BR0210219B1 - tampço monobloco adaptado para fornecer gÁs durante o vazamento de metal em fusço e processo para a sua fabricaÇço. - Google Patents

Description

"TAMPÃO MONOBLOCO ADAPTADO PARA FORNECER GASDURANTE O VAZAMENTO DE METAL EM FUSÃO E PROCESSO PARAA SUA FABRICAÇÃO"

Esta invenção se refere a uma haste-tampão monobloco usadapara controlar o fluxo de metal em fusão a partir de um bocal de descarga durantea corrida do metal.

Em processos de lingotamento contínuo, foi demonstrado que ouso de gases injetados pelo tampão abaixo apresenta benefícios significativossobre a qualidade do metal que está sendo lingotado. Por exemplo, gases inertestais como argônio ou nitrogênio, podem ser injetados para reduzir os problemasdevidos ao acúmulo de alumina e de entupimento ou para auxiliar na remoção deprodutos de solidificação na vizinhança do bocal de descarga. Gases reativostambém podem ser empregados quando a composição do banho requerermodificação. Convencionalmente, o tampão é provido com uma câmara internaconectada a um dispositivo de alimentação de gás em uma extremidade e a umaabertura de descarga de gás na outra extremidade.

Vários sistemas foram desenvolvidos para assegurar que um fluxode gás medido preciso é fornecido ao tampão. Foram encontrados problemas paravedar tais sistemas e assegurar que o gás siga o seu trajeto pretendido e não sejadesperdiçado. Tampões que se comprovaram ser bem sucedidos na solução demuitos desses problemas estão descritos em EP-A2-358.535, WO-Al-00/30785 eWO-Al-00/30786.

Contudo, mesmo dados estes valiosos aperfeiçoamentos, existeuma necessidade de se lidar com outros problemas. Um destes problemas aparecedevido ao efeito durante o vazamento de um grande volume de um banho demetal que flui além do nariz do tampão através do bocal de descarga. Pode sergerada uma pressão negativa na ponta do tampão, a qual pode ser transmitidaatravés da abertura de descarga de gás para dentro do corpo e de volta para atubulação de alimentação, onde ela pode explorar quaisquer juntas inadequadas,causando sucção de ar para dentro da corrente de gás, em detrimento significativoda qualidade do metal que está sendo lingotado.

Para eliminar este risco, foram propostas várias soluções queenvolvem restringir o fluxo de gás para dentro do tampão, buscando assim criaruma pressão positiva dentro do tampão. Por exemplo, é conhecida uma restriçãosimples entre a câmara interna e a abertura de descarga de gás para realizar ocontrole. Na pressão requerida, o tamanho do orifício da câmara interna foicalculado como estando entre 0,2-0,5 mm de diâmetro e, dessa maneira, ele éextremamente sensível ao bloqueio por detritos ou poeira carregados na correntede gás, causando assim perda de fluxo. Também é conhecida a inserção de umplugue permeável a gás no tampão para prover a necessária restrição ao fluxo epara pressurizar o tampão. Porém, estes sistemas sofrem do problema demudanças nas características permeáveis dos materiais refratários durante a vidaoperacional do tampão, e suscetibilidade a um rápido aumento de temperaturadurante o lingotamento e, devido à sua falta de confiabilidade, encontraram umuso limitado.

De acordo com outro sistema conhecido, apresentado por exemploem GB-A-2.254.274, é previsto um tampão monobloco adaptado para fornecergás durante o vazamento de metal em fusão compreendendo por um corpo detampão tendo uma câmara interna e uma abertura de descarga de gás, um furoconectando a câmara interna à abertura de descarga de gás, meios de calibragemsendo previstos no furo para proporcionar um trajeto restrito. Os meios decalibragem são formados pelo uso de um formador de vazio de sacrifício, paraformar uma porção do furo que conectando a câmara interna à abertura dedescarga de gás, proporcionando assim, um trajeto de forma semelhante a fendarestrita, que é dito oferecer uma resistência predeterminada ao fluxo e tende amanter uma pressão positiva dentro do tampão. Contudo, a formação de umtrajeto em forma de fenda feito pelo uso de um formador de vazio de sacrifício éextremamente não confiável e não permite a formação de uma restrição com umaresistência predeterminada precisa ao fluxo. Além disso, este método de formaçãonão permite a formação de passagens muito estreitas. Deve ser entendido que umapressão positiva dentro do tampão quer dizer que a pressão é pelo menos igual àpressão do lado de fora do tampão.

