BR102013009273B1

BR102013009273B1 - set of ceramic modules for a grid car used in the production of iron ore pellets or pellets

Info

Publication number: BR102013009273B1
Application number: BR102013009273-8A
Authority: BR
Inventors: Steven William Lanzone; Fabiano Rodrigues; Danilo Augusto Bomfim; Valdecir Antonio De Moraes
Original assignee: Saint-Gobain Do Brasil Produtos Industriais E Para Construção Ltda
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2020-12-01
Also published as: BR102013009273A2; WO2014169362A1

Abstract

CONJUNTO DE MÓDULOS CERÂMICOS PARA UM CARRO DE GRELHA USADO NA PRODUÇÃO DE PELOTAS OU AGLOMERADOS DE MINÉRIO DE FERRO A invenção se refere a um conjunto de módulos cerâmicos para um carro de grelha usado na produção de pelotas ou aglomerados de minério de ferro, em que os módulos cerâmicos ( 2, 2', 5, 5') são mecanicamente ligados a apenas um trilho estrutural (1) do carro de grelha de modo que o número de trilhos (1), Nr, e o número de fileiras de módulos cerâmicos (2, 2', 5, 5'), Nb, sejam os mesmos, em que os módulos cerâmicos têm formato de placas (2,2'), barras (5,5'), eventualmente montadas dentro de suportes cerâmicos (6) ou peças similares e são fixados ao trilho (1) por elementos tais como placas metálicas (3, 3'), grampos metálicos (7, 7', 7"), cavilhas (4, 4', 4", 4'") e similares.SET OF CERAMIC MODULES FOR A GRILL CAR USED IN THE PRODUCTION OF IRON ORE PELLETS OR PUMPS The invention relates to a set of ceramic modules for a grid car used in the production of iron ore pellets or pellets, in which the ceramic modules (2, 2 ', 5, 5') are mechanically connected to only one structural rail (1) of the grid carriage so that the number of rails (1), Nr, and the number of rows of ceramic modules ( 2, 2 ', 5, 5'), Nb, be the same, in which the ceramic modules have the shape of plates (2.2 '), bars (5.5'), possibly mounted inside ceramic supports (6) or similar parts and are fixed to the rail (1) by elements such as metal plates (3, 3 '), metal clips (7, 7', 7 "), dowels (4, 4 ', 4", 4' ") and the like.

Description

Field of the Invention

[001] A presente invenção se refere a suportes (mobiliário de forno) utilizados em fornos para sinterização de pelotas de minério de ferro. Estes suportes, chamados barras de grelha, são usados em sistemas de grelha móvel, também chamados carros de grelha, para suportar as pelotas de minério de ferro à medida que elas são transportadas através de um forno túnel para secagem e sinterização. Além de reter as pelotas, os suportes precisam apresentar uma permeabilidade o que permite que gases a altas temperaturas escoem através do leito de pelotas. O calor introduzido por estes gases faz as pelotas secarem em uma primeira etapa e em seguida provoca a sinterização das mesmas em uma seção do forno túnel a temperatura mais elevada.[001] The present invention relates to supports (furnace furnishings) used in furnaces for sintering iron ore pellets. These supports, called grid bars, are used in mobile grid systems, also called grid cars, to support iron ore pellets as they are transported through a tunnel kiln for drying and sintering. In addition to retaining the pellets, the supports must have permeability which allows gases at high temperatures to flow through the pellet bed. The heat introduced by these gases makes the pellets dry in a first step and then causes them to sinter in a section of the tunnel oven at the highest temperature.

