialmente el contorno abovedado del techo 132. El sistema de intercambiador de calor 110 puede desplegarse en el interior de la pared lateral 126 del horno 180, el techo 132 y la entrada del sistema de escape 116, así como también en todo el sistema de escape 116. Como tal, el sistema intercambiador de calor 110 puede proteger el horno y enfriar los gases residuales calientes 136 cuando se conducen a una cámara de filtros u otras instalaciones de filtrado y tratamiento de aire, donde se recoge el polvo y los gases se ventilan a la atmósfera.

Durante el funcionamiento, los gases residuales calientes 136, el polvo y los humos se eliminan de la solera 124 a través de un respiradero 146 en la cubierta del horno 112. El respiradero 146 puede estar en comunicación con un sistema de escape.

El panel 140 puede tener una pluralidad de tubos 150 dispuestos axialmente. Los codos en forma de U pueden conectar longitudes de sección adyacentes de tubería o tubos 150 entre sí para formar un sistema de tubería continuo. Los tramos de conexión y similares que sirven adicionalmente como separadores pueden estar entre tubos adyacentes 150, y proporcionan integridad estructural del panel 140 y son determinantes de la curvatura del panel 140.

El sistema de intercambio de calor o intercambiador de calor 110 puede incluir al menos un panel de la tubería sinuosa 150 que tiene una entrada (no mostrada) y una salida (no mostrada), un colector de entrada en comunicación de fluidos con la entrada de al menos un panel, un colector de salida en comunicación de fluidos con la salida de al menos un panel, y un fluido refrigerante que fluye a través de la tubería 150. El sistema intercambiador de calor 110 enfría los gases de humo calientes 136 y el polvo que se evacua del horno metalúrgico 180 y sus componentes de soporte. La tubería es un ensamble de tramos seccionales de tubos conectados montados uno al lado del otro, en donde los tubos conectados están asegurados entre sí con el tramo de conexión, lo que forma de esta manera al menos un panel 150.

Se ha determinado que una composición ilustrativa y conveniente para fabricar la tubería 150 es una aleación de aluminio y bronce. Se ha encontrado que las aleaciones de aluminio y bronce tienen una conductividad térmica superior a la esperada, resistencia al desgaste por la corriente de gases calientes (módulo de la elasticidad) y buena resistencia a la oxidación. Por lo tanto, se prolonga la vida operativa del intercambiador de calor. La corrosión y la erosión del intercambiador de calor y los componentes relacionados se reducen cuando se fabrican con bronce de aluminio. El bronce de aluminio tiene una conductividad térmica un 41 % superior a la del P22 (alrededor del 96 % Fe, 0,1 % C, 0,45 % Mn, 2,65 % Cr, 0,93 % Mo) y un 30,4 % que el acero al carbono (A106B). Los intercambiadores de calor fabricados con bronce al aluminio y sus aleaciones son más eficientes y tienen una vida operativa más prolongada que los hornos construidos con materiales refractivos u otras aleaciones metálicas.

También se ha determinado que la tubería 150 se puede extruir y que la extrusión puede ayudar a que la tubería resista la corrosión, la erosión, la presión y el esfuerzo térmico. La tubería se puede curvar o doblar para que coincida con la curvatura de una pared a la que se va a unir, si es necesario. Más típicamente, las secciones individuales de tubería se aseguran entre sí con un tramo de conexión en ángulo de manera que el panel resultante tenga una curvatura comparable a la curvatura de la pared.

Con referencia a la Figura 3, se muestra una modalidad de la presente descripción. Aquí, se ilustra una porción de un sistema de caja de descarga 300 u otro recinto que incluye una pluralidad de paneles independientes, modulares, enfriados por agua o líquido 308. Aquí, el sistema 300 puede incluir una estructura de soporte independiente 302 que forma un armazón como se muestra. La estructura de soporte independiente 302 puede fabricarse para permanecer en su lugar sin necesidad de ser reemplazada durante la vida operativa de la instalación de fabricación. La estructura de soporte 3022 está formada por una o más columnas de anclaje u otros miembros. Una columna de anclaje puede ser una viga sostenida por tirantes en el exterior de una pared, tal como la de un horno o caldera, para evitar que las áreas adyacentes de la pared sean forzadas hacia afuera.

Pueden proporcionar colectores en el sistema 300 y que permanecen en su lugar en la estructura de soporte permanente 302 de manera que solo los elementos o paneles enfriados por agua 308 se voltean o reemplazan, según sea necesario, debido al desgaste normal. La estructura puede ser un diseño enfriado por agua o un diseño de tubería/placa/viga en I sin refrigeración por agua según lo requiera la aplicación específica y la ubicación del equipo. La estructura puede incorporar la infraestructura necesaria para los colectores de suministro y retorno de agua 304, 306, respectivamente, con conexiones de agua para los elementos o paneles enfriados por agua 308 que se instalarán en el lado frío (es decir, el exterior) de la estructura, así como también, guías, ranuras o soportes para fijar los elementos enfriados por agua a la estructura. Como un resultado, la estructura 302 y su infraestructura relacionada pueden permanecer sustancialmente fijas y sin cambios. En efecto, esto puede permitir la fácil sustitución de los elementos o paneles enfriados por agua 308 cuando están dañados debido a las condiciones normales de funcionamiento.

Los elementos operativos o paneles enfriados por agua 308 del equipo se pueden fabricar a partir de una pluralidad de tuberías, placas o placas/canales junto con muchos tipos de materiales que proporcionan la conductividad térmica óptima, la caída de presión del agua y la resistencia a los gases calientes y sucios. a los que están expuestos durante las operaciones del proceso. Dos características de esta modalidad es que los elementos enfriados por agua pueden diseñarse con una capacidad de instalación y extracción simplificada desde el lado frío, o exterior, de la estructura de soporte 302. Esto es diferente y ventajoso con respecto a los diseños convencionales en los que los paneles enfriados por agua tenían que retirarse o repararse desde el interior de la estructura o el sistema de caja de descarga. Además, los paneles 308 también pueden diseñarse para que sean reversibles, de modo que la vida útil del elemento se duplique con un costo y una inversión de mano de obra mínimos.

