ES2214963B1 - Procedimiento e instalacion para el enfriado de escorias de aluminio. - Google Patents

Abstract

Procedimiento e instalación para el enfriado de escorias de aluminio, mediante compactado de las escorias en un molde. Durante la operación de compactado se somete a las escorias a un proceso de vibración. Para ello la compactación se lleva a cabo mediante una instalación que incluye una plataforma inferior (1), sobre la que se dispone el molde (5) con las escorias a enfriar, y un bastidor (2) del que va suspendido un pisón (12) para la compactación de las escorias. Este pisón dispone de un mecanismo vibrador (17), que se activa cuando se inicia el descenso de dicho pisón y se mantiene durante la fase de compactado de las escorias.

Description

Procedimiento e instalación para el enfriado de escorias de aluminio.

La presente invención se refiere a un procedimiento para el enfriado de escorias de aluminio, y más específicamente a un procedimiento para el enfriado de escorias de aluminio mediante prensado de las mismas consiguiendo un sellado rápido, con el fin de que no estén en contacto con el aire, evitando que reaccione el Al con el oxígeno y el nitrógeno perdiendo metal contenido.

La invención tiene por objeto también la instalación mediante la cual se lleva a cabo el procedimiento citado.

La manipulación de aluminio líquido en las fundiciones de aluminio conlleva necesariamente la producción de un material residual llamado escoria de aluminio en una cuantía aproximada de 1-15% del peso de metal manejado. Su origen está en la tendencia a oxidarse del aluminio habitualmente. El óxido de aluminio generado, no es siempre una capa continua, sino que es algo disgregado y heterogéneo que sobrenada en principio al metal. Otras posibles impurezas generadas dentro del horno por reacciones con la atmósfera, con los refractarios y con impurezas aportadas con las cargas al horno, se incorporan a la masa de escoria, formando un material muy complejo. La adición de fundentes complica las reacciones y es desaconsejada.

Estas escorias no pueden permanecer junto con el metal líquido mucho tiempo, ya que pueden mezclarse con el mismo y contaminarlo con inclusiones de óxido que mermarían de forma importante su calidad. Se requiere hacer un desescoriado, durante el cual se arrastra metal.

Es importante destacar, que cuanto más reacciona el aluminio, mayor es el peso de las escorias generadas, y su riqueza metálica menor. La minimización de los residuos producidos en el reciclado de las chatarras de aluminio, es una de las tareas que es objeto de continua atención, y se centra en cada ocasión en distintos aspectos del proceso. En nuestro caso se ha trabajado en la reducción de la cantidad de escorias producidas en la fusión en horno reverbero de los materiales a reciclar. Se trata de un tema con varias implicaciones:

- Minimizar el volumen de residuos, y aumentar el metal recuperado.

- Reducir el impacto ambiental de una operación que produce humos y polvo.

- Contribuir al ahorro de energía evitando un desperdicio de metal.

Todo esto hace muy interesante cualquier acción de mejora que permita disminuir la cantidad de escoria producida.

La presente invención tiene por objeto un nuevo tratamiento de las escorias fuera del horno para que se enfríen rápidamente y no pierdan metal contenido. Posteriormente, en el reciclado del metal de las escorias en una refinería de aluminio, se tendrá un máximo de metal recuperado.

Queremos destacar que un mayor contenido metálico de las escorias indica una buena gestión del proceso de fusión, y al haber minimizado su cantidad también tenemos una mayor garantía de más cantidad de metal líquido y recuperación metálica. Lo contrario es tener escorias pobres de aluminio, que significa que se han incinerado dentro del horno, o que no han sido tratadas posteriormente de un modo adecuado, ambos síntomas de una mala gestión del tema.

Las escorias pueden tener aluminio metal 65%, 75%, nitruro de aluminio 2,5%, carburo de aluminio 2,5%, alúmina (óxido de aluminio) 20%. También pueden contener hierros, refractarios y otros restos de reacciones, adiciones o contaminaciones dentro del horno. El aluminio metal libre contenido es consecuencia de los arrastres que inevitablemente se producen al sacarlas del horno, y puede estar muy mezclado con el resto de materiales o claramente separado, por lo que puede fluir libremente como un líquido.

Otras posibles impurezas generadas dentro del horno por reacciones con la atmósfera, con los refractarios y con impurezas aportadas con las cargas al horno, se incorporan a la masa de escoria, formando un material muy complejo.

Las escorias están calientes, no sólo por estar dentro de un horno, sino porque el metal atrapado en ellas mismas entra en reacción con el oxígeno y desprende una gran cantidad de calor. Como son muy aislantes, el calor no se disipa, y pueden alcanzar una temperatura puntual máxima de 2.400 o más grados centígrados, llegándose a la fusión del propio óxido. Consideramos que la temperatura media es de 900ºC.