Current Solutions and Their Drawbacks

[002] As figuras 1 e 2 mostram uma estrutura de carro de grelha de acordo com a técnica atual. As barras de grelha são feitas de ligas metálicas e são montadas sobre o carro de grelha entre seus trilhos estruturais 1. As barras de grelha apresentam extremidades com formato em “U”, como visto na figura 2, para se encaixar no perfil do trilho, (seção mostrada na figura 1). Cada extremidade de uma barra é montada sobre um trilho diferente, de maneira a fechar o espaço entre trilhos adjacentes. Consequentemente, o número de trilhos, comumente designado Nr, é igual a Nb+1, onde Nb é o número de fileiras de barras de grelha sobre o carro de grelha. No caso da figura 1, o número de trilhos. Nr, é igual a 5 e o número de fileiras de barras de grelha é igual a 4. Ocorre que as barras metálicas com formato em “U” sofrem de vários problemas relacionados com as condições de processamento das pelotas de minério de ferro. Por causa das altas temperaturas atingidas durante o processo, as barras metálicas são significativamente deformadas devido à dilatação térmica, ao contato com outras partes do sistema e à perda das propriedades mecânicas do material a altas temperaturas. Além disso, uma forte abrasão das barras metálicas também pode ser observada em função das condições de operação do forno. Como resultado, a permeabilidade necessária é reduzida ou se torna inomogênea reduzindo assim a qualidade das pelotas de minério de ferro. A fim de mitigar os efeitos da temperatura sobre as barras de grelha metálicas, uma camada protetora de pelotas sinterizadas é posicionada entre as mesmas e as pelotas cruas a serem secadas e sinterizadas. Esta camada protetora reduz a produtividade do processo ao eliminar volume do carro destinado às pelotas cruas.[002] Figures 1 and 2 show a grid car structure according to the current technique. The grid bars are made of metal alloys and are mounted on the grid car between its structural rails 1. The grid bars have “U” shaped ends, as seen in figure 2, to fit the rail profile, (section shown in figure 1). Each end of a bar is mounted on a different rail, in order to close the space between adjacent rails. Consequently, the number of tracks, commonly called Nr, is equal to Nb + 1, where Nb is the number of rows of grid bars on the grid car. In the case of figure 1, the number of tracks. Nr, is equal to 5 and the number of rows of grid bars is equal to 4. It turns out that the metal bars with a “U” shape suffer from several problems related to the processing conditions of the iron ore pellets. Because of the high temperatures reached during the process, the metal bars are significantly deformed due to thermal expansion, contact with other parts of the system and the loss of the mechanical properties of the material at high temperatures. In addition, strong abrasion of the metal bars can also be observed depending on the operating conditions of the oven. As a result, the required permeability is reduced or becomes inhomogeneous, thereby reducing the quality of iron ore pellets. In order to mitigate the effects of temperature on the metal grid bars, a protective layer of sintered pellets is positioned between them and the raw pellets to be dried and sintered. This protective layer reduces the productivity of the process by eliminating the volume of the car destined for raw pellets.

[003] Um outro inconveniente das barras de grelha metálicas está relacionado à sua inércia térmica. Estas barras metálicas precisam ser rígidas o bastante para suportar ao leito de pelotas a alta temperatura. Consequentemente, elas são muito pesadas. A inércia térmica resultante limita a possibilidade de acelerar o tratamento térmico das pelotas de minério de ferro.[003] Another drawback of metal grid bars is related to their thermal inertia. These metal bars must be rigid enough to withstand the pellet bed at high temperature. Consequently, they are very heavy. The resulting thermal inertia limits the possibility of accelerating the heat treatment of iron ore pellets.

[004] No documento de patente BR PI9901919-1, é descrita uma barra de grelha cerâmica tendo o mesmo formato em “U” do que as atuais barras metálicas. Os inventores deste documento reivindicam que o uso de barras cerâmicas elimina a necessidade da camada protetora de pelotas sinterizadas acima mencionada e com isso um aumento da capacidade de produção é obtido. Isto se deve às propriedades mecânicas melhores da cerâmica, especificamente a altas temperaturas, em comparação com ligas metálicas. Porém, barras cerâmicas com formato em “U” não são apropriadas para uso em configurações típicas de carro de grelha. Devido à forte dilatação térmica das partes metálicas do carro de grelha, principalmente os seus trilhos, forças são transmitidas através das barras cerâmicas em “U e levam à sua ruptura mecânica.[004] In patent document BR PI9901919-1, a ceramic grid bar is described having the same "U" shape as the current metal bars. The inventors of this document claim that the use of ceramic bars eliminates the need for the protective layer of sintered pellets mentioned above and with this an increase in production capacity is obtained. This is due to the better mechanical properties of ceramics, specifically at high temperatures, compared to metal alloys. However, ceramic “U” shaped bars are not suitable for use in typical grid car configurations. Due to the strong thermal expansion of the metallic parts of the grid car, mainly its rails, forces are transmitted through the ceramic “U” bars and lead to their mechanical rupture.

