ES2242855T3 - Elemento de refrigeracion para refrigerar un horno metalico. - Google Patents

Abstract

Elemento de refrigeración para la refrigeración de un horno metalúrgico, en el que la coraza (113, 213, 313) del horno está dotada en el lado dirigido al espacio (O¡) interior del horno con material (114, 214, 314) ignífugo, que comprende una parte (2, 102, 202, 302) fría por la que fluye a través medio de refrigeración, la cual presenta una alimentación (122, 222, 322) de medio de refrigeración y una evacuación (123, 223, 323) de medio de refrigeración, así como una parte (4, 104, 204, 304) caliente refrigerada mediante conducción térmica, de modo que la parte caliente del elemento de refrigeración en el estado montado termina enrasada con el lado (117) frontal del material (114, 214, 314) ignífugo que se dirige al espacio (O;) interior del horno, caracterizado porque toda la parte caliente está configurada como una plancha (5, 105, 205, 305) y porque esta plancha (5, 105, 205, 305) está asociada por el lado frío a una parte (2, 102, 202, 302) fría independiente, de modo que la parte fríaes un tubo (3, 103, 203, 303) y la plancha (5, 105, 205, 305) está colocada con su lado opuesto al interior (Of) del horno de forma inseparable en el tubo (3, 103, 203, 303) de forma paralela al eje longitudinal del tubo.

Description

Elemento de refrigeración para refrigerar un horno metalúrgico.

La invención se refiere a un elemento de refrigeración para refrigerar un horno metalúrgico, especialmente la zona de las escorias y/o la zona del metal de este horno, de modo que a la coraza del horno se le aporta material ignífugo en el lado dirigido al espacio interior del horno, y el elemento de refrigeración comprende una parte fría por la que fluye medio de refrigeración, la cual presenta una alimentación y una evacuación de medio refrigerante, así como una parte caliente refrigerada mediante una conducción del calor, de modo que la parte caliente del elemento de refrigeración en el estado montado termina enrasada con el lado frontal del material ignífugo que se dirige al espacio interior del horno. Además, la invención se refiere a un sistema para la refrigeración de un horno metalúrgico que se compone de al menos uno de estos elementos de refrigeración, así como un horno de fusión equipado con un sistema de este tipo.

Este tipo de hornos metalúrgicos se emplean en la fabricación de metales no férreos y hierro bruto. Para ello se emplean hornos redondos o rectangulares en los que la energía necesaria se aplica mediante electrodos de autococción del tipo Söderberg. En muchos casos, el proceso de fundición comienza mediante la aplicación de la energía por medio de un arco voltaico que prende libremente, el cual, tras formarse una escoria esponjosa, se introduce en ésta. Cuando los electrodos se introducen en la escoria líquida conductora, la energía emitida se transmite por completo al baño de metal mediante el calentamiento por resistencia de la escoria. En otros casos, sólo se aplica una parte de la energía al baño de metal mediante el calentamiento por resistencia de la escoria. La transmisión de energía se consigue mediante pequeños arcos voltaicos que se forman entre los electrodos y la columna que los rodean ("brush arcing"). En ambos casos, existe una escoria caliente y líquida de aproximadamente 1.400 a 1.700ºC, la cual circula en el recipiente del horno a causa de los efectos térmicos y magnéticos. La circulación térmica se estimula especialmente mediante fuerzas de empuje ascendente ocasionadas por los cambios de densidad debidos al enfriamiento en la pared del horno.

Mediante esta circulación de la escoria hacia la pared del horno, y también debido al ataque químico provocado por la escoria, se produce en la pared del horno un desgaste especialmente alto del material ignífugo con el que está revestido el horno de fusión. Este desgaste sólo se produce en el estado parado cuando, con la carga calorífica proporcionada, la pared del horno de material ignífugo está tan bien enfriada que en su lado caliente, es decir, el lado que se dirige hacia el interior del horno, se forma una costra de escoria solidificada. Una costra de este tipo se conoce bajo el concepto "freeze line". La capa de escoria solidificada protege al material ignífugo de la erosión o corrosión adicional de la escoria y, por tanto, es una capa protectora deseada. Cuanto mayor sea la potencia de fundición del horno y, con ello, los flujos de calor que van a evacuarse, más fino es el grosor restante de la pared de material ignífugo.

Se presentan mayores densidades de potencia de fundición (kW/m^{2} superficie de solera) especialmente cuando en hornos existentes debe aumentarse la aportación de potencia eléctrica para elevar la productividad pero, por motivos de costes, no debe aumentarse de forma correspondiente la superficie de solera. Además del re-equipamiento de hornos existentes, surge el problema también en el caso de hornos nuevos que van a construirse y que deben presentar una densidad de potencia mayor en comparación con los hornos conocidos.