Una escoria puede reaccionar dentro del horno, por lo que puede resultar muy caliente y con poco contenido metálico, o lo puede hacer fuera del horno, cuando se "abre" en el desescoriado, quedando expuesta a la atmósfera del aire. Lo primero es consecuencia de una mala práctica de trabajo, lo segundo puede corregirse en parte.

Una escoria es un residuo tóxico y peligroso según la ley. Esto se fundamenta principalmente en que desprende gases tóxicos y explosivos cuando se moja. Estos gases proceden de reacciones del agua con el aluminio fino disgregado y el nitruro de aluminio formando respectivamente hidrógeno y amoníaco.

Cuando una escoria se enfría por debajo de 400-450ºC, la oxidación del aluminio que la compone no tiene lugar. Cesa el llamado fenómeno de aluminotermia y no se pierde metal. Esto es perfecto para lograr los objetivos propuestos.

Esto se puede lograr alimentando las escorias a distintos dispositivos en los cuales s enfrían. Nos referimos a prensas, centrífugas, tromeles rotativos, rodillos, cajas con atmósfera inerte, etc. En la operación se obtienen metal líquido que fluye de la escoria y que se recupera al momento y una masa enfriada que puede ser pulverulenta y a granel, o en bloques más o menos macizos o densos. Estos últimos son los que se van a reciclar en las refinerías autorizadas.

En el pasado, la entidad solicitante desarrolló los llamados enfriadores rotativos, aptos para tratar grandes cantidades de escorias, y que tuvieron gran extensión en el mundo, y del que existe amplía documentación técnica en las revistas técnicas. Todavía hay varios en funcionamiento.

Posteriormente, se hicieron populares los enfriadores tipos prensa, del cual hay varios modelos. Las ventajas de estos respecto a los primeros, es que son más económicos y compactos, se pueden utilizar para cantidades pequeñas de escorias, y se tiene una mayor cantidad de metal líquido que fluye en la misma operación para reincorporarse al horno en el momento. La desventaja está en que no hay un enfriamiento efectivo de la escoria, con lo cual persiste una oxidación del metal dentro del bloque formado.

La presente invención tiene por objeto un procedimiento para el enfriado de escorias de aluminio, mediante el prensado de las mismas, que se lleva a cabo de modo que se logre aislar el metal del oxígeno y el nitrógeno del aire, para evitar la pérdida de metal.

El procedimiento de la invención reúne las ventajas de los equipos de tipo prensa, que resultan más económicos y compactos y permiten una mayor cantidad de metal líquido que fluye de las escorias durante el proceso de prensado, y las ventajas de los equipos y procedimientos que utilizan atmósfera inerte para aislar al metal del oxígeno y el nitrógeno del aire.

De acuerdo con el procedimiento de la invención, durante la operación de compactado de las escorias se somete a dichas escorias a un proceso de vibración, mediante el que se provoca que el metal fundido fluya desde el interior de las escorias hacia las paredes del molde que contiene las escorias, donde se enfría y solidifica, produciendo un cierre superficial de la masa de escorias que aísla a las mismas del oxigeno y del nitrógeno del aire, impidiendo así la reacción en el seno de la masa de escorias.

El briqueteado de las escorias se llevará a cabo preferentemente en un compactador dotado de un pisón o pesa que desciende suspendida de un polipasto para comprimir las escorias contenidas en un molde. De acuerdo con la invención las vibraciones se transmiten a las escorias a través de la pesa o pisón mediante la que se efectúa el compactado, para lo cual dicha pesa va dotada de elementos o medios de vibración.

El proceso de desescoriado y compactación de escorias es la fase previa a la colada del aluminio. Las escorias resultantes se compactan para evitar que el oxigeno y el nitrógeno del aire penetren en su masa y sigan reaccionando con el aluminio que contienen. Al cerrar la entrada al aire se apagan las escorias por falta de comburente y al apagarse se enfrían; una vez frías se desmoldean para su fusión en el Horno Rotativo.

Las escorias generadas en la fundición se recogen en moldes especiales de acero fundido y se llevan al compactador con un vehículo apropiado una a una. Una vez las escorias en los moldes se limpia su parte superior empujando las escorias que hayan quedado sobre la parte plana al interior de la caja, para evitar que durante el transporte caigan al suelo. Se lleva al compactador el primer molde una vez que está en posición adecuada, el compactador comienza la operación; primero comienza la vibración y el peso vibrante, que está colgado de un polipasto, desciende sobre el molde de escorias; sigue bajando y compactando la escoria. Cuando las escorias están compactas, no hay aire en el interior y no entra más aire del exterior a través de la superficie de la briqueta. La reacción ha terminado y ahora el enfriamiento de la escoria es cuestión de tiempo. En unas dos horas las briquetas están frías y pueden ponerse los moldes en los bastidores de desmoldeo, donde las briquetas serán desmoldeadas.