De acordo com outro sistema conhecido, apresentado por exemploem FR-A-2.787.045, existe um tampão monobloco adaptado para fornecer gásdurante o vazamento de metal em fusão compreendendo um corpo de tampãocontendo uma câmara interna e uma abertura de descarga de gás, um furoconectando a câmara interna à abertura de descarga de gás. Meios de calibragemsão feitos na forma de uma tubeira venturi inserida dentro da câmara interna. Talprojeto de meios de calibragem não permite flexibilidade no processo defabricação. Além disso, é preciso tomar precauções especiais para se evitar oentupimento por pó da tubeira venturi, por exemplo.

A presente invenção visa superar, ou pelo menos mitigar osproblemas acima associados com os tampões da técnica anterior e, em particular,sua falta de confiabilidade.

De acordo com um aspecto, a presente invenção se refere, então aum tampão monobloco adaptado para fornecer gás durante o vazamento de metalem fusão, compreendendo um corpo de tampão tendo uma câmara interna e umaabertura de descarga de gás, um furo conectando a câmara interna à abertura dedescarga de gás, meios de calibragem sendo previstos no furo para proporcionarum trajeto restrito. Este tampão é caracterizado pelo fato de que os meios decalibragem compreendem uma haste tendo pelo menos uma passagem de gás quese estende axialmente ao longo da mesma, a passagem de gás tendo uma seção talque oferece uma resistência predeterminada ao fluxo.

A resistência predeterminada ao fluxo das passagens de gás que seestendem ao longo da haste é calculada para permitir um controle muito preciso econfiável da relação fluxo de gás/pressão interna e/ou para manter uma pressão degás positiva dentro do tampão.O uso desta haste, que pode ser inserida dentro do corpo dotampão bem no final do processo de fabricação do tampão, permite uma extremaflexibilidade no ajuste da resistência "predeterminada" ao fluxo, de maneira que otampão da invenção pode ser adaptado a uma ampla gama de parâmetrosoperacionais simplesmente trocando a haste. Além disso, a haste -sendo fabricadaseparadamente - pode receber muito mais atenção do que se fosse fabricada emconjunto com o tampão e é, portanto, muito mais confiável. Tais hastes sãodisponíveis comercialmente para uso como bainhas de termopar.

Preferencialmente, a haste é feita a partir de um material refratárioimpermeável a gás para que vazamentos de gás ao nível da haste sejam evitados,aumentando assim a confiabilidade da calibragem. Vantajosamente, o material étambém resistente a desgaste para que a resistência predeterminada de fluxopermaneça constante durante toda vida da haste. Materiais adequados incluemmulita, um silicato de alumina queimado, alumina, alumina recristalizada,zircônia-alumina e outros materiais altamente refratários possuindo aspropriedades exigidas.

Vantajosamente, a passagem (ou a pluralidade de passagens) quese estende(m) axialmente ao longo da haste tem(têm) a forma de rasgo(s) oufuro(s) capilar(es) de modo a aumentar a perda de pressão. É notado contudo, quepassagens de gás maiores com até 2 ou 3 mm também foram usadas com sucesso.

Em particular, é vantajoso configurar as passagens de modo que o tampão opereem condições sônicas (o gás flui através das passagens a uma velocidade pelomenos igual à velocidade do som). É de fato sabido que nessas condições umfluxo de gás muito mais confiável pode ser obtido, já que o fluxo da descarga degás é independente da pressão externa na ponta da descarga de gás e dependesomente da pressão interna do tampão ou no interior do dispositivo de alimentaçãode gás.

Opcionalmente, uma pluralidade de passagens é prevista na haste.

E notado que a sintonia fina da calibragem pode ser realizadavariando ou a seção total das passagens de gás, ou o comprimento da haste.

De acordo com uma variante particularmente preferida dainvenção, a haste se projeta a partir do furo para além do piso da câmara interna.

Este arranjo forma, na verdade, uma "armadilha" em torno da porção em projeçãoda haste, que retém poeira e partículas presentes no tampão, de maneira que elasnão possam entupir a(s) passagem(ns) de gás. Neste caso, a haste deve se projetarsuficientemente além do piso da câmara interna, para evitar que as partículasalcancem a entrada das passagens de gás. Uma altura de pelo menos 1 cm,preferivelmente pelo menos 2 cm, além do piso da câmara interna permite atingireste objetivo.