[005] As figuras 3 e 4 ilustram os possíveis movimentos diferenciais entre trilhos adjacentes sobre os quais barras de grelha em “U” são montadas. Estes movimentos levam a tensões que se acumulam sobre as barras, principalmente na conexão entre as barras de grelha e os trilhos do carro. Outros sistemas ou outros formatos de barras de grelha cerâmicas também sofrem do mesmo problema, uma vez que elas são ligadas mecanicamente a dois trilhos diferentes.[005] Figures 3 and 4 illustrate the possible differential movements between adjacent rails on which “U” grid bars are mounted. These movements lead to tensions that accumulate on the bars, mainly in the connection between the grill bars and the car tracks. Other systems or other shapes of ceramic grid bars also suffer from the same problem, since they are mechanically connected to two different rails.

Objectives of the Invention

[006] A fim de tornar viável tecnicamente o uso de suportes ou barras de grelha cerâmicas, desenvolveu-se a presente invenção.[006] In order to make the use of ceramic grid supports or bars technically feasible, the present invention was developed.

[007] O objetivo da presente invenção é superar as situações de ruptura observadas para barras cerâmicas quando usadas como descrito acima. Ao garantir a integridade mecânica das barras cerâmicas, pode-se aproveitar inteiramente as propriedades do material a alta temperatura para eliminar a necessidade da camada protetora de pelotas sinterizadas. O sistema cerâmico pode também encurtar potencialmente o ciclo de sinterização de pelotas de minério de ferro, aumentando assim a produtividade.[007] The objective of the present invention is to overcome the rupture situations observed for ceramic bars when used as described above. By ensuring the mechanical integrity of the ceramic bars, one can take full advantage of the material's properties at high temperature to eliminate the need for the protective layer of sintered pellets. The ceramic system can also potentially shorten the sintering cycle for iron ore pellets, thereby increasing productivity.

The Invention

[008] De acordo com a presente invenção, a eliminação da tensão imposta pelos trilhos é obtida por meio de módulos cerâmicos definidos de maneira a modificar a ligação mecânica entre estes e os trilhos. Cada módulo cerâmico é caracterizado pelo fato de que os suportes ou as barras cerâmico(a)s são mecanicamente ligado(a)s a apenas um trilho estrutural ao invés de dois, como no caso das barras de formato em “U”.[008] According to the present invention, the elimination of the tension imposed by the rails is achieved by means of ceramic modules defined in order to modify the mechanical connection between these and the rails. Each ceramic module is characterized by the fact that the supports or the ceramic bars (a) s are mechanically connected to only one structural rail instead of two, as in the case of “U” shaped bars.

[009] A conexão ou ancoragem de partes cerâmicas sobre os trilhos do carro de grelha pode ser feita via grampos ou cavilhas metálicas. Colchões ou papel de fibra cerâmica são preferivelmente usados entre qualquer parte metálica ou cerâmica para diminuir choque e vibração ao mesmo tempo em que cria alguma flexibilidade para o módulo cerâmico da grelha. Portanto, o módulo cerâmico de grelha completo pode ser composto não somente por peças cerâmicas, mas também por grampos metálicos, cavilhas e colchões ou papel de fibra cerâmica,[009] The connection or anchoring of ceramic parts on the rails of the grid car can be done via clamps or metal pegs. Mattresses or ceramic fiber paper are preferably used between any metallic or ceramic part to decrease shock and vibration while creating some flexibility for the ceramic grid module. Therefore, the complete ceramic grid module can be composed not only of ceramic parts, but also of metal clips, pegs and mattresses or ceramic fiber paper,