Para generar o configurar de la forma más gruesa posible esta capa protectora (freeze-line) a pesar de los altos flujos de calor, a partir del informe de la conferencia "Furnace Cooling Design for Modern High-Intensity Pyrometallurgical Processes", de Copper 99-Cobre 99 Interbational Conference, vol. V, The Minerals, Metals & Materials Society, 1999 de N. Voermann, F. Ham, J. Merry, R. Veenstra y K. Hutchinson ha de desprenderse el emplear cuerpos de cobre refrigerados en la pared ignífuga del horno. Además de los denominados "dedos" y "refrigeradores de planchas", se propone especialmente el empleo de los denominados refrigeradores "waffle coolers". Dichos refrigeradores "waffle coolers" son cuerpos en forma de planchas hechos de cobre con tubos incorporados que están dotados en su lado caliente con ranuras y nervaduras en forma de cola de milano. En estas ranuras se introducen ladrillos de material ignífugo o están apisonadas masas de material ignífugo. El efecto de refrigeración de las nervaduras en los refrigeradores "waffle coolers" provoca que al entrar en contacto directo el material ignífugo con la escoria líquida se forme la protección "freeze line" deseada. Mientras que este tipo de refrigeradores "waffle coolers" asumen ventajosamente una función de soporte, como desventaja presentan un peso elevado, así como los altos costes de fabricación que resultan de ello.

Los "dedos" y "refrigeradores de planchas" se describen por D. Tisdale, D. Brian, R. Sriram y R. McMeekin, en "Upgrading Falconbridge's No. 2 furnace crucible", publicado en "Challenges in Process Intensification", Montreal PQ, Canada, Instituto Canadiense de Minería, Metalurgia y Petróleo, 1996. Por "dedos" se entienden tubos de cobre con una sección transversal redonda. Sin embargo, se muestra como una dificultad el incorporar estos tubos a los ladrillos en forma de paralelepípedo de material ignífugo. Esta desventaja no la presentan los refrigeradores de planchas conocidos. Sin embargo, éstos, al igual que los dedos, deben realizarse pesados y macizos dado que sus dimensiones vienen determinadas por el diámetro de los orificios que discurren dentro de ellos para el agua de refrigeración, lo cual hace que la fabricación sea costosa. Los dedos, los refrigeradores de planchas y los refrigeradores "waffle coolers" en el estado nuevo no atraviesan todo el grosor de la pared ignífuga del horno, sino que aún requieren de muro delante de su pared frontal por el lado del horno. Además, no están conectados a la pared exterior del horno, la denominada "coraza", con lo que se evita una compresión por las diferentes dilataciones térmicas del muro ignífugo y la coraza.

A partir de E. Granberg, G. Carlsson, "Development of a device for cooling of the safety-zone in the electric arc furnace", expuesto y publicado en el 3^{rd}European Electric Steel Congress, 2-4 octubre 1989, Bournemouth, se conocen elementos de refrigeración para la zona de seguridad en hornos eléctricos de fusión para la fabricación de acero cuya acción se basa en el transporte calorífico desde el lado caliente del interior del horno a un medio de refrigeración por fuera de la coraza del horno.

El documento US-A-1724098 da a conocer una plancha de refrigeración para hornos de cuba dotados de revestimiento ignífugo, la cual está hecha de cobre con canales dispuestos para el medio de refrigeración y dotados de nervios de cobre planos enfriados mediante conducción térmica y que se dirigen al interior del horno.

El documento DE-A-2924991 da a conocer un elemento refrigerado de la pared del horno que se compone de varios tubos de presión conectados entre sí para el paso a través del medio de refrigeración, los cuales están dotados en los vértices dirigidos al interior del horno con conductores de calor en forma de nervios de hierro planos soldados.

El elemento de refrigeración de cobre fundido comprende una pieza de unión refrigerada por agua en la que están dispuestos en forma de peine varios refrigeradores macizos en forma de plancha. Entre los refrigeradores de planchas hay dispuesto material ignífugo. La pieza de unión está dispuesta fuera de la coraza del horno. El grosor y la separación central de los refrigeradores en forma de planchas pueden modificarse. En esta solución es desventajoso el hecho de que, en caso de una configuración con refrigeradores en forma de plancha delgados, la carga en el lado caliente se vuelve muy grande, unido con el riesgo de la oxidación del cobre y de una pérdida de conductividad térmica, mientras que en el caso de una configuración de refrigeradores en forma de planchas gruesos aumentan los costes de los materiales y la consecuencia es una refrigeración asimétrica.