De acordo com uma outra modalidade da presente invenção, umavedação, preferivelmente feita a partir de um material refratário compressível, estápresente entre pelo menos uma porção da haste e as paredes do furo. Vedações degrafita de baixa densidade são adequados para este uso. A vedação pode serinstalada no local ou durante a fabricação, do tampão ou em um estágio posterior.

É possível ter a haste estendendo-se até a abertura de descarga,esta modalidade é de particular interesse quando as passagens de gás são formadasna haste, como rasgos ou furos capilares. Isto permite injetar o gás no metal emfusão como um fino jato gasoso em vez de grandes bolhas. Em variante, também épossível prever material poroso em uma porção do furo que está localizada entre aextremidade inferior da haste e a abertura de descarga de gás. Em tal arranjo, osjatos de gás são quebrados e convertidos em uma dispersão de pequenas bolhas.

De acordo com uma modalidade preferida, um plugue poroso é inserido dentro dofuro através da abertura de descarga de gás.

Geralmente, a haste vai se estender acima do piso da câmarainterna de somente alguns centímetros de modo que a(s) passagem(ns) de gás quese estende(m) ao longo da mesma, se comunique(m) com a câmara interna e aabertura de descarga de gás. Contudo, em uma variante particular, a haste estende-se para cima e é conectada a dispositivos de alimentação de gás. Nestas condições,o gás fornecido ao tampão é diretamente descarregado na abertura de descarga degás através da(s) passagem(ns) de gás da haste, sem mesmo ser descarregada nacâmara interna. Tal arranjo evita todas as perdas de gás que poderiam ser devidasà permeabilidade do material do tampão.

O tampão de acordo com a invenção, pode ser fabricado de acordocom diferentes métodos de fabricação. De acordo com um primeiro método, umahaste tendo pelo menos uma passagem de gás axialmente estendida é co-prensadacom o corpo do tampão. Em uma variante preferida deste método, uma vedaçãorefratária é colocada em torno da haste antes da etapa de co-prensagem para que avedação seja comprimida entre a haste e o material que constitui o corpo dotampão.

De acordo com outro método de fabricação, a haste é inseridadentro de um furo em um estágio posterior. A haste pode ser inserida no furoatravés da abertura de descarga de gás ou através da câmara interna. E possívelacrescentar argamassa ou cimento em torno da haste para fixá-la dentro do furo.

Vantajosamente, uma ou várias vedações podem ser colocadas em torno da hasteantes de sua inserção, de modo a compensar as possíveis diferenças de dilataçãotérmica dos diferentes materiais. Pode ser necessário forçar a vedação dentro dofuro. Preferivelmente, o material de vedação é protegido de oxidação porargamassa ou cimento. A região do furo que se destina a receber a vedação podeser projetada cônica de modo que a vedação seja mantida comprimida durante suainserção e se mantenha em compressão durante toda a vida da haste.

O segundo método de fabricação é preferido por várias razões: elepermite ter um projeto do tampão padrão, que somente é adaptado bem no final doprocesso de fabricação ao parâmetros operacionais específicos, ele também evita orejeito devido à possível quebra da haste calibrada durante as operações deprensagem e queima subseqüentes.

Em uma variante particular do segundo método de fabricação, aregião mais inferior do furo é internamente rosqueada e projetada para receber uminserto poroso externamente rosqueado. Este inserto desempenha a função dedifundir o gás dentro do material em fusão e de proteger a parte inferior da haste(contra o ingresso de material em fusão) e a vedação (contra a oxidação). Nestecaso, o plugue poroso também pode estar em contato com a parte inferior davedação de modo que ele também contribui para manter a vedação sobcompressão.

Em uma outra variante de fabricação correspondendo ao caso dahaste estendida para cima e conectada ao dispositivo de alimentação de gás, ométodo ainda compreende uma etapa de conectar a haste ao dispositivo dealimentação de gás.

Algumas modalidades da invenção serão agora descritas a titulode exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais, as figuras de 1 a 4são vistas esquematizadas da parte inferior de quatro tampões de acordo comdiferentes modalidades da invenção.