[0010] Um outro aspecto da invenção é relacionado ao número de trilhos requeridos no carro de grelha. Como os módulos cerâmicos são mecanicamente ligados a um trilho, o número de trilhos (Nr) e o número de fileiras de barras de grelha (Nb) são iguais. Como resultado desta montagem, é possível reduzir o número de trilhos e com isso a inércia térmica e o peso do carro de grelha. Uma inércia térmica menor do carro de grelha pode permitir ciclos de secagem/sinterização mais rápidos para as pelotas cruas, aumentando assim a produtividade. Um peso reduzido do carro de grelha vai diminuir a energia requerida para desloca os carros de grelha dentro do forno túnel,[0010] Another aspect of the invention is related to the number of tracks required in the grid car. As the ceramic modules are mechanically connected to a track, the number of tracks (Nr) and the number of rows of grid bars (Nb) are the same. As a result of this assembly, it is possible to reduce the number of rails and thereby the thermal inertia and the weight of the grid car. A lower thermal inertia of the grid car may allow faster drying / sintering cycles for raw pellets, thus increasing productivity. A reduced weight of the grid car will decrease the energy required to move the grid cars inside the tunnel oven,

[0011] Assim, a invenção se refere em suma a um conjunto de módulos cerâmicos para um carro de grelha usado na produção de pelotas ou aglomerados de minério de ferro (máquina de sinterização) que são mecanicamente ligados a apenas um trilho estrutural do carro de grelha de modo que o número de trilhos, Nr, e o número de fileiras de módulos cerâmicos, Nb, sejam os mesmos.[0011] Thus, the invention relates in short to a set of ceramic modules for a grid car used in the production of iron ore pellets or agglomerates (sintering machine) that are mechanically connected to only one structural rail of the grid so that the number of rails, Nr, and the number of rows of ceramic modules, Nb, are the same.

[0012] Os módulos cerâmicos podem incluir peças cerâmicas de diferentes formatos (barras, tubos, placas, etc.), e peças metálicas tais grampos metálicos, cavilhas servem de elementos de fixação e ainda papel em fibra ou colchões entre peças metálicas e cerâmicas servem de elementos de amortecimento e flexibilidade mecânicas.[0012] Ceramic modules may include ceramic pieces of different shapes (bars, tubes, plates, etc.), and metallic parts such as metal clamps, pegs serve as fixing elements and fiber paper or mattresses between metallic and ceramic parts serve mechanical damping and flexibility elements.

[0013] As peças cerâmicas são feitas, entre outros materiais, de SiC sinterizado, SiC siliconizado, SiC ligado por nitreto, SiC ligado por óxido, SiC ligado por Sialon, alumina, zircônia, mulita compósitos produzidos com estes ou compósitos de cerâmica-metal.[0013] The ceramic parts are made, among other materials, of sintered SiC, siliconized SiC, nitride-bound SiC, oxide-bound SiC, Sialon-bonded SiC, alumina, zirconia, mullite composites produced with these or ceramic-metal composites .

[0014] É de se notar que as folgas na montagem global entre módulos cerâmicos e trilhos são menores que a distância entre módulos na temperatura de operação ao longo da direção de seu comprimento. Esta condição evita um contato entre módulos cerâmicos.[0014] It should be noted that the clearances in the global assembly between ceramic modules and rails are less than the distance between modules at the operating temperature along the direction of their length. This condition avoids contact between ceramic modules.

[0015] As peças metálicas usadas nos módulos cerâmicos são feitas de ligas refratárias (Fe-Cr, Fe-Ni, Fe-Cr-Ni, etc...), aço inoxidável, aço comum, ou quaisquer outros metais capazes de sobreviver por vários meses nas condições operacionais típicas dos fornos tubulares de queima de minério de ferro.[0015] The metallic parts used in the ceramic modules are made of refractory alloys (Fe-Cr, Fe-Ni, Fe-Cr-Ni, etc ...), stainless steel, common steel, or any other metals capable of surviving for several months under typical operating conditions for tubular iron ore burning furnaces.

Short Description of the Drawings

[0016] A figura 1 representa uma vista em perspectiva de uma estrutura convencional de carro de grelha com as barras de grelha montadas entre seus trilhos estruturais.[0016] Figure 1 represents a perspective view of a conventional grid car structure with the grid bars mounted between its structural rails.

[0017] A figura 2 representa vista em perspectiva de uma barra de grelha com extremidades em forma de “U”.[0017] Figure 2 represents perspective view of a grid bar with “U” shaped ends.

[0018] A figura 3 representa uma vista lateral diagramática mostrando movimentos diferenciais entre trilhos adjacentes.[0018] Figure 3 represents a diagrammatic side view showing differential movements between adjacent rails.