En otras palabras, los elementos o paneles enfriados por agua 308 pueden diseñarse y dimensionarse para un fácil manejo, inversión o extracción de la estructura de soporte enfriada por agua y, como un resultado, la aplicación del material en áreas de proceso o desgaste difíciles puede abordarse sin retirar toda la instalación. Por ejemplo, si un panel enfriado por agua 308 comienza a mostrar desgaste en una porción inferior del mismo, el panel 308 puede retirarse simplemente de la estructura de soporte 302 y hacerse girar 180° para que la porción inferior desgastada ahora esté orientada hacia arriba. Además, el panel 308 puede invertirse o voltearse de manera que la porción del panel 308 que se orienta hacia adentro pueda invertirse para que ahora quede hacia afuera y, por lo tanto, ya no esté expuesta a gases calientes y similares. Los paneles enfriados por agua convencionales se fijaron a la estructura de soporte a través de rebordes, soldadura, pernos o sujetadores y otros medios, de manera que un panel individual no se pudiera retirar. En cambio, toda la estructura, incluida la estructura de soporte, tuvo que ser desmontada y reemplazada. Sin embargo, de acuerdo con la presente descripción, los paneles individuales 308 pueden ensamblarse o retirarse independientemente de otros paneles 308 en un proceso simplificado y rápido.

Cada panel puede variar en tamaño, pero en un ejemplo, el panel puede medir aproximadamente 8' x 20' y pesar más de 40 libras por pie cuadrado. Sin embargo, el tamaño y el peso de un panel individual pueden diferir y probablemente dependan de la aplicación y el uso del panel, junto con el tamaño y la forma de la estructura de soporte circundante. Los materiales de fabricación de los elementos o paneles enfriados por agua 308 se pueden ajustar para que coincidan con los requisitos operativos para un área específica del equipo de proceso. Estos materiales pueden incluir tubería de acero, tubería de acero AmeriSpline®, tubería de acero AmeriAntiSlag®, tubería de cobre, tubería estriada de cobre, tubería de aleación de bronce (por ejemplo, AmeriBronze®, AmeriHVP, etc.), aleación de níquel o tubería de acero recubierta de níquel, o cualquier aleación nueva o de otro tipo que pueda desarrollarse para la fabricación, fundición o extrusión de tuberías o tubos. Además, puede incorporarse acero, bronce, cobre y otros materiales de placa de aleación y ser el material base para cualquier elemento o panel enfriado por agua 308.

El diseño modular de paneles de tipo "casete" 308 puede usarse en esta modalidad y proporcionar a los operadores opciones de operación y mantenimiento que son nuevas para las industrias antes mencionadas. Como se describió anteriormente, estos paneles pueden ser los primeros elementos enfriados por agua en la industria en tener ambos lados del panel que pueden usarse para fines operativos. Esto significa que, independientemente del material de fabricación, la vida útil del elemento enfriado por agua puede aumentar y, en algunos casos, duplicar su vida útil. Todos los diseños de paneles de casetes pueden eliminar la necesidad de que el personal de mantenimiento ingrese al dispositivo operativo para efectuar un cambio o inversión del panel de casetes. Esto elimina la necesidad de esperar a que el equipo se enfríe y reduce la exposición a altas temperaturas y gases de escape ricos en monóxido de carbono. Además, todos los paneles pueden diseñarse para ser reversibles, es decir, cuando el primer lado caliente muestra algún signo de desgaste, el panel puede invertirse y usarse durante el doble de tiempo que un diseño convencional.

En la Figura 3, cada panel 308 puede incluir una línea o circuito de suministro 310 y una línea o circuito de retorno 312 a través de los cuales fluye agua u otro líquido refrigerante. El circuito de suministro 310 puede acoplarse de manera fluida a un colector de suministro 304 que además se acopla a un suministro o depósito de fluido (no mostrado). Cada uno de los paneles 308 puede incluir su propio circuito de suministro 310 acoplado de manera fluida al colector de suministro 304. El colector de suministro 304 puede estar formado por un tubo que tenga una pluralidad de salidas acopladas de manera fluida a cada circuito de suministro. El agua o líquido puede fluir hacia cada panel 308 a través del circuito de suministro 310 y salir del mismo a través del circuito de retorno 312. El circuito de retorno 312 puede acoplarse de manera fluida al colector de retorno 306, que se acopla de manera fluida a cada uno de la pluralidad de paneles 308 que forman al menos una porción del sistema de caja de descarga 300. El fluido que ingresa al colector de retorno 306 puede recircularse al suministro o depósito, o puede fluir a otro depósito.

Aunque no se muestra, pueden usarse sujetadores y similares para acoplar los circuitos de suministro 310 y los circuitos de retorno 312 a los paneles y colectores respectivos. Alternativamente, las mangueras flexibles pueden acoplarse de manera fluida los colectores a cada circuito. En la Figura 3, los circuitos de suministro y retorno se muestran cerca de la porción central del panel respectivo 308. Como se describirá, la ubicación de donde se acoplan las líneas de suministro y retorno a cada panel puede variar.