Por consiguiente, la invención se basa en el objetivo de facilitar un elemento de refrigeración, así como un sistema de refrigeración para un horno metalúrgico que, evitando las desventajas citadas anteriormente, presente un lado caliente que en el estado de funcionamiento forma inmediatamente una protección freeze-line. Además, debe facilitarse un horno que, al equiparlo con un sistema de este tipo, presente una alta estabilidad mecánica.

Este objetivo se consigue mediante un elemento de refrigeración con las características de la reivindicación 1, sistemas de refrigeración con las características de las reivindicaciones 8 y 9, así como mediante un horno con las características según las reivindicaciones 15 y 16. En las reivindicaciones dependientes se dan a conocer perfeccionamientos ventajosos.

Según la invención se propone que toda la parte caliente esté configurada como una (única) plancha, y que en su lado frío, es decir, en su lado opuesto al interior del horno, a la plancha esté asociada una (única) parte fría independiente dotada con alimentación y evacuación de medio de refrigeración, de modo que la parte fría es un tubo y la plancha está colocada en el tubo con su lado opuesto al interior del horno, de forma inseparable, de forma paralela al eje longitudinal del tubo.

Al contrario que en las soluciones conocidas, se forma un elemento de refrigeración a partir de una única plancha en la que se dispone una parte fría separada e independiente de otros elementos de refrigeración. De esta manera se consigue una relación adecuada de la superficie de la parte caliente respecto a la superficie de la parte fría, además de buenas propiedades de refrigeración. Por eso, en el estado de funcionamiento se forma directamente en el lado caliente del elemento de refrigeración, es decir, en el lado frontal del material ignífugo que se dirige al interior del horno, así como en el lado frontal de la plancha, rápidamente una capa protectora o freeze-line.

La unión se consigue mediante una conexión completa, preferiblemente mediante soldadura, para garantizar un buen transporte de calor. De forma ventajosa, el elemento de refrigeración se compone de una plancha de cobre y un tubo de cobre y, en este caso, de piezas de una medida estándar que están disponibles en almacén, lo cual reduce considerablemente los costes de material y, sobre todo, los costes de tratamiento. En general, se crea de esta manera un elemento de refrigeración fiable y rentable que puede emplearse de múltiples casos. También es especialmente ventajoso que los componentes utilizados (plancha, tubo), debido a su tipo de fabricación (laminado, extrusión) no presenten una estructura de fundición de grano grueso, sino una estructura uniforme de grano fino. Esto implica mejores propiedades de conductividad térmica, así como una tendencia más reducida a la formación y extensión de fisuras.

Preferiblemente, la plancha está configurada muy delgada, en el sentido de una chapa. El grosor de las planchas se sitúa preferiblemente en el intervalo de 10 a 40 mm, preferiblemente de 20 a 40 mm.

Para evitar alabeos de la plancha o chapa delgada debido a una dilatación térmica diferente a lo largo de la superficie de la plancha, se propone hacer hendiduras en la plancha o chapa perpendiculares al eje longitudinal del tubo de refrigeración. Debido a la separación en tiras de plancha individuales independientes y, además, debido al reducido grosor, se consigue una adaptación flexible a los movimientos de dilatación del material ignífugo. Esto también tiene la ventaja especial de que se evita la formación intersticios de aire aislantes entre el material ignífugo o muro ignífugo y la plancha.

Las separaciones entre las hendiduras se aplican preferiblemente de modo uniforme. Se recomiendan separaciones de aproximadamente 100 a 400 mm con anchos de hendiduras de 2-5 mm.

En el caso de los sistemas de refrigeración propuestos, pueden resultar los siguientes tipos: sistema de refrigeración según el tipo I, con elementos de refrigeración dispuestos de forma vertical cuya parte fría o tubo está dispuesta por fuera de la coraza del horno; sistema de refrigeración según el tipo II, con elementos de refrigeración dispuestos de forma vertical cuya parte fría o tubo está dispuesta dentro de la coraza del horno; sistema de refrigeración según el tipo III con elementos de refrigeración dispuestos de forma horizontal cuya parte fría o tubo está dispuesta por fuera de la coraza del horno; sistema de refrigeración según el tipo IV con elementos de refrigeración dispuestos de forma horizontal cuya parte fría o tubo está dispuesta dentro de la coraza del horno.

Los sistemas de refrigeración se diseñan en función de la densidad de potencia de fundición y de la separación de los electrodos respecto a la pared del horno y, concretamente, seleccionando la geometría de las planchas y/o de la separación entre el lado caliente y la parte fría y/o de la separación de las planchas entre sí. En relación con los refrigeradores de planchas conocidos, la plancha de la parte caliente está configurada delgada. La separación entre el lado caliente y la parte fría, es decir, el tubo, es relativamente corta. Preferiblemente, la plancha presenta una geometría cuadrangular.

