ES2239417T3 - Rotor para el tratamiento de metal fundido. - Google Patents
Rotor para el tratamiento de metal fundido.Info
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Abstract
Un rotor para el tratamiento de un líquido tal como un metal fundido por medio de la adición de gas y/o material particulado. El rotor comprende un miembro (1) de rotación hueco con aberturas (5, 9, 10) en la base y en la pared. esta montado sobre un eje (2) y se acciona por medio del eje por una unidad de accionamiento y está diseñado para salir y entrar en el líquido. El cuerpo (1) de rotación hueco, se proporciona en su cavidad, con al menos una pared de partición (4) o al menos un cuerpo hueco simétrico rotacionalmente de forma que se formen uno o más anillos (8) y una cavidad central (7) y que el gas y el material particulado se suministre al anillo (8) y a la cavidad central (7) por medio de canales (3, 13) y/o agujeros (11) en las paredes o cuerpos de partición respectivos.
Description
Rotor para el tratamiento de metal fundido.
La presente invención se refiere a un rotor para
el tratamiento de metal fundido mediante la adición de gas y/o un
material en partículas, comprendiendo dicho rotor un cuerpo hueco
de rotación con aberturas en la base y en los lados, que está
montado sobre un eje y está accionado por medio del eje mediante una
unidad de accionamiento, y está diseñado para poder ser elevado y
descendido en el líquido.
Se conocían previamente equipos y métodos para el
tratamiento de un líquido y para añadir material en partículas como
antes se ha manifestado. La propia patente noruega nº 155.447 del
solicitante describe un rotor para el tratamiento de un líquido y
para la adición de material al mismo, en la cual el rotor comprende
un cuerpo hueco simétrico de rotación, y en el cual se añade el
material al líquido mediante un orificio taladrado en el eje del
rotor, saliendo el material por los orificios pasantes de los lados
del cuerpo hueco junto con el líquido, que es aspirado por medio de
la fuerza centrípeta a través de una abertura en la base y es hecho
circular por el cuerpo.
Este rotor genera una elevada capacidad de
tratamiento del líquido, es decir, la mezcla de gases o partículas
con muy poca agitación o turbulencia en el líquido.
Un requisito general de los rotores para el
tratamiento de líquidos, en particular para el tratamiento de
metales fundidos, es que la mezcla del gas o del material en
partículas sea eficiente. Sin embargo, es también deseable evitar la
creación de una gran agitación o turbulencia que conduce a tener
una superficie agitada y a vórtices en el líquido, y que llevan así
a un aumento de la mezcla de gases del medio ambiente
(atmósfera).
Según un aspecto de la invención se da a conocer
aquí un rotor como el reivindicado en la reivindicación 1.
La presente invención representa una solución
para rotores para el tratamiento de líquidos, con la cual casi se
dobla la eficiencia de la mezcla del gas o de partículas en un
líquido, pero en la cual la agitación no queda modificada comparada
con la solución mostrada en la propia patente noruega del
solicitante. Además, la presente invención representa una solución
en los rotores, en los cuales los requisitos de gas/partículas
(consumo) se reducen en más de la mitad. La presente invención se
caracteriza porque el cuerpo hueco de rotación está provisto en su
cavidad de, por lo menos una pared de separación, de manera que se
forman una o más cámaras anulares y porque el gas y/o el líquido es
suministrado a la o cada cámara anular, y a la cavidad central
mediante canales y/o orificios en la(s) respectiva(s)
pared(es) de separación o cuerpo(s).
Las reivindicaciones subordinadas
2-3 definen formas de realización preferentes de la
presente invención.
A continuación, se describirá la presente
invención con más detalle utilizando ejemplos y haciendo referencia
a los dibujos adjuntos, en los cuales,
La Figura 1 muestra un rotor conocido, tal como
se describe en la propia patente noruega del solicitante nº 155.447,
vista a) en sección transversal y b) desde encima.
La Figura 2 muestra un rotor según la presente
invención visto a) en sección transversal, b) desde arriba y c)
desde un lado.
La Figura 3 muestra una forma de realización
alternativa del rotor mostrado en la Figura 1, según la presente
invención, visto a) en sección transversal, b) desde arriba y c)
desde un lado.
La Figura 4 muestra otra forma de realización
alternativa en la cual en vez de paredes de separación se utiliza un
rotor interno.