En la Figura 4, se ilustra un ejemplo de un sistema de recinto 400, tal como una cámara de combustión o una caja de descarga. El sistema 400 incluye una estructura de soporte formada por un colector cuadrado o columna de anclaje 402 y una pluralidad de columnas de anclaje intermedias 404. Aunque no se muestra en la Figura 4, la columna de anclaje 402 y las columnas de anclaje intermedias 404 pueden formar una ranura o canal a través del cual se puede ensamblar un panel individual enfriado por agua 406. Aquí, el panel 406 puede deslizarse en la ranura de la columna de anclaje en un ángulo tal que un primer lado del panel 406 se inserta en la ranura desde el interior o el exterior del recinto 400. Una vez que se inserta el primer extremo, se puede proporcionar espacio suficiente de manera que el extremo opuesto del panel 406 pueda colocarse con otra ranura formada en la estructura de soporte. Esto puede ser necesario cuando el área por encima del panel 406 es de difícil acceso debido a otra estructura. En el caso de que no exista una estructura obstructiva sobre el panel 406, el panel 406 también puede insertarse en las ranuras desde arriba de manera similar a un casete o filtro de horno.

En la modalidad de la Figura 4, se muestra además que el sistema de recinto 400 puede estar encerrado por una pluralidad de paneles enfriados por agua 406. Nuevamente, como se describe, una ventaja con este diseño es que si uno de los paneles 406 está dañado, el panel dañado 406 puede invertirse o reorientarse en la ranura para que una porción no dañada quede hacia adentro o puede instalarse un panel de reemplazo con muy poco tiempo de inactividad. Además, el personal de mantenimiento puede acceder al panel dañado desde el exterior del recinto y, por lo tanto, no se pierde tiempo al tener que dejar que el panel se enfríe.

Con referencia a las Figuras 5 y 6, se muestran dos modalidades de un panel enfriado por agua de tipo casete individual 500 en su posición instalada. El panel de casete 500 puede instalarse entre un par de colectores redondos o tubos 506. En un diseño alternativo, los colectores pueden ser colectores rectangulares o cuadrados. Los tubos 506 pueden incluir un colector de suministro y un colector de retorno, por ejemplo. Un panel protector 508 se dispone en un interior 504, o lado caliente, del panel 500 para proporcionar un escudo térmico para proteger el colector 506. Como tal, el colector 506 puede ubicarse en un exterior 502, o lado frío, del panel 500. Puede usarse un sistema de unión de pasador y cuña para acoplar el escudo protector 508 al colector 506. Aquí, se puede insertar un pasador 510 a través de un par de aberturas (no mostradas) en el colector 506, y se puede introducir una cuña 512 a través del pasador 510 para evitar que se separe. También puede usarse un procesamiento adicional, tal como soldadura y similares, para reforzar la unión.

En la Figura 6, puede usarse un mecanismo de unión similar para acoplar el panel protector 508 al colector 506. Aquí, se muestra una línea de retorno 600 acoplada de manera fluida entre un colector de retorno 506 y el panel enfriado por agua 500 en un lado, y una línea de suministro 602 se acopla de manera fluida entre un colector de suministro 506 y el panel enfriado por agua 500 en el lado opuesto. La línea de retorno 600 puede acoplarse al colector de retorno 506 a través de un accesorio de retorno 608, y la línea de suministro 602 puede acoplarse al colector de suministro 506 a través de un accesorio de suministro 606.

Con referencia a la Figura 6, los colectores de suministro y retorno de agua pueden ser una parte integrada de la estructura de soporte permanente. El agua se puede suministrar y devolver a la parte correspondiente de la estructura a través de las conexiones de entrada y salida de agua en cada elemento o panel enfriado por agua 500. Esto puede ser posible con válvulas de cierre para aislar cada elemento y accesorios de desconexión rápida y mangueras de acero inoxidable para permitir la inversión y extracción rápida del elemento. En la Figura 6, se muestra una válvula de cierre u otro mecanismo de válvula 604 acoplado de manera fluida a la línea de suministro 602 para permitir o cerrar la conexión de fluido entre el colector de suministro 506 y la línea de suministro 602.

Con referencia ahora a las Figuras 7-11, se muestran varias modalidades de conjuntos de paneles de casete y se describirán a continuación. Aquí, cada conjunto de panel de casete individual puede diseñarse en varias modalidades diferentes. Si bien se ilustran varias modalidades, estas son solo ejemplos y se contemplan otros ensambles que caen dentro de los principios y enseñanzas de esta descripción.

En una primera modalidad, por ejemplo, se muestra un recinto 700 que incluye una pluralidad de paneles de casete enfriados por agua en los que cada panel puede deslizarse en las paredes laterales de la estructura de soporte desde el exterior de la misma (es decir, el lado frío que no está en funcionamiento) y entre las columnas de anclaje de soporte de la estructura. En otras palabras, un diseño de panel de casete puede ser tal que un panel de casete se deslice dentro de la estructura de soporte desde una porción superior y dentro de una columna de anclaje diseñada con un carril lateral. La cara caliente de la columna de anclaje/guía deslizante se puede proteger contra daños causados por los gases de escape calientes del horno mediante un escudo protector o un panel enfriado por agua. En esta modalidad, el panel de casete tendrá un acoplamiento de línea de suministro y retorno ubicado en el cuerpo del panel que distribuirá agua a la pluralidad de tubos que incluyen el cuerpo del panel de casete. Las tuberías y accesorios de suministro y retorno de agua pueden conectar la entrada y salida del panel al colector respectivo en la estructura.

Esta primera modalidad se muestra parcialmente en las Figuras 7A-B. Aquí, se ilustra un ejemplo de un ensamble de estructura y cómo se desliza el ensamble del panel de casete hasta su posición. El ensamble del panel de casete 700 puede tener un acoplamiento de línea de suministro y retorno (no mostrado) ubicado en el cuerpo del panel 700 que distribuirá agua a la pluralidad de tuberías que incluyen el cuerpo del panel del casete. Las tuberías y accesorios de suministro y retorno de agua (no se muestran) pueden conectar la entrada/salida del panel (no se muestran) al colector respectivo de la estructura.