En estos sistemas de refrigeración, la separación vertical u horizontal de los elementos de refrigeración respecto a su siguiente elemento de refrigeración contiguo se dimensiona como material ignífugo de forma correspondiente al múltiplo o a un múltiplo del formato de la altura o anchura de los ladrillos ignífugos. Esto tiene la ventaja, en el caso de la disposición horizontal, de que el número de elementos de refrigeración dispuestos unos encima de otros puede adaptarse de forma flexible de la altura de la zona de escorias o de la zona de metal. Se suprimen los trabajos de corte de los ladrillos ignífugos; se reduce el gasto de montaje.

Preferiblemente, se propone conectar los elementos de refrigeración de un sistema de refrigeración en serie unos detrás de otros por el lado del agua, de modo que la evacuación del medio de refrigeración de un elemento de refrigeración está unida con la alimentación de medio de refrigeración de un elemento de refrigeración contiguo, dado el caso, mediante un tubo de conexión rígido o tubos de conexión flexibles. El número de elementos de refrigeración que pueden conectarse en serie unos detrás de otros depende de la calidad del agua de refrigeración disponible y/o de la máxima temperatura permitida del agua de refrigeración.

La construcción del horno, especialmente la pared del horno, debe estar adaptada, según la invención, a los sistemas de refrigeración individuales y sus particularidades. Para un sistema de refrigeración del tipo III se propone un horno de fundición redondo o rectangular cuya coraza está conformada replegada en la zona de refrigeración en dirección al interior del horno y presenta planchas de mampara para apoyar la zona superior de la parte del horno que ahora sobresale. Esta construcción de la coraza del horno consigue que la debilitación de su capacidad de carga mecánica debida a las hendiduras horizontales necesarias para los elementos de refrigeración se compense con una separación vertical relativamente reducida.

En la disposición horizontal, se aplican en la coraza del horno hendiduras con una longitud correspondiente a la dilatación horizontal del elemento de refrigeración. La altura de las hendiduras se selecciona en este caso de forma ventajosa de manera que el elemento de refrigeración correspondiente puede aguantar la dilatación térmica inevitable del material ignífugo sin verse obstaculizado en este movimiento por el canto superior o inferior de la hendidura. Por tanto, resulta una altura relativamente grande de la hendidura.

En el sistema de refrigeración según el tipo IV deben aplicarse, en relación con el tipo III, únicamente aberturas más pequeñas y, con ello, puntos de debilitamiento más pequeños, en la coraza del horno para los circuitos de admisión y evacuación del medio de refrigeración de la parte fría o tubo. En el caso de esta solución, sólo se reduce un poco la capacidad de carga estática de la coraza del horno. No obstante, aún es posible un aumento de la capacidad de carga mediante la disposición desplazada unos respecto a otros de los elementos de refrigeración dispuestos unos encima de otros.

Los sistemas de refrigeración del tipo I y II se consideran especialmente para hornos redondos. La geometría de las planchas, concretamente su longitud, está adaptada preferiblemente a la altura de la zona de escorias. En el tipo I, en el que la plancha de la parte caliente se extiende a través de la coraza del horno y la parte fría o tubo se encuentra fuera de la coraza del horno, una coraza del horno con una estabilidad debilitada debido a las hendiduras verticales puede reforzarse mecánicamente mediante nervaduras o anillos para absorber las tensiones periféricas procedentes de la dilatación térmica del material ignífugo, de modo que se garantiza que las hendiduras verticales en la coraza del horno permiten un movimiento libre de los elementos de refrigeración integrados en el material ignífugo, especialmente hacia arriba.

Otras particularidades y ventajas de la invención se desprenden de las reivindicaciones dependientes y de la siguiente descripción en la que se explican detalladamente las formas de realización de la invención mostradas en las figuras. En este caso, además de las combinaciones de características expuestas anteriormente, también son esenciales para la invención características aisladas o en otras combinaciones. Muestran:

la figura 1, una vista lateral de un detalle de un elemento de refrigeración propuesto según la invención que se compone de una plancha y un tubo;

la figura 2, una sección transversal del elemento de refrigeración según la figura 1 a lo largo de la línea A-A;

la figura 3, un corte vertical a través de una pared del horno con sistema de refrigeración integrado del tipo III y coraza de horno conformada;

la figura 4, un corte horizontal B-B a través de una pared del horno con un sistema de refrigeración según la figura 3;

la figura 5, una sección vertical a través de una pared del horno con sistema de refrigeración del tipo IV integrado;

la figura 6, un corte horizontal B-B a través de una pared del horno con un sistema de refrigeración según la figura 5;

la figura 7, la representación de un sistema de refrigeración según el tipo IV, de modo que los elementos de refrigeración que se disponen unos sobre otros están dispuestos desplazados;

la figura 8, una sección vertical a través de una pared del horno con sistema de refrigeración del tipo I integrado.