Según otro aspecto de la invención, el procedimiento descrito se lleva a cabo mediante una instalación constituida por un compactador que incluye una plataforma inferior, sobre la que se dispone un molde con las escorias a enfriar, un bastidor del que va suspendido un pisón mediante un polipasto, y guías para conducir a dicho pisón en su desplazamiento vertical hacia la masa de escorias contenida en el molde.

Este compactador se caracteriza porque el pisón dispone de un mecanismo vibrador que se activa cuando se inicia el descenso del pisón, al detectar la presencia de un molde con escorias en la plataforma inferior, manteniéndose esta vibración durante la operación de prensado, para transmitir las vibraciones a la masa de escoria.

El compactador dispondrá, cerca de la plataforma inferior, de un detector de posición del molde, para la activación del motor del polipasto del que va suspendido el pisón y de los vibradores del mismo.

Además el polipasto del que va suspendido el pisón queda colgado superiormente del bastidor a través de una suspensión elástica, constituida a base de resortes de compresión. Cerca de estos resortes va dispuesto un sensor encargado de provocar la parada del polipasto cuando detecta el estado descomprimido de dichos resortes.

Las características de la invención, la constitución de la instalación y el desarrollo del proceso objeto de la misma, podrán comprenderse mejor con la siguiente descripción, hecha con referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestra un ejemplo de realización no limitativo.

En los dibujos:

La figura 1 es un alzado frontal de un compactador constituido de acuerdo con la invención.

La figura 2 es un alzado lateral del compactador de la figura 1.

La figura 3 es una vista en planta del mismo compactador.

La figura 4 corresponde al detalle A de la figura 1 a mayor escala.

La figura 5 es una vista en planta del detalle de la figura 4.

La figura 6 es una sección parcial de la parte superior del bastidor del compactador, tomada según la línea de corte VI-VI, a mayor escala.

La figura 7 es una sección de los gatillos de bloqueo del molde, tomada según la línea de corte VII-VII de la figura 3.

La figura 8 es un alzado frontal de un molde contenedor de las escorias a enfriar.

La instalación de compactación de escorias mostrada en las figuras 1 a 3 comprende una plataforma inferior 1 sobre la que va montado un bastidor compuesto por columnas verticales 2 y una estructura superior plana 3. Entre las columnas 2 van montadas guías inferiores 4, situadas inmediatamente por encima de la plataforma 1, para guiar la introducción de un molde 5 portador de las escorias.

En las columnas verticales 2 va montado un polipasto 5 cuyo cable 6 pasa a través de poleas 7 y 8, la segunda de las cuales queda suspendida de un conjunto de resortes de compresión 9, colgando de ambas poleas, a través del cable 6, una cabeza 11 con gancho del que queda suspendido un pisón o pesa 12. En la figura 6 se aprecia con más detalle la disposición de los resortes de compresión 9 de los que queda suspendida la polea 8, a través de la placa superior 13, mientras que la polea 7 queda directamente suspendida de la estructura superior plana 3.

Entre las columnas 2 del bastidor van dispuestos medios de guía para conducir al pisón 12 en su desplazamiento vertical. Estas guías consisten en cuatro rodillos 14, cada uno montado entre cada dos columnas consecutivas 2, determinando un pasaje cuadrado dimensionado para guiar al pisón 12 en su desplazamiento vertical, de modo que pueda actuar sobre el molde 5 dispuesto en la plataforma 1.

Según puede apreciarse en los dibujos, el pisón 12 dispone superiormente de una placa central 15 vertical, dotada de un orificio de suspensión 16 al que se conecta el gancho de la cabeza 11. En esta placa se fijan además dos vibradores rotativos 17, uno a cada lado de dicha placa.

Según puede apreciarse mejor en las figuras 4 y 5, los rodillos 14 se montan en las columnas a través de apoyos 18 fijados a dichas columnas.

En la parte inferior del bastidor se dispone un sensor 19 encargado de detectar la presencia de un molde 5 sobre la plataforma 1.

En la parte superior del bastidor, sobre la estructura 3, se dispone otro sensor 20, para detectar la situación de los resortes 9, comprimidos o descomprimidos.

En la parte inferior del bastidor van dispuestos dos conjuntos de gatillos 21, situados en lados opuestos, los cuales, como mejor puede apreciarse en las figuras 2 y 7, van montados sobre un eje 22 que es accionable mediante un cilindro neumático 23, figura 3, para provocar la basculación de los gatillos 21 entre una posición inactiva, en la que quedan separados del molde 5, y una posición activa, en la cual basculan hacia el molde hasta introducirse parcialmente en alojamientos 24 del mismo.