En las Figuras 7A y 7B, la estructura de soporte puede estar formada por una primera viga en I 706 y una primera viga en L 710. El par de vigas puede formar una primera columna de anclaje. Como se muestra en la Figura 7B, se define una ranura entre la primera viga en I 706 y la primera viga en L 710 de manera que un primer panel 702 puede deslizarse en la ranura para su instalación. Se puede acoplar un primer panel protector 714 a la primera viga 706 para proporcionar un escudo térmico en un lado interior 718 del recinto 700.

Un segundo panel enfriado por agua 704 se puede ensamblar igualmente en una ranura definida por una segunda viga en I 708 y una segunda viga en L 712. Esto también se muestra en la Figura 7B. Se puede acoplar un segundo panel protector 716 a la segunda viga en I 708 para proporcionar un escudo térmico en un lado interior 718 del recinto 700 y proteger la segunda viga en I 708 y la segunda viga en L 712 de gases calientes y similares.

Como se muestra en las Figuras 7A y 7B, los paneles protectores pueden ser relativamente estrechos para corresponder con la forma y el ancho de las vigas en I. Los paneles protectores pueden incluir un diseño similar al de la respectiva columna de anclaje para proteger.

Aunque no se muestra, cada uno de los paneles 702, 704 puede incluir una entrada y una salida para acoplarse a una línea de suministro y una línea de retorno, respectivamente. En algunos casos, se pueden acoplar mangueras flexibles entre la entrada/salida y el colector de suministro/colector de retorno. También son posibles otras configuraciones.

En las Figuras 8A-B, se ilustra una segunda modalidad de un sistema de recinto 800. En esta modalidad, un conjunto de panel de casete puede deslizarse en la estructura desde la parte superior y en una columna de anclaje diseñada con un carril lateral. La cara caliente (es decir, la porción que se orienta hacia el interior 818 del sistema 800) de la guía deslizante está protegida contra daños por los gases de escape calientes del horno mediante un escudo térmico 814, 816 o un panel enfriado por agua. En esta modalidad, el panel de casete puede tener un acoplamiento de línea de suministro y retorno (no mostrado) ubicado en la porción superior del panel que distribuirá agua a la pluralidad de tuberías que incluyen el cuerpo del panel de casete. Las tuberías y accesorios de suministro y retorno de agua (no mostrados) pueden conectar la entrada y salida del panel al colector respectivo en la estructura.

En esta modalidad, se muestra una porción del recinto 800 que tiene un primer conjunto de panel enfriado por agua 802 y un segundo conjunto de panel enfriado por agua 804. Cada panel puede estar formado por un tubo sinuoso, como se describió anteriormente, en el que un primer extremo puede formar una entrada acoplada de manera fluida a un colector de suministro y un segundo extremo puede formar una salida acoplada de manera fluida a un colector de retorno. Aquí, un primer colector de suministro 806 puede acoplarse de manera fluida a una entrada (no mostrada) del primer panel 802, y un segundo colector de suministro 808 puede acoplarse fluidamente a una salida (no mostrada) del segundo panel 804. Mientras que el tubo superior se describe como el colector de suministro, en otras modalidades puede ser el colector de retorno. También se contempla dentro de esta descripción que una manguera flexible puede acoplar de manera fluida el colector a la entrada o salida del panel.

La estructura de soporte puede incluir una primera viga en I 810 y una segunda viga en I 812. Se puede formar una ranura o canal en cada viga en I 810, 812 de modo que el colector 806, 808 pueda acoplarse al mismo. Además, cada colector puede incluir un reborde 820 para encajar dentro de la ranura diseñada. Esto se muestra en la Figura 8B.

Similar a las Figuras 7A-B, la modalidad de las Figuras 8A-B también puede incluir un miembro o panel protector que forma un escudo térmico para proteger la estructura de soporte. Aquí, un primer miembro protector 814 puede acoplarse a la primera viga en I 810 y un segundo miembro protector 816 puede acoplarse a la segunda viga en I 812.

En una tercera modalidad que se muestra en las Figuras 9A-B, se puede deslizar un conjunto de panel de casete en la estructura desde la parte superior o instalar el panel desde el lado frío (es decir, el exterior) del horno en una columna de anclaje diseñada con carril lateral. La cara caliente de una guía deslizante, es decir, parte de la estructura de soporte, está protegida contra daños por los gases de escape calientes del horno mediante un escudo térmico o un panel enfriado por agua. En esta modalidad, el panel del casete puede tener colectores fabricados de suministro y retorno a cada lado del mismo (en lugar de en la parte superior como en la modalidad de las Figuras 8A-B). La pluralidad de tubos que incluyen el cuerpo del panel de casete puede soldarse en estos colectores laterales. Se puede ubicar un acoplamiento de suministro y retorno (no mostrado) a cada lado de los colectores de suministro y retorno. La tubería y los accesorios de suministro y retorno de agua del panel de casete (no mostrados) pueden conectar la entrada y la salida del panel al colector respectivo en la estructura.

Con referencia específicamente a las Figuras 9A-B, se muestra una porción de un recinto 900, tal como un sistema de caja de descarga o una cámara de combustión. El recinto 900 puede incluir un primer panel enfriado por agua 902 y un segundo panel enfriado por agua 904. Cada panel puede estar formado por una tubería sinuosa que tiene una entrada para acoplarse de manera fluida a un colector de suministro y una salida para acoplarse de manera fluida a un colector de retorno. Los colectores de suministro y retorno pueden formarse en un primer soporte lateral 910 o en un segundo soporte lateral 912. De esta manera, la tubería sinuosa de los paneles respectivos puede acoplarse de manera fluida a cualquier soporte lateral para recibir o devolver fluido desde allí.

