MX2009000193A - Procedimiento y dispositivo para introducir polvos en una fundicion de metal de una instalacion pirometalurgica. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un procedimiento para introducir polvos en una fundición de metal de una instalación pirometalúrgica, con el que un gas portador que contiene partículas de polvo es conducido por una zona de calentamiento de una antorcha de plasma sin electrodos, en la que por calentamiento inductivo es conducida hacia un plasma antes de que finalmente sea insuflada en un área que aloja a la fundición de metal.

Description

PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA INTRODUCIR POLVOS EN UNA FUNDICIÓN DE METAL DE UNA INSTALACIÓN PIROMETALÚRGICA CAMPO DE LA INVENCIÓN Procedimiento y dispositivo para introducir polvos en una fundición de metal de una instalación pirometalúrgica .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para insuflar polvos en una fundición de metal de una instalación pirometalúrgica. En el caso de los polvos se trata especialmente de polvos resultantes de la metalurgia, por ejemplo en la fabricación de acero, con componentes metálicos y otros, por ejemplo oxídicos . Estos polvos se almacenen en parte en almacenes, pero en muchos casos también se utilizan para la fabricación de metal. Para ello en muchos procedimientos se conoce la utilización de los polvos en forma de briquetas . En un procedimiento de Thyssen Krupp (procedimiento Oxycup) los polvos se procesan para generar piedras similares al cemento que se utilizan en un horno de cuba. Además también se insuflan polvos, por ejemplo en la fundición de chatarra de acero. Pero la mayoría de las veces esto conduce a un deterioro del proceso, especialmente a inestabilidades del arco voltaico. En general el polvo tiene un efecto refrigerante sobre los desechos, por lo que el espumaje necesario de los desechos se diminuye o suprime completamente. Por ello los polvos a menudo sólo se pueden conducir en cantidad limitada.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Partiendo de esto es tarea de la invención, proponer un procedimiento y un dispositivo para la introducción de polvos en una fundición de metal de una instalación pirometalúrgica que remedien los problemas mencionados. Esta tarea es resuelta por un procedimiento conforme a la reivindicación 1 y un dispositivo de fundición conforme a la reivindicación 7. En el caso de un procedimiento conforme a la invención, un gas portador que contiene partículas de polvo es conducido por un plasma generado en la zona de calentamiento de una antorcha de plasma sin electrodos acoplada de manera inductiva, antes de que finalmente sea insuflado al área que aloja a la fundición de metal de una instalación. En el plasma el gas portador, por su parte, es transformado al estado de plasma. Debido a una interacción con el plasma que las rodea, las partículas de polvo introducidas con el gas portador son calentadas a una temperatura, que es mayor o igual a la temperatura de la fundición de metal o de los desechos. Debido a la falta de electrodos para la generación del plasma se alcanzan una alta durabilidad, ya que no se presenta ni una erosión eléctrica ni un perjuicio mecánico de los electrodos a través de las partículas de polvo que atraviesan la antorcha de plasma. También es ventajoso, que se pueden insuflar gases reactivos como oxígeno sin que exista el peligro del perjuicio químico de los electrodos. También es ventajoso que debido al calentamiento exclusivamente inductivo del plasma el área metalúrgica de fundición de una instalación y la llama de plasma están separadas eléctricamente, de manera que se puede alcanzar un control considerablemente mejor de los pasos individuales del procedimiento. Como el gas de proceso y las partículas de polvo contenidas en el mismo prácticamente se calientan hasta la temperatura de proceso, se evita un enfriamiento de los desechos. De manera contraria al procedimiento del arco voltaico se evita además la aparición de inestabilidades de arcos voltaicos. En una variante de proceso preferida, el plasma es regulado de manera tal, que las partículas de polvo se transforman al estado líquido o gaseoso. Esto garantiza una mezcla muy homogénea con la fundición de metal. Mediante la fluidificación o la vaporización de partículas de polvo oxídicas pueden reducirse estas a metal por medio de la adición de medios de reducción como por ejemplo polvo de carbón, en donde con las altas temperaturas imperantes se puede contar con una buena cinética química. De esta manera, por ejemplo para extraer una mayor cantidad de cromo, debido a cuestión de protección medioambiental, se pueden reducir polvos que contengan cromo o Cr-VI y Cr203. La reducción de polvos también es ventajosa en la fabricación de acero inoxidable. Otro ejemplo de aplicación es la reducción de desperdicios de Al y Zn, estos son óxidos de Al y Zn que se generan en la fabricación respectiva . Preferentemente el gas portador que contiene el polvo es conducido axialmente a través de la zona de calentamiento de la bobina de carga que rodea a la antorcha de plasma. En una variante de procedimiento especialmente preferida, a la zona de calentamiento es conducida a través de un tubo de inyección coaxial un gas portante cargado con partículas de polvo y a través de un tubo de conducción de gas que abarca de manera coaxial al tubo de inyección, un gas libre de polvo, necesario para la generación del plasma. A través de esto los flujos de partículas de gas y de polvo se pueden controlar por separado y de esta forma generar un plasma estable.