Según puede apreciarse mejor en la figura 8, el molde 5 va abierto por sus bases superior e inferior, cerrándose inferiormente mediante una placa 25 que dispone en el fondo de orificios 26. Debajo de esta placa se dispone una bandeja 27 para la recogida de metal fundido que pudiera fluir a través de los orificios 26.

Con la constitución comentada, cuando el sensor 19 detecta la presencia de un molde 5 sobre la plataforma 1, conteniendo escorias de aluminio, activa el polipasto 5, iniciándose el descenso del pisón 12, al mismo tiempo que se ponen en funcionamiento los vibradores 17. Al apoyar el pisón sobre las escorias, conforme desciende las va comprimiendo, al mismo tiempo que les transmite la vibración originada por los vibradores 17. Esta acción hace que el metal fundido fluya hacia las paredes del molde, donde sufre un enfriamiento rápido, hasta solidificarse, creando una capa superficial que impide la entrada de aire y con ello la oxidación en el seno de la masa de las escorias. Se anula así la reacción de oxidación, favoreciendo con ello el enfriamiento de las escorias.

Al descender el pisón 12, cuando el sensor 20 detecta la situación descomprimida de los resortes 9, que será cuando dicho pisón descanse totalmente sobre las escorias contenidas en el molde 5, el citado sensor dará orden de parada al polipasto 5 y de los vibradores 17, a partir de cuyo momento se podrá efectuar el ascenso del pisón.

Una vez comprimidas las escorias en la forma expuesta, el molde puede sacarse del compactador, para dejar enfriar dichas escorias para llevar a cabo la operación de desmoldeo, mediante instalaciones tradicionales.

La constitución de los moldes, que van abiertos por su base superior e inferior, según se ha mostrado en la figura 8, junto con la forma interna de los mismos, permite llevar a cabo fácilmente la operación de desmoldeo, al separar la placa inferior 25.

En definitiva, con el procedimiento e instalación de la invención, por efecto de la vibración transmitida a las escorias durante el proceso de prensado de las mismas, se consigue que el metal líquido de las escorias fluya hacia la superficie, donde se solidifica rápidamente, creando una cáscara superficial que cierra el paso del oxígeno hacia el interior de las escorias, evitando así la oxidación del metal, con lo cual la invención reúne las ventajas de los equipos de tipo prensa y de los que utilizan atmósfera inerte, tal y como se ha señalado anteriormente.

Claims (6)

1. Procedimiento para el enfriado de escorias de aluminio, mediante compactado de las escorias en un molde, caracterizado porque durante la operación de compactado se someta a las escorias a un proceso de vibración, mediante el cual se provoca que el metal fundido fluya desde el interior de la masa de escorias hacia las paredes del molde, donde solidifica, produciendo un cierre superficial de dicha masa, que aísla a las escorias del oxígeno y del nitrógeno del aire, paralizando la reacción de las mismas.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la vibración se transmite a las escorias a través de la pesa o masa mediante la que se efectúa el compactado de dichas escorias.

3. Instalación para el enfriado de escorias de aluminio, constituida por un compactador que incluye una plataforma inferior, sobre la que se dispone un molde con las escorias a enfriar; un bastidor del que va suspendido un pisón mediante un polipasto; y guías para conducir a dicho pisón en su desplazamiento vertical hacia la masa de escorias contenida en el molde, caracterizada porque el pisón citado dispone de un mecanismo vibrador que se activa cuando se inicia el descenso del pisón y se mantiene durante la operación de compactado, para transmitir las vibraciones a la masa de escoria.

4. Instalación según la reivindicación 3, caracterizada porque el pisón dispone superiormente de una placa central vertical dotada de un orificio de suspensión, a cuya placa van fijados dos vibradores rotativos, uno a cada lado de la misma, en posiciones simétricas respecto de dicha placa y por debajo del orificio de suspensión.

5. Instalación según las reivindicaciones 3 y 4, caracterizada porque dispone, cerca de la plataforma inferior, de un sensor que detecta la posición de un molde sobre dicha plataforma, para la activación del polipasto del que va suspendido el pisón y de los vibradores del mismo.

6. Instalación según las reivindicaciones 3 y 5, caracterizada porque el polipasto del que va suspendido el pisón va colgado superiormente del bastidor a través de una suspensión elástica, constituida a base de resortes de compresión, en las proximidades de los cuales va dispuesto un sensor encargado de provocar la parada del polipasto al detectar el estado descomprimido de dichos resortes.