Los soportes laterales pueden ser parte de la estructura de soporte general. La estructura de soporte puede incluir una primera viga en I 906 y una segunda viga en I 908. Pueden usarse clips de retención para acoplar la columna de anclaje (por ejemplo, vigas en I) a los paneles respectivos. Por ejemplo, se puede soldar por puntos una placa 914 tanto al panel 902, 904 como a la viga en I 906, 908 para lograr un acoplamiento seguro. La placa 914 puede comprender una estructura en forma de L de manera que una porción de la estructura se acople al panel y la otra porción de la estructura en forma de L se acople a la viga en I, como se muestra en la Figura 9B.

Un primer miembro o panel protector 916 puede acoplarse a la primera viga en I 906 en un lado interior 920 para formar un escudo térmico y proteger la columna de anclaje. Igualmente, un segundo miembro o panel protector 918 puede acoplarse a la segunda viga en I 908 en un lado interior 920 para formar un segundo escudo térmico.

Los paneles 902, 904 pueden desmontarse fácilmente desde el exterior del recinto al retirar las placas soldadas por puntos 914. Esto proporciona una forma más segura y que consume menos tiempo de reparar o reemplazar un panel dañado.

Si bien el suministro y el retorno de agua se pueden enrutar a través de los soportes laterales, también es posible colocar las líneas de suministro y retorno a través de la ranura cuadrada definida entre la viga en I y el miembro protector. En cualquier caso, en esta modalidad, las líneas de suministro y retorno pueden provenir del lateral de cada panel respectivo en lugar de la parte superior o inferior del mismo.

En una cuarta modalidad que se muestra en las Figuras 10A, 10B y 11, se puede diseñar un conjunto de panel de casete para girar alrededor de un vástago enfriado por agua integrado en el cuerpo del panel de casete. En este diseño, el panel del casete se puede deslizar en el carril de la estructura o colocarse en posición desde el exterior de la estructura. La cara caliente, o el lado interior, de la guía deslizante (es decir, la columna de anclaje) está protegida contra daños por los gases de escape calientes del horno mediante un miembro o panel enfriado por agua (por ejemplo, un escudo térmico). En esta modalidad, el cuerpo del panel de casete puede tener su suministro de agua y conexiones de retorno ubicadas sobre, dentro o a lo largo del vástago. El vástago puede distribuir y recolectar agua del cuerpo del panel (ver Figura 11). La tubería y los accesorios de suministro y retorno de agua del panel de casete pueden conectar la entrada y salida del panel al colector respectivo en la estructura. En este diseño, el panel puede simplemente hacerse girar 180° cuando un lado del panel que se orienta hacia el interior está dañado o desgastado, de manera que se orienta hacia fuera o hacia el exterior.

En las Figuras 10A y 10B, se muestra una porción de un recinto 1000 tal como un sistema de caja de descarga. Aquí, un primer panel 1002 y un segundo panel 1004 de una pluralidad de paneles se muestran formando paredes laterales del recinto 1000. Cada uno de la pluralidad de paneles puede acoplarse a una estructura de soporte que incluye una o más guías deslizantes, columnas de anclaje, columnas de anclaje intermedias, etc. La estructura de soporte puede estar formada por al menos una primera viga en I 1010, una segunda viga en I 1012 y una tercera viga en I 1014. La primera y la segunda viga en I forman una esquina de la estructura de soporte, como se muestra. Un primer miembro protector 1006 puede servir como escudo térmico para la primera viga en I 1010, y un segundo miembro protector 1008 puede servir como escudo térmico para la segunda viga en I 1012. Cada viga en I puede acoplarse a su propio escudo térmico para protección contra los humos y gases calientes del horno.

Como se muestra en la Figura 10B, cada panel de la pluralidad de paneles puede girar alrededor de un eje de giro con relación a la estructura de soporte. Aquí, el segundo panel 1004, un tercer panel 1016 y un cuarto panel 1018 se muestran girados con respecto a un plano vertical a través del cual se alinea la segunda viga en I 1012. Esto puede ser conveniente de manera que un lado del panel que se orienta hacia el interior del recinto esté expuesto continuamente a gases calientes, humos y restos. Esta cara puede desgastarse o dañarse con el tiempo. En lugar de reemplazar el panel, el panel puede hacerse girar alrededor de su eje de pivote 1112 para que el lado desgastado se oriente hacia afuera en lugar de hacia adentro. El lado no desgastado o no dañado del panel ahora se orienta hacia adentro. Esto permite usar el panel durante más tiempo y aumenta la productividad del sistema. Además, el panel puede hacerse girar desde el exterior del recinto, lo que permite realizar dicho mantenimiento y reparación sin necesidad de enfriar el recinto. Esto también reduce la exposición del personal a los humos y gases y, por lo tanto, proporciona un entorno de trabajo más seguro.

Un ejemplo de este tipo de panel se muestra en la Figura 11. Aquí, el panel 1100 puede incluir un vástago alargado 1102 que se extiende a través del mismo. El vástago 1102 puede extenderse a través de una sección central o media del panel 1100, o puede ubicarse más cerca de una porción superior o porción inferior del panel. En la Figura 11, el vástago 1102 está aproximadamente en el medio del panel 1100.

El vástago 1102 define el eje de pivote 1112 del panel 1100. En otras palabras, el panel 1100 puede girar sobre el vástago 1102. Aunque no se muestra, el vástago 1102 puede disponerse de manera giratoria entre cojinetes en cada extremo. Los cojinetes pueden ubicarse dentro de la coluna de anclaje o la estructura de soporte, por ejemplo.

Un primer circuito 1104 puede ubicarse sobre el vástago 1102 y un segundo circuito 1106 debajo del vástago. El vástago 1102 puede incluir un primer accesorio 1108 y un segundo accesorio 1110 para acoplar a un par de columnas de anclaje o estructuras de soporte. Además, el vástago 1102 puede ser hueco excepto por un tapón o tope 1112 ubicado en el mismo. En la Figura 11, el tope 1112 se ubica más cerca de un lado de suministro del vástago 1102. La ubicación del tope 1112 puede variar, pero es probable que se encuentre más cerca de las entradas del primer y el segundo circuito, como se muestra en la Figura 11.