[0019] A figura 4 representa uma vista de topo diagramática mostrando movimentos diferenciais entre trilhos adjacentes.[0019] Figure 4 represents a diagrammatic top view showing differential movements between adjacent rails.

[0020] A figura 5 representa uma vista em perspectiva de um primeiro exemplo de conjunto de grelha cerâmica/placa de acordo com a presente invenção.[0020] Figure 5 represents a perspective view of a first example of a ceramic grid / plate assembly according to the present invention.

[0021] A figura 6 representa uma vista em perspectiva de um segundo exemplo de conjunto de grelha cerâmica/placa de acordo com a presente invenção.[0021] Figure 6 represents a perspective view of a second example of a ceramic grid / plate assembly according to the present invention.

[0022] A figura 7 representa uma vista em perspectiva de um terceiro exemplo de conjunto de grelha cerâmica/placa de acordo com a presente invenção.[0022] Figure 7 represents a perspective view of a third example of a ceramic grid / plate assembly according to the present invention.

[0023] A figura 8 representa uma vista em perspectiva de um quarto exemplo de conjunto de grelha cerâmica/placa de acordo com a presente invenção.[0023] Figure 8 represents a perspective view of a fourth example of a ceramic grid / plate assembly according to the present invention.

[0024] As figuras 5 a 8 mostram alguns exemplos de módulos cerâmicos para carros de grelha de acordo com a presente invenção.[0024] Figures 5 to 8 show some examples of ceramic modules for grid cars according to the present invention.

[0025] No primeiro exemplo (figura 5), uma placa cerâmica 2 é diretamente aparafusada por cavilhas de fixação 4 no trilho 1 do carro de grelha mediante uma placa metálica de topo 3. Fibra de papel é empregada entre a placa cerâmica 2 as peças metálicas (trilho 1 e placa de topo 3). Esta placa metálica de topo 3 é mais larga do que a placa cerâmica 2 de modo que módulos adjacentes podem se tocar mutuamente apenas através destas placas metálicas. Consequentemente, as placas cerâmicas são impedidas de se tocar mutuamente, A placa cerâmica 2 possui fendas a fim de alcançar a desejada permeabilidade aos gases que escoam ao longo do carro durante o processo de queima das pelotas.[0025] In the first example (figure 5), a ceramic plate 2 is directly screwed by fixing pins 4 onto the rail 1 of the grill carriage using a metal top plate 3. Paper fiber is used between the ceramic plate 2 and the pieces (rail 1 and top plate 3). This top metal plate 3 is wider than ceramic plate 2 so that adjacent modules can touch each other only through these metal plates. Consequently, the ceramic plates are prevented from touching each other. The ceramic plate 2 has slits in order to achieve the desired permeability to the gases that flow along the car during the pellet burning process.

[0026] No segundo exemplo (figura 6), barras cerâmicas 5 são montadas dentro um suporte cerâmico 6, não necessariamente da mesma família de materiais. Esta montagem é preferivelmente obtida pelo emprego de cimentos refratários ou tratamentos térmicos específicos. O suporte cerâmico 6 é afixado aos trilhos através de grampos metálicos 7. Estes últimos são fixados contra o suporte cerâmico 6 mediante o uso de cavilhas 4’. Aqui novamente fibra de papel é usada entre o suporte cerâmico 6 e as partes metálicas (trilho 1 e grampos 7). Como no exemplo anterior, os grampos metálicos 7 são preferivelmente mais largos do que o suporte cerâmico 6 a fim de impedir que suportes cerâmicos adjacentes se toquem mutuamente. A distância entre as barras é definida a fim de alcançar a desejada permeabilidade na estrutura do carro de grelha. As cavilhas de fixação 4’ prendem as barras 5 ao trilho 1.[0026] In the second example (figure 6), ceramic bars 5 are mounted inside a ceramic support 6, not necessarily from the same family of materials. This assembly is preferably achieved by the use of refractory cements or specific heat treatments. The ceramic support 6 is affixed to the rails by means of metal clamps 7. The latter are fixed against the ceramic support 6 using pins 4 '. Here again paper fiber is used between the ceramic support 6 and the metal parts (rail 1 and clips 7). As in the previous example, the metal clips 7 are preferably wider than the ceramic support 6 in order to prevent adjacent ceramic supports from touching each other. The distance between the bars is defined in order to achieve the desired permeability in the grid car structure. The fixing pins 4 'secure the bars 5 to the rail 1.