La figura 1 muestra un detalle de un elemento 1 de refrigeración que se compone de una parte 2 fría por la que fluye a través un medio de refrigeración, por ejemplo, agua de refrigeración, en forma de un tubo 3 con un diámetro d_{i} interior y un grosor d_{w} de pared, así como de una parte 4 caliente refrigerada únicamente mediante conducción térmica. La parte 4 caliente que, por tanto, no es atravesada por agua de refrigeración, se compone de una plancha 5 delgada de cobre, que se denominará en los sucesivo "chapa de cobre". El tubo 3 también está hecho de cobre y corresponde a una medida estándar o normalizada de tubos de cobre. La chapa de cobre está soldada con su lado 6 longitudinal del lado frío al revestimiento 7 del tubo de forma paralela al eje longitudinal del tubo y, partiendo del lado 8 caliente, está dotada con hendiduras 9 que, en el caso de la forma de realización mostrada, se extienden hasta la unión 10 de soldadura. El calor del espacio O_{i} interior del horno que incide en el lado 8 caliente se desprende mediante conducción térmica a través de la chapa de cobre al tubo 3 y, aquí, al medio de refrigeración que fluye a través del tubo 3. La conexión completa que permite un transporte térmico sin perturbaciones entre la chapa de cobre y el tubo 3, aquí en forma de la unión 10 de soldadura, se aclara también en la figura 2. La chapa de cobre está configurada de forma relativamente delgada, preferiblemente entre 20 a 40 mm. De forma ventajosa, también se emplea una chapa de cobre de una medida normalizada. En combinación con las hendiduras 9 resulta una chapa de cobre flexible que posibilita un alto transporte térmico y, al mismo tiempo, puede soportar dilataciones térmicas del material ignífugo.

En la figura 3 se muestra la disposición de una pluralidad de elementos 101 de refrigeración para formar un sistema de refrigeración. En el sistema de refrigeración del tipo III (11), aquí mostrado, los elementos 101 de refrigeración están dispuestos de forma horizontal, es decir, la parte 104 caliente configurada como chapa de cobre se incorpora en la pared 112 del horno de tal manera que el plano de la plancha se extiende de forma perpendicular al eje longitudinal del horno.

La pared 112 del horno se compone de la coraza 113 del horno y de material 114 ignífugo con el que se dota al horno en su lado dirigido al interior O_{i} del horno. En la forma de realización aquí mostrada, la coraza 113 del horno está revestida de ladrillos 115 ignífugos de una altura H_{F} determinada y se rellena con masa 116 ignífuga apisonada el paso a los ladrillos 115 ignífugos. Los elementos 101 de refrigeración individuales se disponen en la zona de refrigeración de tal manera que el lado 108 caliente de la plancha 105 de cobre delgada o chapa de cobre, es decir, el lado frontal expuesto directamente a la atmósfera del horno, en un estado montado termina enrasado con el lado 117 frontal de los ladrillos 115 ignífugos dirigidos al espacio O_{i} interior del horno, es decir, no se necesita ningún material ignífugo antes del lado frontal de las planchas de cobre.

Los elementos 101 de refrigeración están dispuestos en esta forma de realización unos encima de otros con una separación de dos ladrillos 115 ignífugos, de modo que el revestimiento se sujeta en cada caso en la coraza 113 del horno por un elemento 118 de anclaje del ladrillo. Gracias a su forma estructural y a la disposición entre los ladrillos ignífugos, los elementos de refrigeración son en gran medida auto-portantes, lo cual ahorra elementos de fijación.

Los tubos 103 de cobre asignados a cada chapa de cobre individual que forman un canal 119 de refrigeración están dispuestos por fuera de la coraza 113 del horno. En el extremo de cada uno de los tubos 103 están previstas secciones 120, 121 de tubo o transiciones a alimentaciones 122 de medio de refrigeración o evacuaciones 123 de medio de refrigeración, véase para ello también la figura 4. En conjunto, mediante la relación apropiada de la superficie de la parte 104 caliente a la superficie de la parte 102 fría de los elementos 101 de refrigeración individuales a lo largo del lado caliente de la coraza, se configura rápidamente una capa de protección o freeze-line 124 (sólo se muestra una sección de la protección freeze-line). De esta manera, el grosor de pared restante de los ladrillos 115 ignífugos no atacados por la erosión es grande.