Se puede suministrar agua u otro líquido al vástago 1102 a través de la línea de suministro A. A medida que el agua ingresa al vástago 1102, es forzada al primer y al segundo circuito 1104, 1106 debido al tope 1112. Entonces, el agua o el líquido refrigerante puede fluir a través de la tubería sinuosa del primer y el segundo circuito a través de la trayectoria B. El agua o el líquido puede salir de los respectivos circuitos y regresar al vástago en las salidas C y D. El agua o el líquido puede entonces salir del vástago 1102 y fluir hacia la línea de retorno E como se muestra en la Figura 11.

Con el vástago 1102 acoplado de manera giratoria a la estructura de soporte, el panel 1100 puede hacerse girar o pivotar según se desee. Se pueden proporcionar válvulas para cada panel para cerrar el suministro de agua a los circuitos respectivos. Además, no hay una línea de suministro o de retorno acoplada de manera fluida a los circuitos, sino únicamente a través del vástago 1102 en la modalidad ilustrada. En otras modalidades, sin embargo, se puede suministrar agua u otro fluido refrigerante a los paneles en otras ubicaciones, que incluyen la parte superior, la inferior, cualquiera de los lados o en el medio (por ejemplo, a través de mangueras flexibles).

En los casos en que se acopla una manguera flexible a la cara frontal del panel para que se pueda suministrar agua u otro líquido refrigerante al panel, la cara que tiene las mangueras (es decir, para suministro y retorno) se coloca hacia el lado frío o hacia afuera de una caja de descarga o recinto de la cámara de combustión. Esto permite el acceso directo a las mangueras, la entrada de suministro y la salida de retorno sin tener que estar dentro del recinto. Cuando una cara trasera del panel está dañada y el panel se va a voltear de manera que la cara frontal esté ahora en el lado interior o caliente del recinto, las mangueras flexibles se separan del mismo. Además, la entrada y la salida de la cara frontal pueden parchearse mediante una operación de soldadura para evitar fugas de las mismas. En la cara trasera del panel, se puede mecanizar una nueva entrada y una nueva salida en las tuberías y accesorios instalados para que las líneas de suministro y retorno puedan volver a conectarse al panel, pero en la cara opuesta.

Además, en algunos casos, solo una porción de una cara del panel está dañada o desgastada. Por ejemplo, se puede determinar que una porción inferior de la cara trasera de un panel está desgastada, mientras que el resto del panel está en buenas condiciones de funcionamiento. En este caso, el panel puede hacerse girar 180° de modo que la porción inferior de la cara trasera ahora quede en la parte superior, pero la cara trasera todavía está orientada hacia el interior del recinto. Al hacerlo, y particularmente cuando la entrada y la salida en la cara frontal están ubicadas en el cuerpo del panel (en lugar de en la parte superior, inferior o lateral), las mangueras flexibles de suministro y retorno deben tener suficiente longitud para volver a conectarse al panel a la entrada y salida respectivas. En otras palabras, la entrada siempre puede ser la entrada y la salida siempre puede ser la salida de manera que la manguera de suministro se conecte a la entrada y la manguera de retorno se conecte a la salida independientemente de la orientación del panel.

Sin embargo, en algunas modalidades, una primera abertura en el panel puede ser la entrada en una primera orientación del panel, pero la primera abertura puede comprender la salida en una orientación diferente. Por lo tanto, los paneles pueden tener cierta flexibilidad en cuanto a la ubicación de la entrada y la salida con base en su posicionamiento u orientación con respecto a la estructura de soporte.

Puede ser conveniente que estos elementos o paneles enfriados por agua tengan un tamaño que permita retirarlos o invertirlos fácilmente desde el exterior o la parte superior de la estructura (es decir, el lado frío) que está a salvo de las altas temperaturas (por ejemplo, más de 2500 °F), el alto contenido de monóxido de carbono y gases cáusticos dentro de la cámara.

En las modalidades antes mencionadas de las Figuras 7-9, los elementos o paneles enfriados por agua se pueden deslizar en guías de panel diseñadas en la estructura siempre que sea posible. En algunos casos, los elementos o paneles enfriados por agua pueden requerir soportes para unirlos a la estructura independiente. Sin embargo, los elementos enfriados por agua pueden ser reversibles, de modo que si se requiere un soporte en el lado frío, se puede retirar fácilmente y transferir al elemento enfriado por agua del lado opuesto para continuar usándolo.

En esta descripción, los elementos enfriados por agua se pueden formar con tamaños pequeños y manejables. Como un resultado, la estructura interna de la cara caliente de la cámara también puede permitir la posibilidad de implementar la inversión o reparación del panel, según se desee, en daños localizados sin necesidad de desconectar el sistema para reparaciones costosas programadas o no programadas.

Además, cada uno de los elementos enfriados por agua puede tener líneas dedicadas de suministro y retorno de agua que están conectadas a los colectores respectivos de la estructura independiente a través de tuberías y mangueras flexibles de acero inoxidable con características de desconexión rápida. Como un resultado, esto permite que el elemento enfriado por agua se retire, invierta y/o reemplace fácil y rápidamente según sea necesario.

En dependencia del diseño de la estructura independiente, puede ser necesario tener un elemento de protección enfriado por agua que se ubicará en el lado caliente o en el lado interior de la estructura independiente. Si es necesario, el elemento protector enfriado por agua o el escudo térmico puede unirse a la columna de anclaje y colindar con los elementos enfriados por agua a ambos lados de la columna de anclaje. Un ejemplo de panel de protección de elementos enfriados por agua de la columna de anclaje se muestra en las Figuras 7-10 de esta descripción.