En otra variante de procedimiento preferida el gas portador es conducido por una zona de precalentamiento formada por una bobina de precalentamiento de menor rendimiento y que está antepuesta a la zona de calentamiento. En la zona de precalentamiento el gas portador es pre- ionizado y las partículas de polvo allí transportadas se precalientan hasta un punto tal, que se evita el fuerte enfriamiento o el apagado del plasma en la zona de calentamiento de la bobina de carga. De esta manera se garantiza, que las oscilaciones de impedancia de la bobina de carga rellena con plasma se mantengan bajas y que siempre se pueda operar en un régimen de potencia favorable un generador de alta frecuencia de alto rendimiento accionado por esta. Sin la zona de precalentamiento existe el peligro, de que en la zona de calentamiento exista un plasma muy poco ionizado o que se elimine el plasma existente, de tal forma que allí domine una elevada impedancia con una correspondientemente alta reflexión de potencia, lo que puede conducir a un comportamiento inestable del circuito de alta frecuencia e incluso al daño del mismo. Con esto, el generador de alta frecuencia mencionado puede estar diseñado para el margen óptimo con el rendimiento máximo. De esta manera se evita la zona operacional desfavorable, que es necesaria para un encendido del plasma.

Un dispositivo adecuado para la ejecución del procedimiento descrito, aplicable de manera ventajosa especialmente para la fabricación de acero abarca una antorcha de plasma sin electrodos con una carcasa en forma de tubo que sirve para la conducción de un gas portador que contiene partículas de polvo y que está envuelta de manera coaxial por una bobina de carga que forma una zona de calentamiento. Como se mencionó más arriba, los electrodos no son necesarios para la generación de un arco voltaico, de manera que el dispositivo tiene un diseño correspondientemente simple y no requiere de mucho mantenimiento . Preferentemente existe un tubo de inyección que ingresa de manera coaxial en la carcasa. Además un gas portador que contiene partículas de polvo se puede conducir a la zona de calentamiento de la antorcha de plasma, para lo cual el tubo de alimentación de manera conveniente se extiende aproximadamente hasta la zona de calentamiento. El tubo de inyección está abarcado de manera coaxial por un tubo de conducción de gas, con lo que entre el tubo de inyección y el tubo de cubierta o la carcasa existe siempre un canal anular cilindrico y hueco. A través del canal anular adyacente al tubo de inyección se conduce el gas, denominado en lo sucesivo gas de plasma, que se necesita para la generación de plasma en la zona de calentamiento de la bobina de carga. El canal anular que se encuentra dispuesto en el exterior de manera radial es alimentado con un gas, denominado en lo sucesivo gas de revestimiento, que sirve para el enfriamiento de la carcasa y simultáneamente contribuye a la producción de plasma en la zona de calentamiento de la bobina de carga. La zona de precalentamiento antes mencionada es formada preferentemente por una bobina de precalentamiento que abarca de manera coaxial al tubo de alimentación. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La invención se explica ahora más detalladamente haciendo referencia a as representaciones esquemáticas adjuntas. En ellas: La figura 1 muestra un primer ejemplo de ejecución de un dispositivo, que sólo presenta una zona de calentamiento y La figura 2 muestra un dispositivo en una representación correspondiente a la figura 1 que presenta una zona de calentamiento adicional, precisamente una zona de precalentamiento. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Los dispositivos, mostrados en las figuras en forma de cortes, abarcan una antorcha de plasma sin electrodos 5 con una carcasa 1, conformada esencialmente como sección de tubo de un material cerámico, por ejemplo nitruro de silicio. Esta presenta una abertura de entrada 2 y una abertura de salida 3. Cerca de la abertura de salida 3 la carcasa 1 está envuelta de manera coaxial por una bobina de carga 4 que para la generación de un campo alterno magnético está unida con un generador de alta frecuencia de alto rendimiento (no mostrado) . La bobina de carga forma una zona de calentamiento 6 en la que se transforman al estado de plasma a un gas portador que contiene partículas de polvo, así como al gas de plasma que ingresa a través del canal anular entre el tubo de inyección 7 y el tubo de conducción de gas 8 y además también al gas de revestimiento que fluye entre el tubo de conducción de gas 8 y la carcasa 1. Con ello se alcanzan temperaturas, que como mínimo corresponden a las de un arco voltaico de una antorcha de plasma convencional. La alimentación de potencia eléctrica es realizada por un generador de alta frecuencia de alto rendimiento con una potencia constante de entre usualmente 10 kW hasta 50 MW y una frecuencia de oscilación, que típicamente se encuentra en el rango de 100 kHz a 5 MHz . Por medio del campo magnético alterno de la bobina de carga 4 es inducido en la zona de calentamiento 6 un campo eléctrico con una intensidad de campo tan alta, que llega a la erupción de gas con la siguiente ionización del gas portador, del gas de plasma así como del gas de revestimiento. Ni bien la zona de calentamiento 6 está llenada con un plasma con una conductividad lo suficientemente alta, el campo alterno eléctrico de alta frecuencia induce una corriente de alta frecuencia en el plasma que conduce a un calentamiento intensivo del plasma. Con esto se pueden alcanzar rendimientos eléctricos de más del 50% para el calentamiento del plasma en potencias de hasta algunos 10 kw. El plasma en la zona de calentamiento 6 puede alcanzar temperaturas, de acuerdo a la potencia eléctrica alimentada, que posibilitan la fundición de materiales con elevados puntos de fusión, como óxidos de metal y nitritos. En la carcasa 1 ingresa de manera central del lado de la entrada un tubo de inyección 7 que se extiende hasta la zona de calentamiento 6 y que descarga allí. Este tiene un diámetro o una sección de flujo esencialmente menor que la carcasa 1. A través del tubo de inyección 7 se conduce un gas portador que contiene partículas de polvo a un área central de la zona de calentamiento 6. El tubo de inyección 7 está abarcado de manera coaxial y con distancia radial por un tubo de conducción de gas 8, con lo que entre el tubo de inyección 7 y el tubo de conducción de gas 8 queda libre un canal anular 9. A través de este se conduce un gas libre de polvo (gas de plasma) que sirve para la generación de plasma. El tubo de conducción de gas 8 está medido de manera que entre este y la carcasa 1 quede libre un canal anular 10. Este sirve para la conducción de un gas refrigerante, por ejemplo aire, para proteger a la carcasa cerámica 1 de una influencia térmica demasiado alta. El dispositivo representado esquemáticamente en la figura 2 se distingue del de la figura 1 esencialmente en que a la zona de calentamiento 6 se encuentra previamente conectada una zona de precalentamiento 12. Esta se forma por una bobina de precalentamiento 13, que abarca de manera coaxial al tubo de inyección 7 en un área dispuesto dentro del tubo de conducción de gas 8. La bobina de precalentamiento presenta una potencia considerablemente menor que la bobina de carga 4. En consecuencia genera un plasma con una densidad de iones menor, que sin embargo, cuando se conduce al área central de la zona de calentamiento 6, impide grandes oscilaciones de impedancia de la bobina de carga 4, como se explicó más arriba.