Dado que los tubos 103 de cobre de los elementos 101 de refrigeración individuales se disponen por fuera de la coraza 113 del horno, en la coraza 113 del horno están aplicadas aberturas 125 o hendiduras correspondientes que son algo más largas que la longitud de la chapa de cobre y cuya altura H_{\ddot{O}} no debe ser demasiado baja para que no se obstaculice la chapa de cobre durante los movimientos de los ladrillos 115 ignífugos en la abertura 125 de la hendidura. Para compensar el debilitamiento de la coraza 113 del horno ocasionado por la abertura, la coraza 113 del horno en la zona de refrigeración formada por el sistema 11 de refrigeración, que puede corresponderse aproximadamente con la zona de escorias, está configurada abombada hacia dentro (véase la figura 3). Las fuerzas de partes de la estructura 126 del horno que se disponen más arriba y que actúan sobre la coraza 113 del horno son captadas por chapas 127 de mampara o son conducidas adicionalmente hacia
abajo.

La zona de metal que sigue a continuación por debajo de la zona de escorias también puede estar configurada con un sistema 11 de refrigeración de este tipo o, tal como se muestra aquí, con una refrigeración 128 de riego que actúa desde fuera en la coraza 113 del horno. Para ello, la coraza 113 del horno se reviste en su lado opuesto al interior del horno de tal manera que se forma un espacio 129 intermedio. El agua de refrigeración se aporta mediante un tubo 130 de alimentación al espacio 129 intermedio, de manera que se asperje a lo largo del lado exterior de la coraza 113 del horno.

La disposición de las chapas 127 de mampara anteriormente mencionadas se aclara especialmente en la figura 4, la cual muestra un corte horizontal a través del sistema 11 de refrigeración mostrado en la figura 3 en la pared 112 de un horno de fusión a lo largo de la línea B-B. La longitud de los tubos 103 de cobre, que puede adquirir valores entre un metro y varios metros, o también inferiores a un metro, se corresponde aproximadamente a la longitud de la chapa de cobre.

El tipo de sistema de refrigeración III (11), descrito anteriormente, con tubos de cobre que se disponen por fuera de la coraza del horno se emplea especialmente en hornos de fusión que están dotados de material ignífugo, el cual, en caso de altas temperaturas, reacciona con agua, tal como, por ejemplo, óxido de magnesio. Si puede aceptarse una disposición de tubos conductores de agua de refrigeración dentro de la coraza del horno, se emplea un sistema de elementos de refrigeración según el tipo IV (12), el cual se muestra detalladamente en las figuras 5 y 6. La figura 5 muestra una sección vertical a través de una pared 212 del horno, mientras que la figura 6 muestra una sección horizontal.

Los tubos 203 de cobre con el canal 219 de refrigeración de los elementos 201 de refrigeración están dispuestos dentro de la masa 216 ignífuga apisonada que se encuentra entre la coraza 213 del horno y los ladrillos 215 ignífugos. Igual que en el caso del sistema de refrigeración según el tipo III (11), las planchas 205 o chapas de cobre delgadas están dispuestas entre los ladrillos 215 ignífugos individuales. La coraza 213 del horno se dota de aberturas 225 para el paso a través de las dos secciones 220, 221 de tubo para la alimentación 222 correspondiente de medio de refrigeración y la evacuación 223 correspondiente de medio de refrigeración de cada uno de los tubos 203 de cobre. Aunque en el caso de este sistema 12 de refrigeración la coraza 213 del horno se debilita mucho menos, pueden preverse chapas 227 de mampara para aumentar la estabilidad (véase la figura 6), que se extienden en el lado frío de la coraza 213 del horno en el recipiente 230 del horno.

Además, en el caso de un sistema de refrigeración del tipo IV (12) se consigue un aumento de la estabilidad mediante una disposición desplazada de las capas de elementos 201 de refrigeración dispuestas unas encima de otras, lo cual se muestra en la figura 7. La figura 7 muestra, vista desde el lado frío de la coraza del horno, un sistema de refrigeración del tipo IV (12) con tubos 203 de cobre que se disponen dentro de elementos 201 de refrigeración dispuestos horizontalmente unos encima de otros de un nivel primero, segundo, tercero y cuarto. Por medio de un canal 231 de alimentación común entra agua de refrigeración, a través de las secciones 220 de tubo de entrada que sobresalen a través de aberturas correspondientes en la coraza del horno, en los tubos 203 de cobre de los elementos 201 de refrigeración del primer nivel o nivel inferior para volver a salir a través de secciones 221 correspondientes de tubo de salida. Sin embargo, en el caso de la forma de realización aquí mostrada, el agua de refrigeración no sale inmediatamente sino que se transporta mediante un tubo 232 de conexión que se dispone dentro, también encastrado en la masa ignífuga apisonada, a las secciones 220 de tubo de entrada del tubo 203 de cobre de los elementos 201 de refrigeración del siguiente nivel más alto. Este transporte de agua de refrigeración se continua hasta que haya pasado a través de los tubos 203 de cobre de los elementos 201 de refrigeración del cuarto nivel o nivel superior y el agua de refrigeración salga a través de secciones 221 de tubo de salida y circuitos 223 de evacuación de agua de refrigeración en un canal de recirculación común para ser conducida desde allí a un sistema de refrigeración mediante agua de refrigeración (no mostrado).