[0027] O terceiro exemplo (figura 7) é bastante similar ao segundo exemplo (figura 6). As principais diferenças são a geometria dos grampos metálicos 7’ e a orientação da seção das barras cerâmicas 5’. Neste exemplo, as barras 5’ são giradas em torno de seus eixos de 45° a fim de impedir que pelotas fiquem aprisionadas entre as barras 5’. Cavilhas de fixação 4” prendem as barras 5’ ao trilho 1.[0027] The third example (figure 7) is very similar to the second example (figure 6). The main differences are the geometry of the metal clips 7 ’and the orientation of the section of the ceramic bars 5’. In this example, the bars 5 'are rotated about their 45 ° axes in order to prevent pellets from being trapped between the bars 5'. Fixing pins 4 ”secure the bars 5 'to the rail 1.

[0028] No quarto exemplo (figura 8), a placa cerâmica 2’ é fixada a um grampo metálico 7” que pode ser montado sobre os trilhos 1 mediante ranhuras laterais no carro de grelha. A placa 2’ é retida entre o grampo metálico 7” e uma placa metálica de topo 3’. Colchões cerâmicos ou papéis de fibra são empregados nas interfaces entre a placa cerâmica 2’ e as peças metálicas 1, 7” e 3’. Cavilhas de fixação 4’” prendem as placas 2’ ao trilho 1. Ao contrário do primeiro exemplo (figura 5), esta configuração não requer que os trilhos sejam furados para se proceder à instalação dos módulos cerâmicos.[0028] In the fourth example (figure 8), the ceramic plate 2 'is attached to a metal clamp 7 ”that can be mounted on the rails 1 by means of side grooves in the grid carriage. The plate 2 'is retained between the metal clamp 7 "and a metal top plate 3'. Ceramic mattresses or fiber papers are used at the interfaces between the ceramic plate 2 ’and the metal parts 1, 7” and 3 ’. Fixing bolts 4 ’” attach the plates 2 ’to the rail 1. Unlike the first example (figure 5), this configuration does not require that the rails be drilled to proceed with the installation of the ceramic modules.

Claims

1. Set of ceramic modules for a grid car used in the production of iron ore pellets or agglomerates, characterized by the fact that the ceramic modules (2, 2 ', 5, 5') are mechanically connected to only one structural rail ( 1) of the grid carriage so that the number of rails (1), Nr, and the number of rows of ceramic modules (2, 2 ', 5, 5'), Nb, are the same.

2. Set of ceramic modules according to claim 1, characterized by the fact that the ceramic modules have the shape of plates (2, 2 '), bars (5, 5'), possibly mounted inside ceramic supports (6) or similar parts.

Ceramic module set according to either of claims 1 or 2, characterized by the fact that the ceramic modules (2, 2 ', 5, 5') are fixed to the rail by elements such as metal plates (3, 3 ' ), metal clamps (7, 7 ', 7 "), dowels (4, 4', 4". 4 "') and the like.

4. Set of ceramic modules according to any one of claims 1 to 3, characterized by the fact that the ceramic parts are made of sintered SiC, siliconized SiC, nitride-bound SiC, oxide-bound SiC, Sialon-bound SiC, alumina, zirconia, mullite composites produced with these or ceramic-metal composites.

5. Set of ceramic modules according to claim 1, characterized by the fact that the clearances in the global assembly are smaller than the distance between modules at the operating temperature along the direction of their length.

6. Set of ceramic modules according to any one of claims 1 to 3, characterized by the fact that the metal parts used in the ceramic modules are made of refractory alloys (Fe-Cr, Fe-Ni, Fe-Cr-Ni, etc. ..), stainless steel, common steel, or any other metals capable of surviving for several months under the typical operating conditions of tubular iron ore burning furnaces.

7. Set of ceramic modules according to any one of claims 1 to 3, characterized by the fact that ceramic mattresses or fiber papers are used at the interfaces between the ceramic plate (2 ') and the metallic parts (1, 7 ”and 3 ').