La Figura 5 muestra otra forma de realización de
un rotor según la presente invención con varias paredes de
separación, visto en sección transversal.
La Figura 6 muestra diagramas de resultados de
ensayos comparativos con tres valores diferentes de RPM
(revoluciones por minuto).
Como se ha indicado anteriormente, la Figura 1
muestra un rotor conocido como el que se describe en la propia
patente noruega del solicitante nº 155.447. El rotor consiste en un
cuerpo hueco simétrico de forma rotativa, que tiene una superficie
lisa tanto interna como externamente e internamente y que está
provisto de aberturas 5, 9 en la base y en los lados. El cuerpo 1
está conectado a un eje 2, el cual a su vez es accionado por una
unidad de accionamiento (no representada). El gas o el material en
partículas es/son suministrado(s) al rotor a través de un
orificio taladrado 3, y cuando del rotor está en funcionamiento, es
decir cuando el rotor está girando, el gas, y el líquido aspirado
al interior del rotor a través del orificio 5 de la base, será
comprimido saliendo al exterior a través de las aberturas 9 de los
lados y será finamente distribuido en el líquido.
La Figura 2 muestra un primer ejemplo de un rotor
según la presente invención. Comprende un cuerpo simétrico de
rotación 1, preferentemente cilíndrico, que tiene una superficie
lisa interior y exteriormente y que está conectado a un eje 2 con
un orificio coaxial taladrado 3 para el suministro de gas y/o de
material en partículas. El eje 2 está conectado a una unidad de
accionamiento (no representada) y es accionado por la misma.
El aspecto especial de la presente invención es
que el cuerpo rotativo 1 está provisto de una pared de separación
interna simétrica de rotación 4 que se extiende hasta justo por
debajo de la abertura 5 del cuerpo 1 y que en su extremo superior,
se extiende hacia afuera en una parte en forma de embudo 6 que está
unida internamente al cuerpo 1. De esta manera, la pared de
separación 4 delimita una cavidad central interna 7 y una parte
anular 8. En el ejemplo aquí mostrado, el cuerpo 1 está provisto de
cuatro orificios superiores 9 que se corresponden con la cavidad
central 7 y cuatro orificios inferiores 10 que se corresponden con
la parte anular 8. Además, la pared de separación 4 está provista
de cuatro orificios 11 que forman una conexión entre la cavidad
central 7 y la parte anular 8. Los orificios 9, 10, 11 pueden estar
dispuestos a lo largo de la misma línea vertical o pueden estar
desplazados siguiendo la circunferencia del rotor.
El rotor según la presente invención funciona de
la forma siguiente: se hace descender el rotor hasta un líquido, por
ejemplo metal fundido, y es obligado a girar. Ahora, el líquido
teniendo en cuenta la rotación del rotor y la consiguiente fuerza
centrípeta producida en el líquido, será aspirado hacia arriba,
parcialmente a través de la abertura anular 5 formada entre la
pared de separación 4 y la pared del cuerpo 1, y parcialmente a
través de la abertura 12 de la cavidad central 7 formada por la
pared de separación 4 y será bombeado al exterior a través de los
orificios 11 y 10. El gas y/o las partículas que han sido
suministrados a través del orificio 3 taladrado en el eje del rotor
serán, simultáneamente, comprimidos en parte a través de los
orificios superiores 9, y en parte a través de los orificios
inferiores 11 de la pared del rotor y de la pared de separación 4.
El gas que fluye por los orificios 9 será inmediatamente dividido en
pequeñas fracciones de partículas de gas en el exterior del
orificio, teniendo en cuenta la fricción contra el líquido en el
exterior del rotor. El gas, junto con el líquido que fluye al
exterior a través de los orificios 11, quedará parcialmente
dividido y fluirá en sentido ascendente, hacia los orificios
inferiores 10 de la pared del rotor 1 y quedará inmediatamente
todavía más dividido en pequeñas fracciones de partículas de gas,
al salir por los orificios 10, de la misma forma que el gas que
fluye a través de los orificios 9.
La Figura 3 muestra una forma de realización
alternativa de la solución mostrada en la Figura 2. El cuerpo de
rotación 1, la pared de separación 4 y los orificios superiores e
inferiores 9 y 10 son los mismos. La diferencia estriba en que los
orificios 11 de la pared de separación 4 han sido eliminados. En
cambio, el gas es suministrado a la parte anular 8 a través de los
orificios 13 taladrados en la pared 14 del rotor 1 y en el eje 2.