Los sistemas de refrigeración según el tipo III (11) y IV (12) se utilizan especialmente en hornos cuadrangulares, mientras que los sistemas de refrigeración según el tipo I y II se utilizan especialmente en el caso de hornos redondos. Una sección vertical de los elementos de refrigeración de un sistema según el tipo I (13) se muestra en la figura 8. En este tipo de sistema de refrigeración, los elementos 301 de refrigeración se disponen de tal manera en la pared del horno que plano de las planchas 305 o el eje longitudinal de los tubos 303 de cobre discurre paralelos al eje longitudinal del horno. La parte 302 fría o el tubo 303 de cobre de cada uno de los elementos 301 de refrigeración se encuentra fuera de la coraza 313 del horno. La longitud de las chapas de cobre se corresponde preferiblemente a la altura de la zona de las escorias. Con 309 se indican las hendiduras de la chapa de cobre. Para montar los elementos 301 de refrigeración se aplican en la coraza 313 del horno aberturas 325 o hendiduras estrechas pero alargadas en la dirección vertical. La coraza 313 del horno se refuerza preferiblemente mediante nervaduras o
anillos 335a, b.

Claims (17)

1. Elemento de refrigeración para la refrigeración de un horno metalúrgico, en el que la coraza (113, 213, 313) del horno está dotada en el lado dirigido al espacio (O_{i}) interior del horno con material (114, 214, 314) ignífugo, que comprende una parte (2, 102, 202, 302) fría por la que fluye a través medio de refrigeración, la cual presenta una alimentación (122, 222, 322) de medio de refrigeración y una evacuación (123, 223, 323) de medio de refrigeración, así como una parte (4, 104, 204, 304) caliente refrigerada mediante conducción térmica, de modo que la parte caliente del elemento de refrigeración en el estado montado termina enrasada con el lado (117) frontal del material (114, 214, 314) ignífugo que se dirige al espacio (O_{i}) interior del horno, caracterizado porque toda la parte caliente está configurada como una plancha (5, 105, 205, 305) y porque esta plancha (5, 105, 205, 305) está asociada por el lado frío a una parte (2, 102, 202, 302) fría independiente, de modo que la parte fría es un tubo (3, 103, 203, 303) y la plancha (5, 105, 205, 305) está colocada con su lado opuesto al interior (O_{i}) del horno de forma inseparable en el tubo (3, 103, 203, 303) de forma paralela al eje longitudinal del tubo.

2. Elemento de refrigeración según la reivindicación 1, caracterizado porque la plancha (5, 105, 205, 305) está colocada en el tubo (3, 103, 203, 303) con una unión total.

3. Elemento de refrigeración según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la plancha (5, 105, 205, 305) presenta un grosor de 10 a 40 mm, preferiblemente de 20 a 40 mm.

4. Elemento de refrigeración según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la plancha (5, 105, 205, 305) presenta hendiduras (9, 309) que discurren de forma perpendicular al eje longitudinal del tubo (3, 103, 203, 303) que, partiendo del lado de la plancha no unido con el tubo, están aplicadas en la plancha en dirección al tubo.

5. Elemento de refrigeración según la reivindicación 4, caracterizado porque las separaciones de las hendiduras (9, 309) son homogéneas y las hendiduras (9, 309) se extienden hasta el tubo (3, 103, 203, 303).

6. Elemento de refrigeración según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el tubo (3, 103, 203, 303) presenta una longitud de un metro a varios metros.

7. Elemento de refrigeración según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque tanto la plancha (5, 105, 205, 305) que forma la parte caliente, como también el tubo (3, 103, 203, 303) que forma la parte fría están hechos de cobre o de otro material conductor térmico.