Cada una de las líneas de suministro y/o retorno del elemento enfriado por agua puede incluir una válvula 64 de modo que, en el caso de una fuga de agua, el elemento enfriado por agua pueda aislarse del flujo de agua. Las líneas de retorno de los elementos enfriados por agua están diseñadas para incluir una válvula de alivio de presión y un termopar/RTD para medir la temperatura del agua existente en el panel para medir el cambio de temperatura del agua. En el caso de que aumente la temperatura en el panel, el flujo de agua puede cerrarse o el panel puede retirarse y reemplazarse antes de que ocurra cualquier apagado programado o no programado. Este nuevo diseño con paneles proporciona aislamiento de cualquier fuga de agua a un panel pequeño en lugar de una sección de pared completa de un conducto típico enfriado por agua, una cámara de combustión, una caja de descarga, etc., lo que no es posible en estructuras monolíticas o grandes con paneles de diseño convencional. Como un resultado, el operador del horno solo puede lidiar con un pequeño problema frente a un efecto potencialmente mayor o incluso catastrófico de fugas de agua en el sistema de proceso.

En la presente descripción, las modalidades descritas en la presente descripción representan una mejora tecnológica significativa que puede reducir sustancialmente el costo operativo y el tiempo de inactividad tanto programado como no programado. Una razón de esto es que las modalidades descritas e ilustradas en la presente descripción pueden aumentar la vida útil de la estructura de soporte, que es una estructura más permanente. Además, la estructura de soporte está diseñada con las ranuras de soporte y los soportes necesarios para facilitar la inserción y extracción del elemento enfriado por agua de tipo "casete" del lado frío del equipo. En efecto, esto protege al operador o al personal de mantenimiento de una lesión que puede ocurrir cuando se trabaja en un espacio confinado con altas temperaturas, monóxido de carbono potencialmente alto y gases polvorientos.

Además, los elementos enfriados por agua pueden ser reversibles para uso operativo en ambos lados de los mismos. Esto aumenta y, en algunos casos, duplica la vida útil del panel de casete. Además, los elementos enfriados por agua pueden tener el tamaño conveniente para el manejo y la capacidad de adaptarse a cualquier material de fabricación que se necesite para maximizar la vida útil en el área específica y el uso del dispositivo. Las modalidades de la presente descripción pueden proporcionar un proceso mejorado y mejorar la seguridad operativa de la instalación, así como también la seguridad del personal, especialmente durante las actividades de reparación y reemplazo de elementos enfriados por agua.

Si bien los paneles enfriados por agua o líquido se muestran y describen como si se usaran con una caja de descarga, también es posible usar estos paneles en una cámara de combustión, un conducto, la cubierta superior de un horno de arco eléctrico, un sistema de escape, u otro recinto donde se encuentren gases calientes, humos y partículas. El tamaño y la forma de los paneles se pueden personalizar según la ubicación. Aunque los paneles están diseñados para una disposición vertical en la que cada panel se inserta en una ranura desde arriba, los paneles también pueden disponerse horizontalmente donde cada panel se inserta en ranuras desde el lado. Alternativamente, y particularmente cuando se trabaja en elevaciones más altas desde el suelo, puede ser posible insertar los paneles desde abajo y en las ranuras. Puede usarse un mecanismo o cierre para mantener el panel en su lugar.

Con referencia ahora a las Figuras 13A-C, se muestra una modalidad diferente de la presente descripción. Aquí, se muestra una caja de descarga 1300 u otro recinto. La caja de descarga 1300 puede tener 40' o más, y puede incluir el tipo de estructura de soporte y paneles enfriados por agua 1304 como se describe en la presente descripción. La caja de descarga 1300 puede incluir una entrada 1302 similar a las puertas 132 de la Figura 1. En este ejemplo, la caja de descarga 1300 puede incluir uno más niveles o pisos 1306 asociados con la misma. En la Figura 13, por ejemplo, se muestra un nivel intermedio 1306. En algunos casos, puede ser difícil llegar a un panel 1304 ubicado sobre el nivel intermedio 1306. Si bien una escalera puede ser útil, solo puede llegar hasta cierto punto. Es posible que los andamios u otros elevadores no quepan dentro del recinto.

Por lo tanto, para alcanzar las elevaciones más altas dentro del recinto 1300, puede usarse uno de una pluralidad de paneles 1304 para formar una superficie de piso en el nivel intermedio 1306 o en cualquier otro nivel. En las Figuras 13B y C, el panel 1308 puede ser accionado de manera controlable por un cilindro o actuador 1308 entre una posición elevada (Figura 13B) y una posición bajada (Figura 13C). En la posición bajada, el panel 1310 puede estar sustancialmente horizontal y mantenerse en su lugar mediante un sistema de cierre 1312. El sistema de cierre 1312 puede ser controlado por un actuador mecánico, hidráulico, eléctrico, electromecánico, neumático o de cualquier otro tipo 1308. Lo mismo ocurre para controlar el panel de piso 1310. En la posición bajada de la Figura 13C, se puede colocar una escalera u otro dispositivo en el panel 1310 para llegar a un panel enfriado por agua ubicado sobre el nivel intermedio 1300. Con este sistema son posibles otros tipos de sistemas para controlar el movimiento del panel de piso, y el actuador mencionado anteriormente es solo un ejemplo. Lo mismo ocurre para controlar el sistema de cierre 1312. En este sistema puede usarse cualquier sistema conocido para acoplar y sujetar el panel de suelo en su posición bajada.