Claims (12)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes : REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para introducir polvos en una fundición de metal de una instalación pirometalúrgica, caracterizado porque un gas portador que contiene partículas de polvo es conducido por una zona de calentamiento (6) de una antorcha de plasma (5) sin electrodos, en la que por calentamiento inductivo es conducida hacia un plasma antes de que finalmente sea insuflada en un área que aloja a la fundición de metal.

2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1, en el que el plasma se calienta de tal manera, que el material de las partículas de polvo es transformado a un estado fundido o de forma de vapor.

3. Procedimiento conforme a la reivindicación 1 ó 2, en el que el gas portador que contiene las partículas de polvo es conducido de manera axial por una bobina de carga (4) que forma la zona de calentamiento (6) .

4. Procedimiento conforme a la reivindicación 3, en el que a la zona de calentamiento es conducida a través de un tubo de inyección (7) un gas portador cargado con partículas de polvo y a través de un tubo de conducción de gas (8) que abarca de manera coaxial al tubo de inyección (7) , un gas libre de partículas de polvo.

5. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriores, en el que el gas portador es conducido por una zona de precalentamiento (12) formada por una bobina de precalentamiento de menor rendimiento (13) y que está antepuesta a la zona de calentamiento (6) .

6. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriores, aplicado para la fabricación de acero y el tratamiento de acero.

7. Dispositivo para insuflar de polvos que se deben introducir en una fundición de metal de una instalación pirometalúrgica caracterizado porque comprende una antorcha de plasma sin electrodos (5) con una carcasa (1) en forma de tubo que sirve para la conducción de un gas portador que contiene partículas de polvo y que está envuelta de manera coaxial por una bobina de carga (4) que forma una zona de calentamiento (6) .

8. Dispositivo conforme a la reivindicación 8, con un tubo de inyección (7) que ingresa de manera central por la entrada en la carcasa (1) .

9. Dispositivo conforme a la reivindicación 8, en la que el tubo de inyección (7) se extiende aproximadamente hasta la zona de calentamiento (6) .

10. Dispositivo conforme a la reivindicación 8, en el que el tubo de inyección está abarcado de manera coaxial por un tubo de conducción de gas (8) , con lo que entre el tubo de inyección (7) y el tubo de conducción de gas o la carcasa (1) existe siempre un canal anular (9, 10) .

11. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones anteriores, que presenta una zona de precalentamiento inductiva (12) antepuesta a la zona de calentamiento (6) .

12. Dispositivo conforme a la reivindicación 10, en conexión con la reivindicación 8 ó 9, en el que la zona de precalentamiento es formada por una bobina de precalentamiento (13) que abarca al tubo de inyección (7) de manera coaxial .