El gas es suministrado a la cámara central 7 a través del orificio
taladrado central 3 en el eje 2 de la misma forma que en el ejemplo
que aparece en la Figura 2.
En este ejemplo, el líquido será aspirado en
sentido ascendente hacia el interior de la cámara central y fluirá
al exterior a través de los orificios superiores 9, junto con el
gas suministrado a través del orificio taladrado 3, y el líquido que
es aspirado hacia arriba en la parte anular 8, fluirá hacia el
exterior a través de los orificios inferiores 10 junto con el gas
suministrado a través de los orificios taladrados 13 en el eje 2 y
en la pared 14 del rotor. El principio y el método de funcionamiento
son por otra parte los mismos que en el ejemplo anterior. La
solución mostrada en la Figura 3 es algo más cara de fabricar que
la solución mostrada en la Figura 2 debido a los orificios 13
taladrados en la pared/eje del rotor. No obstante, la eficiencia
con respecto a la mezcla del gas es algo más elevada.
La presente invención, tal como está definida en
las reivindicaciones, no está limitada a los ejemplos mostrados en
los dibujos y anteriormente descritos. Por ejemplo, en vez de
paredes de separación que están conectadas de forma permanente al
cuerpo de rotación 1, puede disponerse un segundo cuerpo de rotación
simétrico 16 en el interior de la cavidad, en el cuerpo de rotación
1, por medio de una pieza de acoplamiento 15 o de otro método, como
se muestra en la Figura 4. La pared del segundo cuerpo de rotación
16 forma así una pared de separación 4. Es conveniente que el
segundo rotor no esté roscado a fondo, de manera que se forme una
abertura 17 entre los rotores. Esto permite que el gas para la
cámara exterior 8 sea suministrado a través del orificio taladrado
en el eje 3 y a través del espacio 17 entre los dos rotores.
Además, la presente invención no está limitada a
una sola pared de separación. Pueden existir dos o más paredes de
separación o rotores internos. La Figura 5 muestra un ejemplo de un
rotor 1 en el cual se han utilizado tres paredes de separación 4
para dividir la cavidad interna del rotor en una cámara central 7 y
tres partes anulares 8 en los cuales el gas puede ser suministrado
de forma conveniente, de la misma manera que se muestra en las
Figuras 2 ó 3 (no representadas con mayor detalle).
Con varias paredes de separación, la eficiencia
puede mejorar todavía en comparación con las soluciones mostradas en
las Figuras 2 y 3, y el consumo de gas/partículas puede todavía ser
más reducido.
Se llevaron a cabo ensayos comparativos con un
rotor conocido, como el mostrado en la Figura 1, y un nuevo rotor
según la presente invención, como el mostrado en la Figura 3. Los
ensayos se basaron en la eliminación de oxígeno del agua utilizando
gas nitrógeno.
Los rotores fueron ensayados en un recipiente, en
un modelo con agua, con un caudal de agua de 63 l/min. Los rotores
que fueron ensayados estaban a escala 1:2 en relación con el tamaño
normal. Las dimensiones exteriores eran las mismas y los orificios
de la base y del lado tenían el mismo diámetro.
Los rotores estaban accionados por un motor de
0,55 kW a 910 RPM y a 50 Hz. Las RPM estaban reguladas mediante un
regulador de 3 kW del tipo Siemens Micromaster con una gama de
relaciones de 0-650 Hz.
Se utilizó gas nitrógeno procedente de una
botella de 50 litros a 200 bar, y el gas se suministró a través del
orificio taladrado en el eje del rotor por medio de una válvula de
reducción y rotámetros del tipo Fischer and Porter. El oxígeno en el
agua fue medido con un medidor de oxígeno del tipo YSI modelo 58
(medidor digital).
Además, se utilizó un contador de agua del tipo
5px (Spanner-Pollux GmbH) con una capacidad de 2,5
m^{3}/h para medir la cantidad de agua.
Por otra parte, se utilizó un tacómetro digital
del tipo SHIMPO DT-205 para determinar las RPM.
Los dos rotores fueron ensayados en el mismo
recipiente bajo las mismas condiciones, con un caudal de agua de 63
l/min. Una vez regulada la cantidad de agua, se puso en marcha cada
uno de los rotores y se regularon las RPM a la velocidad deseada.