Nessas figuras, a referência 1 representa a câmara interna formadadentro do corpo do tampão. A câmara interna 1 se comunica com o dispositivo dealimentação de gás (não mostrado). O tampão tem também uma abertura dedescarga de gás 2 localizada na ponta mais inferior do tampão. Um furo 3 conectaa câmara interna 1 à abertura de descarga de gás 2. Uma haste 4 fica localizada nofuro 3. A haste 4 tem uma ou várias passagens de gás que se estendem axialmenteao longo da mesma. A seção total das passagens de gás é calculada para ofereceruma resistência predeterminada ao fluxo, para manter uma pressão de gás positivadentro do tampão. Uma vedação 5, feita de grafita de baixa densidade e aplicadaem torno da haste 4, evitar escapamentos de gás e portanto aumentam aconfiabilidade do sistema.

A haste 4 do tampão da Fig. 1 é nivelada em relação ao piso dacâmara interna 1. Tampões similares são retratados nas Figs. 2 a 4, mas a haste 4projeta-se além do piso da câmara interna 1 de modo que poeira e partículaspresentes na câmara interna 1 (carregadas por exemplo pela corrente de gás oucriadas por abrasão dentro do tampão) não podem alcançar a entrada da passagemde gás.

A figura 3 mostra uma modalidade particular em que o tampão 4 euma vedação de grafite de baixa densidade 5 foram co-prensadas conjuntamentecom o tampão.

A Fig. 4 mostra uma outra modalidade em que um plugue poroso6 foi introduzido em uma perfuração aberta em torno do furo 3 no nível daabertura de descarga de gás 2.

Referências:

1. câmara interna

2. abertura de descarga de gás

3. furo

4. haste

5. vedação

6. material poroso

Claims (12)

1. Tampão monobloco adaptado para fornecer gás durante ovazamento de metal em fusão, compreendendo um corpo de tampão tendo umacâmara interna (1) e uma abertura de descarga de gás (2), um furo (3), conectandoa câmara interna (1) à abertura de descarga de gás (2), meios de calibragem (4)sendo previstos no furo (3) para estabelecer um trajeto restrito, caracterizado pelofato de que os meios de calibragem compreendem uma haste (4) estendendo-seacima do piso da câmara interna (1) e tendo pelo menos uma passagem de gásaxialmente estendida ao longo da mesma, com a(s) passagem(ns) de gás tendouma seção que oferece uma resistência predeterminada ao fluxo.

2. Tampão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a haste (4) é feita de um material refratário.

3. Tampão de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que a haste é feita de alumina recristalizada, preferivelmente extrudada.

4. Tampão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3,caracterizado pelo fato de que as passagens têm a forma de rasgos ou furoscapilares.

5. Tampão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4,caracterizado pelo fato de que uma vedação (5), preferivelmente uma vedaçãorefratária e ainda mais preferivelmente, uma vedação de grafita, é localizada emtorno da haste (4).

6. Tampão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5,caracterizado pelo fato de que um material poroso (6) está presente entre aextremidade inferior da haste (4) e a abertura de descarga de gás (2).

7. Tampão de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que um plugue poroso (6) é inserido em uma porção do furo (3) que estálocalizada entre a extremidade inferior da haste (4) e a abertura de descarga degás(2).

8. Tampão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7,caracterizado pelo fato de que a(s) passagem(ns) de gás comunica(m)-se com acâmara interna (l)ea abertura de descarga de gás (2).

9. Tampão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7,caracterizado pelo fato de que a haste (4) estende-se para cima e é conectada a umdispositivo de alimentação de gás.

10. Processo para a fabricação do tampão monobloco comodefinido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, compreendendo as etapasdea) introduzir um material refratário dentro de um moldeapropriado,b) prensar o material refratário dentro do molde;c) remover o tampão prensado do molde;d) queimar o tampão prensado;e) introduzir uma haste dentro do furo, caracterizado pelo fato deque é introduzida uma haste tendo pelo menos uma passagem de gás axialmenteestendida ao longo da mesma, com a(s) passagem(ns) de gás tendo uma seção queoferece uma resistência predeterminada ao fluxo no furo;f) posicionar a haste de modo que a mesma se estenda acima dopiso da câmara interna.

11. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelofato de compreender ainda uma etapa de perfurar ou alargar o furo antes de inserira haste.

12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 10ou 11, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma etapa de conectar a hastea um dispositivo de alimentação de gás.