Mientras las modalidades ilustrativas que incorporan los principios de la presente descripción se han descrito en la presente descripción, la presente descripción no se limita a las modalidades descritas. En su lugar, la descripción pretende cubrir cualquier variación, uso, o adaptación de la descripción mediante el uso de sus principios generales. Adicionalmente, esta solicitud pretende cubrir dichas desviaciones de la presente descripción que puedan existir dentro de la práctica conocida o habitual en la técnica a la cual esta descripción pertenece y que caen dentro de los límites de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Una caja de descarga (300) de un sistema de horno de fabricación de acero, que comprende:

una estructura de soporte (302) que comprende un armazón que define un interior de la caja de descarga; una línea de suministro (310) para suministrar un líquido refrigerante desde un depósito;

una línea de retorno (312) acoplada de manera fluida a la línea de suministro y al depósito; y

una pluralidad de paneles (308) que comprende tuberías sinuosas que tienen una entrada y una salida, la entrada que se acopla de manera fluida a la línea de suministro (310) y la salida que se acopla de manera fluida a la línea de retorno (312);

en donde el armazón comprende una pluralidad de miembros de soporte (706, 710) separados entre sí, donde cada uno de la pluralidad de miembros de soporte (706, 710) define una ranura;

en donde cada uno de la pluralidad de paneles (308) se recibe de manera desmontable y deslizante con la ranura para acoplarse al armazón;

caracterizado porque la estructura de soporte (302) comprende una columna de anclaje (402) y un panel protector (508), el panel protector (508) dispuesto en un lado interior de la columna de anclaje (402); y en donde cada uno de la pluralidad de paneles (308) se dispone entre la columna de anclaje (402) y el panel protector (508).
2. La caja de descarga (300) de la reivindicación 1, que comprende además una primera manguera flexible para acoplar la línea de suministro (310) a la entrada y una segunda manguera flexible para acoplar la línea de retorno (312) a la salida.
3. La caja de descarga (300) de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende además:

un colector de suministro (304) acoplado de manera fluida a la línea de suministro (310) y que comprende una pluralidad de orificios, donde cada uno de la pluralidad de orificios se acopla de manera fluida a una entrada de la pluralidad de paneles (308); y

un colector de retorno (306) acoplado de manera fluida a la línea de retorno y que comprende una pluralidad de orificios, donde cada uno de la pluralidad de orificios se acopla de manera fluida a una salida de la pluralidad de paneles (308).
4. La caja de descarga (300) de la reivindicación 3, en donde:

el colector de suministro (304) se dispone a lo largo de una porción superior de la pluralidad de paneles (308) y se acopla al armazón; y

el colector de retorno (306) se dispone a lo largo de una porción inferior de la pluralidad de paneles (308) y se acopla al armazón.
5. La caja de descarga (300) de la reivindicación 4, en donde la entrada de cada uno de la pluralidad de paneles (308) se ubica en la porción superior de la pluralidad de paneles (308) y la salida de cada uno de la pluralidad de paneles (308) se ubica en la porción inferior de la pluralidad de paneles (308).
6. La caja de descarga (300) de la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en donde:

el colector de suministro (304) se dispone a lo largo de una porción inferior de la pluralidad de paneles (308) y se acopla al armazón; y

el colector de retorno (306) se dispone a lo largo de una porción superior de la pluralidad de paneles (308) y se acopla al armazón.
7. La caja de descarga (300) de la reivindicación 6, en donde la entrada de cada uno de la pluralidad de paneles (308) se ubica en la porción inferior de la pluralidad de paneles (308) y la salida de cada uno de la pluralidad de paneles (308) se ubica en la porción superior de la pluralidad de paneles (308).
8. La caja de descarga (300) de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, en donde:

el colector de suministro (304) se dispone a lo largo de una primera porción lateral de la pluralidad de paneles (308) y se acopla al armazón; y

el colector de retorno (306) se dispone a lo largo de una segunda porción lateral de la pluralidad de paneles (308) y se acopla al armazón, con la primera porción lateral que es opuesta a la segunda porción lateral.
9. La caja de descarga (300) de la reivindicación 8, en donde la entrada de cada uno de la pluralidad de paneles (308) se ubica en la primera porción lateral del mismo y la salida de cada uno de la pluralidad de paneles (308) se ubica en la segundo. porción.
10. La caja de descarga (300) de cualquier reivindicación anterior, que comprende además una válvula (604) acoplada de manera fluida a cada entrada de la pluralidad de paneles (308), la válvula (604) configurada para controlar el suministro de líquido refrigerante a cada panel.
11. La caja de descarga (300) de cualquier reivindicación anterior, en donde la pluralidad de paneles (308) comprende una primera cara y una segunda cara que se orienta opuesta a la primera cara, con la pluralidad de paneles (308) que es reversible de manera que la primera cara o la segunda cara puede disponerse para enfrentarse al interior de la caja de salida (300).
12. La caja de descarga (300) de la reivindicación 11, en donde la pluralidad de paneles (308) comprende un primer extremo y un segundo extremo ubicado opuesto al primer extremo, con la pluralidad de paneles (308) que se dispone dentro de la ranura de manera que el primer extremo o el segundo extremo se coloca en la parte superior de la caja de descarga (300).
13. Un sistema de horno de fabricación de acero, que comprende:

un horno (102) que comprende una solera (110), una cubierta superior (108) que tiene uno o más paneles de enfriamiento y una estructura de techo desmontable (106) para cubrir un extremo superior de la cubierta superior (108);

un sistema de escape (122, 126) dispuesto en comunicación de fluidos con el horno (102), el sistema de escape (122, 126) configurado para transferir humos y gases calientes desde el horno (102) a una cámara de escape (126); y

la caja de descarga (300) de la reivindicación 1, ubicada debajo de la cámara de escape (126) y que define un recinto para recibir restos y otras partículas de los humos y gases calientes;

en donde la pluralidad de paneles (308) comprende un primer extremo, un segundo extremo, una primera cara y una segunda cara, cada uno de la pluralidad de paneles (308) que es reversible de manera que el panel se acopla al armazón con la primera cara o la segunda cara orientada hacia el interior del recinto;

en donde además, cada uno de la pluralidad de paneles (308) puede disponerse dentro de la ranura de manera que el primer extremo o el segundo extremo se colocan más cerca de la cámara de escape (126).