8. Sistema para refrigerar un horno metalúrgico con al menos un elemento de refrigeración según una de las reivindicaciones 1 a 7, de modo que la coraza (113, 213) del horno está dotada de material (114, 214) ignífugo en su lado dirigido al espacio (O_{i}) interior del horno, y de modo que el elemento de refrigeración correspondiente comprende una parte (102, 202) fría por la que fluye a través medio de refrigeración, que presenta una alimentación (122, 222) de medio de refrigeración y una evacuación (123, 223) de medio de refrigeración, así como una parte (104, 204) caliente enfriada por conducción térmica, y de modo que la parte caliente del elemento de refrigeración en el estado montado termina enrasada con el lado (117) frontal del material (114, 214) ignífugo dirigido al espacio interior del horno, caracterizado porque la parte caliente configurada como una única plancha (105, 205) se monta en la pared (112) del horno formada por la coraza (113, 213) del horno y el material (114, 214) ignífugo, de manera que el plano de las planchas se extiende de forma perpendicular al eje longitudinal del horno (disposición horizontal).

9. Sistema para refrigerar un horno metalúrgico con como mínimo un elemento de refrigeración según una de las reivindicaciones 1 a 7, de modo que la coraza (313) del horno está dotada de material (314) ignífugo en su lado dirigido al espacio (O_{i}) interior del horno, y de modo que el elemento de refrigeración correspondiente comprende una parte (302) fría por la que pasa a través medio de refrigeración, la cual presenta una alimentación (322) de medio de refrigeración y una evacuación (323) de medio de refrigeración, así como una parte (304) caliente enfriada mediante circulación térmica, y de modo que la parte caliente del elemento de refrigeración en el estado montado termina enrasada con el lado frontal del material ignífugo dirigido al espacio interior del horno, caracterizado porque la parte caliente configurada como una única plancha (305) se monta en la pared del horno formada por la coraza (314) del horno y el material (314) ignífugo de tal manera que el plano de la plancha se extiende paralelo al eje longitudinal del horno (disposición vertical).

10. Sistema según la reivindicación 8 o 9, caracterizado porque la parte (202) fría, atravesada por medio de refrigeración, del elemento (201) de refrigeración correspondiente está dispuesta en el lado dirigido al interior (O_{i}) del horno de la coraza (213) del horno.

11. Sistema según la reivindicación 8 o 9, caracterizado porque la parte (102, 302) fría, atravesada por medio de refrigeración, está dispuesta en el lado de la coraza (113, 313) del horno opuesto al interior (O_{i}) del horno.

12. Sistema según una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque la geometría de las planchas (105, 205, 305) y/o la separación entre el lado (108) caliente y la parte (102) fría y/o la separación de las planchas (105, 205, 305) entre sí de los elementos de refrigeración están diseñadas de forma correspondiente a la densidad de potencia de fundición.

13. Sistema según una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque la separación de las planchas (105, 205, 305) de elementos (101, 201, 301) de refrigeración contiguos se dimensiona como material ignífugo de forma correspondiente al múltiplo o a un múltiplo del formato (H_{F}) de altura o del formato de anchura de los ladrillos (115, 215) ignífugos.

14. Sistema según una de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado porque la evacuación del medio de refrigeración de un elemento de refrigeración está unida con la alimentación de medio de refrigeración de un elemento (201) de refrigeración contiguo.

15. Horno de fusión con un sistema según las reivindicaciones 8 y 11 para el enfriamiento de la zona de escorias y/o zona de metal con como mínimo un elemento de refrigeración según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque, en la disposición horizontal, varias capas de elementos (101) de refrigeración que forman una zona de refrigeración y, en una disposición de la parte (102) fría atravesada por medio de refrigeración, en el lado de la coraza (113) del horno opuesto al interior (O_{i}) del horno, la coraza (113) del horno está configurada desplazada en esta zona de refrigeración en dirección al espacio (O_{i}) interior del horno, y porque mediante una estructura de chapas, especialmente mediante chapas (127) de mampara, está protegida para la conducción adicional de fuerzas verticales por encima de la zona de refrigeración.

16. Horno de fusión con un sistema según las reivindicaciones 9 y 11 para enfriar la zona de escorias y/o zona de metal con como mínimo un elemento de refrigeración según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en caso de disposición vertical de varios elementos (301) de refrigeración que forman una zona de refrigeración, y en caso de una disposición de la parte (302) fría por la que fluye a través medio de refrigeración en el lado de la coraza (313) del horno opuesta al interior (O_{i}) del horno, la coraza (313) del horno está reforzada mediante nervaduras (335a, b) o anillos.

17. Horno de fusión según la reivindicación 15 o 16, caracterizado por un horno (O_{R}) redondo o un horno (O_{Re}) rectangular para producir metales no ferrosos o hierro bruto o por un horno de arco voltaico para producir acero.