Se inició la medición del oxígeno y el control del tiempo en cuanto
se conectó el suministro de gas nitrógeno. Se utilizaron tres
valores diferentes de las RPM durante los ensayos, a 630, 945 y
1071 RPM, las cuales en el caso de rotores a escala 1:1 equivaldrían
a 500, 750 y 85 RPM respectivamente. Por otra parte, se utilizaron
cinco cantidades diferentes de gas durante los ensayos: 12,6; 25,2;
37,8; 50,4 y 63 lN/min.
En el caso del rotor según la presente invención
como se muestra en la Figura 3, el gas fue introducido de cuatro
formas distintas:
- \bullet
- Gas, únicamente en la fila superior de orificios
- \bullet
- Gas, únicamente en la fila inferior de orificios
- \bullet
- Cantidades iguales de gas en ambas filas de orificios, con un total de 12,6; 25,2; 37,8; 50,4 y 63 lN/min.
- \bullet
- Cantidades dobles de gas, es decir, en cada una de las filas de orificios 12,6; 25,2; 37,8; 50,4 y 63 lN/min.
Los resultados de los ensayos aparecen en la
Figura 6, que muestra tres diagramas, uno para cada valor de las
RPM. El rotor conocido como se muestra en la Figura 1, el cual en
los diagramas está designado como "rotor normal" era, hasta que
se ideó la presente invención, considerado como el mejor del
mercado, en lo que se refiere a eficiencia junto con baja
turbulencia y agitación.
En los ensayos, fue posible ver que la agitación
y la turbulencia en el líquido (agua) eran igualmente bajas en el
nuevo rotor según la presente invención. Sin embargo, los diagramas
muestran que la eficiencia del nuevo rotor, medida en oxígeno
eliminado del agua, es casi el doble de la del rotor conocido con
bajas cantidades de gas nitrógeno suministrado, y mejora
aproximadamente en un 50% al suministrar una mayor cantidad de gas
nitrógeno. El diagrama muestra también que no importa mucho el lugar
donde se suministra el gas nitrógeno al rotor, es decir, tanto si
es suministrado a la fila superior de orificios o a la inferior, o
a ambas filas de orificios simultáneamente. Esto se debe a la buena
distribución de burbujas conseguida con el nuevo rotor y al hecho de
que parte del gas es comprimido otra vez hacia el rotor antes de
ser distribuido al exterior a través de ambas filas de
orificios.
Claims (3)
1. Rotor para el tratamiento de metal fundido
mediante la adición de gas y/o un material en partículas que
comprende un cuerpo hueco de rotación (1) que tiene una base
abierta (5) y aberturas (9, 10) en su pared lateral, estando montado
el cuerpo (1) sobre un eje (2) que se prolonga desde la parte
superior del cuerpo (1) y es accionado por una unidad de
accionamiento, teniendo el eje (2) una abertura (3) para suministrar
gas y/o un material en partículas al interior hueco del cuerpo (1),
estando dispuesto el rotor para sumergirse y elevarse en un metal
fundido y estando caracterizado porque:
por lo menos una pared cilíndrica de separación
(4) está dispuesta en el interior hueco del cuerpo (1), creando por
lo menos una cámara anular (8) y una cavidad central (7), teniendo
cada una de ellas una base abierta y comunicándose con aberturas en
la pared lateral del cuerpo hueco (1), y suministrándose en la
práctica gas y/o un material en partículas a la cavidad central (7)
a través de la abertura (3) del eje (2) y a la, o a cada una de las
cámaras anulares (8) a través de las aberturas (11, 17) en la o en
cada una de las paredes de separación (4) y/o a los canales
adicionales (13).
2. Rotor según la reivindicación 1, en el cual la
o cada una de las paredes de separación (4) incluyen aberturas (11,
17) tales que parte del gas y/o del material en partículas
suministrado a la cavidad central (7), es suministrado a la o a
cada una de las cámaras (8) a través de las aberturas (11, 17) en la
o en cada una de las paredes de separación.
3. Rotor según la reivindicación 1, o la
reivindicación 2, en el que el eje (2) incluye además canales
adicionales (13) para suministrar gas y/o materiales en partículas
a la o a cada una de las cámaras anulares (8).
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